人工誘發多倍體植物

一、實驗原理
自然界各種 生物 的染色體數目是相當恒定的，這是物種的重要特征。例如玉米體細胞染色體有20個，配成10對。遺傳學上把一個配子的染色體數，稱為染色體組（或稱基因組）用n表示。如玉米染色體組內包含10個染色體，它的基數n=10。一個染色體組內每個染色體的形態和功能各不相同，但又互相協調，共同控制 生物 的生長和發育、遺傳和變異。
由于各種生物的來源不同，細胞核內可能具有一個或一個以上的染色體組，凡是細胞核中含有一套完整染色體組的就叫做單倍體，也用n表示。具有兩套染色體組的生物體稱為二倍體，以2n表示。細胞內多于兩套染色體組的生物體稱為多倍體。例如三倍體（3n）、四倍體（4n）、六倍體（6n）等，這類染色體數的變化是以染色體組為單位的增減，所以稱作整倍體。
在整倍體中，又可按染色體組的來源，區分為同源多倍體和異源多倍體。凡增加的染色體組來自同一物種或者是原來的染色體組加倍的結果，稱為同源多倍體。如果增加的染色體組來自不同的物種，則稱為異源多倍體。
多倍體普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中有1/3或更多的物種是多倍體，如小麥屬（Triticum）染色體基數是7，屬二倍體的有一粒小麥，四倍體的有二粒小麥，六倍體的有普通小麥。除了自然界存在的多倍體物種之外，又可采用高溫、低溫、X射線照射、嫁接和切斷等物理方法人工誘發多倍體植物。在誘發多倍體方法中，以應用化學藥劑更為有效。如秋水仙素、萘嵌戊烷、異生長素、富民農等，都可誘發多倍體，其中以秋水仙素效果最好，使用最為廣泛。
秋水仙素是由百合科植物秋種番紅花——秋水仙（Colchicumautumnale）的種子及器官中提煉出來的一種生物堿。化學分子式為C22H25NO6 H2O。具有麻醉作用，對植物種子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可產生誘變作用。它的主要作用是抑制細胞分裂時紡錘體的形成，使染色體不走向兩極而被阻止在分裂中期，這樣細胞不能繼續分裂，從而產生染色體數目加倍的核。若染色體加倍的細胞繼續分裂，就形成多倍性的組織，由多倍性組織分化產生的性細胞，所產生的配子是多倍性的，因而也可通過有性繁殖方法把多倍體繁殖下去。
多倍體已成功地應用于植物育種，用人工方法誘導的多倍體，可以得到一般二倍體所沒有的優良經濟性狀，如粒大、穗長、抗病性強等。三倍體西瓜、三倍體甜菜、八倍體小黑麥已在生產上應用。
二、實驗目的
1.了解人工誘發多倍體植物的原理、方法及其在植物育種上的意義。
2.觀察多倍體植物，鑒別植物染色體數目的變化及引起植物其它器官的變異。
三、實驗材料
玉米（2n=20），或大麥（2n=18）、水稻（2n=24）的種子。
人工誘發的四倍體玉米和二倍體玉米的果穗、玉米粒、花粉、葉片。
四、實驗器具和藥品

2.藥品：0.1％和0.025％秋水仙素溶液，1mol/LHCl溶液，改良石碳酸品紅溶液（配方見實驗二十八），碘化鉀溶液。

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五、實驗說明
本實驗采用種子浸漬法。處理種子時，可先在一定濃度秋水仙素中浸種24小時左右，在鋪有 濾紙 的器皿上浸漬種子，再注入0.1％—0.025％濃度的秋水仙素溶液，為避免蒸發宜加蓋并置于暗處，放入20℃培養箱中，保持適宜的發芽溫度，干燥種子處理的天數應比浸種多1天左右。一般發芽種子處理數小時至三天，或多至十天左右。對于種皮厚發芽慢的種子，應先催芽后再行處理。已發芽的種子宜用較低的濃度處理較短的時間，秋水仙素能阻礙根系的發育，因而最好能在發根以前處理完畢。處理后用清水沖洗，移栽于盆缽或田間。
染色體加倍后必須進行鑒別。同源多倍體主要是根據形態特性來判斷，如葉色、葉形及氣孔和花粉粒的大小。最為可靠的方法，是待收獲大粒種子后，再將這些大粒種子萌發，制片根尖壓片，然后檢查細胞內的染色體數目，只有染色體數目加倍了，才能證明植株已誘變成四倍體。
六、實驗步驟
（一）把玉米2n=20（或大麥2n=18、水稻2n=24）種子浸在0.1％秋水仙素溶液24小時。
（二）用自來水沖洗2—3次。
（三）將萌發種子移到盛有0.025％秋水仙素溶液潤濕了吸水紙的培養皿里。
（四）置入20℃培養箱，培養發芽。
（五）48小時后取出幼苗。
（六）用自來水緩緩沖洗幼苗。
（七）把處理后的幼苗栽種在大田或盆缽內。
（八）同期播種未經處理的玉米種子作為對照。
（九）田間給以良好管理。
七、實驗結果
鑒定多倍體植物
1.制作四倍體玉米、二倍體玉米根尖細胞壓片，檢查染色體數目（見實驗二十八）。
2.觀察四倍體玉米、二倍體玉米表皮細胞氣孔的大小。
（1）在四倍體玉米葉的背面中部劃一切口，用尖頭鑷子夾住切口部分，撕下一薄層下表皮，放在載玻片的水滴里，鋪平，蓋上蓋玻片，制成表皮裝片。
（2）按上述同樣方法制作一張二倍體玉米的表皮裝片，作為對照。
（3）鏡檢比較四倍體與二倍體氣孔和保衛細胞的大小，用測微尺測量記載其大小。
3.觀察比較花粉粒的大小
（1）從四倍體、二倍體玉米植株上分別采集花粉。
（2）將采集到的花粉分別浸入45％冰醋酸。
（3）用滴管分別各取一滴花粉粒懸浮液，移到載玻片上。
（4）滴上碘化鉀溶液，蓋上蓋玻片，制成花粉粒制片。
（5）鏡檢四倍體及二倍體玉米花粉粒大小。
（6）用測微尺測定并記載其大小。
4.作業
（1）描繪四倍體玉米中期染色體圖像。
（2）將鏡檢觀察結果列成一表，并分析記載結果。