摘 要

风信子为世界上五大鲜切花之一，栽培已有几个世纪，其起源简单，但花色变异丰富。对一个蓝色栽培种的花粉母细胞减数分裂染色体配对行为进行了统参考:计分析。结果表明，该栽培种的染色体数目为2n=2x=16，96%以上的细胞配对形成8个二价体。

关键词：风信子；花粉母细胞；醋酸洋红；减数分裂

Abstract：As one of the five flower bulbs, hyacinth is widely cultivated on the earth with a cultivation history of several centuries. In spite of a simple origin mainly from one species, hyacinth has abundant color variations. The result shown that chromosome number was 2n=2x=16，and 8 bivalents can be identified in 96% pollen mother cell.

Keyword：hyacinth; pollen mother cell; acetocarmine; meiosis

目 录

1.前言 1

1.1国内外对风信子的研究 1

1.1.1基因型的差异 1

1.1.2外植体的选择 2

1.1.3基本培养基 2

1.2染色体减数分裂的概念 2

1.2.1减数分裂与植物的世代交替的关系 3

1.2.2减数分裂与配子的形成 3

1.2.3减数分裂过程中染色体的变化与遗传规律之间的关系 3

1.2.4减数分裂异常导致的各种现象 4

1.3染色体减数分裂研究意义 4

2.试验材料与方法 4

2.1试验材料 4

2.2试验方法 5

3.试验结果与分析 5

3.1试验结果 5

3.2试验结果分析 6

4.讨论 8

致 谢 9

参考文献 10

1.前言

风信子(Hyacinthus orientalis)又名洋水仙、西洋水仙、五色水仙、时样锦, 为风信子科风信子属中的多年生草本植物，具鳞茎。 原来属百合科，现在已被提升为新风信子科的模式属，而风信子也从原来的百合目改到新成立的天门冬目中。原产欧洲南部、地中海沿岸及小亚细亚一带。花期早, 自然花期在3~4月，是著名的秋植球根花卉,有白、黄、红、粉红、兰、紫、雪青等花色品种,并伴有浓郁的香味。植株低矮整齐,花序端庄,色彩绚丽,宜作花坛、花境、花丛及疏林边、草地、草坪边自然式成片种植,也可作切花、盆栽或水养观赏。

风信子是世界著名的观赏花卉，它风姿独特、色彩艳丽，深受世界各国人民的喜爱在荷兰，风信子商品生产十分发达，种球销往世界各地，在花卉业中占有着重要的地位在我国，风信子盆花深受大都市白领消费者的欢迎

1.1国内外对风信子的研究

本属植物世界有30余个原种,但目前的园艺栽培种是由H. orientalis及其变种经过长期选育得来^[1]。风信子植株低矮,花色鲜艳,具芳香,适于庭园布置,也可盆栽、水养或做切花,是国际花卉市场上重要的球根花卉之一。风信子主要通过分球繁殖,但自然条件下繁殖率很低。种子繁殖结籽率和发芽率也很低,播种后需生长4～5年才能开花,且变异性大。人工切割鳞茎盘繁殖虽比自然繁殖效率高,但1年也仅能获得10～30个子球,仍不能满足生产需要。国内外已经对风信子的组培快繁技术进行了不少研究,并取得了一定的成效。

目前，国内对风信子的研究主要集中在组织培养和花粉活力测定方面，尚未深入开展对风信子的栽培习性及花期调节方面研究因此，研究风信子在我国气候条件下的生长习性、种球生产和花期调节技术，对风信子在国内花卉市场的推广应用，具有重要的现实意义 。

1.1.1基因型的差异

理论上任何植物活组织在适宜的条件下都能发育成完整的植株。但是,不同品种、不同生长状况、发育阶段、生长环境和不同部位的外植体存在一定的生理生化差异,因此选择不同的品种和外植体可影响组织培养的效率。不同风信子品种,因基因型不同,其再生能力有差异。李艳等的研究表明,品种DelftB lue与品种Jan Bos相比, Jan Bos的鳞片再生能力略强于Delft Blue^[2]。刘志强等的研究认为,在诱导愈伤组织时,不同品种的外植体其愈伤组织产生的量有较明显的差异,粉花品种最易产生愈伤组织,且愈伤组织的量较大;红花品种较难产生愈伤组织,且量少;紫花品种介于二者之间^[3]。Chung等的研究认为,不仅在初代诱导中,在利用愈伤组织诱导小鳞茎时,品种间也有较大差异,紫花品种花茎形成的愈伤是最好的诱导小鳞茎材料^[4]。

1.1.2外植体的选择

鳞片是鳞茎类植物组培常用的外植体, Chung等认为在利用风信子鳞片进行组培时,内层鳞片比外层鳞片、鳞片基部比鳞片的顶部有更高的器官诱导能力,以风信子的叶片为外植体进行培养也能得到了完整的植株^[5]。段金玉等以花序为外植体进行过组培研究,结果花序轴和花柄切片可以直接得到小鳞茎, 子房和花被经愈伤组织可形成小鳞茎^[6]。Chung等认为,用花柄附加一部分花序进行组培比只用花柄的效果好。李艳等用风信子(Annamarie)的鳞片和幼叶为外植体得到了完整的植株。可见风信子可供选择的外植体较多,鳞片、叶片、花序轴、小花梗、子房和花被片等都可以应用,但不同的外植体,诱导能力有一定差异。

生理学年龄或发育年龄会影响风信子的形态发生类型和进一步的发展。一般情下,幼年组织比老年组织具有较高的形态发生能力^[7]。Paek认为,在风信子中,不同的外植体形成芽和小鳞茎的比率决定于品种和开始培养的时间^[8]。

Amaki等将3个品种风信子的鳞茎储藏在25 ℃、相对湿度为50%～60%的条件下17个月,然后进行组织培养,结果这种长期的储藏明显地提高了小鳞茎的形成和生长能力。他们还将风信子鳞茎放置在硅胶中干燥5～20 h后进行组培,结果干燥5 h处理促进了风信子形成小鳞茎的数量,而干燥20 h处理则促进了风信子小鳞茎的生长。因此, Amaki等认为,为了获得更多的再生植株,这种用硅胶干燥处理的方法是比较实际的^[9]。Paek认为,冷处理有利于风信子组培外植体芽的形成,把外植体在4 ℃下放置8周,能诱导更多的小鳞茎^[10]。

1.1.3基本培养基

风信子的初代培养、继代培养以及生根等阶段的培养大都以MS为基本培养基,如Bach等、Paek、段金玉等、吕燕波等^[11]、刘勇刚等^[12]的试验。但Yi等使用了Heller为基本培养基进行鳞片的繁殖,试验的品种为Lady Derby、Mary和Jan Bos,最终生产出了具根的小鳞茎^[13]。2002年Yi等又以改良的Heller为培养基进行了激素对小鳞茎形成影响的试验,认为效果更佳^[14]。

1.2染色体减数分裂的概念

减数分裂作为一种特殊的有丝分裂, 存在于有性生殖生物体的生活史中。细胞通过减数分裂, 实现了遗传物质从上一代到下一代的传递。 由于减数分裂过程中存在同源染色体的联会配对和非姐妹染色单体间的交换, 从而为遗传物质间的重组提供了可能, 也为生物的进化提供了变异的原动力。

1.2.1减数分裂与植物的世代交替的关系

世代交替是指一些生物的生活史中有双倍体的孢子体世代与单倍体的配子体世代交替出现的现象。大部分植物的生活史中有世代交替。孢子体世代(无性世代)和配子体世代(有性世代)在植物的生活史中是密切联系、先后相继的两个阶段。凡是进行有性生殖的植物,其生活史中都有配子的配合和减数分裂的过程。因此,细胞核便有双相和单相的核相交替。世代交替过程总是伴随着核相交替,但有核相交替的植物并不一定有世代交替。世代交替是植物界有性生殖发展到一定阶段的产物。在高等植物中都有世代交替,当然也都有核相交替。在低等植物中除蓝藻外普遍存在着核相交替,但世代交替现象并不普遍。如衣藻是单倍体细胞的生物,只有有性生殖过程的合子阶段出现双倍体,其生活史的特点是有明显的核相交替,但没有孢子体和配子体的交替。

1.2.2减数分裂与配子的形成

配子由于配子是有性生殖的细胞,而减数分裂又是有性生殖过程中的一个基本阶段。所以,学生往往认为减数分裂的结果只产生配子。事实上,由于生物的多样性,表现在生殖方式上有差异,减数分裂发生的时间也不一样。动物的减数分裂发生在形成配子时期,比如人的初级精母细胞和初级卵母细胞经减数分裂分别产生了精子和卵子。但大部分植物(苔藓、蕨类、种子植物以及一部分藻类植物)是在形成孢子时进行减数分裂,然后由孢子萌发形成配子体,配子体经过生长

发育,再分化出精子和卵。而有些藻类是在合子萌发时进行减数分裂(如:水绵) ,称为合子减数分裂。也有些藻类植物在形成配子时进行减数分裂(如:硅藻) ,称为配子减数分裂。由此可见,有性生殖的整个过程中必然有减数分裂的发生,但减数分裂并不一定直接产生配子。

1.2.3减数分裂过程中染色体的变化与遗传规律之间的关系

　　减数分裂的结果使形成的配子中染色体数目减半,但这种减半并不是随机发生,而是遵循遗传规律进行的^[15]。来自父母双方的经复制含有2条单体的同源染色体在前期Ⅰ配对,在后期Ⅰ分开。同源染色体的分离决定了等位基因的均衡分离,这正是经典遗传学三大定律之一———分离定律的实质。等位基因的分离导致性状的分离,纯合体(AA, aa)稳定遗传,就是说自交后代与亲本表型一致,杂合体(Aa)必然分离,自交后代表型不一致。染色体在减数分离过程中的“分”与在受精过程中的“合”,使有性生殖的生物保持了染色体数目的恒定性。减数分裂的后期Ⅰ,同源染色体分开分别向两极移动,位于非同源染色体上的非等位基因自由组合,反映了经典遗传学三大定律之二———自由组合定律的实质。减数分裂前期Ⅰ中的粗线期,同源染色体间的非姐妹染色单体可能发生片段交换,在接下来的双线期会出现可见的交叉,这样分开来的染色体就不是原来的染色体,染色体上基因之间的位置关系发生了改变,由原来的同线关系(顺式排列)变为异线关系(反式排列) ,而异线关系变为同线关系,这就是交换事件,导致了遗传物质的非随机组合,增加了变异性。这正是经典遗传学三大定律之三—连锁交换定律的基础。

1.2.4减数分裂异常导致的各种现象

减数分裂过程复杂,并受各种因素影响,可能导致染色体结构或数目发生异常的变化,即染色体畸变,从而导致细胞和生物功能的异常。其异常机制可能涉及染色体配对、联会和重组等过程^[16]。植物胚囊母细胞减数分裂不正常,出现同源染色体不能正常配对,导致雌蕊败育^[17]。植物性母细胞减数分裂发生未减数现象时会导致多倍体的形成。如在自然条件下,同源三倍体的出现,大多是由于减数分裂不正常,由未经减数分裂的配子与正常的配子结合而形成的。减数分裂异常会加剧生物体的变异发生,有些变异还与物种的进化有关。如易位和倒位是引起爆发式新种起源的重要途径。

1.3染色体减数分裂研究意义

在减数分裂研究过程中,通过从不同角度对减数分裂知识进行拓展,使学生对减数分裂过程有较为透彻的掌握,不仅强化了生物学不同学科知识的连贯性和完整性,也激发了学生对植物学、动物学、生理学、遗传学、进化论等学科的学习兴趣,为今后课程的深入学习打好了基础。这种拓展性教学是教学中素质教育的重要手段之一。

2.试验材料与方法

2.1试验材料

本次试验材料为引子荷兰的风信子（图1a，b所示），栽培于风景园林院省级示范实验室大棚。