百里香屬植物染色體分析

權(quán)俊萍,夏 冰,何樹蘭,彭 峰,穆紅梅

(1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,石河子832003;2江蘇省中國科學(xué)院植物研究所,南京 210014)

百里香屬植物染色體分析

權(quán)俊萍1,夏 冰2,何樹蘭2,彭 峰2,穆紅梅2

(1石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,石河子832003;2江蘇省中國科學(xué)院植物研究所,南京 210014)

為探明我國野生百里香屬植物的染色體特點(diǎn),采用常規(guī)壓片法對(duì)4種2個(gè)變種百里香屬植物進(jìn)行了染色體數(shù)目及核型分析研究。6種材料的中期染色體核型公式如下:短節(jié)百里香,2n=2x=24=18m+6sm;黑龍江百里香,2n=2x=24=20+4sm;地椒,2n=2x=24=16m+8sm;地椒展毛變種,2n=2x=26=14m+12sm;地椒亞洲變種,2n=2x=24=18m+4sm(1sat);百里香染色體為小染色體,染色體數(shù)為2n=26。我國百里香屬植物的染色體基數(shù)為12和13,其核類型為2B。根據(jù)以上結(jié)果結(jié)合形態(tài)及地理分布區(qū)域,初步推測我國百里香屬植物可能是屬于百里香屬Serpyllum組,同時(shí)認(rèn)為作為地椒展毛變種的新凱居群在我國百里香屬植物中的分類地位應(yīng)給予重新確定。

百里香屬;染色體數(shù)目;核型

百里香屬(Thymus)是Linnaeus于1735年命名的屬,后來Briq于1897年按照恩格勒系統(tǒng)將其歸入唇形科(Labiatae)、野芝麻亞科(Lamioideae)、塔花族(Saturejeae)、百里香亞族(Thyminae)中,屬于唇形科中較為進(jìn)化的類型[1]。該屬植物世界分布有300余種,多起源于地中海沿岸,現(xiàn)廣泛分布于非洲北部、歐洲及亞洲溫帶較高緯度地區(qū)[2]。百里香屬植物具有分布廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)、種內(nèi)多型性較為普遍等特點(diǎn),在溫帶干旱半干旱地區(qū)的荒漠化生境的植物群落組成及生態(tài)演替中發(fā)揮著重要的生態(tài)功能[3,4],近年來由于該屬植物在食品、醫(yī)藥、化工及綠化觀賞等方面具有的較高應(yīng)用及開發(fā)價(jià)值,日益受到各國研究者的重視[5～7]。

國外對(duì)百里香屬植物的的研究較為廣泛和深入,并依據(jù)形態(tài)學(xué)差異及地理分布特點(diǎn)等將其分為Micantes、Mastichina、Piperella、Teucrioides、Pseudoth-ymbra、Thymus、Hyphodromi和 Serpyllum 等 8 個(gè)組,其中分布于亞洲的種多存在 Hyp hodromi和Serpyllum組中[8]。目前國外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中,野生百里香屬植物不同種間具有較為多變的染色體數(shù)目,如最少為24條,最多達(dá)90條[8]。

中國記載有百里香屬植物11種2個(gè)變種[2],主要分布于長江以北的廣大干旱及半干旱山區(qū)及草地,野生分布范圍廣泛,生態(tài)分布多樣化,具有較好的資源基礎(chǔ)。

當(dāng)前我國對(duì)這一優(yōu)良野生植物資源的植物學(xué)研究剛剛起步,還未見對(duì)該屬植物染色體研究的相關(guān)報(bào)道。目前,我國在百里香屬植物染色體的數(shù)目、其染色體核型分析方面的特征、染色體數(shù)目在種(變種)間的差異及其在百里香屬所在組等方面的基礎(chǔ)植物學(xué)問題仍不清楚,會(huì)對(duì)今后相關(guān)后續(xù)研究的系統(tǒng)開展帶來一定的影響?；诖?本文首次對(duì)廣泛收集的我國部分百里香屬植物的染色體數(shù)目與形態(tài)特征進(jìn)行了研究,旨在積累細(xì)胞學(xué)資料,以期為其今后多方面研究工作的開展提供理論。

1 材料與方法

1.1 材料

研究材料見表1。

表1 百里香屬植物核型分析材料Table 1 Materials of Thymus plant in karyotypical analysis

1.2 方法

1.2.1 材料的前處理

研究材料見表1,將野外采集的成熟種子播于裝有濕濾紙的培養(yǎng)皿中,于培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng),溫度設(shè)為18/22℃(夜溫/日溫),2～3d后,待種子下胚軸長至5～10mm時(shí),分別于上午7:00、9:00和11:00切取下胚軸放入0.1%的秋水仙溶液中,4℃處理12h,然后轉(zhuǎn)入冰醋酸:無水乙醇(體積比1∶3)的卡諾固定液中4℃處理24h,經(jīng)蒸餾水洗后放入70%乙醇中,4℃保存。

1.2.2 染色體制片及分析

將以上處理好的根尖經(jīng)蒸餾水洗后放入1mol/L HCl中,60℃恒溫解離10～15min不等,改良品紅染色15min,醋酸分色,常規(guī)制片,選取30個(gè)染色體分散良好、著絲點(diǎn)清晰、可準(zhǔn)確進(jìn)行染色體計(jì)數(shù)的細(xì)胞中期分裂相細(xì)胞,于 ZEISS STEMI SVII光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照。中期染色體采用文獻(xiàn)[9],采用 Karyotyping System V4.3.8軟件進(jìn)行染色體核型分析和染色體配對(duì)。染色體相對(duì)長度系數(shù)按采用文獻(xiàn)[10]中的方法,核型類型依據(jù)文獻(xiàn)[11]中的分類標(biāo)準(zhǔn)劃分,核型不對(duì)稱系數(shù)采用文獻(xiàn)[12]中的計(jì)算方法。

2 結(jié)果與分析

所觀察百里香屬植物染色體均為二倍體:2n=2x,染色體基數(shù)均為12,除百里香種未確定外,其它種及變種的核類型均為2B,且具有相同的染色體間期和前期的核類型,沒有發(fā)現(xiàn)非整倍體變異和多倍現(xiàn)象。各材料染色體中期照片及核型分析圖見圖1、圖2;染色體相關(guān)參數(shù)和核型見表2、表3。

短節(jié)百里香染色體數(shù)為2n=24,核型公示為2n=2x=24=18m+6sm,在其體細(xì)胞的24對(duì)染色體中,第 1、7、8對(duì)染色體為近中部著絲粒染色體(sm),其它9對(duì)全為中部著絲粒染色體(m),未觀察到次縊痕和隨體。

黑龍江百里香的染色體數(shù)為2n=24,核型公示為 2n=2x=24=20+4sm,24對(duì)染色體中 ,第 5、6、8對(duì)染色體為近中部著絲粒染色體(sm),其它9對(duì)全為中部著絲粒染色體(m),未觀察到次縊痕和隨體。

百里香染色體數(shù)為2n=26,由于染色體為小染色體,參照文獻(xiàn)[9]中關(guān)于小染色體核型分析的提議,只計(jì)算其染色體數(shù)目,每對(duì)染色體相對(duì)長度以及是否具隨體,未觀察到次縊痕和隨體。

地椒染色體數(shù)為2n=24,核型公示為2n=2x==24=16m+8sm,24 對(duì)染色體中 ,第 1、5、8、9 對(duì)染色體為近中部著絲粒染色體(sm),其它8對(duì)全為中部著絲粒染色體(m),未觀察到次縊痕和隨體。

地椒展毛變種的染色體數(shù)為2n=26,核型公示為2n=2x=26=14m+12sm,在26對(duì)染色體中,第3、4、5、6、9、13 對(duì)染色體為近中部著絲粒染色體(sm),其它7對(duì)全為中部著絲粒染色體(m),無次縊痕和隨體。

地椒亞洲變種的染色體數(shù)為2n=24,核型公示為2n=2x=24=18m+4sm(1sat),在24對(duì)染色體中,第 1、6、12對(duì)染色體為近中部著絲粒染色體(sm),其它9對(duì)全為中部著絲粒染色體(m),在第1號(hào)染色體觀察到有1個(gè)隨體存在。

圖1 6種百里香屬植物有絲分裂中期染色體Fig.1 Mitotic metaphase chromosomes of six Thymus plants

圖2 6種百里香屬植物染色體核型Fig.2 Karyograms of six Thymus plants

表2 國產(chǎn)6種百里香屬植物核型參數(shù)Tab.2 karyotypical parameters of six Thymus in China

表3 國產(chǎn)5種百里香屬植物的核型比較Tab.3 Comparion of the karyotype characters of five Thymus in China

3 討論

3.1 我國百里香屬植物的屬內(nèi)歸類

百里香屬屬于唇形科野芝麻亞族,該亞族隨著喜馬拉雅山脈隆起,古地中海上升為陸地,在地中海、近東中亞以及喜馬拉雅至中國日本一帶迅速發(fā)展和分化,其中百里香屬分布于舊世界,以地中海為分布中心,是其中較為進(jìn)化的一個(gè)屬[2]。

國外對(duì)百里香屬內(nèi)各組部分種的研究結(jié)果表明,Micantes組染色體為二倍體,染色體數(shù)目為30;Mastichina組的染色體為二倍體和四倍體,染色體數(shù)目有30、58、60,染色體基數(shù)多為 15或 15的倍數(shù);Piperella組的染色體為二倍體,基數(shù)為 14;Pseudothymbra組的染色體包括有二倍體和四倍體 ,染色體數(shù)目包括 28、30、56,染色體基數(shù)為 14、15或相應(yīng)的倍數(shù);Thymus組的染色體比較復(fù)雜,染色體數(shù)目包括有 28、30、54、56、58,基數(shù)多為 14、15、27、28、29;Hyphodromi組染色體數(shù)目有 26、28、42、54、56、58、60、62、84、90,染色體基數(shù)包括 13、14、21及它們的倍數(shù)等等;Serpyllum組同Hyphodromi組較相似 ,染色體數(shù)目有 24、26、28、30、32、35、52、56、58、84、90,染色體基數(shù)包括 12、13、14、21 等等[13～23],關(guān)于我國分布野生百里香屬植物的染色體數(shù)目、核型及其屬內(nèi)分組問題一直沒有進(jìn)行研究。

從本研究結(jié)果可以看出,我國百里香屬植物的染色體數(shù)目較少,基數(shù)為12和13,對(duì)比國外報(bào)道的百里香屬各組的染色體數(shù)目資料,結(jié)合地理學(xué)分布及部分形態(tài)學(xué)指標(biāo)方面的的初步比較,發(fā)現(xiàn)我國百里香屬植物的染色體數(shù)目及形態(tài)特征與本屬內(nèi)的Hyphodromi和Serpyllum兩個(gè)組在染色體基數(shù)及數(shù)目方面較為相似。Bean[24]認(rèn)為 Serpyllum組是一個(gè)非常復(fù)雜的類群,可以把分布于歐洲大陸到東亞的許多百里香屬植物均看作屬于這一類群,因此推測我國分布的百里香屬植物與Serpyllum組的關(guān)系可能更近。

3.2 地椒展毛變種新凱百里香的屬內(nèi)系統(tǒng)地位

在《中國植物志》[1]中,興凱百里香被作為地椒展毛變種加以對(duì)待,而《黑龍江植物志》[25]則支持興凱百里香作為一個(gè)獨(dú)立的種,權(quán)俊萍等[26]通過對(duì)百里香屬植物的分子系統(tǒng)學(xué)研究,支持《黑龍江植物志》中對(duì)該類群的定位。

本研究結(jié)果表明,地椒變種展毛地椒新凱百里香與原種出現(xiàn)了較為明顯的染色體數(shù)目變化及核型差異,結(jié)合野外調(diào)查及觀測可以看出,興凱百里香具有獨(dú)特的生境分布,且在葉色、葉形、揮發(fā)性氣味及植株形態(tài)等方面均不僅與地椒原種有很大差異,而且與百里香屬內(nèi)其它種間也存在較大的形態(tài)分化,因此,本研究從細(xì)胞染色體的角度再一次認(rèn)為不應(yīng)將新凱百里香看成是地椒的變種-地椒展毛變種(T.quinquecostatus Celak.var.przewalskii(Kom.)Ronn.),而應(yīng)將其當(dāng)作獨(dú)立的種-興凱百里香(T.przewalskii Nakai.)予以對(duì)待,給予重新的屬內(nèi)系統(tǒng)地位的確定,當(dāng)然最終的確立仍需進(jìn)一步的化學(xué)、孢粉學(xué)等方面的證據(jù)。同時(shí)由于地椒展毛變種的其它種群資源未收集到,地椒展毛變種在百里香屬內(nèi)的系統(tǒng)地位仍需廣泛的調(diào)查取樣和研究。

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A Chromosome Analysis of Thymus Plants

QUAN Junping1,XIA Bing2,HE Shulan2,PENG Feng2,MU Hongmei2
(1 Colloge of Agriculture,Shihezi University,Shihezi 832003,China;2 Institute of Botany,Jiangsu Branch of Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210014,China)

Chromosome number and karyotypical have been studied via squash method in six wild Thymus(including 4 spacies and 2 variety)in China.The karyotype formulae are as follows:T.mandschuricus,2n=2x=24=18m+6sm;T.amurensis,2n=2x=24=20+4sm;T.quinquecostatus,2n=2x=24=16m+8sm;T.quinquecostatus var.przewalskii,2n=2x=26=14m+12sm;T.quinquecostatus Var.asiaticus 2n=2x=24=18m+4sm(1sat).The chromosome of T.mongolicus was small and the number was 26.The basic chromosome number of Thymus is confirmed to be x=12 or 13,and was characterized as"2B"type.Combing the above results with field survey and morphological comparison,we deducted preliminary that Thymus from China may belong to sect Serpyllum.It suggests that the Xingkai thymus should be reconsidered.

Thymus;chromosome number;karyotype

Q946.88

A

1007-7383(2010)01-0018-05

2009-05-19

權(quán)俊萍(1973-),女,副教授,從事野生植物種質(zhì)資源及遺傳育種研究;e-mail:quanjp99@163.com。