葉用黃麻染色體核型分析和多倍體誘導(dǎo)研究

周慶紅，曾勇軍，范淑英 ，鄧啟剛，袁 亮

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江西 南昌330045)

葉用黃麻，學(xué)名為長蒴黃麻(Corchorus olitorius L.)，別名麻葉菜，為椴樹科黃麻屬一年生草本植物，原產(chǎn)阿拉伯半島、埃及、蘇丹等地，是非洲人喜食的一種高鈣蔬菜。在以埃及為中心的近東地區(qū)有5 000 年以上的栽培歷史［1］。其野生種群在我國華南、華中及臺灣等地區(qū)廣泛分布。

葉用黃麻營養(yǎng)豐富，每100 g 嫩莖葉中含 β －胡蘿卜素5.32 mg、維生素B224.95 mg、維生素C 62 mg、鉀700 mg、鈣410 mg，基本不含鈉和鋁，是一個為人體補(bǔ)鈣和供給微量元素的保健蔬菜品種［2］。因此，葉用黃麻作為新興蔬菜在國內(nèi)市場上具有巨大的開發(fā)前景。目前對葉用黃麻的研究主要集中在營養(yǎng)價值和高產(chǎn)栽培技術(shù)方面［3－6］，而對于葉用黃麻染色體方面的研究還鮮有報道，染色體在植物種類鑒定、系統(tǒng)分類、遺傳學(xué)、進(jìn)化和遷移等相關(guān)研究中起重要作用［7］。為了解葉用黃麻在黃麻種群中的變異，本研究對福建地區(qū)野生葉用黃麻種的染色體進(jìn)行了觀察和核型分析，同時利用秋水仙堿對其誘導(dǎo)加倍研究，以期為葉用黃麻研究提供一定的細(xì)胞遺傳學(xué)依據(jù)，同時為葉用黃麻栽培品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本材料為野生葉用黃麻種子，由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 染色體制片 將黃麻種子用自來水洗凈，于30 ℃的保溫箱中浸種催芽。48 h 后進(jìn)行預(yù)處理，取5 mm 左右長的根尖置于8 －羥基喹啉溶液中浸泡3.5 h，之后水洗并經(jīng)固定液(V冰醋酸∶V甲醇=1∶3)處理3 h，再用酸解和酶解兩種方法分別進(jìn)行解離:①酸解:將根尖經(jīng)0.1 mol/L 乙酸鈉緩沖液洗2 次，放入60 ℃的水浴鍋中，以0.1 mol/L 鹽酸水解8 min，然后用45%乙酸清洗;②酶解:用0.1 mol/L 乙酸鈉緩沖液洗根尖2 次，轉(zhuǎn)入0.2%纖維素酶和0.3%果膠酶的混合液中，置于25 ℃恒溫箱中處理1 ～2 h，使根尖軟化。最后，取根尖放在潔凈的載玻片上，滴1 滴苯酚品紅溶液，蓋上蓋玻片，用吸水紙吸取多余的染色液，并以鉛筆的橡皮頭輕輕敲打，使細(xì)胞分散。置顯微鏡下觀察根尖細(xì)胞的染色體形態(tài)和數(shù)目。將形態(tài)清晰的染色體進(jìn)行攝影并記錄下來［8］。染色體的長度計算、核型分析和分類按李懋學(xué)和陳瑞陽［9］的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2.2 秋水仙素誘導(dǎo)多倍體 將種子洗凈后，分別用蒸餾水，0.01%，0.05%，0.1%的秋水仙素溶液浸泡5 h［10］，于30 ℃的保溫箱中進(jìn)行浸種催芽。待種子根尖長到5 mm 時進(jìn)行預(yù)處理(方法同上)，用酸解方法解離，后染色、鏡檢和攝影。

圖1 黃麻有絲分裂中期的染色體2n=14Fig.1 Mitotic metaphase chromosomes of jute 2n=14

2 結(jié)果與分析

2.1 黃麻的染色體觀察和核型分析

從圖1 所觀察到的清晰染色體中可以看出，黃麻具有兩個染色體組，屬于同源二倍體類型，且染色體數(shù)目為2n=2x=14。

由圖2、3 和表1 可以看出，黃麻的7 對染色體長度變化范圍2.40 ～4.00 μm，屬于小染色體［4］，全組染色體的總長度為21. 36 μm，平均長度3.05 μm，染色體的相對長度變幅為18. 72% ～11.24%，臂比均介于1 ～1.7，即其染色體均屬于中著絲粒染色體，為對稱組型，且第六對染色體具有一對隨體。因而黃麻的核型公式為2n=2x=14 =12m+2m(SAT)。

圖2 黃麻染色體核型圖(箭頭示隨體染色體)Fig.2 Chromosomes karyotypes(arrows indicate satellite chromosome)

表1 黃麻染色體的核型分析Tab.1 Karyotype analysis of Corchorus olitorius L.

2.2 不同濃度的秋水仙素溶液對黃麻種子萌發(fā)的影響

在試驗(yàn)中，筆者采用了3 種濃度不同的秋水仙素溶液處理黃麻種子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度的秋水仙素溶液對種子的萌發(fā)時間和根尖伸長影響不同。首先是秋水仙素會延遲種子的萌發(fā)時間，即用蒸餾水作為對照處理的黃麻種子最先萌芽，0.01%秋水仙素處理的其次，0.1%秋水仙素處理的最晚萌芽。從表2 可看出，催芽24 h 后4 組種子的萌芽率存在很大差異，對照組的種子幾乎全部萌發(fā)，萌芽率高達(dá)98%，用0.01%和0.05%秋水仙素處理的種子絕大部分都萌發(fā)，而用0.1%秋水仙素處理的種子萌芽率只有10%。其次，在種子萌發(fā)過程中，根尖生長的長度和粗度也各不相同，根長隨著秋水仙素濃度的增大而減短，而且催芽48 h 后，用0.1%秋水仙素處理的種子根尖明顯粗于其他組的種子根尖。

圖3 黃麻染色體核型分析模式圖Fig.3 Chromosome karyotype analysis model diagram of jute

表2 秋水仙素處理對黃麻種子萌發(fā)的影響Tab.2 Effects of on germination of jute seeds with colchicine treatment

2.3 秋水仙素誘導(dǎo)黃麻多倍體研究

從圖4 中可看出，經(jīng)秋水仙素溶液處理過的黃麻染色體數(shù)目已發(fā)生改變，其中用0.1%秋水仙素處理的細(xì)胞可觀察到染色體數(shù)目不同程度的加倍，其中可以觀察到完整的三倍體(圖4 中A 和B)、四倍體(圖4 中C 和D)和六倍體(圖4 中E 和F);并且用秋水仙素溶液處理后，黃麻根尖細(xì)胞體積明顯增大，其染色體收縮成粒狀或短棒狀，經(jīng)0.1%秋水仙素處理的種子其染色體收縮更顯著，另外在許多細(xì)胞中觀察到不完全加倍的染色體，數(shù)目介于二倍體和四倍體之間。

圖4 葉用黃麻多倍體誘導(dǎo)Fig.4 Polyploid induction of jute for culinary use

3 結(jié)論與討論

酸解離常規(guī)壓片法比去壁低滲火焰干燥法操作上更為簡便，陳濤等［11］曾報道采用不同方法制備黃麻染色體，發(fā)現(xiàn)酸解8.5 min 的常規(guī)壓片法制得的染色體中期分裂圖片效果相對較好，染色體形態(tài)良好、分散度適當(dāng)、縊痕清晰，背景清楚。本試驗(yàn)中，通過采用常規(guī)壓片法獲得了分散良好、形態(tài)清晰的野生菜用黃麻中期染色體分裂相，得到了黃麻染色體數(shù)目為2n=14，且觀察到了黃麻具有一對隨體，這與朱秀英等［12］觀測到的長果黃麻栽培種染色體核型結(jié)果基本是一致的，這說明野生菜用黃麻種與長果黃麻栽培種存在較為親密的遺傳關(guān)系。而在有關(guān)圓果黃麻染色體的研究報道中未曾發(fā)現(xiàn)帶隨體的染色體，在核型上存在較大差異［13］。

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秋水仙素溶液處理會顯著抑制黃麻種子的萌發(fā)和根尖的伸長，并容易產(chǎn)生畸形突變，說明秋水仙素對植物會產(chǎn)生一定的毒害作用，在使用濃度上要慎重選擇。筆者采用0.1%的秋水仙素溶液浸泡葉用黃麻種子進(jìn)行了多倍體誘導(dǎo)研究，在此濃度下黃麻種子能夠正常萌芽，同時成功觀測到了野生葉用黃麻的三倍體、四倍體和六倍體染色體，而蔣寶韶等［14］也曾報道誘導(dǎo)出了圓果黃麻四倍體植株，而且圓果黃麻四倍體植株表現(xiàn)出了與二倍體植株不同的特征，如在葉形，果形上等。秋水仙素是常用的預(yù)處理藥品，但為劇毒物質(zhì)，不同的植物或者器官往往要求不同的濃度和處理時間［15］，若要成功地誘導(dǎo)出較為穩(wěn)定的同源四倍體，還需進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)探索。本文研究結(jié)果可為黃麻進(jìn)行性狀改良和倍性育種方面的研究提供幫助，以期加快黃麻品種改良的進(jìn)程。

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