龙眼花粉母细胞减数分裂观察

1、龙眼花粉母细胞减数分裂观察论文摘要：以龙眼石硖;品种为材料，采用改进涂片法对花粉母细胞的减数分裂过程进行了系统观察，结果说明:.龙眼减数分裂进程与花蕾的大小，花药的颜色有密切关系，且在同一植株、同一花序，同一花蕾, 甚至同一花药中表现不同步性。.龙眼减数分裂染色体行为存在染色体片段、落后染色体、染色体桥、分裂不同步、微核及多分体等一系列异常现象，统计异常现象出现的频率，从细胞遗传学水平上分析了龙眼花粉母细胞减数分裂异常的原因。论文关键词：龙眼,花粉母细胞,减数分裂,染色体龙眼DimocarpuslonganLour.属于无患子科Sapindaceae龙眼属DimocarpusLour.植物，原

2、产我国南部，素有东北人参，南方桂圆;之称，是我国南方重要的经济树种之一。国内外对龙眼的研究主要集中在栽培学、生理学、分子生物学及储运技术等方面，对于龙眼的细胞学研究较少，林国阳等曾报道龙眼体细胞染色体数目为2n=30，而关于其花粉母细胞减数分裂方面的研究鲜有报道。本研究以石硖龙眼为试材，对其花粉母细胞减数分裂全过程进行观察，旨在为龙眼遗传育种和改进提供有价值的资料。1材料和方法1.1材料材料取自中国热带农业科学院南亚热带作物研究所龙眼种质资源圃。1.2方法 2021年2月上旬到3月下旬，选取植株生长健壮、无病虫害的龙眼花序，于上午8:00起每隔半小时取材一次，至中午12:00结束。采集花序后立

3、即放入卡诺氏固定液I(冰乙酸：无水乙醇=3：1)中固定424h，经95%、80%的乙醇各30min，最后转入70乙醇中置冰箱冷藏室保存备用。制片时取出花序，择取同样大小的小花解剖后取出花药，水洗后混合酶液5%纤维素酶：5%果胶酶=1：1于28酶解5h，水洗3次，卡诺氏固定液I固定30min，改进涂片法制片，Giemsa染色，Sony-80i生物显微镜镜检，将各时期典型图像拍照保存。2结果与分析2.1花蕾大小与龙眼减数分裂的关系龙眼花为聚伞花序圆锥形排列的混合花序，未开放的花蕾为圆球形或近圆球形，单花小，浅黄色，花萼和花瓣各5枚，花药兴旺7-10枚，多为8枚，每个花药有4个花粉囊和一个药隔。减数

4、分裂过程与花蕾直径存在一定相关性：花蕾直径约1.3mm时，花药为黄绿色，花粉母细胞进入减数分裂时期；当直径超过约1.83mm，花药黄色时，减数分裂已根本结束。同时观察发现减数分裂各时期进程具有不同步性，表现在不同植株间、同一植株的不同花序、同一花序的不同花蕾、同一花蕾的不同花药，甚至同一花药内不同的花粉母细胞间。2.2花粉母细胞减数分裂共观察前期四分体时期920个细胞(见表1)，减数分裂各个主要时期特征如下：表1减数分裂各时期染色体行为的花粉母细胞数目及频率Table1NumberandfrequencyofPMCsineachstageofmeiosis 减数分裂时期 Meiosis sta

5、ge 统计细胞总数 Number of cells examined 正常细胞Normal cells 异常细胞Abnormal cells 数目 Numbers 频率 frequency 数目 Numbers 频率 Frequency 前期prophase 288 284 98.61% 4 1.39% 中期metaphase 20 11 55% 9 45% 后期anaphase 69 56 81.16% 13 18.84% 末期telophase 111 99 89.19% 12 10.81% 前期prophase 55 55 100% 0 0% 中期metaphase 24 23 95.8

6、3% 1 4.17% 后期anaphase 47 40 85.11% 7 14.89% 末期telophase 11 7 63.63% 4 36.36% 四分体时期tetrad 295 231 78% 64 22% 合计 920 806 88% 114 12% 观察前期细胞288个，减数分裂正常细胞有284个。前期细胞染色体减数分裂行为如下：细线期，染色体细长，呈花束状，相互紧密缠绕位于细胞一侧图版1；偶线期，染色体为较长的细线，较细线期缩短增粗，同源染色体开始联会，位于细胞中央图版2；粗线期染色体进一步短缩图版3，1.39%的粗线期细胞出现两个核仁图版4，5；双线期染色体螺旋化，缩短变粗，染

7、色体呈现出V;型、X;型、O;型等各种形状图版6；终变期染色体更加粗短，形成15对较规那么的二价体，多以棒状、点状等形式存在，并以1个或2个二价体与核仁相连,此期二价体在核内均匀分散排列，是核内染色体计数的良好时期图版7，染色体构型为2n=15。中期，二价体排列在赤道板上，核仁消失图版8，45%的细胞有落后染色体存在图版9。后期，在纺锤丝的牵引下，二价体中的2条同源染色体彼此别离，随机向两极移动，完成染色体数目减半图版10。18.84%的细胞出现染色体桥图版11和落后染色体图版12。末期，2组子染色体到达细胞两极后，开始解螺旋，浓缩成团，转变为染色质，核仁和核膜重新出现，形成2个子核图版13。

8、10.81%的细胞有分裂不同步现象图版14，15及微核图版16。前期，染色体缩短图版17，18。中期，2组染色体分别排列在各自的赤道板上图版19，4.2%的细胞出现落后染色体图版20，21。后期，姊妹染色单体在纺锤丝的作用下分别移向两极图版22，此期有85.11%的细胞染色体能正常分向两极，14.89%的细胞出现染色体桥图版23，24。末期，到达两极的四组子染色体解螺旋，浓缩成团，核仁出现，核膜形成，1个母细胞分裂成4个子细胞图版25，至此减数分裂结束，进入四分体时期。此期36.36%的细胞染色体分裂不同步图版26。四分体时期，染色体到达四极，解螺旋，形成四分体。龙眼四分体结构多为四面体型图版

9、28，也有少局部十字型图版27,29。此期表现极为复杂，正常四分体仅占88%，其他为少量三分体图版30、五分体图版31、六分体图版32、七分体图版33，分别占11.86%、1.4%、0.34%、0.34%，还有8.06%的四分体出现微核图版34和染色体融合图版35等异常现象。随后，小孢子别离，形成二核花粉粒图版36。图版说明龙眼花粉母细胞减数分裂1.细线器；2.偶线期；35.粗线期4,5示双核；6.双线期；7.终变期；89.中期9示落后染色体；1012.后期11示染色体桥；12示落后染色体；1316.末期14,15示分裂不同步；16示微核；1718.前期；1921.中期20，21示落后染色体；

10、2224.后期23示染色体桥，24示染色体桥和染色体片段；2526.末期26示分裂不同步及微核；2735.四分体时期28.示四面体型四分体；27,29示十字型；30.示三分体；31.示五分体；32.示六分体；33.示七分体；34.示微核；35.示染色体融合；36.花粉粒；标尺均为5m。ExplanationofplatesMeiosisoflonganPMC1.Leptotene；2.Zygotene；35.Pachytene4,5showingsyncytium；6.Diplotene；7.Diakinesis；89.Metaphase9showinglaggingchromosome；10

11、12.Anaphase11showingchromosomebridge；12.Showinglaggingchromosome1316.Interphase14,15showingasynchronizationofchromosomessegregation；16.Showingmicronucleus；1718.Telophase；1921.Metaphase20，21showinglaggingchromosomes；2224.Anaphase23showingchromosomebridge，24showingchromosomebridgeandchromosomessegment

12、；2526.Interphase26showingasynchronizationofchromosomessegregationandmicronucleus；2735.Tetrastage28.showingtetrahedron；27,29.Showingcross；30.Showingtriad；31.Showingpentad；32.Showinghexad；33.Showingheptad；34.Showingmicronucleus；35.Showingfusionchromosome；36.Microspore；Barsfor5m.3讨论3.1龙眼减数分裂的不同步性龙眼减数分裂

13、的染色体行为，在不同植株、花序、花蕾和花药间均表现不同步性。这种不同步性可以扩展花期，增加雌雄花的有效作用时间，对其种群繁殖后代有利，是一种适应环境条件的进化表现。龙眼花粉母细胞减数分裂时期与花蕾大小和花药颜色等有紧密相关，在进行研究时，可以利用这种相关初步判断减数分裂的进程，以此作为减数分裂制片的取材依据，可到达事半功倍的效果。3.2减数分裂异常的可能原因观察发现有极少数粗线期细胞出现两个核仁。核仁的形成与核仁组织者有关，一般1个核仁组织者可以形成1个核仁，以1个细胞只有1个核仁者居多，也有2个以上的，如小麦细胞中有3个核仁.康向阳等报道毛白杨花粉母细胞减数分裂细胞中最多出现8个小核仁，并认

14、为这是由毛白杨染色体组中存在多对核仁组织者引起的。另外细胞融合也会导致双核仁现象的产生。本试验中我们仅发现1.39%的粗线期细胞存在双核仁，由于实验的样本数量有限，没有在前期观察到细胞融合现象。双核仁产生，是与核仁组织者形成有关，还是由细胞融合等原因引起，有待于进一步研究。染色体桥是最常见的染色体异常现象，可以作为鉴定是否出现染色体倒位的依据之一。本实验中，在后期和后期均观察到染色体单体桥，原因可能是由于非姊妹染色单体在倒位环内只有一次交换，在后期，还出现到染色体双桥，可能是在一个倒位段内发生两个互补交叉。制片中发现的染色体小片段和落后染色体，有的位于赤道板上，有的移向一极。有些学者认为额外的

15、染色体片段是染色体直接断裂的产物。张彩霞等说明，染色体桥被拉断后，形成的染色体片段在以后的分裂中以微核的形式存在。WangHeng-Chang等也说明，染色体片段和落后染色体可以导致微核形成。实验中末期，末期及四分体时期的微核来源于分裂过程中染色体片段和落后染色体。观察还发现落后染色体发生的频率随着减数分裂进行逐渐降低，这可能与进入末期，染色体片段和落后染色体随机分布或丧失有关，与此同时，落后染色体的移动速度较慢，可能是导致减数分裂不同步的主要原因。四分体时期，出现染色体多极分裂等异常现象。根据李雅轩、王祖秀、唐仙英、胡丹艳等的观点，作者推断龙眼染色体多极分裂，形成多分孢子，可能与纺锤体定位异

16、常有关。但本实验中未观察到清晰的纺锤体形态。有关纺锤体对减数分裂染色体异常行为的作用机制，有待更深入研究。参考文献1 Lin Guo-yang, Ke Guan-wu. Primary Observation of chromosome numbers in longan cultivars. China Fruits, 1989, (2):35-37.(in chinese)2 Liang Guo-lu,Li Xiao-lin. Improved smear method of plant meiosis on citrus.South China Fruits,1991,(2):40-41

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