染色体是遗传物质的载体，菜薹的染色体组为AA，染色体数2n=2x=20。据利容千（1989）的分析，不同品种菜薹染色体及核型公式不同：“春骨大花”，2n=2x=20=6m+14sm（2SAT）；“特青中花”，2n=2x=20=14m+6sm（2SAT）；“300中花”2n=2x=20=16m+4sm（2SAT）；“四九菜心”，2n=2x=20=12m+8sm（2SAT）。不同紫菜薹品种染色体及核型：“洪山菜薹”2n=2x=20=14m+6sm（2SAT）；“十月红”2n=2x=20=8m+10sm+2st（2SAT）。
三倍体菜薹在遗传学研究和种质改良中是重要的遗传材料。王东平（2002）的研究发现，三倍体菜薹的染色体核型为基本对称性核型。核型公式为2n=2x=20=12m+6sm+2st（SAT），在核型进化上属于2B型。其减数分裂复杂，能产生染色体数为9～20的各类小孢子，各类小孢子的发生频率在0.27%～23.5%之间。三倍体菜薹的雌雄胚子均具有较高的遗传传递能力，分别为44.68%和33.62%。三倍体菜薹在授粉受精和胚胎发育过程中均存在助细胞不退化、受精延迟、单受精和胚胎退化等异常现象。在与二倍体的正反交子代中，均以2n=20、21或22的植株居多；在7个三倍体与二倍体的杂交的试管株系中，三体、双三体和混倍体共存，前二者能正常生长发育并结实，但彼此之间存在形态差异。
小孢子或花粉作为遗传物质载体存在的最小细胞单位，在菜薹的生育周期和世代繁衍中起着重要作用。在扫描电子显微镜下，菜薹花粉为长椭圆形，具三沟[52石斛网www.52shihu.com]，沟长几乎达两极。倍性间花粉大小差异明显，随倍性提高，花粉变大。花粉外壁均为典型的网状雕纹，网眼密度具品种特征，紫菜薹显著高于绿菜薹，但两者均以四倍体的密度最低，二倍体和八倍体间无明显差异。花粉活力以四倍体最高，但花粉的整齐度随倍性的提高而显著降低（张成合等，1999）。
董庆华等（1997）对菜薹雄性不育系小孢子发生的细胞形态学观察表明，孢原细胞分化期之前败育的花占59.6%，不形成花粉囊；有花粉囊发育的花占40.4%，其中绝大多数花中只有一个雄蕊能形成一个体积很小的花粉囊，雄性不育系小孢子发育在小孢子母细胞期、四分体及单核小孢子期均有败育，败育方式有绒毡层细胞异常肥大，挤压小孢子母细胞；减数分裂异常，无胞质分裂而形成巨细胞；单核小孢子粘连成花粉块，异常膨大等。还有雄蕊雌蕊化等花器异常现象。这些细胞学特征为揭示菜薹雄性不育机理和鉴定雄性不育材料提供了重要的佐证。