陕西羽叶报春四倍体诱导、鉴定与性状分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.03.002

摘要/Abstract

摘要：

为探索陕西羽叶报春（Primula filchnerae）多倍体诱导技术，本研究分别采用种子浸泡法和生长点棉球滴加法进行秋水仙素处理，比较不同浓度与处理时间对发芽率、死亡率及四倍体诱导率的影响，并通过流式细胞术与根尖染色体计数进行倍性检测与验证。结果表明：秋水仙素处理总体抑制种子萌发并提高幼苗死亡率，但在适宜浓度下可显著提高四倍体诱导率。种子处理组中，0.02 g⋅L^-1、24 h处理组的种子发芽率最高，为（77.67±3.51）%；0.05 g⋅L^-1、24 h处理组的幼苗死亡率最低，为（2.16±0.93）%，且四倍体诱导率最高，为（30.12±4.02）%。生长点处理组中，0.05 g⋅L^-1处理效果最佳，四倍体诱导率为（40.00±10.00）%。流式细胞术检测结果表明，四倍体材料的G₀/G₁主峰较二倍体明显偏移；染色体计数进一步验证，二倍体染色体数为2n=2x=24，四倍体染色体数为2n=4x=48。形态学和细胞学比较分析表明，四倍体植株的叶片及花朵相关指标显著优于二倍体，生长势更强，观赏价值更高。此外，四倍体植株的气孔尺寸增大、气孔密度降低，符合多倍体植株的典型细胞学特征。综上所述，本研究建立了高效的陕西羽叶报春秋水仙素诱导与倍性鉴定技术体系，为该物种多倍体育种及种质创新提供了技术支撑。

关键词: 陕西羽叶报春, 秋水仙素, 四倍体, 流式细胞术, 染色体计数, 形态学性状

Abstract:

To establish an efficient polyploid induction protocol for Primula filchnerae， seeds and shoot apices were treated with colchicine using the seed immersion method and the cotton ball dropping method. The effects of different colchicine concentrations and treatment durations on germination rate， mortality rate and tetraploid induction rate were compared. Flow cytometry and root-tip chromosome counting were used for ploidy detection and verification. The results showed that colchicine treatment generally suppressed seed germination and increased seedling mortality rate， but it significantly increased the tetraploid induction rate at the optimal concentration. For seed treatment， the highest germination rate（77.67±3.51）% occurred under 0.02 g⋅L^-1 colchicine treatment for 24 h， while the lowest mortality rate（2.16±0.93）% and the highest tetraploid induction rate （30.12±4.02）% occurred under 0.05 g⋅L^-1 colchicine treatment for 24 h. For the shoot apex treatment， 0.05 g⋅L^-1 colchicine treatment had the highest tetraploid induction rate of （40.00±10.00）%. Flow cytometry analysis revealed that the G₀/G₁ peak of tetraploid plants was significantly shifted from that of diploids， and chromosome counting confirmed that the diploid chromosome number was 2n=2x=24 and the tetraploid chromosome number was 2n=4x=48. Morphological and cytological comparative analysis indicated that the leaf and flower-related traits such as growth potential and ornamental value of tetraploid plants were significantly superior to that of diploid plants. In addition， tetraploids had an increased stomatal size and a decreased stomatal density compared to diploids， which is consistent with typical cytological features of polyploids. In summary， this study established an efficient colchicine-induced polyploidization and ploidy identification protocol for P. filchnerae， and provides technical support for polyploid breeding and germplasm innovation in the species.

Key words: Primula filchnerae, colchicine, tetraploid, flow cytometry, chromosome counting, morphological traits

中图分类号:

S682

张恺欣, 余心泽, 高恺阳, 程晨, 韩雪莹, 史倩倩. 陕西羽叶报春四倍体诱导、鉴定与性状分析[J]. 植物研究, 2026, 46(3): 399-410.

Kaixin ZHANG, Xinze YU, Kaiyang GAO, Chen CHENG, Xueying HAN, Qianqian SHI. Induction, Identification, and Trait Analysis of Tetraploid Primula filchnerae[J]. Bulletin of Botanical Research, 2026, 46(3): 399-410.

图/表 18

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参考文献 42

[1]	李霖锋，刘宝.植物多倍化与多倍体基因组进化研究进展［J］.中国科学：生命科学，2019，49（4）：327-337.
	LI L F， LIU B.Recent advances of plant polyploidy and polyploid genome evolution［J］.Science in China：Series C，2019，49（4）：327-337.
[2]	裴芸，虞夏清，赵晓坤，等.多倍化与植物新表型关联性的研究进展［J］.园艺学报，2023，50（9）：1854-1866.
	PEI Y， YU X Q， ZHAO X K，et al.Progress in the study of the association of polyploidy with new plant phenotypes［J］.Acta Horticulturae Sinica，2023，50（9）：1854-1866.
[3]	SINGH B， YUN S， GIL Y，et al.The role of colchicine in plant breeding［J］.International Journal of Molecular Sciences，2025，26（14）：6743.
[4]	TOUCHELL D H， PALMER I E， RANNEY T G. In vitro ploidy manipulation for crop improvement［J］.Frontiers in Plant Science，2020，11：722.
[5]	BHATTARAI K， KAREEM A， DENG Z N. In vivo induction and characterization of polyploids in gerbera daisy［J］.Scientia Horticulturae，2021，282：110054.
[6]	REN J， LU X， DUAN Y Y，et al. In vivo tetraploid induction of mono-embryonic citrus genotypes by colchicine treatment［J］.Scientia Horticulturae，2024，338：113701.
[7]	HA T H， KIM D G， KIM J，et al.Induction of polyploidy and its effect on cannabinoid content in Cannabis sativa L.［J］.Industrial Crops and Products，2026，239：122423.
[8]	MO L， CHEN J H， LOU X Z，et al.Colchicine-induced polyploidy in Rhododendron fortunei Lindl［J］.Plants，2020，9（4）：424.
[9]	LUO Z N， IAFFALDANO B J， CORNISH K.Colchicine-induced polyploidy has the potential to improve rubber yield in Taraxacum kok-saghyz ［J］.Industrial Crops and Products，2018，112：75-81.
[10]	季必霞，陈达伟，张晨晨，等.大花蕙兰多倍体的高效诱导［J］.植物研究，2011，31（5）：558-562.
	JI B X， CHEN D W， ZHANG C C，et al.High efficient polyploid induction of Cymbidium hybridium ［J］.Bulletin of Botanical Research，2011，31（5）：558-562.
[11]	PRASATH D， NAIR R R， BABU P A.Effect of colchicine induced tetraploids of ginger （Zingiber officinale Roscoe） on cytology，rhizome morphology，and essential oil content［J］.Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants，2022，31：100422.
[12]	刘金，夏齐平，王建，等.自花授粉在安徽羽叶报春花色选育中应用的初步研究［J］.植物研究，2018，38（2）：232-237.
	LIU J， XIA Q P， WANG J，et al.A preliminary study on the application of self pollination in Primula merrilliana flower color selection［J］.Bulletin of Botanical Research，2018，38（2）：232-237.
[13]	吴宪，廖建雄，甘啟良，等.环境因子对陕西羽叶报春种子萌发及成苗的影响［J］.植物科学学报，2011，29（2）：212-217.
	WU X， LIAO J X， GAN Q L，et al.Influence of environmental factors on seed germination and seedling formation of Primula filchnerae ［J］.Plant Science Journal，2011，29（2）：212-217.
[14]	中国科学院动物研究所.中国生物多样性红色名录［EB/OL］.（2023-05-19）［2025-12-20］..
	Institute of Zoology， Chinese Academy of Sciences. Redlist of China’s Biodiversity［EB/OL］.（2023-05-19）［2025-12-20］. .
[15]	IUCN 2025. The IUCN Red List of Threatened Species［EB/OL］.［2025-12-20］. .
[16]	中华人民共和国生态环境部.濒危特有植物：陕西羽叶报春保护与可持续利用［R/OL］. （2023-06-12）［2025-12-20］. .
	Ministry of Ecology and Enviroment of the People’s Republic of China. Endemic endangered plant： conservation and sustainable use of Primula filchnerae ［R/OL］. （2023-06-12）［2025-12-20］. .
[17]	JIANG X， LIU W J， ZHU Y Z，et al.Impacts of climate changes on geographic distribution of Primula filchnerae，an endangered herb in China［J］.Plants，2023，12（20）：3561.
[18]	张晓曼，孙晓光，杨建民.田埂报春多倍体诱导及其形态学研究［J］.植物遗传资源学报，2010，11（6）：789-792.
	ZHANG X M， SUN X G， YANG J M.Polyploid induction and morphology of Primula forbesii ［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2010，11（6）：789-792.
[19]	张超，李枝林，李佳，等.滇北球花报春多倍体诱导及核型分析［J］.西北植物学报，2011，31（2）：236-241.
	ZHANG C， LI Z L， LI J，et al.Polyploid induction and karyomorphological studies of Primula denticulata ssp.sinodenticulata ［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2011，31（2）：236-241.
[20]	余道平，李策宏.迎阳报春四倍体诱导及鉴定［J］.核农学报，2014，28（6）：961-966.
	YU D P， LI C H.The tetraploid induction and identification of Primula oreodoxa Franch［J］.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2014，28（6）：961-966.
[21]	NIAZIAN M， NALOUSI A M.Artificial polyploidy induction for improvement of ornamental and medicinal plants［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，2020，142（3）：447-469.
[22]	周慧文，冯斗，严华兵.秋水仙素离体诱导多倍体研究进展［J］.核农学报，2015，29（7）：1307-1315.
	ZHOU H W， FENG D， YAN H B.The progress of polyploids induced in vitro via colchicine［J］.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2015，29（7）：1307-1315.
[23]	DOLEŽEL J， GREILHUBER J， SUDA J.Estimation of nuclear DNA content in plants using flow cytometry［J］.Nature Protocols，2007，2（9）：2233-2244.
[24]	林晓璇，陈林静，容晨毓，等.铺地黍染色体制片优化及核型分析［J］.草业科学，2021，38（1）：89-98.
	LIN X X， CHEN L J， RONG C Y，et al.Optimization of chromosome preparation and karyotype analysis of Panicum repens ［J］.Pratacultural Science，2021，38（1）：89-98.
[25]	MARAVILLA A J， ROSATO M， ROSSELLÓ J A.Preparation of mitotic chromosomes with the squash technique［M］//HEITKAM T，GARCIA S.Plant cytogenetics and cytogenomics：methods and protocols.New York：Springer，2023：141-149.
[26]	CHEN C H， CHEN P， WU Z X，et al.Colchicine-induced chromosome doubling in Cinnamomum camphora and its effect on morphological and terpenoid storage structures［J］.Industrial Crops and Products，2025，233：121338.
[27]	ENG W H， HO W S.Polyploidization using colchicine in horticultural plants：a review［J］.Scientia Horticulturae，2019，246：604-617.
[28]	NASIRVAND S， ZAKARIA R A， ZARE N，et al.Polyploidy induction in parsley （Petroselinum crispum L.） by colchicine treatment［J］.Cytologia，2018，83（4）：393-396.
[29]	HUY N P， TAM D T T， LUAN V Q，et al. In vitro polyploid induction of Paphiopedilum villosum using colchicine［J］.Scientia Horticulturae，2019，252：283-290.
[30]	施春晖，徐兰兰，王晓庆，等.流式细胞仪鉴定猕猴桃倍性技术研究［J］.植物研究，2014，34（6）：845-849.
	SHI C H， XU L L， WANG X Q，et al.Identification of kiwifruit ploidy using flow cytometry［J］.Bulletin of Botanical Research，2014，34（6）：845-849.
[31]	BECKER F W， OBERLANDER K C， TRÁVNÍČEK P，et al.Inconsistent expression of the gigas effect in polyploid Oxalis ［J］.American Journal of Botany，2022，109（10）：1607-1621.
[32]	PACEY E K， MAHERALI H， HUSBAND B C.Polyploidy increases storage but decreases structural stability in Arabidopsis thaliana ［J］.Current Biology，2022，32（18）：4057-4063.
[33]	SONG M J， POTTER B I， DOYLE J J，et al.Gene balance predicts transcriptional responses immediately following ploidy change in Arabidopsis thaliana ［J］.The Plant Cell，2020，32（5）：1434-1448.
[34]	SUN W Q， LI M D， WANG J B.Characteristics of duplicated gene expression and DNA methylation regulation in different tissues of allopolyploid Brassica napus ［J］.BMC Plant Biology，2024，24（1）：518.
[35]	KONG D X， LI Y Q， BAI M，et al.A comparative study of the dynamic accumulation of polyphenol components and the changes in their antioxidant activities in diploid and tetraploid Lonicera japonica ［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2017，112：87-96.
[36]	KUNENE E N， FANG J Y.Oryzalin-induced autopolyploidy in sweet marjoram （Origanum majorana L.）［J］.Scientia Horticulturae，2026，357：114638.
[37]	KRUTHIKA H S， RUKMANGADA M S， NAIK V G.Genome size，chromosome number variation and its correlation with stomatal characters for assessment of ploidy levels in a core subset of mulberry （Morus spp.） germplasm［J］.Gene，2023，881：147637.
[38]	TARATIMA W， ROHMAH K N， PLAIKHUNTOD K，et al.Optimal protocol for in vitro polyploid induction of Cymbidium aloifolium （L.） Sw［J］.BMC Plant Biology，2023，23（1）：295.
[39]	YAO P Q， CHEN J H， MA P F，et al.Stomata variation in the process of polyploidization in Chinese chive （Allium tuberosum）［J］.BMC Plant Biology，2023，23（1）：595.
[40]	WANG J X， RENNINGER H J， MA Q，et al.Measuring stomatal and guard cell metrics for plant physiology and growth using StoManager1［J］.Plant Physiology，2024，195（1）：378-394.
[41]	ŠMARDA P， KLEM K， KNÁPEK O，et al.Growth，physiology，and stomatal parameters of plant polyploids grown under ice age，present-day，and future CO₂ concentrations［J］.New Phytologist，2023，239（1）：399-414.
[42]	BERTOLINO L T， CAINE R S， GRAY J E.Impact of stomatal density and morphology on water-use efficiency in a changing world［J］.Frontiers in Plant Science，2019，10：225.

秋水仙素质量浓度 Colchicine mass concentration/（g⋅L^-1）	浸泡时间 Soaking time/h	种子数量 Number of seeds
CK	12	300
	24	300
	48	300
0.02	12	300
	24	300
	48	300
0.05	12	300
	24	300
	48	300
0.10	12	300
	24	300
	48	300

变异来源 Source of variation	自由度 d_f	发芽率 Germination rate
变异来源 Source of variation	自由度 d_f	F	P
浸泡时间 Soaking time	2	127.370	<0.001
秋水仙素质量浓度 Colchicine mass concentration	3	204.765	<0.001
浸泡时间×秋水仙素质量浓度 Soaking time×Colchicine mass concentration	6	80.870	<0.001

变异来源 Source of variation	自由度 d_f	死亡率 Mortality rate
变异来源 Source of variation	自由度 d_f	F	P
浸泡时间 Soaking time	2	18.856	<0.001
秋水仙素质量浓度 Colchicine mass concentration	3	20.100	<0.001
浸泡时间×秋水仙素质量浓度 Soaking time×Colchicine mass concentration	6	13.303	<0.001

变异来源 Source of variation	自由度 d_f	诱导率 Induction rate
变异来源 Source of variation	自由度 d_f	F	P
浸泡时间 Soaking time	2	63.194	<0.001
秋水仙素质量浓度 Colchicine mass concentration	3	43.045	<0.001
浸泡时间×秋水仙素质量浓度 Soaking time×Colchicine mass concentration	6	15.166	<0.001

秋水仙素质量浓度 Colchicine mass concentration/（g⋅L^-1）	死亡率 Mortality rate/%	诱导率 Induction rate/%
CK	0^a	0^c
0.02	6.67±5.77^a	33.33±5.77^ab
0.05	3.33±5.77^a	40.00±10.00^a
0.10	0^a	26.67±5.77^b