全 文 ：武汉植物学研究1999 , 17 ( 1) : 5～ 9
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究Ë . 母株减数分裂前期É 染色体配对的光镜观察Ξ
何子灿1 蔡起贵2 钱迎倩2 黄宏文1 侯云甫1
(1 中国科学院武汉植物研究所　武汉　430074)
(2 中国科学院植物研究所　北京　100093)
提　要　首次报道在光镜下观察美味猕猴桃 (品种: N o. 26 原生质体植株的母株)花粉母细胞
(PM C)染色体在减数分裂前期的配对, 发现其配对和凝缩有明显不同步性。不同细胞间染色
体配对形式变化较大, 一般以二价联会为主, 其次由其它多种配对方式 (包括有复合配对、重
复配对、着丝点或端粒处联合和多价联会)形成多价体, 还有少数未配对或发生内配对 (偶见)
的单价体和几条二价体之间的次级配对。粗线期观察到少数染色体有缺失 (或重复)、倒位、易
位和疏松配对等结构性改变。表明该植株是一个复杂的区段异源六位体, 少数染色体在结构
上累积有变异。还认为该植株是研究减数分裂染色体配对和联会机制的好材料。
关键词　美味猕猴桃, 减数分裂, 染色体配对
多倍体物种的细胞学行为和遗传规律通常与二倍体不同〔1, 2〕, 然而某些异源多倍体由于各个染色体
组之间是非同源的。减数分裂染色体配对如同二倍体物种只形成二价体, 被称为二倍化的异源多倍体,
如棉花、普通小麦〔3〕。为了深入了解小麦二倍化的遗传行为, 莫兵曾通过对其联会复合体的观察, 详细地
研究了小麦染色体在减数分裂前期的配对全过程〔4〕。现有资料认为美味猕猴桃也是一种二倍化的异源
六倍体〔5, 6〕。它的祖先情况不详, 染色体多且小, 2n= 6x = 174, 用一般的制片方法很难观察前期染色体的
配对情况, 它的二倍化细胞学证据仅见于减数分裂中期 1 (M 1)构型。如M eN eiL age 曾报道除偶见 1～ 2
个四价体外, 均为二价体〔6〕。
笔者在对原生质体再生植株及其母株的小孢子发育过程的研究中曾报道该母株花粉母细胞第一次
减数分裂终变期的染色体凝缩不同步, 配对紊乱, 构型复杂; 对后期 1 (A 1)和后期 2 (A 2)染色体异常行为
观察结果与前人报道也有不同〔7〕, 认为有进一步深入探讨的必要, 无论是对该植株体细胞无性系变异规
律的研究〔8, 9〕, 还是对促进该物种细胞遗传学的研究都具有重要意义。本研究采用经改进的去壁低渗制
片法, 首次对其染色体在减数分裂前期配对行为的详细表现进行了直接观察, 对染色体组的同源和异源
关系提出了新的意见, 还对少数染色体的结构变异提供了更精确的细胞学证据。
1　材料和方法
材料同前〔7〕, 为原生质体植株的母株 (A . d eliciosa 品种: N o. 26) , 由中国科学院植物研究所安和祥教
授提供。Ξ 收稿日: 1997208228, 修回日: 1997209209。第一作者: 女, 55 岁, 研究员, 从事植物遗传育种方面研究。本研究为国家自然科学基金资助项目 (批准号: 39570508)。
当 PM C 处于减数分裂前期时取花药, 固定于 Farm er 氏溶液 24 h 后, 转入 70% 乙醇溶液, 置于 6℃
冰箱待检。采用改进的去壁低渗法制片, Giem sa 染色,O lympus2BH 光镜观察、摄影。
2　结果
2. 1　偶线期染色体配对
呈单一细线状的同源染色体在偶线期开始配对, 配对部分染色体发生收缩, 染色较深, 因染色体太
多, 造成细线状染色体因密集而不易区分, 仅能见部分二价体配对是从一端开始, 另一端呈两股细线; 有
的配对则在染色体全长若干位点同时进行 (图版É: 1) ; 还存在多个染色体之间交替交叉的复合配对。在
已配对部分, 可辨明为两两相配, 遵循配对同源性原则; 未能配对的染色体仍呈单一未收缩细线, 色浅,
表现出染色体凝缩和配对不同步。
2. 2　粗线期染色体的配对
此期已联会染色体明显变粗变短, 染色加深; 但还有染色体继续凝缩和配对不同步。在早粗线期, 配
对染色体仍较长, 与还未配对的细线状染色体相互缠绕, 偏于细胞核一侧, 呈花束状 (图版É: 2) ; 中粗线
期凝缩程度较低的染色体 (多为多价体)继续与少数未凝缩的单价体缠绕, 集中于染色体图象中间, 不易
分辨, 一些凝缩程度高的二价体多位于图象边沿, 易分辨 (图版É: 3) , 还可见一些单价体向二价体靠拢进
行配对。到晚粗线期在 n= 87 个成员中, 能分辨出约 80 多个成员完成配对 (图版É: 4)。
粗线期染色体大多紧密联会, 除棒状二价联会外, 还能观察到“×- ”形六价联会,“+ ”形四价联会,
“丫”形三价联会; 这些多价体在终变期和M 1 期可呈环状或链状, 如图版É: 6 所示, 有环状六价体、环状
三价体和链状四价体, 此外还有异形二价体之间的次级配对。需指出三价体在该植株 PM C 中经常出现,
曾经在 1 个 PM C 中观察到 5 个三价体 (图版É: 7)。
此期最值一提的是在少数已联会的二价体上观察到以下几种自发的染色体结构畸变。①缺失或重
复 (以后讨论) : 有中间缺失 (图版Ê: 9, 17a)和末端缺失 (图版Ê: 8)。②倒位和易位: 有中间倒位、末端倒位
(图版É: 5)、易位二价体与易位四价体。易位二价体在易位区不能联会 (图版Ê: 10) , 易位四价体在双线期
呈∞形, 易于辨认 (图版Ê: 11)。③疏松配对: 疏松配对区可位于染色体一整条臂上 (图版Ê: 10 细箭头) ,
也可在臂内部分区域 (图版Ê: 9 细箭头)。后一个图象还显示了该二价体在疏松配对部位染色粒的分布
有不对称性, 反映了一定的染色体结构变异。
同时, 该期 PM C 间配对形式虽无一固定模式, 但每一个细胞图象都有多种的配对方式, 说明染色体
联会是同源染色体之间的随机行为, 多倍化增加了它的复杂性。
2. 3　双线期配对观察
双细期染色体凝缩更短, 已配对染色体开始分离, 但于交换处交叉, 是研究多价体复杂配对的最佳
时期。能观察到由 1 至几条二价体再各与 1 条单价体靠近, 重复配对形成三价体, 新配上的单价体明显
比二价体的长 (图版Ê: 12)。由端粒或着丝粒联合形成的四价体, 可见于非核仁染色体 (图版É: 5) 和核仁
染色体 (图版Ê: 13)。在后一个图象中还能初步判断出 2 个同源六价体, 1 个为“×- ”型, 另 1 个是由 1 个核
仁四价体与 1 个核仁二价体组成的 6 个核仁的染色体。此期有时还见到未联会或环状的单价体, 后者显
然来源于一等臂染色体的内配对 (图版Ê: 14)。图版Ê: 15, 16 则显示了多个同源或部分同源染色体在不
同同源点上相交、相连地牵连成 1 个复合体情况多处发生。1 个同源 5 价体的配对 (图版Ê: 18)更进一步
表现出它们的联会, 遵循同源性原则和每 1 个交叉点具有两两相配的特征。晚双线期 (图版Ê: 17)可见到
“×- ”形 6 价体 (图版Ê: 17b)和“+ ”形四价体, 而其它多价体的配对形式已不易辨认。该图象中可见 1 个
二价体上大的自身折叠 (图版Ê: 17a) , 可能源于缺失、重复或外源片断的插入。总之此期图象因配对情况
复杂, 凝缩并不同步, 对相互重迭和缠绕的染色体配对情况仍不易判断。
6 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 17 卷　
3　讨论
本研究结果显示美味猕猴桃品种: N o. 26 的 PM C 染色体配对始于偶线期, 染色体的配对和凝缩不
同步。除发生二价联会外, 还有其它多种配对形式 (如重复、复合、端粒或着丝粒联合、多价联会等) 形成
多价体 (有六价体、五价体、四价体、三价体)。这些多价体的形成源于同源染色体配对还是同祖染色体配
对呢? 莫兵〔4〕通过对小麦联会复合体的发育过程观察, 认为小麦 (二倍化异源六位体物种)偶线期的确有
同祖染色体配对形成的多价体, 但在粗线期被消除, 只见到二价体; 而且在偶线期, 同祖多价体的出现频
率也远低于同源配对形成的二价体。这些情况显然与我们在本实验观察到的结果有所不同。后者在双线
期时染色体复合配对普遍存在, 其它形成多价体的配对形式也常见, 直到终变期和M 1 仍有各种类型多
价体存在。再结合所观察到的同源六价体和同源五价体情况, 有理由认为美味猕猴桃品种: N o. 26 的基
本染色体组 29 个染色体成员中, 至少有 2 个或更多一点的成员具有同源群, 每个同源群的 6 个染色体
同源, 且可形成多种形式的同源多价体。因为从理论上推测, 6 个同源染色体在配对过程中, 由于它们所
处的位置不同和任何同源区段只能有 2 条染色体的联会等原因, 有可能出现: 1Î, 或 3Ê, 或 2Ë, 或 1Ì+
1Ê , 或 1Ë+ 1Ê+ 1É 或 1Í+ 1É⋯等等情况。综上所述, 认为该植物并非像前人所描述的那种二倍化异源
六倍体。当然我们也认为可能有同祖染色体存在, 如异形二价体之间的次级联会是因其之间有“残余吸
引”〔10〕, 同时在第 1 次减数分裂前期时的染色体复合配对多处发生, 均反映了部分同质染色体的同源
性〔8〕, 也可能就是有同祖性, 需进一步确证。
然而一直持续到终变期的染色体配对和凝缩不同步, 配对紊乱, 以二价联会为主, 有未能配对的单
价体等现象, 可能源于种间染色体结构差异所致。为此, 笔者又认为美味猕猴桃还具有种间杂种的细胞
学特征。C row hurst〔11〕采用R FL P 技术后认为至少有 2 个物种与它的形成有关。杂交和异源多倍体的形
成是物种形成的一个重要途径〔12〕, 异源多倍体物种的细胞学行为取决于它的几个原始物种之间的系统
和分类关系。美味猕猴桃原始祖先虽不知, 但它的细胞学行为显然暗示其原始祖先们的染色体组之间,
具有一定的同源性程度。根据 Stebb ins〔13〕对多倍体类型的划分, 它应属于复杂的区段异源多倍体; 该染
色体组中只有某些成员与其它染色体组成员同源, 而其它成员不同源或部分同源 (同祖)。并推测该物种
在形成过程中, 可能有染色体结构的畸变, 其中稳定下来的变异具有重要的进化意义。对它在M 1 时所
反映的多价体不及前期多的现象, 笔者认为是由于其染色体太小, 配对时交叉少, 再随着交叉端化的分
离进程, 这些多价体被提早消除, 或是由于“联会消失”的缘故; 当然还有一部分是同祖染色体的配对消
失造成。因而, 以M 1 的构型研究这种小染色体的配对情况有一定的局限性和不确切性。
环状三价体和环状单价体的存在表明有完全的等臂染色体, 其来源有深究价值。
本研究还表明, 双线期能很好进行配对情况的观察, 粗线期能研究染色体上累积的结构性变异。有
些变异具有遗传上的不稳定性, 也为A 1 和A 2 时期出现高频率的染色体异常行为所证实〔7〕。
被试材料的复杂和丰富的配对形式是研究减数分裂染色体配对和联会机制的好材料。但染色体的
配对、联会和分离是一个多步骤的复杂过程, 受着复杂的多种因素影响。本研究虽观察到一些现象, 但还
需采用更多的方法来促进该项研究向更深层次发展。
参 考 文 献
1　李竞雄, 宋同明. 植物细胞遗传学. 北京: 科学出版社, 1993. 188
2 　桂建芳, 梁绍昌, 蒋一王圭等. 人工三倍体水晶彩鲫雌性型间性体减数分裂的染色体行为. 中国科学 (B 辑) ,
1991 (4) : 388～ 396
3　沈大棱. 遗传学基础. 北京: 化学工业出版社, 1988. 145～ 146
4　莫兵, 施立明. 普通小麦联会复合体发育过程的电镜观察. 遗传学报, 1990, 17 (5) : 369～ 372
5　F raser L G, H arver C F, Kau t J. P lcidy m anipu lations of k iw ifru it in tissue cu ltu re. A cta H or, 1992, 297: 104～ 114
7　第 1 期　　　　　　　　　何子灿等: 美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究Ë .
6　M cN eilage M A , Considine J A. Ch romo som e studies in som e A ctin id ia taxa and imp lications fo r b reeding. N ew Z
J B ot, 1989, 27: 71～ 81
7　何子灿, 蔡起贵, 钱迎倩等. 美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究Ê. 性别性状变异和小孢子发生及其发
育. 武汉植物学研究, 1997, 15 (3) : 199～ 209
8　蔡起贵, 钱迎倩, 柯善强等. 美味猕猴桃原生质体再生植株无性系变异的研究. 植物学报, 1992, 34 (11) : 822～ 828
9　何子灿, 蔡起贵, 钱迎倩等. 美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究É. 体细胞染色体数目的变化. 武汉植
物学研究, 1995, 13 (2) : 97～ 101
10　蓝译遽, 梁学礼主编. 遗传学实验原理和方法. 成都: 四川大学出版社, 1990. 183～ 184
11　C row h ruse R N ,W h ittaker D , Gardner R C. T he genetic o rig in of k iw ifru it. A cta H or, 1992, 297: 61
12　洪德元. 植物细胞分类学. 北京: 科学出版社, 1990.
13　Stebb ins G L. 植物的变异与进化. 复旦大学遗传学研究所译. 上海: 科学出版社, 1963. 254～ 271
CY TOGENETIC STUD IES ON REGENERATED
PLANTS D ER IVED FROM PROTOPLASTS
OF ACTIN ID IA D EL IC IOSAË . L IGHTM ICROSCOPE INVESTIGATION ON CHROMOSOM E
PA IR ING OF F IRST M E IOTIC D IV ISION IN POLL EN
MOTHER CELL S OF MOTHER PLANT
H e Zican1 Cai Q igu i2 Q ian Y ingqian2 H uang Hongw en1 Hou Yunfu1
(1 W uhan Institu te of B otany , T he Ch inese A cad emy of S ciences　W uhan　430074)
(2 Institu te of B otany , T he Ch inese A cad emy of S ciences　Beijing　100093)
Abstract　Ch romo som e pairing of first m eio tic division in po llen mo ther cells (PM C s) of A ctin id ia d eli2
ciosa N o. 26 (the mo ther p lan t of p ro top last2derived p lan t) invest igated m icro scop ically w as first repo r2
ted in th is paper. It w as indicated that the ch romo som e pairing and condensation w ere no t synch ronous
obviously. Greater varia t ion appearred in the fo rm of ch romo som e pairing in differen t PM C s. Among
them , the m ain fo rm w as b ivalen t synap sis; m ult ivalen t w as fo rm ed by various pairing fo rm s, such as
comp lex pairing, repeated pairing, associa t ion by telom eres o r cen trom eres, and m ult ivalen t synap sis; and
there w ere few unpaired o r in ter2paired un ivalen t (occasionally) , and secondary pairing betw een som e
bivalen ts. Som e structu ral varia t ions, such as ch romo som e deficiency (o r dup licat ion) , inversion, translo2
cation, and loo se pairing can be observed at pachytene stage. T hese phenom enans illustra ted that th is
mo ther p lan t is a comp licated segm ental a llohexap lo id, and structu ral varia t ions occur in som e ch romo2
som es. It is suggested that th is mo ther p lan t is an excellen t m ateria l fo r the studies on the m echan ism of
ch romo som e pairing and synop sis in m eio sis.
Key words　A ctin id ia d eliciosa , M eio sis, Ch romo som e pairing
8 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　　第 17 卷　
图　版　说　明
图　版　É
A . d eliciosa 品种: N o. 26 花粉母细胞的染色体图象.
1. 偶线期示同源染色体的配对 (箭头) ; 2. 早粗线期, 呈花束状; 3. 中粗线期示单价体 (箭头) ; 4. 晚粗线期图象; 5. 粗线
期局部图, 示 1 个三价联会 (细箭头) , 2 个二价体的端粒联合 (空心箭头) 和末端倒位 (粗箭头) ; 6. 中期 1, 示 1 个环状
六价体 (粗箭头)、1 个环状 3 价体 (细箭头)、1 个链状四价体 (空心箭头)和 1 个次级联会 (短箭头) ; 7. 晚M 1 期, 示异形
三价体 (粗箭头)、三价体 (细箭头)
图　版　Ê
8～ 11. A . d eliciosa 品种: N o. 26 染色体结构的畸变; 12, 13, 15～ 18, 双线期图象.
8. 1 个末端缺失; 9. 已配对区的缺失环 (粗箭头)和疏松配对 (细箭头) ; 10. 1 个易位二价体 (粗箭头)、1 个疏松配对 (细
箭头) ; 11. 1 个易位四价体; 12. 示重复配对 (箭头) ; 13. 示 1 个核仁四价体 (细箭头)、1 个核仁二价体 (空心箭头) 和 1
个六价联会 (粗箭头) ; 14. 1 个环状单价体; 15. 示未配对的单价体 (粗箭头) 和复合配对 (细箭头) ; 16. 双线期局部图
象, 示复合配对 (箭头) ; 17. 晚双线期, 示四价体 (细箭头) ; 17a. 为 17 图象中 a 的放大, 示缺失环 (箭头) ; 17b. 为 17 图
象中 b 的放大, 示六价体 (箭头) ; 18. 1 个同源 5 价体和断片 (箭头)
Explanation of Plates
P late É
T he ch romo som e figures of PM C s in A ctin id ia d eliciosa N o. 26.
1. Pairing (arrow ) of homo logous ch romo som es in zygo tene; 2. Bouquet2like ch romo som es in early pachytene; 3. M id
pachytene, show ing un ivalen t (arrow ) ; 4. A figure of late pachytene; 5. A partial figu re of pachytene, show ing a triva2
len t synap sis ( th in arrow ) , the association area of the teloem ers and cen trom eres of two b ivalen ts (ho llow arrow ) and
term inal inversions ( th ick arrow ) ; 6. M etaphase É , show ing a loop2like hexavalnen t ( th ick arrow ) , ano ther loop2like
trivalen tÉ ( th in arrow ) , a chain2like quadrivalen t (ho llow arrow ) , and a secondary pairing ( sho rt arrow ) ; 7. A figure
of late M 1, show ing trivalen ts ( th in arrow ) , heteromo rph ic trivalen ts ( th ick arrow )
P late Ê
8～ 11. T he aberration of ch romo som s in A . d eliciosa N o. 26, and 12, 13, 15～ 18. som e figures of dip lo tene.
8. A term inal deficiency; 9. A deficiency loop in paired region ( th ink arrow ) , and a loo se pairing ( th in arrow ) ; 10. A
translocation b ivalen t ( th ick arrow ) , and a loo se pairing b ivalen t ( th in arrow ) ; 11. A translocation quadrivalen t; 12.
Show ing a repeated pairing (arrow ) ; 13. Show ing a nucleo lar quadrivalen t ( th ick arrow ) , a nucleo lar b ivalen t ( th in ar2
row ) , and a hexavalen t synap sis (ho llow arrow ) ; 14. A loop2like un ivalen t; 15. Show ing the unpaired un ivalen tÉ ( th ick
arrow ) , and comp lex pairing ( th in arrow ) ; 16. A partial figu re of dip lo tene, show ing lomp lex pairings (arrow ) ; 17. A
figure of late dip lo tene, show ing a quadrivalen t (arrow ) ; 17a. A en larged figure of a in F ig. 17, show ing a deficiency
loop (arrow ) ; 17b. A en larged figure of b in F ig. 17, show ing a hexavalen t (arrow ) ; 18. A n au topen tavalen t and frag2
m ents (arrow )
9　第 1 期　　　　　　　　　何子灿等: 美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究Ë .
何子灿等: 美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究Ë . 图版É
H e Zican et a l. : Cytogenet ic studies on regenera ted p lan ts derived from
p ro top lasts of A ctin id ia d eliciosa Ë . P la te É
See exp lanat ion at the end of tex t
何子灿等: 图版Ê H e Zican et a l. : P la te Ê
See exp lanat ion at the end of tex t