植物细胞染色体倍性鉴定方法

植物细胞染色体倍性鉴定方法
魏爱民;杜胜利;韩毅科;张历
【摘要】综述了植物细胞染色体倍性鉴定的染色体计数法、流式细胞分析法、检测气孔大小及气孔保卫细胞叶绿体数目法等各种检测方法，并对其优缺点进行了评述。

【期刊名称】《天津农业科学》
【年(卷),期】2001(007)002
【总页数】3页(P41-43)
【关键词】植物;倍性;染色体;流式细胞分析;气孔;叶绿体
【作者】魏爱民;杜胜利;韩毅科;张历
【作者单位】天津市黄瓜研究所,;天津市黄瓜研究所,;天津市黄瓜研究所,;天津市黄瓜研究所,
【正文语种】中文
【中图分类】农业科学
【文献来源】https:///academic-journal-cn_tianjin-agricultural-sciences_thesis/020*********.html
2001 年 6 月Jun ． 2001 天津农业科学 TianjinAgricultural Sciences第 7 卷第2 期Vol.7No． 2植物细胞染色体倍性鉴定方法魏爱民，杜胜利，韩毅科，张历 (天津市黄瓜研究所，天津 300192)摘要：综述了植物细胞染色
体倍性鉴定的染色体计数法、流式细胞分析法、检测气孔大小及气孔
保卫细胞叶绿体数目法等各种检测方法，并对其优缺点进行了评述。

关键词：植物；倍性；染色体；流式细胞分析；气孔；叶绿体中图分类号：S641.3
文献标识码：A文章编号：1006-6500(2001)02-0041-03倍性鉴定在植物遗
传育种中具有十分重要的作用。

在单倍体育种中，通过花药（花粉小孢子）、未受精子房等途径再生出的植株，往往是单倍体、双单倍体及其他倍性植株的
混合群体，有效的倍性鉴定是了解其遗传背景和进一步应用的基础。

尽早检测出单倍体有利于对其进行加倍处理。

在三倍体无子西瓜、甜瓜的种子检测中，倍性鉴定可用来检测种子纯度。

另外，倍性鉴定也可用于分析细胞分裂活动等
生理和遗传研究。

国内外关于各种鉴定方法的报道不少，但较分散，而且很少见将各种方法加以综合和比较的报道。

本文综述了各种倍性鉴定方法并对其优缺点进行了评述。

不同倍性植株在细胞学和形态解剖学上具有明显差异，目
前倍性鉴定方法主要有两种类型。

收稿日期：2001-03-27作者简介：魏爱民（ 1972- ），女，天津蓟县人，研究实习员，主要从事生物技术研究工作参考文献：[1] 林伯年，蒋有条．鲜切花栽培和保鲜技术[M].上海：上海科学技术出版社，1994 [2] 金波，等，鲜切花栽培技术手册[M].北京：中国农业大学出版社，1998. [3]丁世民．切花新秀非洲菊[J].西南园艺，2000 ，(3):36-37. [4] 林大为，等．非洲菊介质土栽培技术[J].农业科技通讯，1991 ，(5) ：16. Culture Techniques ofGerberajamesoniiinNorthChina ZHAOSu-jun,ZHANGXue-dong (TianjinInstitute of HorticulturalEngineering,Tianjin 300381,China) Abstract: According to Gerberajamesonz'igrowhabitionandthecharacterof soil andthe
climateinnorthChina,thepaperdiscribedthecultureandmanagetechniquesof Gerbera jamesoniiin detail. Keywords:Gerbera
jamesonii;northChina;culture2001年6月 Jun ． 2001天津农业科学TianjinAgricultural Sciences第 7卷第 2 期 Vol.7 No．2摘要：综述了植物细胞染色体倍性鉴定的染色体计数法、流式细胞分析法、检测倍性鉴定在植物遗传育种中具有十分重要的作用。

在单倍体育种中，通过花药（花粉小
孢子）、未受精子房等途径再生出的植株，往往是单倍体、双单倍体及其他
倍性植株的混合群体，有效的倍性鉴定是了解其遗传背景和进一步应用的基础。

尽早检测出单倍体有利于对其进行加倍处理。

在三倍体无子西瓜、甜瓜的种子检测中，倍性鉴定可用来检测种子纯度。

另外，倍性鉴定也可用于分析细胞分
裂活动等生理和遗传研究。

国内外关于各种鉴定方法的报道不少，但较分散，
而且很少见将各种方法加以综合和比较的报道。

本文综述了各种倍性鉴定方法
并对其优缺点进行了评述。

不同倍性植株在细胞学和形态解剖学上具有明显差异，目前倍性鉴定方法主要有两种类型。

参考文献： [1]林伯年，蒋有条．鲜
切花栽培和保鲜技术[M].上海：上海科学技术出版社，1994 [2]金波，等，鲜切花栽培技术手册[M].北京：中国农业大学出版社，1998. ofGerberajamesoniiinNorthChina ZHAO Su-jun,ZHANG Xue-dong (TianjinInstitute of HorticulturalEngineering,Tianjin
Gerberajamesonz'igrowhabitionandthecharacterof soil andthe climateinnorthChina,thepaperdiscribedthecultureandmanagetechniquesof Gerbera jamesoniiin detail. Key words: Gerbera
jamesonii;nort hChina;culture· 4
2 ．天津农业科学第 7 卷 1 直接鉴定法即染色体计数方法，这是确定倍性最基
本和最精确的方法。

目前常采用压片法和去壁低渗法进行染色体标本制备，通
常以根尖为材料，也可选择以卷须、叶片愈伤组织为材料。

祝仲纯Ⅲ 以大叶
黄烟未传粉子房培养再生植株的根尖为材料，用醋酸洋红或苏木精染色压片，
观察细胞中期染色体并计数。

从观察统计的根尖细胞染色体数目来看，单
倍体占 79.4% ，二倍体占8.25% ，其他倍性占 12.35% 。

谷祝平等‘ 21 对百合离体子房培养所形成的再生植株，取根尖用孚尔根反应压片法进行细胞学观
察和染色体计数，发现单倍体植株为 65.71% ，二倍体植株为24.34% 。

陈瑞
阳等‘ 33在国内首创利用去壁低渗法进行染色体标本制备，对 37 科 105 种植
物进行切片制备，详细总结了不同植物的低渗、酶解、染色时间。

去壁低渗法比常规压片法具有若干优点，是当前植物染色体研究中的重要方法。

该方
法既可用于染色体计数，还可用于染色体组型分析 Gimsa分带等研究，并可借助扫描电镜对植物染色体进行观察。

但是这种方法需要装备良好的实验室条件
和富有经验的技术人员，而且操作过程比较繁琐，工作量大。

所以人们一直
在探索鉴定植物倍性的更简便和准确的方法。

2 间接鉴定法2.1 流式细胞分析法(FlowCytometry)该方法是通过流式细胞分析仪对大量的处于分裂间期的细胞DNA 含量进行检测，然后经仪器附设计算机自动统计分析，最后绘制出 DNA 含量（倍性）的分布曲线图。

具体的操作分两步：1 ）材料及细胞核准备。

新鲜材料置于含有对 DNA 特异性的荧光染料 DAPI 的缓冲液内，用剃须刀切碎，悬浮液经 20 ～ 40Vm 尼龙网过滤，调整细胞核密度至 10 ～ 30 万个
/mL 。

2 ）用流式细胞分析仪 (FlowCytometer) 检测每个细胞核荧光信号
强度，并经仪器自动分析。

DNA含量与荧光信号强度成正比关系。

细胞
核的倍性最后以 C 值表示，1C 表示细胞核单倍体，2C表示细胞核二倍体，
依次类推‘ “朝。

利用流式细胞分析仪的特点是快速、简便、准确。

准备好
的细胞核样品在数分钟内即可完成测定和分析，所以特别适合于样品较多的
倍性检测分析： 6]缺点是需要有较昂贵的专门设备。

2.2 气孔大小及保卫细胞
叶绿体数目关于倍性与植株叶片气孔大小及保卫细胞叶绿体数目的关系已有
许多文献报道。

李春红‘ 71对玉米花药培养的再生植株进行了倍性鉴定，采
用根尖染色体压片法和气孔保卫细胞长度法平行鉴定，得出玉米单倍体植株
的鉴定标准是气孔保卫细胞长度不超过 29lJm ，其鉴定的精度可达到 95% 。

陈士炎‘ 83对 15 个不同倍性自然茶树品种（品系、单株）叶片保卫细胞中叶绿体数目观察结果表明：不同倍性间每个保卫细胞中的叶绿体数目变异程度比同倍性内品种或单株间大得多，达极显著差异，二倍体植株保卫细胞叶绿体数目≤ 16 ，三倍体植株叶绿体数目≤24，四倍体植株叶绿体数目≤32 ，表
明叶绿体数目与植株倍性存在相关性。

刘仁祥‘ 叮研究了烟草花粉植株染色体倍性的早期快速鉴定，以展开第 5 叶为材料，用气孔保卫细胞叶绿体数倍性分析法能早期、快速鉴定花粉植株倍性，其结果与开花结实情况有非常高的吻合，且判定每·42．第7卷 1直接鉴定法即染色体计数方法，这是确定倍性最基本和
最精确的方法。

目前常采用压片法和去壁低渗法进行染色体标本制备，通常以
根尖为材料，也可选择以卷须、叶片愈伤组织为材料。

祝仲纯Ⅲ以大叶黄烟
未传粉子房培养再生植株的根尖为材料，用醋酸洋红或苏木精染色压片，观察细胞中期染色体并计数。

从观察统计的根尖细胞染色体数目来看，单倍体
占 79.4% ，二倍体占 8.25% ，其他倍性占 12.35% 。

谷祝平等‘ 21 对百合离体子房培养所形成的再生植株，取根尖用孚尔根反应压片法进行细胞学观察和染色体计数，发现单倍体植株为 65.71% ，二倍体植株为 24.34% 。

陈瑞阳等
‘ 33在国内首创利用去壁低渗法进行染色体标本制备，对 37 科 105 种植物进
行切片制备，详细总结了不同植物的低渗、酶解、染色时间。

去壁低渗法比常规压片法具有若干优点，是当前植物染色体研究中的重要方法。

该方法既可
用于染色体计数，还可用于染色体组型分析 Gimsa 2间接鉴定法 2.1流式细胞分析法 (FlowCytometry)该方法是通过流式细胞分析仪对大量的处于分裂间期
的细胞 DNA 含量进行检测，然后经仪器附设计算机自动统计分析，最后绘制
出 DNA 含量（倍性）的分布曲线图。

具体的操作分两步：1 ）材料及细
胞核准备。

新鲜材料置于含有对 DNA 特异性的荧光染料 DAPI 的缓冲液内，用剃须刀切碎，悬浮液经 20 ～ 40Vm 尼龙网过滤，调整细胞核密度至 10 ～30 万个/mL 。

2 ）用流式细胞分析仪 (FlowCytometer) 检测每个细胞核荧光信号强度，并经仪器自动分析。

DNA备。

2.2气孔大小及保卫细胞叶绿
体数目关于倍性与植株叶片气孔大小及保卫细胞叶绿体数目的关系已有许多
文献报道。

李春红‘ 71对玉米花药培养的再生植株进行了倍性鉴定，采用根
尖染色体压片法和气孔保卫细胞长度法平行鉴定，得出玉米单倍体植株的鉴定
标准是气孔保卫细胞长度不超过 29lJm ，其鉴定的精度可达到 95% 。

陈士炎
‘ 83对 15 个不同倍性自然茶树品种（品系、单株）叶片保卫细胞中叶绿体数目观察结果表明：不同倍性间每个保卫细胞中的叶绿体数目变异程度比
同倍性内品种或单株间大得多，达极显著差异，二倍体植株保卫细胞叶绿体
数目≤ 16 ，三倍体植株叶绿体数目≤24四倍体植株叶绿体数目≤32 ，表明叶
绿体数目与植株倍性存在相关性。

刘仁祥‘ 叮研究了烟草花粉植株染色体倍性
的早期快速鉴定，以展开第 5 叶为材料，用气孔保卫细胞叶绿体数倍性分析法
能早期、快速鉴定花粉植株倍性，其结果与开花结实情况有非常高的吻合，且判定每第 2 期魏爱民等：植物细胞染色体倍性鉴定方法． 4
3 ．==============================;===============
======================:========一=;====:=== ：一株仅需
1 ～ 2min 。

ShaokeWangclo] 研究比较了糖甜菜二倍体、三倍体和四倍体植株在气孑 L密度、气孔大小、保卫细胞叶绿体数目等方面的差异，结果见表 1 。

表 1 糖甜菜不同倍性植株气孔密度、气孔大小、保卫细胞叶绿体数目┏ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃染色体┃气孔数气孔直径叶绿体数┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃倍性 /IIIT112
/ym／保卫细胞二倍体 1 099.1 31.8 13.91三倍体 786.7 34.1 20.18四倍体
809.8 35.3 25.25┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛可以看出，二倍体和四倍体植株之间气孔密度、气孔大小、保卫细胞叶绿体数目存在显著差异，而三倍体和四倍体之间差异较小。

2.3植株形态指标鉴定随着细胞染色体倍性的增加，植物细胞和各器官体积一般趋于增大。

N.Sari 等‘113研究比较了 2 个西瓜品种二倍体及其单倍体植株的田间表现，发现单倍体植株的叶面积、茎长、茎粗显著低于二倍体，单倍体植株的雌、雄花也明显小于二倍体，单倍体雄花中没有花粉粒，而二倍体有。

马国斌等 12]研究了甜菜四倍体植株的形态特征，结果表明：气孔、花粉粒、花冠和种子均大于二倍体。

杜胜利等[13]研究了黄瓜辐射花粉授粉产生再生植株的形态特征，结果表明：单倍体植株较之二倍体植株具有长势弱、叶片小、花冠裂片深等特点。

参考文献：[1] 祝仲纯，等，大叶黄烟未传粉子房培养及其细胞学研究[J].遗传学报，1984,11(4):281-287.谷祝平，等，百合未授粉子房的培养及其胚胎学观察[J].植物学报，1983,25(1):24-27.陈瑞阳，等．植物染色体标本制备的去壁、低渗法及其在细胞遗传学中的意义[J]．遗传学报，1982,9(2):151-159. [4]AMMde LAAT,etal.Determinationof ploidyof single plantsandplantpopulationsbyflowcytometry[J].Plant Breeding,1987,99:303-307. [5]BINORJ.etal.Flowcytometric determinationof nuclearreplication stagesin tomatoseedsduringprimingandgermi- nation[J].Annals ofBotany,1992,69:231- 236. [6]ArumuganathanK,et al.Estimationof nuclearDNAcontentof plantsbyflowcytometry[J].PlantMolicularBiology Reporter,1991,9(3):229-233. [7]李春红，等，玉米花药培养及再生植株倍性鉴定[Jl.华北农学报，1993,8(2):64-68. [8]陈士炎，等．茶树倍性与保卫细胞叶绿体数目的关系[J]．茶叶科学，1989,9(2):127-132. [9]刘仁祥，等，烟草花粉植株染色体倍性的早期快速鉴定[Jl.贵州农业科学，1998,26(6) ：4-7.
[10]ShaokeW.Evaluationof variousmethodsfor ploidydeterminationin BetavulgarisL[J].Genet&13reed ,1998,52:83- 87.[11]Sari
N,parisonof ploidylevel screeningmethodsin watermilon:Citrullus lanatus(Thunb).Matsumand Nakai[J].Scientia Horticulturae,1999,82: 265 - 277. [12] 马国斌，等．甜瓜组织培养再生植株中的四倍体变异[J]．园艺学报，1999,26(2):128-130. [13]杜胜利，等．通过辐射花粉授粉诱导获得黄瓜单倍体植株[J]．中国农业科学，
1999,32(2):107.MethodsofPlantCellPloidyLevelIdentification WEIAi-min,DU Sheng-li,HAN Yi-ke,ZHANG Li (TianjinCucumberResearchInstitute,Tianjin 300192,China) Methodsof plantcell ploidylevel identificationincludingchromosomecounting, flow cytometry,stomata size,chloroplastnumberinstomatalguardcells,etc.werere-
viewed.Theiradvantagesanddisadvantageswerealsodiscussed. Keywords:plant ;ploidy ;chromosome;flow cytometry;stomata;chloroplst期魏爱民等：植物细胞染色体倍性鉴定方法43
==============================;================== ===================:=========;====:===：一株仅需 1 ～
2min 。

ShaokeWangclo] 研究比较了糖甜菜二倍体、三倍体和四倍体植株在气孑 L密度、气孔大小、保卫细胞叶绿体数目等方面的差异，结果见表 1 。

表1糖甜菜不同倍性植株气孔密度、气孔大小、┏━┳┓┣╋┫倍性／保卫细胞┗┻┛可以看出，二倍体和四倍体植株之间气孔密度、气孔大小、保卫细胞叶绿体数目存在显著差异，而三倍体和四倍体之间差异较小。

2.3随着细胞染色体倍性的增加，植物细胞和各器官体积一般趋于增大。

N.Sari 等‘比较了 2 个西瓜品种二倍体及其单倍体植株的田间表现，发现单倍体植株的叶面积、茎长、茎粗
显著低于二倍体，单倍体植株的雌、雄花也明显小于二倍体，单倍体雄花中
没有花粉粒，而二倍体有。

马国斌等 12]研究了甜菜四倍体植株的形态特征，结果表明：气孔、花粉粒、花冠和种子均大于二倍体。

杜胜利等[13]研究了黄瓜辐射花粉授粉产生再生植株的形态特征，结果表明：单倍体植株较之二倍体植株具有长势弱、叶片小、花冠裂片深等特点。

祝仲纯，等，大叶黄烟未传粉子房培养及其细胞学研究[J].遗传学报，1984,11(4):281-287. [4] A M de LAAT,et al.Determinationof ploidyof single plantsandplantpopulationsbyflowcytometry[J].Plant [5] BINO R
J.etal.Flowcytometric determinationof nuclearreplication stagesin tomatoseedsduringprimingandgermi- of Botany,1992,69: 231- 236. [6] Arumuganathan K,et al.Estimationof nuclearDNAcontentof plantsbyflowcytometry[J].PlantMolicularBiology [10] Shaoke
W.Evaluationof variousmethodsfor ploidydeterminationin
BetavulgarisL[J].Genet&13reed ,1998,52:83- 87. [11] Sari
N,parisonof ploidylevel screeningmethodsin watermilon:Citrullus lanatus(Thunb).Matsumand Nakai[J].Scientia Horticulturae,1999,82: 265 - 277.杜胜利，等．通过辐射花粉授粉诱导获得黄瓜单倍体植株[J]．中国农业科学，1999,32(2):107. MethodsofPlantCellPloidyLevelIdentification WEIAi-min,DU (TianjinCucumberResearchInstitute,Tianjin Methodsof plantcell ploidylevel identificationincludingchromosomecounting,
size,chloroplastnumberinstomatalguardcells,etc.werere-
viewed.Theiradvantagesanddisadvantageswerealsodiscussed. words :
plant ;ploidy ;chromosome;flow cytometry;stomata;chloroplst
【相关文献】
1.植物染色体倍性鉴定方法概述 [J], 杨清淮
2.用西瓜叶片气孔保卫细胞叶绿体数鉴定西瓜染色体倍性 [J], 施先锋，彭金光，汪李平
3.植物染色体倍性鉴定方法研究进展 [J], 陶抵辉，刘明月，肖君泽，邓建平，宋为兵，霍稳根
4.植物染色体倍性鉴定方法研究进展 [J], 陶抵辉，李小红，王利群，周杰良，陈涌，霍稳根
5.烟草染色体倍性快速鉴定方法 [J], 朱惠琴，张宪银，薛庆中。