不同生態(tài)型黃瓜的減數(shù)分裂行為

不同生態(tài)型黃瓜的減數(shù)分裂行為

作為一種重要的杏仁作物，黃瓜是中國從“5”到“15”的五大主要蔬菜之一，種植面積超過100萬hm。然而,由于染色體小且染色能力弱,黃瓜的細(xì)胞遺傳學(xué)研究還很滯后,迄今為止,國內(nèi)外黃瓜的細(xì)胞遺傳學(xué)研究主要集中在核型和C-分帶帶型的分析上,未見系統(tǒng)的減數(shù)分裂研究。這種狀況不利于發(fā)揮細(xì)胞遺傳學(xué)對黃瓜品種改良的指導(dǎo)作用。目前,開展細(xì)胞遺傳學(xué)研究對于黃瓜的遺傳育種,尤其是染色體工程育種具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。黃瓜是甜瓜屬種間雜交雙二倍體新種C.hytivusChen&Kirkbride(以下簡稱新種)的親本之一,了解黃瓜花粉母細(xì)胞中的染色體構(gòu)型、比例及其動(dòng)態(tài)變化,是研究新種中黃瓜染色體組和野生種C.hystrixChakr.染色體組互作的前提。同時(shí),準(zhǔn)確識別黃瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂染色體的特征,利于快速預(yù)測新種與黃瓜回交后代中出現(xiàn)的各種染色體材料,如單體異附加系(待發(fā)表資料),從而指導(dǎo)研究利用新種進(jìn)行黃瓜染色體工程育種?？紤]到我國栽培黃瓜存在著生態(tài)型的差異,筆者將系統(tǒng)地研究包括新種親本北京截頭在內(nèi)的不同生態(tài)型栽培黃瓜的減數(shù)分裂行為,為黃瓜的育種提供一些細(xì)胞遺傳學(xué)信息。1種內(nèi)雜質(zhì)、常規(guī)品種減數(shù)分裂染色體的檢測研究材料有北京截頭、津綠3號、二早子和西雙版納黃瓜,生態(tài)型及其屬性見表1?！氨本┙仡^”和“二早子”為常規(guī)品種,已經(jīng)自交多代。津綠3號為天津黃瓜研究所新近推出的雜種一代。選用津綠3號作為對比,是為了初步考察種內(nèi)雜種和常規(guī)品種減數(shù)分裂染色體行為的異同。2001年11月中旬將黃瓜種子催芽后播種,在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝圃的大棚中加溫越冬,2002年2月份取大小適宜的雄花蕾,長約1~3mm,卡諾液(1體積無水酒精∶3體積冰醋酸)固定過夜后,用70%的酒精保存在冰箱中備用。2002年2月份再次催芽播種黃瓜于園藝圃中,4~5月份取材、固定、保存?zhèn)溆?。將花藥從中部切?用鑷子輕輕擠壓出花粉母細(xì)胞,用卡寶品紅(脫色堿性品紅)染色,采用火焰微烤和45%醋酸分色制片。OLYMPUS(BX-51)顯微鏡觀察照相。2結(jié)果與分析2.1花粉母細(xì)胞的染色體形態(tài)所有生態(tài)型黃瓜的花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂都包括細(xì)胞質(zhì)分裂和細(xì)胞核分裂。細(xì)胞質(zhì)分裂為同時(shí)型胞質(zhì)分裂,細(xì)胞核分裂的同步性較強(qiáng)。在細(xì)胞核分裂的過程中,核仁從前期I到中期I逐漸消失,在前期Ⅱ再次出現(xiàn),隨后消失;染色體在前期I到中期I逐漸清晰,末期I解螺旋,變得模糊,前期Ⅱ再次清晰可辨。黃瓜細(xì)胞核減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的主要特征相同。以北京截頭黃瓜為例,簡要介紹黃瓜細(xì)胞核減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)。前期I,在細(xì)線期的染色質(zhì)凝結(jié)成染色絲偏在核仁一側(cè),成花束狀(圖1:A);粗線期染色體明顯變粗,已經(jīng)完成配對過程(圖1:B);雙線期,配對染色體的交叉結(jié)發(fā)生端化現(xiàn)象(圖1:C);終變期形成7個(gè)環(huán)狀二價(jià)體(7Ⅱ),核仁依然可見(圖1:D)。中期I的染色體排列成一排,沒有分散到赤道板平面之外,核仁消失(圖1:E)。后期I染色體向兩極分離,沒有滯后(圖1:F)。末期I染色體解螺旋,變得模糊(圖1:G)。前期Ⅱ,兩極都出現(xiàn)清晰的核仁和染色體(圖1:H)。中期Ⅱ,染色體分成兩組,每組7條(圖1:I)。后期Ⅱ染色體的分裂面互相垂直(圖1:J)。末期Ⅱ染色體再次解螺旋、消失,在4極出現(xiàn)大小不等的核仁(圖1:K-1)。隨后,經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)分裂主要形成正常的四分體(圖1:K-2)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),多數(shù)花粉母細(xì)胞中期I的染色體收縮過度,排列很緊湊(圖版Ⅰ:E);而終變期染色體的收縮程度要低些,多數(shù)花粉母細(xì)胞中的染色體都很分散,比中期I更加適宜觀察染色體的構(gòu)型。所有黃瓜花粉母細(xì)胞終變期二價(jià)體的類型有環(huán)狀和棒狀2種(表2),其中環(huán)狀二價(jià)體居多,平均值介于6.70~6.92,接近7Ⅱ(最大的可能值)。在北京截頭、二早子和西雙版納黃瓜中,約10%的花粉母細(xì)胞含有1個(gè)棒狀二價(jià)體,在津綠3號中,25%的花粉母細(xì)胞含有1~2個(gè)棒狀二價(jià)體。統(tǒng)計(jì)分析表明,常規(guī)品種(北京截頭、二早子和西雙版納)和種內(nèi)雜種(津綠3號)花粉母細(xì)胞染色體構(gòu)型的平均值在0.01水平上差異不顯著。2.2花粉母細(xì)胞的產(chǎn)生西雙版納黃瓜變種特殊的減數(shù)分裂行為。與普通黃瓜相比,西雙版納黃瓜花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂行為特殊之處主要體現(xiàn)在核仁的數(shù)量上。在前期I,西雙版納黃瓜的核仁(2個(gè))比普通黃瓜品種的(1個(gè))多1個(gè)(圖2:A);在前期Ⅱ,西雙版納黃瓜的兩極有2個(gè)核仁(圖2:B),而普通黃瓜只有1個(gè)(圖1:G)。另外,在西雙版納黃瓜的后期I還發(fā)現(xiàn)1例(約0.5%)染色體橋(圖2:C)。這在普通黃瓜中沒有發(fā)現(xiàn)。西雙版納黃瓜其它的減數(shù)分裂行為與普通黃瓜的相似,很正常。所有參試黃瓜的花粉母細(xì)胞在不同氣候條件下都可以形成多分體。在早春陰冷天氣和冬季,多數(shù)花粉母細(xì)胞產(chǎn)生多分體,除了4個(gè)大型的小分體外,還有1~9個(gè)微型小分體(圖2:D);其中約60%的花粉母細(xì)胞產(chǎn)生5~6個(gè)微型小分體。在晴朗溫暖的天氣,95%以上的花粉母細(xì)胞只產(chǎn)生四分體,不到5%的花粉母細(xì)胞產(chǎn)生1~3個(gè)微型小分體。在后期Ⅱ未發(fā)現(xiàn)染色體多組(超過4組)分布。3黃瓜減數(shù)分裂的特殊性實(shí)驗(yàn)中我們將卡寶品紅染色、火焰烤片和45%醋酸浸潤分色相結(jié)合,減弱了來自黃瓜染色體染色能力弱和細(xì)胞質(zhì)背景色重的干擾。簡要地描述了黃瓜減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的共性特征,并報(bào)道了黃瓜減數(shù)分裂的一些特殊行為,為黃瓜細(xì)胞遺傳學(xué)的深入開展提供了一些基礎(chǔ)信息。與普通黃瓜變種相比,西雙版納黃瓜變種花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂行為具有一定的特殊性。在前期I和前期Ⅱ發(fā)現(xiàn)西雙版納黃瓜變種與所觀察的普通黃瓜變種的核仁數(shù)量不同,而且,后期I在西雙版納黃瓜變種中還觀察到普通黃瓜變種所沒有的染色體橋。人們認(rèn)為CicerL.屬的二倍體物種中偶爾出現(xiàn)的染色體橋與其最長二價(jià)體的分離遲滯(Separatelate)有關(guān)。鑒于在后期Ⅰ沒有觀察到染色體滯后的現(xiàn)象,西雙版納黃瓜的染色體橋是否是由于二價(jià)體分離遲滯引起的還有待進(jìn)一步研究。研究還首次發(fā)現(xiàn)普通栽培黃瓜經(jīng)過減數(shù)分裂可以產(chǎn)生多分體。前人推測遠(yuǎn)緣雜種的多分體可能是后期Ⅱ多組分布的染