动物的多倍体的例子:
蜗牛中有四倍体,家蚕,果蝇,蝾螈和蛙等动物是三倍体和四倍体。鳃足虫是一种甲壳类动物,在海水中它们的二倍体个体进行着两性生殖。
体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体多倍体在生物界广泛存在。常见于高等植物中,由于染色体组来源不同,可分为同源多倍体和异源多倍体。
多倍体这是物种形成的另一种方式,是一种只经过一二代就能产生新物种的方式。由于多倍体生物一旦形成,它和原来的物种就发生生殖隔离,因而它成了新种,所以这种方式被称为爆发式的。
很多植物种都是通过多倍体途径而产生的。被子植物中约有40%以上是多倍体。小麦、燕麦、棉花、烟草、甘蔗、香蕉等都是多倍性的。如香蕉、某些马铃薯品种都是三倍体的。蕨类植物也有很多是多倍,裸子植物较少多倍,但有名的巨杉则为多倍。
多倍体广泛分布于植物界,如普通小麦是异源六倍体,棉花是四倍体,栽培草莓是八倍体等,多倍体产生途径除自然发生外,化学药剂诱导是很有效的途径。不管以何种方式产生,检测、鉴定多倍体就显得很重要和迫切。
鉴定多倍体,可采用间接和直接的方法。间接方法包括形态学和细胞学的观察,直接法是直接对试材检测染色体的数目。一般来讲,多倍体植物在形态学和细胞学上的特征表现为: 气孔、花器、花粉粒、种子、果实甚至叶片等明显变大,单位面积叶片上的气孔数目减少而密度降低等。考虑到染色体观察、记数较为烦琐,首先对试材从形态学和细胞学上来初步判断是否为多倍体,然后把初步断定为多倍体的试材再观察、记录染色体数目是否真正地发生了倍性的变异,从而最终确定为多倍体。
芽变选种是无性繁殖植物育种的一种有效途径,多以嵌合体的形式存在,特别是多倍体芽变。通过检测梢端分生组织LⅠ、LⅡ 、LⅢ三层细胞的细胞、细胞核及核仁的大小,可以鉴定芽变材料倍性嵌合体的类型。
本实验学习多倍体鉴定的基本方法。
一、试材及用具
1.试材:玉米、小麦、棉花、草莓、番茄、苹果等。
2.用具:显微镜、剪刀、培养皿、载玻片、盖玻片、吸水纸、镊子、纱布、酒精灯、物镜测微尺、目镜测微尺等。
3. 试剂 及配制
(1)卡诺氏固定液: 冰醋酸1份,加纯(或95%)酒精3份,混匀,现用现配。
(2)醋酸纤维素液: 称取10g醋酸纤维素,加入到100 mL的丙酮溶液中,用玻棒搅拌数分钟至醋酸纤维素全部溶解。
(3)醋酸洋红染色剂: 取45 mL冰醋酸,加入55 mL蒸馏水,加热至沸腾,慢慢加入2 g洋红,煮沸约5 min,冷却后加入2% 硫酸亚铁。过滤,贮于棕色瓶中。
(4)解离液: 铬酸2g,浓硫酸8 mL,浓硝酸3 mL,蒸馏水89 mL,充分混匀。
二、方法步骤
(一)间接方法
1.形态学观察
观察试材的形态学特征,例如叶片、果实、种子、花器等是否有较明显的增大现象,如果肉眼就能观察到明显的增大现象,说明试材很有可能是多倍体。不论形态上是否存在明显变异,还需观察、检测细胞学上的变化。
2.细胞学观察
(1)检测气孔大小和密度
对叶背无茸毛的材料,可直接观察。取叶片用卡诺氏固定液固定,撕取叶片下表皮置载玻片上,滴上1~2滴醋酸洋红染色剂染色1~2 min,盖上盖玻片,用吸水纸吸去多余的染液,在显微镜下观察记录气孔保卫细胞长度、宽度和气孔的密度。
对叶背有茸毛的材料,用印膜法观察。 选取生长健壮叶片,于叶背中部(避开叶脉)涂上一层均匀醋酸纤维素液,约5 min后形成一层薄膜,用镊子揭下薄膜,就除掉了叶背的茸毛。然后再往叶背涂一层醋酸纤维素液,注意要涂匀,在室内凉3~5 min,用镊子取下薄膜,置于载玻片上,加蒸馏水或醋酸洋红染色剂1~2滴,盖上盖玻片,在显微镜下观察气孔的大小和密度。
对叶背茸毛多的材料,用解离液法观察。先用醋酸纤维素液去掉茸毛,然后把叶片剪成小块放入解离液中浸泡,直至表皮边缘与叶肉脱离翘起,放入清水中漂洗,揭下表皮,置于载玻片上,用醋酸洋红染色,盖上盖玻片,镜检。
把临时制片在低倍镜下找到气孔,换用高倍镜,用目镜测微尺测量保卫细胞大小,求30个气孔大小的平均值。然后统计计算每个视野中气孔的数目,移动载玻片,换另外的视野,进行10次记数,用物镜测微尺测量视野的直径,计算出每个视野的面积,求出单位叶面积上的气孔的数目,即为气孔的密度。
美洲角蛙是最先发现的多倍体动物,它具有四套染色体,又称为四倍体。以后,科学家们又陆续在低等动物中发现一些多倍体动物。例如,鱼类中有一些银鲫的种群,就是天然的三倍体。它们的繁殖方式与众不同,是以一种名为“雌核发育”的形式来生儿育女的。子女辈小鱼的遗传物质只来源于母亲,却不带有父亲的任何基因。那么雌核发育到底是怎么一回事呢?原来,雌核发育就是一种假受精现象。精子虽然能像模像样地钻入卵子中,并激活卵子,但是精子只是做了一个假动作,并没有真心真意地与卵子融合,更没有贡献出自己的染色体来共同参与卵球的发育。因此,从遗传学的角度看,由于遗传物质只来源于母亲,因此雌核发育与单性发育相似,惟一不同的是后者不需要精子刺激卵球发育而已。目前,大部分多倍体动物都是通过人工诱导的方法产生的。多倍体动物的诱导,一般多采用物理法和化学法。物理法又分冷休克、热休克、水静压等;化学法则使用细胞松驰素B、秋水仙素、咖啡因、高pH-高钙溶液等试剂处理受精卵。用这两类方法处理受精卵,目的都在于阻止合子减数分裂时第一极体或第二极体的释放,从而达到染色体组加倍的要求。 多倍体动物具有生长速度快、成活率高及抗病能力强等特点,能带来可观的经济效益。更重要的是,多倍体动物往往体形彪悍,有“巨型化”的趋势。设想一下,如果人们能培育出像大象一般高大的牛,像鹅一般大的鸡,那该为我们的农业发展带来多大的利益啊。事实上,许多经诱导产生的多倍体动物,不仅个儿高大,而且身强力壮,例如,三倍体的草鱼、锦鱼、兰罗非鱼的生存力和生长速度,都要大于天然的二倍体鱼。在我国南方一些城市的菜场上出现一种鱼。从外形上看,这些鱼同普通的鲤鱼和鲫鱼并没什么两样,其价格却比普通的草鱼贵2~3倍。尽管如此,只要这种鱼一上市,“工程鱼”的牌子一挂上,马上就被人们抢购一空。看到这种情景,人们不禁要问:为什么这种鱼如此受到人们的亲睐呢?通过杂交方法,如采用类似于无籽西瓜的培育方式,来诱导动物三倍体。这种方法常常通过先大量诱导四倍体并培育到性成熟,然后再将四倍体与正常的二倍体进行“婚配”,生产出三倍体的子女。这种方法尤其适合于水产养殖动物。 多倍体动物的另一个特点是高度不育,生产上可以利用这种特性提高养殖效益。比如,鱼类和其他动物一样,在它的一生中要经历“孕育———生长———繁殖后代”三个阶段。在池塘养殖中,鱼类生长成熟后,就要把从饲料中摄取的营养用来发育其生殖腺———精巢或卵巢。在这个时期,鱼的身体生长就会停滞,造成产量下降。而且,有的鱼类在怀卵、产卵期间,母体体色变得灰暗,无光泽,作为商品鱼的价值就要降低。科技人员用鱼类三倍体操作技术,把二倍体的小型优质鱼———塘虱鱼(学名胡子鲶),变成三倍体。这种人工三倍体塘虱鱼,比天然二倍体鱼生长快28% ,个体均匀,体色亮泽,性腺不发育或发育不良,投喂的饲料都用于鱼体生长增重。显然,这样养成的鱼,其经济效益和品质明显比二倍体优越 此外,多倍体还能增加肉含量和肉中的营养成分,使之具有独特的风味等特点。比如,三倍体虹鳟的鱼肉质量和口味,明显优于二倍体;三倍体大西洋鲑可以耐低氧,可适应在低氧环境中生活,从而降低养殖成本。美国,三倍体牡蛎已经成为牡蛎养殖中的重要品种,且已达到商品化生产水平。1994年,美国西海岸约一半的牡蛎种苗是三倍体,虽然三倍体牡蛎的生活力与二倍体不相上下,但体形比二倍体大13% ~51% 。我国三倍体诱导和培育技术也方兴未艾。鲍,又名鲍鱼,是驰名世界的海产八珍之一。它贝壳坚厚,壳为“石决明”,是眼科用药;鲍肉营养丰富,美味可口,能明目养颜;鲍壳内面富有珍珠光泽,华丽多彩,是贝雕等工艺品的优质材料。世界鲍产量每年约2~3万吨,但自20世纪 70年代始,产量有下降趋势。由于产量不敷需求,鲍的价格居高不下。我国科学家选择台湾产的九孔鲍诱导培育三倍体,经过多年的努力,取得了丰硕成果。从育苗到商品鲍整个生产周期,只需约1年或 14个月,比自然海区的生长周期大大缩短,显示出很强的竞争优势。总之,利用多倍体育苗技术,对海水养殖的贝、虾、鱼类等重要经济品种进行遗传改良,培育生长快、品质优、抗逆能力强的新品种,将具有十分广阔的前景。
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