阿拉伯茶染色體核型分析

趙振軍 （長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州434025；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095）

黎星輝 （南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095）

阿拉伯茶 （Catha eduli）是衛(wèi)茅科的一種植物，起源于非洲東部的埃塞俄比亞[1]，后來逐步推廣栽培到也門、肯尼亞、烏干達(dá)、坦桑尼亞、阿拉伯半島、贊比亞以及南非等地[2]。阿拉伯茶在不同區(qū)域、不同民族流行許多不同的名字，如埃塞俄比亞先民稱它Abyssinian tea（阿比西尼亞茶），非洲人管它叫African salad（非洲色拉）、African tea（非洲茶），阿拉伯民族許多人把它當(dāng)作一種日常嚼食、沖泡用的飲料植物，命名為Arabian tea（阿拉伯茶）。

阿拉伯茶因其氣味芬芳、提神醒腦等特點而適應(yīng)于咀嚼，在非洲和阿拉伯世界有較大的消費市場。在東非和阿拉伯半島等國的土著居民中，阿拉伯茶的嚼食類似于東方國家的上午茶和西方國家的下午茶活動，已經(jīng)成了一種日常的不可或缺的生活習(xí)慣[3－5]。

染色體是遺傳物質(zhì)的載體，生物染色體的重組常常導(dǎo)致新種的出現(xiàn)，有的學(xué)者甚至認(rèn)為進(jìn)化就是自然選擇與染色體變化互相作用的結(jié)果。染色體在一定程度上能反映生物的本質(zhì)、反映生物在系統(tǒng)中的位置 （物種間的親緣關(guān)系）的觀點已經(jīng)為許多學(xué)者所認(rèn)可[6]。因而，核型分析的方法被用作確定植物間分類差別的常見手段。

由于阿拉伯茶是一種除非洲大陸和阿拉伯半島之外受管制的經(jīng)濟(jì)作物，且原產(chǎn)地非洲大陸相對貧困落后，人們對它的研究非常不夠，到目前為止，有據(jù)可查的僅有對其形態(tài)、繁殖和培管的描述以及與歐洲人合作的對其生化成分的藥用價值的研究報告[7－9]，而未見任何細(xì)胞學(xué)領(lǐng)域的研究。為此，本研究對2個不同品種阿拉伯茶染色體形態(tài)與核型進(jìn)行了分析，旨在為阿拉伯茶遺傳多樣性尋找細(xì)胞學(xué)證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料采用原產(chǎn)于埃塞俄比亞的綠葉、紫葉阿拉伯茶和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校園綠化自繁的冬青衛(wèi)茅（Euonymus japonicas）。

1.2 試驗方法

1.2.1 制片

在室溫達(dá)到15℃以上時，于上午8：00～10：00截取生長旺盛的阿拉伯茶幼嫩芽尖。染色體制片參照陳瑞陽等的去壁低滲法[10－11]，將剪取的芽尖浸入蒸餾水中，1～4℃低溫處理24h，預(yù)處理后，在室溫下，將預(yù)處理過的材料洗凈 （約沖洗5min），置于0.075mol／LKCl溶液中處理約20～30min進(jìn)行前低滲處理，將低滲處理過的材料置于解離液中處理，解離液含2.5%果膠酶＋2.5%纖維素酶，pH為5.0～5.5，在25～30℃恒溫下酶解至芽尖分生組織接近脫落為度 （約2～3h）。倒去酶液，用蒸餾水輕輕沖洗3～5次，并在其中浸泡20min左右。采用壓片法制作染色體標(biāo)本，在顯微鏡觀察并拍照。

1.2.2 染色體核型分析

經(jīng)鏡檢，每個種選出50個具有中期分裂相、分散良好的染色體進(jìn)行拍照，從中選出染色體形態(tài)比較完整、清晰的分裂相各5個進(jìn)行核型分析[12]。分別計算各染色體的相對長度、臂比、著絲點指數(shù)、核型不對稱系數(shù)，按照Levan等[13]和Kuo等[14]的分類標(biāo)準(zhǔn)劃分染色體類型，根據(jù)Stebbins等[15]關(guān)于核型分類的標(biāo)準(zhǔn)劃分核型類型。具體分類標(biāo)準(zhǔn)詳見表1～3。

表1 Levan染色體分類系統(tǒng)

表2 Kuo染色體分類標(biāo)準(zhǔn)

表3 Stebbins的核型分類表

2 結(jié)果與分析

2.1 染色體數(shù)目

對試驗材料的細(xì)胞觀察計數(shù)并分析，選擇阿拉伯茶綠芽種的芽尖分生組織細(xì)胞分裂相中染色體分散較好的細(xì)胞50個，觀察并統(tǒng)計，結(jié)果顯示：阿拉伯茶綠芽種染色體數(shù)目在28～34之間，多數(shù)為32占93.7%，為30的占3.5%，為28的占1.6%，為34的占1.2%。

阿拉伯茶紫芽種中有43個細(xì)胞染色體數(shù)目為32條，占計數(shù)總數(shù)的86%，4個細(xì)胞染色體數(shù)目為30條，占計數(shù)總數(shù)的8%，3個細(xì)胞染色體數(shù)目為28條，占計數(shù)總數(shù)的6%。

冬青衛(wèi)茅中有46個細(xì)胞染色體數(shù)目為32條，占計數(shù)總數(shù)的92%，4個細(xì)胞染色體數(shù)目為26條，占計數(shù)總數(shù)的8%。

李懋學(xué)等[12]認(rèn)為，85%以上的細(xì)胞具有的染色體數(shù)即為該植物的染色體數(shù)目。因此，根據(jù)上述分析可以確定阿拉伯茶綠芽種、紫芽種及冬青衛(wèi)矛的染色體數(shù)為2n＝32。

2.2 染色體核型分析結(jié)果

對染色體分散良好的5個細(xì)胞進(jìn)行核型分析表明，按照Leven等[13]對染色體的分類標(biāo)準(zhǔn)，計算染色體的相對長度、臂比、染色體的類型等，將按照長短順序進(jìn)行編號，列于表4，并據(jù)此作出核型模式圖1～3。

2.2.1 阿拉伯茶綠芽種染色體核型

綠芽阿拉伯茶的核型、核型模式圖及染色體參數(shù)分別見表4及圖1所示。結(jié)果顯示：綠芽阿拉伯茶的16對染色體，具中部著絲點的為第3、6、7、8、9、10、11、12、13、15、16對染色體，具近中部著絲點的為第1、2、4、5、14對染色體，帶有隨體的為第2對染色體。故核型公式為K（2n）＝2x＝32＝11m（2SAT）＋5sm。

表4 阿拉伯茶綠芽種、紫芽種與冬青衛(wèi)茅染色體核型參數(shù)

圖1 阿拉伯茶綠芽種中期相染色體形態(tài)與核型模式圖

圖2 阿拉伯茶紫芽種中期相染色體形態(tài)與核型模式圖

圖3 冬青衛(wèi)茅中期相染色體形態(tài)與核型模式圖

2.2.2 阿拉伯茶紫芽種染色體核型

阿拉伯茶紫芽種的核型、核型模式圖及染色體參數(shù)分別見表4及圖2所示。紫芽種的16對染色體，具中部著絲點的為第3、4、6、8、9、10、11、12、13、15、16對染色體，具近中部著絲點的是第1、2、5、7、14對染色體，帶有隨體的是第1對染色體。故核型公式為K （2n）＝2x＝32＝11m （1SAT）＋5sm。

2.2.3 冬青衛(wèi)矛染色體核型

冬青衛(wèi)茅的核型、核型模式圖及染色體參數(shù)分別見表4與圖3所示。冬青衛(wèi)茅的16對染色體，具中部著絲點的為第3、6、7、8、9、10、11、12、13、15、16對染色體，具近中部著絲點的為第1、2、4、5、14對染色體，帶有隨體的為第4對染色體。故核型公式為K （2n）＝2x＝32＝11m （4SAT）＋5sm。

3 討論與小結(jié)

細(xì)胞的核型特征，如染色體的數(shù)目、相對長度、著絲點位置、核型不對稱系數(shù)和隨體的有無等，一般是穩(wěn)定的，都可能作為分類指標(biāo)而被利用。但細(xì)胞核染色體的特點，如同形態(tài)學(xué)的指標(biāo)一樣，其分類學(xué)意義也是相對的。有時分類上不同的類型，卻保持近似的染色體核型。反之，在分類上相近的類型，其染色體核型卻很不相同。究其原因，可能前者是涉及到基因改變，后者雖有染色體形態(tài)改變，但未涉及到基因變化[16]。

從核型分析結(jié)果來看，阿拉伯茶屬的阿拉伯茶和衛(wèi)茅屬的冬青衛(wèi)茅核型均屬于對稱核型，染色體結(jié)構(gòu)和相對長度組成都具有很大的相似性，按Stebbins的分類法，屬最原始的植物進(jìn)化類型。2屬間植物染色體進(jìn)化速率相對緩慢，核型變異很小，說明2屬植物都是相當(dāng)穩(wěn)定的原始木本類群。木本類群與草本類群相比，進(jìn)化速度要慢得多[17]。

洪德元等[18]研究認(rèn)為衛(wèi)茅屬Euonymus染色體基數(shù)是x＝8，僅E.echinatus為2n＝16，其余均為四倍體和八倍體。本研究結(jié)果表明，衛(wèi)茅屬的冬青衛(wèi)茅和阿拉伯茶屬的阿拉伯茶2n也為16，通過染色體配對顯示，冬青衛(wèi)茅和阿拉伯茶均是二倍體植株，所以，冬青衛(wèi)茅是衛(wèi)茅屬中除E.echinatus外的又一種二倍體植物。因為對阿拉伯茶屬核型研究較少，本研究只能證實阿拉伯茶2n為16，還沒有足夠的證據(jù)證實阿拉伯茶屬植物的染色體基數(shù)，但是可以推測基數(shù)大致為8或者16。

本研究所研究的紫芽阿拉伯茶、綠芽阿拉伯茶和冬青衛(wèi)茅芽尖有絲分裂中期細(xì)胞都是二倍體體細(xì)胞，染色體為32條，其核型公式分別為K （2n）＝2x＝32＝11m （2SAT）＋5sm、K （2n）＝2x＝32＝11m （1SAT）＋5sm、K （2n）＝2x＝32＝11m （4SAT）＋5sm，按Stebbins核型分類標(biāo)準(zhǔn)分類均屬于2B型。

[1]Kennedy J G.The Flower of Paradise-The Institutionalized Use of the Drug Qat In North Yemen [M].Dordrecht：D.Reidel Publishing Company，1987：153-154.

[2]Krikorian A D.Kat and its use：an historical perspective[J].Journal of Ethnopharmacology，1984，12：115-178.

[3]Al-Habori M，Al-Mamary M.Long-term feeding effects of Catha edulis leaves on blood constituents in animals [J].Phytomedicine，2004，11：639-644.

[4]Alem A，Shibre T.Khat induced psychosis and its medicolegal implication [J].Ethiopian Medical Journal，1997，35：137-141.

[5]Mckee C M.Medical and social aspects of qat in Yemen [J].Journal of the Royal Society of Madicine，1987，80：762-765.

[6]胡進(jìn)耀，蘇智先，岳寶良，等.植物核型分析方法的研究進(jìn)展 [J].四川師范學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版），2002，23（3）：239-243.

[7]Al-hebshi N，Nilsen M，Skaug N.In vitro effects of crude khat extracts on the growth，colonization and glucosyltransferases of Streptococcus mutans[J].Acta Odontol Scand，2005，63：136-142.

[8]Al-Motarreb A，Baker K，Broadley K J.Khat：Pharmacological and medical aspects and its social use in Yemen [J].Phytother Res，2002，16：403-413，

[9]Abdul G N，Eriksson M，Kristiansson B，et al.The influence of khat-chewing on birth-weight in full-term infants [J].Soc Sci Med，1987，24：625-627.

[10]陳瑞陽，宋文芹，李秀蘭，等.植物有絲分裂染色體標(biāo)本制作的新方法 [J].植物學(xué)報，1979，21（5）：297-298.

[11]李懋學(xué)，張贊平.作物染色體及其研究技術(shù) [M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996：28-29.

[12]李懋學(xué)，陳瑞陽.關(guān)于植物核型分析的標(biāo)準(zhǔn)化問題 [J].武漢植物學(xué)研究，1985，3（4）：297-302.

[13]Levan A，F(xiàn)redga K，Sandberg A A.Nomenclature for centromeric position on chromosomes[J].Hereditas Band，1964，52：197-202.

[14]Kuo S R，Wang T T，Huang T C.Karyotype analysis of some Formosan gymnosperms[J].Taiwania，1972，17：66.

[15]Stebbins G L.Chromosome evoluion in higher plants[M].London：Edward Aronld，1971：88.

[16]李貴全.細(xì)胞學(xué)研究基礎(chǔ) [M].北京：中國林業(yè)出版社，2001：20-47.

[17]Levan A，F(xiàn)redga K，Sandberg A A.Nomenclature for centromeric position on chromosomes[J].Hereditas Band，1964，52：197-202.

[18]洪德元.植物細(xì)胞分類學(xué) [M].北京：科學(xué)出版社，1990：327.