玉米单倍体胚性细胞无性系二倍化的研究‘
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为间隙处理,即将细胞团置于秋水仙碱溶液中浸泡 2 小时后,转人继代培养基 中培 养 4 2 小时,再在同样浓度秋水仙碱溶液中浸泡 2 小时。 上述两种方法处理后均用无菌水 0 4
本文于 18 年 7月 1日收到。 92 1 )本文承中国科学院遗传研究所胡含同志审阅, 特此致谢。 2 )农学系7 级毕业生。 7
3混倍体细胞系:这一类是以单倍体细胞和二倍体细胞两者为主,但是无论是单倍 .
体细胞或二倍体细胞均未超过 6 外。 其余为非整倍体细胞。 0 从表 2中我们注意到,通过加倍处理并继代培养 斗次后获得的两个纯合二倍体细胞
系, 在一年多的长期继代培养中其倍性较稳定。 处理后 5 7 9 1 个月检查染色体数 , 和 5 ,
所观察的 21 3 个分裂中期细胞中, 二倍体细胞占 5.外, 3 2 单倍体细胞占3.外, 9 3 其它非整 倍体细胞同样在 1 外 以下。 这两种处理的加倍效果都是很明显的。 其加倍的频率两种 0 方法基本相似。而连续处理方法较简便而又有实用价值。 用上述同样的两种加倍方法处理来源于分化培养基上已分化的球形胚状体,没有获 得加倍效果。
本文研究了长期继代培养的玉米单倍性胚性细胞无性系的加倍方法。 用 无菌的 00 % .5
秋水仙碱溶液进行间隙和连续处理胚性细胞团4 小时,其结果可使二倍体细胞从 原 来 的 8
27 .%提高到 5%左右。 结合镜检采用不断分离挑选措施, 0 淘汰单倍体细胞团, 从而获得了
二倍化的胚性细胞无性系。二倍化细胞系再生植株中 9 .% 是二倍体。 05
继代培养 5 个月时观察到单倍体细胞较多, 分别达到 4 务和 5 多 左右, 4 2 而二倍体细胞分 别只占 1 外和 1 %。 在这种情况下, 3 9 二倍体细胞的增殖显著受到抑制, 到处理后继代培 养7 个月时,由于单倍体细胞迅速增加达到 8 外 以上,基本上复原到未处理前的水平。 0 而 G 0c这个细胞系则不同, 89 在处理后继代培养 5 个月时, 观察到二倍体细胞较多, 达到 5 %, 6 而单倍体细胞只占 2 %,在这种情况下,二倍体细胞并不能抑制单倍体细胞的增 8 殖, 单倍体细胞仍然不断增加, 二倍体细胞仍然不断减少, 到处理后 1 个月时, 5 前者已增
目变化的结果表明, 二倍体细胞 (,二 2 = )仍保持 8-9 并 左右。 2 x 2 0 0 0
农 z 秋水仙碱加倍获得的二倍化细胞系在继代培养过程中二倍体细胞的频率
T be rqec o d ld l d ld ao clm s dr e f m al 2 Feuny i o c i io i t n l s i d f i e n iz i e a e v r p l p o
V r t n df rn pod cl ai i o i ee t iy l ao f f l e 单 倍、 体 Hal d pi o
4 。 42 S. O0 5. 24 8 . 62 2 。 80 3 . 19 5 。 23
不同倍性细胞变化频率( %)
二 倍 体
非整倍体
Dpo ild i
4期
曹孜义等:玉米单倍体胚性细胞无性系二倍化的研究 表3 秋水仙喊处理获得的混倍体细胞系在继代培养过程中不同倍性细胞的变化
T be aii o一ieet iy l i mioli cl c ns a l 3 V r tn df rn p d c l xpo e l e ao f f l o e n d l o
4期
曹孜义等:玉米单倍体胚性细胞无性系二倍化的研究
2 5 7
冲洗并重新转人继代培养基中在 2-2℃ 温度条件下培养。 5 8 经过加倍处理的细胞团在继代培养基中培养一月后, 将每一处理的细胞团, 分装人 , 瓶中, 每瓶接种 8 小堆, 每瓶给一个细胞株代号, 两个处理共计 1 瓶, 0 以后, 每月继代转移 一次。继代培养基及再生植株的分化培养基如前文所报道〔 z 1 0 用同样的加倍方法处理来源于分化培养基上已经分化为球形的胚状体。 为了检查加倍处理的细胞团的分化和再生能力及其再生植株的倍性,在继代培养过
22 3
0
0
9 1
3 。 95
25 .
5万 一 13 一 2. 30
经过秋水仙碱溶液加倍处理后, 其染色体数 目的变异是单倍体细胞显著减少, 二倍体 细胞显著增加。 经过连续处理的细胞团中, 在观察的 39 6 个分裂中期细胞中二倍体细胞
占5.外, 0 9 单倍体细胞占”. 其它非整倍体细胞不到 1多。 从间隙处理的细胞团中 6 务, 0
遗 传 学 报, 1 () 24 7, 8 0 ; -29 1 3 4 7 9
Aca n tc S nia t Ge e ia i c
玉 单 体胚性细 性系 倍化的 究’ 米 倍 胞无 二 研 ‘
曹 义 胡 2郭 月 孜 林山) 彩
( 甘肃农业大学, 武威)
谷明 张 琴 黄 年 光 雪 大
( 中国科学院遗 传研究所 , 北京)
te t e t c lh cn i s b u tr r am n o o c ii e f n u c l e u
Dp i clf qec %) io e r uny( ld l e
二倍化细胞系 Dp ii tn il d ao o zi
c l co e el n s l
二倍体细胞百分数
材 料 和 方 法
材料 选用继代培养一年多、具有单倍性稳定和再生植株能力的胚 性 细胞 无性 系
B1 32为试验材料。 方法 配制浓度为 5pm 的秋水仙碱溶液,经高压灭菌 (7 0p 1 磅压力) 0 2 分钟后
作加倍处理用。 用作加倍处理的细胞团, 当其重新转人继代培养基中约 1 天左右, 0 此时细胞团的细 胞处于旺盛增殖的对数生长期。加倍处理前进行变温处理, 以激发细胞分裂, 即将加倍材
26 7
遗
传
学
报
1 0卷
( 二)纯合二倍体细胞系的获得和它的稳定性 如前所述, 将每种处理的细胞团各接种 , 瓶进行继代培养, 两个处理共计为 1 瓶, 0 每 瓶 暂编一个代号, 凡连续处理的在代号后加 “ C,间隙处理的代号后加 “ n。经继代和分 化培养 4 个月后, 又在不同时期检查了每个编号细胞株的细胞倍性情况, 结果归纳为:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A epo nu ld i
4. 20 1. 96 2 . 86 1. 03 1. 60
5月 ( nh) mo ts
G8 8 0c 7 5 G8 1 n 00 7 5 G8 9 0c 7 1 5
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0 1. 90 35 . 5 。 60
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17 3 9 . 13
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27 .
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处 理 前
Be o e e t e t f r t am n r
10 5
4
27 。
处理后
A fe tr
te t e r a m nt
连续
con t n uo us i
39 6
2
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16 4
3 。 96
2 4
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18 8
5. 09
9
24 .
间隙
i tr a n ev l
处理方法
Tr ame t t o e t n meh d
观察细胞数
Ob e v d sr e c l n mb r el u e
V rai n f r mo o a it o o c o s me u e h n mb r
<1 0 %
=1 0
{< }一 }> 2 0 , 。 , ”
%
5 33 . 4
至 5. 后者则降低至 4.务, 2 务, 3 4 2 只是增加和减少的速度都很缓慢。 由于单倍体细胞或
二倍体细胞均不 占优势, 这个细胞系仍然保持了典型的混倍体水平。 ( 三)二倍体细胞系的分化能 力及其再生植株的倍性 试验结果表明, 单倍体细胞系并不因为二倍化而影响其分化能力。 经过加倍处理获 得的纯合二倍体细胞系仍然具有很强的再生植株能力( 图版 1 4p , )
程中,每代号细胞系同时还转人分化培养基上再生植株。在 2-20, 01 2-5 1 0 x光照条 C 0 u
件 下进行。
为查明经加倍处理后繁殖的各细胞团块的倍性变化, 我们在继.培养 斗 代 个月后, 再每
两月进行染色体数 目变异观察, 淘汰未加倍的单倍体细胞团, 保存并繁殖已加倍的二倍体 细胞团。关于细胞团的细胞及其再生植株根尖细胞的染色体观察方法如前所述‘ 弋.
料置于 7 ℃冰箱中4 小时后转人 2-3c 培养室培养 2 小时, 8 8 0, - t - 0 然后在灭菌条件下将加 倍材料转入上述配制好的秋水仙碱溶液中, 1-1℃ 温度条件下处理 4 小时, 在 1 7 8 按下列 两种方法进行:一种为连续处理, 即将细胞团置于秋水仙碱溶液中浸泡 4 小时; 8 另一种
d rv d o te t e t c lh cn i s b ut r e i e f m r am n o o c ii e r f n u c l e u
27 7
混倍体细胞系 Mioli cl xpo e d l
处理后观察时期
Ob e v d m e sr e t i a tr e t n f e t ame t r
裹 4 二倍体细胞系和单倍体细胞系再生植株的倍性水平
T be id l e o rgnrt n at o dpo ad po cl c ns a l 4 Po ye l eeeao p ns ild h ld l e i v f i l f i n a i e l o 细 胞 系
年多的继代培养中其倍性是稳定的。
裹 I 不同处理方法对单倍体细胞团的加倍效果 T be obig et df rn t a n o h p i cl m s a l 1 D ul e c o ieet t t ald l s n f f f f r me n o e a e 染色体数目变异
1单倍体细胞系:这一类的单倍体细胞仍占绝对多数, . 基本上与处理前一样, 单倍体 细胞占8-9多( 0 0 图版 1 3 。 , 左) 2二倍体细胞系:这一类的单倍体细胞比加倍处理前的细胞系显著降低,而二倍体 .
细胞则显著增多, 达到了 8-9 妊, 0 0 占绝对优势( 图版 1 3 。 , 右)
结
果
( 一)不同处理方法的加倍效果 供试的胚性细胞团在进行加倍处理前、 后检查细胞染色体数目变化情况, 从表 1 的数 据可以看到, 在处理前观察的细胞团的 10 5 个中期分裂相细胞中, 单倍体细胞 (n x 2 = -
1)占9. 0 1 并,二倍体细胞占2 , 3 . 其它非整倍体细胞仅占6 7 外,说明这个细胞团在一
处理后检查时间
Ex mi ain m e tr e t e t a nt o t i a e t am n f r
5 o h m nts
5 个月
7 o t s m nh
7个月
9个月
9 o h m nts
1 个月 5
1 mo t s 5 n h
G8 3 0n
9 。 5 8
8。 97
9 。 08
关于玉米单倍体植株加倍问题, hs Ca 。曾提出用秋水仙碱溶液注射幼苗的盾片节〔0 6 1 皿 Bg aOH等提出在玉米单倍体幼苗期浸根, 然后用X射线照射茎端分生组织D 在玉米花 I 。 药培养中, 花粉单倍体植株的加倍方法曾有报道【1 黄娇香等用秋水仙碱溶液对田间洪 3。 , 4 体植株进行预处理后再采取花药培养, 在含有秋水仙碱的培养基上, 获得了一定的加倍效 果[ I 5 l 。但是迄今在玉米花药培养中还没有找到比较理想的人工加倍方法。 为了在玉米花 药培养单倍体育种中找到有效的加倍方法,和使来源于玉米花粉的单倍体胚性细胞团加 倍成纯合二倍体,我们利用所获得的玉米品种八趟白花粉单倍体胚性细胞团〔为材料进 i i 行了加倍试验, 现将结果整理如下:
8. 75
G8 7 0c
9 . 13
8 . 83
9 。 4 1
7 . 90
从表 3 中可以看到, 通过加倍处理获得的混倍体细胞系是不稳定的。 随着继代培养
时间的增加, 单倍体细胞逐渐增多, 二倍体细胞逐渐减少。这一过程的快慢速度是与细胞
团中单倍体细胞与二倍体细胞的竞争有关。 如 G 0c和 G 00 88 81n两个细胞系在处理后
本文于 18 年 7月 1日收到。 92 1 )本文承中国科学院遗传研究所胡含同志审阅, 特此致谢。 2 )农学系7 级毕业生。 7
3混倍体细胞系:这一类是以单倍体细胞和二倍体细胞两者为主,但是无论是单倍 .
体细胞或二倍体细胞均未超过 6 外。 其余为非整倍体细胞。 0 从表 2中我们注意到,通过加倍处理并继代培养 斗次后获得的两个纯合二倍体细胞
系, 在一年多的长期继代培养中其倍性较稳定。 处理后 5 7 9 1 个月检查染色体数 , 和 5 ,
所观察的 21 3 个分裂中期细胞中, 二倍体细胞占 5.外, 3 2 单倍体细胞占3.外, 9 3 其它非整 倍体细胞同样在 1 外 以下。 这两种处理的加倍效果都是很明显的。 其加倍的频率两种 0 方法基本相似。而连续处理方法较简便而又有实用价值。 用上述同样的两种加倍方法处理来源于分化培养基上已分化的球形胚状体,没有获 得加倍效果。
本文研究了长期继代培养的玉米单倍性胚性细胞无性系的加倍方法。 用 无菌的 00 % .5
秋水仙碱溶液进行间隙和连续处理胚性细胞团4 小时,其结果可使二倍体细胞从 原 来 的 8
27 .%提高到 5%左右。 结合镜检采用不断分离挑选措施, 0 淘汰单倍体细胞团, 从而获得了
二倍化的胚性细胞无性系。二倍化细胞系再生植株中 9 .% 是二倍体。 05
继代培养 5 个月时观察到单倍体细胞较多, 分别达到 4 务和 5 多 左右, 4 2 而二倍体细胞分 别只占 1 外和 1 %。 在这种情况下, 3 9 二倍体细胞的增殖显著受到抑制, 到处理后继代培 养7 个月时,由于单倍体细胞迅速增加达到 8 外 以上,基本上复原到未处理前的水平。 0 而 G 0c这个细胞系则不同, 89 在处理后继代培养 5 个月时, 观察到二倍体细胞较多, 达到 5 %, 6 而单倍体细胞只占 2 %,在这种情况下,二倍体细胞并不能抑制单倍体细胞的增 8 殖, 单倍体细胞仍然不断增加, 二倍体细胞仍然不断减少, 到处理后 1 个月时, 5 前者已增
目变化的结果表明, 二倍体细胞 (,二 2 = )仍保持 8-9 并 左右。 2 x 2 0 0 0
农 z 秋水仙碱加倍获得的二倍化细胞系在继代培养过程中二倍体细胞的频率
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不同倍性细胞变化频率( %)
二 倍 体
非整倍体
Dpo ild i
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曹孜义等:玉米单倍体胚性细胞无性系二倍化的研究 表3 秋水仙喊处理获得的混倍体细胞系在继代培养过程中不同倍性细胞的变化
T be aii o一ieet iy l i mioli cl c ns a l 3 V r tn df rn p d c l xpo e l e ao f f l o e n d l o
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曹孜义等:玉米单倍体胚性细胞无性系二倍化的研究
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冲洗并重新转人继代培养基中在 2-2℃ 温度条件下培养。 5 8 经过加倍处理的细胞团在继代培养基中培养一月后, 将每一处理的细胞团, 分装人 , 瓶中, 每瓶接种 8 小堆, 每瓶给一个细胞株代号, 两个处理共计 1 瓶, 0 以后, 每月继代转移 一次。继代培养基及再生植株的分化培养基如前文所报道〔 z 1 0 用同样的加倍方法处理来源于分化培养基上已经分化为球形的胚状体。 为了检查加倍处理的细胞团的分化和再生能力及其再生植株的倍性,在继代培养过
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5万 一 13 一 2. 30
经过秋水仙碱溶液加倍处理后, 其染色体数 目的变异是单倍体细胞显著减少, 二倍体 细胞显著增加。 经过连续处理的细胞团中, 在观察的 39 6 个分裂中期细胞中二倍体细胞
占5.外, 0 9 单倍体细胞占”. 其它非整倍体细胞不到 1多。 从间隙处理的细胞团中 6 务, 0
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玉 单 体胚性细 性系 倍化的 究’ 米 倍 胞无 二 研 ‘
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二倍化细胞系 Dp ii tn il d ao o zi
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二倍体细胞百分数
材 料 和 方 法
材料 选用继代培养一年多、具有单倍性稳定和再生植株能力的胚 性 细胞 无性 系
B1 32为试验材料。 方法 配制浓度为 5pm 的秋水仙碱溶液,经高压灭菌 (7 0p 1 磅压力) 0 2 分钟后
作加倍处理用。 用作加倍处理的细胞团, 当其重新转人继代培养基中约 1 天左右, 0 此时细胞团的细 胞处于旺盛增殖的对数生长期。加倍处理前进行变温处理, 以激发细胞分裂, 即将加倍材
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( 二)纯合二倍体细胞系的获得和它的稳定性 如前所述, 将每种处理的细胞团各接种 , 瓶进行继代培养, 两个处理共计为 1 瓶, 0 每 瓶 暂编一个代号, 凡连续处理的在代号后加 “ C,间隙处理的代号后加 “ n。经继代和分 化培养 4 个月后, 又在不同时期检查了每个编号细胞株的细胞倍性情况, 结果归纳为:
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处理方法
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观察细胞数
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<1 0 %
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至 5. 后者则降低至 4.务, 2 务, 3 4 2 只是增加和减少的速度都很缓慢。 由于单倍体细胞或
二倍体细胞均不 占优势, 这个细胞系仍然保持了典型的混倍体水平。 ( 三)二倍体细胞系的分化能 力及其再生植株的倍性 试验结果表明, 单倍体细胞系并不因为二倍化而影响其分化能力。 经过加倍处理获 得的纯合二倍体细胞系仍然具有很强的再生植株能力( 图版 1 4p , )
程中,每代号细胞系同时还转人分化培养基上再生植株。在 2-20, 01 2-5 1 0 x光照条 C 0 u
件 下进行。
为查明经加倍处理后繁殖的各细胞团块的倍性变化, 我们在继.培养 斗 代 个月后, 再每
两月进行染色体数 目变异观察, 淘汰未加倍的单倍体细胞团, 保存并繁殖已加倍的二倍体 细胞团。关于细胞团的细胞及其再生植株根尖细胞的染色体观察方法如前所述‘ 弋.
料置于 7 ℃冰箱中4 小时后转人 2-3c 培养室培养 2 小时, 8 8 0, - t - 0 然后在灭菌条件下将加 倍材料转入上述配制好的秋水仙碱溶液中, 1-1℃ 温度条件下处理 4 小时, 在 1 7 8 按下列 两种方法进行:一种为连续处理, 即将细胞团置于秋水仙碱溶液中浸泡 4 小时; 8 另一种
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混倍体细胞系 Mioli cl xpo e d l
处理后观察时期
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裹 4 二倍体细胞系和单倍体细胞系再生植株的倍性水平
T be id l e o rgnrt n at o dpo ad po cl c ns a l 4 Po ye l eeeao p ns ild h ld l e i v f i l f i n a i e l o 细 胞 系
年多的继代培养中其倍性是稳定的。
裹 I 不同处理方法对单倍体细胞团的加倍效果 T be obig et df rn t a n o h p i cl m s a l 1 D ul e c o ieet t t ald l s n f f f f r me n o e a e 染色体数目变异
1单倍体细胞系:这一类的单倍体细胞仍占绝对多数, . 基本上与处理前一样, 单倍体 细胞占8-9多( 0 0 图版 1 3 。 , 左) 2二倍体细胞系:这一类的单倍体细胞比加倍处理前的细胞系显著降低,而二倍体 .
细胞则显著增多, 达到了 8-9 妊, 0 0 占绝对优势( 图版 1 3 。 , 右)
结
果
( 一)不同处理方法的加倍效果 供试的胚性细胞团在进行加倍处理前、 后检查细胞染色体数目变化情况, 从表 1 的数 据可以看到, 在处理前观察的细胞团的 10 5 个中期分裂相细胞中, 单倍体细胞 (n x 2 = -
1)占9. 0 1 并,二倍体细胞占2 , 3 . 其它非整倍体细胞仅占6 7 外,说明这个细胞团在一
处理后检查时间
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5 o h m nts
5 个月
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7个月
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1 个月 5
1 mo t s 5 n h
G8 3 0n
9 。 5 8
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关于玉米单倍体植株加倍问题, hs Ca 。曾提出用秋水仙碱溶液注射幼苗的盾片节〔0 6 1 皿 Bg aOH等提出在玉米单倍体幼苗期浸根, 然后用X射线照射茎端分生组织D 在玉米花 I 。 药培养中, 花粉单倍体植株的加倍方法曾有报道【1 黄娇香等用秋水仙碱溶液对田间洪 3。 , 4 体植株进行预处理后再采取花药培养, 在含有秋水仙碱的培养基上, 获得了一定的加倍效 果[ I 5 l 。但是迄今在玉米花药培养中还没有找到比较理想的人工加倍方法。 为了在玉米花 药培养单倍体育种中找到有效的加倍方法,和使来源于玉米花粉的单倍体胚性细胞团加 倍成纯合二倍体,我们利用所获得的玉米品种八趟白花粉单倍体胚性细胞团〔为材料进 i i 行了加倍试验, 现将结果整理如下:
8. 75
G8 7 0c
9 . 13
8 . 83
9 。 4 1
7 . 90
从表 3 中可以看到, 通过加倍处理获得的混倍体细胞系是不稳定的。 随着继代培养
时间的增加, 单倍体细胞逐渐增多, 二倍体细胞逐渐减少。这一过程的快慢速度是与细胞
团中单倍体细胞与二倍体细胞的竞争有关。 如 G 0c和 G 00 88 81n两个细胞系在处理后