植物多倍體細胞的誘發實驗及多倍體細胞觀察

一、教學目的：
1．了解人工誘導多倍體的原理，初步掌握用秋水仙素誘發多倍體的方法。
2．了解植物多倍體細胞 染色體 加倍的特點。
二、實驗原理
自然界各種生物的染色體數目是相對恒定的，這是物種的重要特征。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。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，這類生物細胞內染色體數目的變化是以染色體組為單位進行增減的，所以稱作整倍體。
多倍體普遍存在于植物界，目前已知道被子植物中約有l／3或更多的物種是多倍體，除了自然發生的多倍體物種之外，還可采用高溫、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、異生長素，富民農等，都可以誘發多倍體，其中以秋水仙素溶液效果最好，使用最為廣泛。
秋水仙素溶液的主要作用是抑制細胞分裂時紡錘體的形成，使染色體向兩極的移動被阻止，而停留在分裂中期的分布，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，可通過有性繁殖方法把多倍體繁殖下去。如果將種子用秋水仙素浸漬，也可誘導多倍體植株產生。
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得到廣泛的應用。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，制備根尖壓片，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為多倍體。
三、實驗材料
玉米(2n＝20)，大麥(2n＝18)、水稻（2n＝24）的種子，或洋蔥的鱗莖。
四、實驗器具和藥品：
l．用具：
顯微鏡、載玻片、蓋玻片、培養皿、鑷子、刀片、滴管，吸水紙和測微尺。
2．藥品：
0.1％和0.025％秋水仙素溶液，1mol／L HCl溶液 、改良苯酚品紅溶液。
五．實驗步驟
1． 先剪去洋蔥的老根，然后置于盛滿水的燒杯口上，等新長出的不定根長約1.5－2mm左右時，移到盛有0.01－0.1％濃度的秋水仙素中，直到根尖膨大為止。誘導后細胞為多倍體細胞。
也可以采用種子浸漬法。處理種子時，可先在—定濃度秋水仙素溶液中浸種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l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。所誘導種子長成的植株為多倍體植株。
蠶豆根尖端處理時，秋水仙素濃度比洋蔥根尖高，在1％以上。
也可在植株的芽原基處進行處理，誘導芽變，形成多倍體枝條，再將其進行扦插以獲得多倍體植株。
2．取下已膨大的根尖或幼芽，水洗后進行常規制片（固定，保存，水洗，酸解，水洗，制片，染色，壓片等過程），染色時滴上一、二滴改良苯酚品紅染液，10－15分鐘以后壓片。
3．觀察多倍體細胞染色體的形態并統計其染色體數目。
六、注意事項：
1. 秋水仙素處理時間應根據供試材料的細胞周期而定，當處理時間介于供試材料細胞周期的一倍到兩倍之間時，可觀察到細胞由二倍體變為四倍體，當處理時間多于供試材料細胞周期的兩倍以上時，供試材料的細胞可從四倍體變為八倍體，因此，在培養多倍體細胞時，應注意用秋水仙素的處理時間；此外，秋水仙素的濃度對處理效果也有影響，應注意掌握。
2. 多倍體細胞中染色體的形態有兩種，一種為一條染色體含有一條單體，另一種為一條染色體含有兩條單體，應注意觀察，并思考其形成原因。
3. 秋水仙素為劇毒藥品，實驗中應注意不要將藥品沾到皮膚上，眼睛中。如果沾到皮膚上，應用大量自來水沖洗。