白屈菜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的觀察及其不同步性分析*

李國泰，張益颯

(通化師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134002)

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白屈菜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的觀察及其不同步性分析*

李國泰，張益颯

(通化師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 通化 134002)

摘要:以白屈菜為材料,采用壓片和改良石碳酸品紅染色制片法,觀察花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過程及其減數(shù)分裂過程中各時(shí)期的不同步性的研究和分析.結(jié)果表明:(1)白屈菜的取材時(shí)間與其減數(shù)分裂存在著相關(guān)性,上午時(shí)段采取的白屈菜所觀察到的減數(shù)分裂過程最佳;(2)對白屈菜的減數(shù)分裂觀察中可得知存在減數(shù)分裂各時(shí)期的不同步現(xiàn)象,由此推斷花粉的早熟和晚熟對其生殖會存在一定影響;(3)在所拍攝的白屈菜減數(shù)分裂圖片中發(fā)現(xiàn)其染色體數(shù)目的不一致,因此推斷有B染色體的存在.白屈菜的藥用價(jià)值極為廣泛,該實(shí)驗(yàn)的研究可為白屈菜藥理作用,誘變培育及分子水平的進(jìn)一步研究提供一定的理論依據(jù).

關(guān)鍵詞:白屈菜;減數(shù)分裂;花粉母細(xì)胞;染色體

白屈菜(Chelidonium Majus L.)[1]為罌粟科白屈菜屬下的一個(gè)種,屬于全草類.為多年生草本，別名：地黃連,土黃連,斷腸草等.白屈菜含有多種化學(xué)成分，可分為生物堿與非生物堿.白屈菜性涼,味苦微辣,有毒.全草入藥有鎮(zhèn)痛,利尿,止咳,解毒等功效.主要針對胃痛,腸炎,慢性支氣管炎,咳嗽,水腫以及毒蛇咬傷等.

目前國內(nèi)外對于白屈菜的藥理作用頗有研究[2],尤其對于抗腫瘤作用研究深入[3],體外實(shí)驗(yàn)也已證實(shí)白屈菜紅堿對多種腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞毒性[4].然而對白屈菜的引種馴化、人工栽培等方面的研究報(bào)道非常少. 對白屈菜的花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過程進(jìn)行觀察及其B染色體進(jìn)行研究,旨在為白屈菜的引種馴化及相關(guān)細(xì)胞遺傳學(xué)知識的深入研究提供科學(xué)依據(jù)和必要的素材.

1實(shí)驗(yàn)過程

1.1材料的獲取

整株白屈菜及白屈菜花序取自通化師范學(xué)院周邊.

1.2制片及攝影

以白屈菜的花藥為材料采用壓片法[5]制備永久裝片,通過顯微鏡進(jìn)行觀察,用數(shù)碼照相機(jī)進(jìn)行顯微攝影，得到白屈菜減數(shù)分裂各時(shí)期的圖像后進(jìn)行分析.

(1)取材.5～6月選取植株生長良好的白屈菜花序,于上午:9:00～10:30;下午:14:00～15:30;傍晚:17:00～18:30進(jìn)行取材.

(2)固定.剪下發(fā)育適宜的花序,隨即放入盛有卡諾固定液的小廣口瓶中固定2～24h.

(3)解離及水洗.固定之后將材料取出用1mol/L的鹽酸解離液進(jìn)行解離6min,然后水洗三次.每次水洗5min.

(4)染色.用鑷子取出花序放置在載玻片上,用解剖針剝離出一個(gè)花藥.用膠頭吸管取一滴改良石碳酸品紅染液置于花藥上進(jìn)行染色5～10min.此時(shí)可連續(xù)取出幾個(gè)花藥,進(jìn)行同樣的染色處理.

(5)壓片[6].取一干凈的蓋玻片,呈45°角將其慢慢放下,在蓋玻片上覆以濾紙,用拇指均勻用力下壓,使材料分散均勻,切勿將蓋玻片壓破或移動,然后進(jìn)行顯微鏡觀察,把材料良好并且細(xì)胞分散均勻的裝片留用.

(6)永久裝片的制備[7].把經(jīng)過固定、解離、染色及壓片制備好的臨時(shí)裝片進(jìn)行冰凍、揭片、干燥后,用中性樹膠封片,然后置于通風(fēng)良好的環(huán)境中進(jìn)行自然風(fēng)干,切勿移動蓋玻片的位置以免影響染色體觀察,制備好的白屈菜永久裝片裝盒保存.

(7)顯微攝影.把制備好的永久裝片進(jìn)行顯微觀察.先用40倍物鏡進(jìn)行觀察,找到白屈菜減數(shù)分裂細(xì)胞的各個(gè)時(shí)期，再調(diào)至100倍油鏡觀察,通過調(diào)光、對焦用數(shù)碼照相機(jī)進(jìn)行拍攝,得到清晰的細(xì)胞分裂照片.

2結(jié)果及分析

把通過顯微攝影得到的圖片進(jìn)行篩選分類，按白屈菜減數(shù)分裂的先后過程排序觀察分析,具體如下.

2.1減數(shù)分裂I

通過顯微攝影得到第一次減數(shù)分裂各時(shí)期圖片，如圖版I、圖版II所示.

圖版I　白屈菜花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂

(1)前期I(圖版I-1).染色體從細(xì)變粗,從塊狀變成清晰可見的染色體,同時(shí)也是從長變短的動態(tài)過程.最顯著的特征則是深色的染色質(zhì)塊逐漸變成棒狀染色體[8].

細(xì)線期(圖版II-1)細(xì)胞的特征是染色體呈現(xiàn)為細(xì)線狀,另有念珠狀的染色粒,每條染色體已含有兩條染色單體,細(xì)胞核以及核仁變大[9].

偶線期(圖版II-2)同源染色體進(jìn)行配對,有聯(lián)會現(xiàn)象出現(xiàn).而每對聯(lián)會的同源染色體則稱為二價(jià)體,另外它含有4條染色單體,又可稱為四分體.

粗線期(圖版II-3)染色體凝聚縮短變粗,然后四分體的非姐妹染色單體之間發(fā)生DNA片斷交換,產(chǎn)生了基因重組,然而不能進(jìn)行配對的染色體稱為單價(jià)體(或二聯(lián)體).

雙線期(圖版II-4)染色體開始分離,另外的交叉點(diǎn)上保持有聯(lián)系.

終變期(圖版II-5),又叫濃縮期.二價(jià)體明顯變短,向核周邊移動,并且在核內(nèi)均勻散開.由于雙線期交叉常不止發(fā)生在一個(gè)位點(diǎn),染色體形狀表現(xiàn)出了多樣性,有V形、X形、8字形.在終變期末,核仁開始消失,核膜破裂.

圖版II　白屈菜減數(shù)分裂Ⅰ

(2)中期I(圖版I-2)．成對同源染色體向中央赤道板移動,而著絲點(diǎn)排列在赤道板兩側(cè),細(xì)胞質(zhì)中形成紡錘體,一側(cè)的紡錘體與同一側(cè)的兩個(gè)著絲粒相連接.染色體整體外觀如麻花狀.

(3)后期I(圖版I-3).每對聯(lián)會的同源染色體稱為二價(jià)體.二價(jià)體中的兩條同源染色體分開,被一側(cè)的紡錘絲牽引,然后隨機(jī)地向兩極移動.非同源染色體之間趨向同一極.

(4)末期I(圖版I-4).染色體到達(dá)兩極后,解旋成為細(xì)絲狀,紡錘體逐漸消失,核膜重新建立,核仁形成并且進(jìn)行胞質(zhì)分裂,產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞,其染色體數(shù)目減半,但姐妹染色單體并沒有分開.

圖版III　白屈菜減數(shù)分裂II

1.間期與中期Ⅱ;2.前期與中期Ⅱ;3.中期與后期Ⅱ;4.后期Ⅱ;5.末期Ⅱ;6.四分體

2.2減數(shù)分裂Ⅱ

通過顯微攝影得到的第二次減數(shù)分裂的各時(shí)期圖像如圖版III.按細(xì)胞分裂前后順序分析如下.

(1)前期Ⅱ(圖版III 1,2).正常情況下,一般植物此時(shí)期應(yīng)該是染色體散亂分布在細(xì)胞中,而后再次聚集,核膜及核仁消失,紡錘體[10]再次形成.但是觀察到的白屈菜細(xì)胞的減數(shù)分裂前期Ⅱ中的兩個(gè)子細(xì)胞分裂不同步,一個(gè)是前期Ⅱ特征,一個(gè)是中期Ⅱ特征．

(2)中期Ⅱ(圖版III 2,3).正常情況下應(yīng)該是兩個(gè)子細(xì)胞染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上,與減數(shù)分裂Ⅰ有所不同,此時(shí)不存在同源染色體.本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不同的是出現(xiàn)了一個(gè)子細(xì)胞是中期Ⅱ特征，一個(gè)子細(xì)胞是后期Ⅱ特征，也出現(xiàn)了分裂的不同步性．

(3)后期Ⅱ(圖版III 3,4).染色單體的著絲粒分開,由紡錘絲牽引向兩極移動，細(xì)胞分裂正常．

(4)末期Ⅱ(圖版III 5,6).核膜和核仁重現(xiàn),到達(dá)兩極的染色體進(jìn)入子細(xì)胞,而后形成四分體，細(xì)胞分裂正常．

2.3花粉母細(xì)胞分裂的不同步性分析

第一次減數(shù)分裂之后染色體數(shù)目減半,所以其產(chǎn)物為單倍體.減數(shù)分裂遺傳物質(zhì)重組,因?yàn)闇p數(shù)分裂前期長而且復(fù)雜,在白屈菜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察中可知,不同植株或同一植株不同花序的花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的速度具有明顯的不一致性,尤其是減數(shù)第二次分裂,如本實(shí)驗(yàn)研究中的前期Ⅱ和中期Ⅱ出現(xiàn)了細(xì)胞分裂的不同步性.因此在白屈菜減數(shù)分裂的同一制片中能觀察到不同的分裂相.

2.4觀察到B染色體

在所拍攝的白屈菜減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的照片中,對白屈菜染色體條數(shù)的多少作了研究及分析,其存在有2n=10;2n=12;2n=14等的情況,白屈菜染色體數(shù)目變異較大,對其或有待于進(jìn)一步地研究,對此情況推斷存在B染色體[11].B染色體也稱為超數(shù)染色體,就是超出正常染色體數(shù)目的一類染色體,而在正常核型范圍內(nèi)的染色體則都稱之為A染色體.因此,對白屈菜的染色體條數(shù)細(xì)致的分析還需進(jìn)行更進(jìn)一步的探究.

3討論

在本實(shí)驗(yàn)中,制片所用的白屈菜花序的取材時(shí)間對實(shí)驗(yàn)的觀察存在一定的影響,分不同的時(shí)間點(diǎn)(上午:9:00～10:30;下午:14:00～15:30;傍晚:17:00～18:30)對其進(jìn)行采摘并準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn),制片對其進(jìn)行減數(shù)分裂觀察發(fā)現(xiàn),在上午所采摘的白屈菜的細(xì)胞減數(shù)分裂的較多，因此實(shí)驗(yàn)效果最佳.在實(shí)驗(yàn)過程中,挑選的花藥好壞對實(shí)驗(yàn)的成功也存在一定相關(guān)性.首先,選取的花苞必須大而嫩,顏色最好呈現(xiàn)綠色而非黃色;然后,為能準(zhǔn)確觀察減數(shù)分裂現(xiàn)象,花苞必須處于鮮嫩期而不可是成熟期,成熟期花藥中的細(xì)胞所呈現(xiàn)的減數(shù)分裂現(xiàn)象不易觀察到.

在真核細(xì)胞中,花粉母細(xì)胞要經(jīng)歷兩次核分裂和胞質(zhì)分裂,最終分裂為四個(gè)單倍體細(xì)胞并發(fā)育成配子.在第一次減數(shù)分裂的粗線期非姐妹染色單體之間發(fā)生交叉、重組,每對同源染色體一般有至少一個(gè)交叉,但也存在三個(gè)或多個(gè)交叉,正是由于染色體的交叉、重組,使其遺傳組成不同從而致配子遺傳多樣化,最后父本與母本的單倍體配子合成一個(gè)二倍體的合子.減數(shù)分裂是有性生殖中產(chǎn)生生殖細(xì)胞的最主要形式,同時(shí)也是發(fā)生交換以及重組的主要時(shí)期,另外減數(shù)分裂的同源染色體非姐妹染色單體之間的多種交換可能性也為生物的多樣性提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ).本實(shí)驗(yàn)中,對白屈菜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的觀察,大部分時(shí)期分裂都處于同步,少部分存在不一致,特別是第二次減數(shù)分裂,存在中期和后期同時(shí)進(jìn)行的情況,這種不同步性[12]表現(xiàn)在不同植株或同一植株不同花序,從而存在早熟和晚熟現(xiàn)象,由此推斷減數(shù)分裂時(shí)期的不同步性對其生殖存在一定的影響.

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(責(zé)任編輯:陳衍峰)

DOI:10.13877/j.cnki.cn22-1284.2016.06.018

*收稿日期：2015-12-04

作者簡介：李國泰,吉林梨樹縣人,副教授.

中圖分類號：S563.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-7974(2016)03-0056-03