四種草本花卉的染色體核型分析

齊宇晴 李新玲 張彥妮 李鳳

（1.哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150025；2.東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，哈爾濱 150040）

草本花卉多為1-2年生，種類繁多、繁殖容易，同一種花卉又有多種品種和類型，株形、花形豐富多彩，并且病害少，適應(yīng)性強(qiáng)，所以它們在庭院及城市綠化方面是極有價(jià)值的花卉，是美化生活不可缺少的花材［1，2］。本文主要研究了4種草花的核型，其中石竹屬于石竹科石竹屬，是我國傳統(tǒng)名花之一，觀賞期較長，而且含有皂苷、糖類及維生素、生物堿等，營養(yǎng)豐富，既可茶飲又可入藥［3］。觀賞椒又名五色椒，屬于茄科辣椒屬，花期為全年，觀賞椒含有多種氨基酸和維生素，不僅可以在其新鮮時(shí)直接食用，還可以腌制成泡菜，因此，好時(shí)椒的種植有助于解決北方冬季蔬菜種類少的問題［4］。裂葉花葵是錦葵科花葵屬的草本植物，盛開花徑10 cm左右，是著名的園林觀賞植物［5］。鳳仙花屬于鳳仙科鳳仙花屬，不僅供觀賞，同時(shí)又是一種良好的藥用植物。此外，鳳仙花對氟化氫反應(yīng)靈敏，可以用來監(jiān)測氟化氫污染［6］。

目前，國內(nèi)外關(guān)于草花的生活習(xí)性、繁殖技術(shù)、栽培方法、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面的研究報(bào)道較多，但對于草花的細(xì)胞學(xué)研究基礎(chǔ)理論比較薄弱，絕大多數(shù)草花的染色體數(shù)目及其核型還沒有被廣泛研究。對草花技術(shù)開發(fā)，特別是增強(qiáng)其適應(yīng)性、抵抗病蟲害、新品種選育等工作缺少理論支持和發(fā)展后勁。染色體是基因的載體，是生物進(jìn)化發(fā)育、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)［7］，對草花染色體的研究可以從細(xì)胞水平上了解遺傳變異的規(guī)律，研究草花不同科屬種之間在進(jìn)化上的親緣關(guān)系［8］，同時(shí)，對草花的抗病蟲害育種及新品種選育提供必要的細(xì)胞學(xué)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

供試用的石竹、裂葉花葵、觀賞椒和鳳仙花的種子均來自于東北林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院。

1.2 方法

選成熟的種子放在培養(yǎng)皿中加厚濾紙、水與少量的殺菌劑，21℃處理24-36 h，將發(fā)芽種子置于8℃下進(jìn)行48 h低溫處理，芽略有增長，然后將種子轉(zhuǎn)入22.5-23℃條件下，處理12 h，使芽迅速生長。將上述處理的根尖剪下1 cm左右，立即放入有冰水混合物的試管中處理24 h，再用Carnoy固定液（無水乙醇∶冰醋酸=3∶1）固定24 h，水洗后放入1%的醋酸洋紅中染色。常規(guī)壓片法壓片，并在Lecia DM6000B型顯微鏡下觀察，選取圖像清晰、中期染色體分散較好的細(xì)胞用Lecia DFC480采集圖像。參照李懋學(xué)和陳瑞陽［9］的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行染色體計(jì)數(shù)和測量，得到核型數(shù)據(jù)；參照Levan等［10］的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行染色體類型分析；按照Stebbins［11］的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核型分類；核型不對稱系數(shù)按Arano［12］的方法計(jì)算，比值越大越不對稱。

2 結(jié)果

2.1 石竹的染色體數(shù)目與核型

選擇30個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞觀察計(jì)數(shù)，其中29個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為14條，占細(xì)胞總數(shù)的97%，因此確定石竹體細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=14（圖1），觀察中未發(fā)現(xiàn)染色體有隨體。石竹的7對染色體中有6對是中部著絲點(diǎn)，一對為近中部著絲點(diǎn)，其核型公式為2n=2x=14=12 m+2 sm。染色體相對長度變異范圍為4.13-5.33，最長染色體與最短染色體的比值為1.29，臂比大于2∶1的染色體比率為0，核不對稱系數(shù)（AS.K%）為54.84%，根據(jù)Stebbins（1971）的分類標(biāo)準(zhǔn)，判定其核型為“1A”型（表1）。

2.2 裂葉花葵的染色體數(shù)目與核型

選擇30個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞觀察計(jì)數(shù)，全部30個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目均為14條，占細(xì)胞總數(shù)的100%，未發(fā)現(xiàn)非整倍性變異現(xiàn)象和多倍體現(xiàn)象，因此確定裂葉花葵體細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=14（圖2）。裂葉花葵的7對染色體中，具近中部著絲點(diǎn)的是第2、3、4、6對；中部著絲點(diǎn)的染色體是第1、5、7對，裂葉花葵的核型中沒有帶有隨體的染色體，其核型公式是2n=2x=14=6 m+8 sm。染色體相對長度變異范圍為5.04-8.62，最長染色體與最短染色體的比值為1.71，臂比大于2∶1的染色體有3對，核不對稱系數(shù)（AS.K%）為64.97%，根據(jù)Stebbins（1971）的分類標(biāo)準(zhǔn)，判定其核型為“2A”型（表2）。

圖1 石竹的染色體中期相和核型

表1 石竹核型參數(shù)表

圖2 裂葉花葵的染色體中期相和核型

表2 裂葉花葵核型參數(shù)表

2.3 觀賞椒的染色體數(shù)目與核型

選擇30個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞觀察計(jì)數(shù)，全部30個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目均為24條，占細(xì)胞總數(shù)的100%，因此確定觀賞椒體細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=24（圖3）。觀賞椒的12對染色體均為中部著絲點(diǎn)，其核型公式為2n=2x=24=24 m。染色體相對長度變異范圍為5.24-11.28，最長染色體與最短染色體的比值為2.15，臂比大于2∶1的染色體比率為0，核不對稱系數(shù)（AS.K%）為53.30%，根據(jù)Stebbins（1971）的分類標(biāo)準(zhǔn)，判定其核型為“1B”型（表3）。

圖3 觀賞椒的染色體中期相和核型

表3 觀賞椒核型參數(shù)表

2.4 鳳仙的染色體數(shù)目與核型

選擇30個(gè)染色體分散良好的細(xì)胞觀察計(jì)數(shù)，其中29個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為14條，占細(xì)胞總數(shù)的97%，因此確定鳳仙體細(xì)胞染色體數(shù)目為2n=14（圖4），觀察中未發(fā)現(xiàn)染色體有隨體。鳳仙的7對染色體具中部著絲點(diǎn)的染色體是第1、4、5、6、7對，近中部著絲點(diǎn)的是第2、3對，其核型公式為2n=2x=14=10 m+4 sm。染色體相對長度變異范圍為4.87-10.31，最長染色體與最短染色體的比值為2.12，臂比大于2∶1的染色體比率為0，核不對稱系數(shù)（AS.K%）為60.78%，根據(jù)Stebbins（1971）的分類標(biāo)準(zhǔn)，判定其核型為“1B”型（表4）。

圖4 鳳仙花的染色體中期相和核型

表4 鳳仙核型參數(shù)表

3 討論

石竹、裂葉花葵、觀賞椒及鳳仙花等都是我國北方廣泛種植的草本觀賞花卉，但目前我國對這些草花的研究僅限于生活習(xí)性、繁殖技術(shù)、栽培方法等方面，而對它們的染色體數(shù)目、染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)特征等方面的研究幾乎沒有。核型是生物體最穩(wěn)定的細(xì)胞學(xué)特征之一，與外部形態(tài)性狀相比，核型受外界環(huán)境因素影響較小，而能保持相對穩(wěn)定。而且還可以根據(jù)核型分析來判斷物種間的親緣關(guān)系，推測物種在進(jìn)化過程中彼此的分化歷程［9］。核型相似程度往往與物種同源性和親緣關(guān)系存在一致性，物種間在分類階梯上越遠(yuǎn)，它們的核型差異越大［13］。Stebbins［11］認(rèn)為，在生物的進(jìn)化過程中，染色體核型是由對稱性向非對稱性演化的，核型對稱性程度越高的生物，其染色體變異越小，進(jìn)化程度也越低；而非對稱性程度越高的生物，其染色體變異越大，進(jìn)化程度越高。本研究中4種草花的染色體核型類型分別為1A、2A、1B、1B，是對稱程度較高的染色體組成，因此這4種觀賞花卉在進(jìn)化上也都是比較保守的。由此，對這些花卉的染色體核型進(jìn)行研究，不僅對它們的遺傳和育種工作是一個(gè)極大的促進(jìn)，而且對它們的演化、地理分布的研究也具有較大的推動(dòng)作用。

對染色體核型進(jìn)行分析的前提是要獲得一張好的染色體制片，而獲得好的染色體片子的基礎(chǔ)是取材，關(guān)鍵是對材料進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理成功則整個(gè)染色體制片工作便成功了一大半?？梢岳盟幬镞M(jìn)行預(yù)處理，如秋水仙素、對二氯苯、8-羥基喹啉等。也可以采取低溫的方法進(jìn)行預(yù)處理。本試驗(yàn)采用低溫24 h，染色體長度適中，形態(tài)良好。在處理的過程中一定要保證冰水混合物的狀態(tài)，處理時(shí)間過長，染色體高度濃縮，不利于染色體的識別。低溫處理的方法簡便易行、效果良好。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，石竹染色體數(shù)2n=14，核型公式為K（2n）=14=12 m+2 sm，其核型為“1A”；裂葉花葵染色體數(shù)2n=14，核型公式為K（2n）=14=6 m+8 sm，核型為“2A”；觀賞椒染色體數(shù)2n=24，核型公式K（2n）=24=24 m，核型為“1B”；鳳仙染色體數(shù)2n=14，核型公式為K（2n）=2x=14=10 m+4 sm，核型為“1B”。此4種草本花卉的染色體不對稱系數(shù)（AS.K%）為53.30%-64.97%，屬于對稱程度較高的類型。根據(jù)Stebbins［14］有花植物核型進(jìn)化中“對稱-原始、不對稱-進(jìn)化”的觀點(diǎn)，可認(rèn)為該4種草花的核型進(jìn)化程度較低，屬于比較保守的進(jìn)化類型。

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