榆葉梅及其部分近緣種的染色體核型分析

董山平，羅 樂(lè)，鐘軍珺，程堂仁，張啟翔

（花卉種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家花卉工程技術(shù)研究中心，城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實(shí)驗(yàn)室，園林學(xué)院，北京林業(yè)大學(xué)，北京100083）

榆葉梅（Prunustriloba）是中國(guó)北方重要的早春觀花灌木，主要分布于中國(guó)東北及華北地區(qū)。《中國(guó)植物志》將榆葉梅置于桃屬（Amygdalus）扁桃亞屬［1］，而在園藝栽培應(yīng)用中又經(jīng)常將榆葉梅與其它桃屬植物統(tǒng)一歸于李屬（Prunus），這種爭(zhēng)議與薔薇科李亞科（Prunoideae）以下大小屬的分類(lèi)有關(guān)［2］。植物染色體信息常作為植物分類(lèi)提供重要信息。Lewis曾利用染色體數(shù)目解決了薔薇屬（Rosa）分類(lèi)的一個(gè)模糊問(wèn)題［3］，于超利用核型方法支持了前人對(duì)疏花薔薇變種劃分的觀點(diǎn)［4］。

目前國(guó)內(nèi)榆葉梅的研究大多集中在栽培繁育和種質(zhì)資源方面［5－6］，張強(qiáng)英系統(tǒng)地調(diào)查分析了野生榆葉梅資源，認(rèn)為榆葉梅種內(nèi)存在豐富的遺傳多樣性［7－8］，于君等根據(jù)陳俊愉的花卉二元分類(lèi)法劃分測(cè)試等級(jí)［9］，將榆葉梅品種劃分為單瓣類(lèi)、復(fù)瓣類(lèi)、重瓣類(lèi)3大類(lèi)。關(guān)于榆葉梅染色體研究的報(bào)道還很少，尚宗燕等［10］對(duì)扁桃亞屬植物的染色體數(shù)目進(jìn)行了研究，報(bào)道榆葉梅染色體數(shù)目為2n＝64，長(zhǎng)柄扁桃為2n＝96，扁桃等其它桃屬植物的染色體數(shù)目均為16；陳瑞陽(yáng)等［11］的《中國(guó)主要經(jīng)濟(jì)植物基因組染色體圖譜》對(duì)榆葉梅、扁桃等植物染色體數(shù)目進(jìn)行了報(bào)道，也支持該結(jié)論。上述研究都僅限于對(duì)染色體數(shù)目的報(bào)道，榆葉梅種內(nèi)各個(gè)品種類(lèi)型的核型與近緣種的對(duì)比研究還未見(jiàn)報(bào)道。榆葉梅這樣的高倍性物種在李屬中很少見(jiàn)，其多倍性由何而來(lái)，及品系如何演化，這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

本實(shí)驗(yàn)選取榆葉梅單瓣品種、復(fù)瓣品種、重瓣品種、紫葉品種、野生榆葉梅及榆葉梅近緣種桃（Prunus persicaL．）、梅（PrunusmumeSieb．）、李（Prunus cerasifera‘Pissardii’）、杏（PrunusarmeniacaL．）作為研究對(duì)象，對(duì)其染色體核型進(jìn)行分析，旨在從細(xì)胞學(xué)層面分析榆葉梅品種演化提供較為可靠的染色體信息。

1 材料和方法

1．1 材 料

供試材料（表1）共9份材料，5份榆葉梅材料，包括單瓣型榆葉梅品種、復(fù)瓣型榆葉梅品種、重瓣型榆葉梅品種、紫葉重瓣型榆葉梅品種以及榆葉梅野生種，4份近緣種材料，包括桃、梅、杏、紫葉李。榆葉梅栽培品種資源都保存于北京林業(yè)大學(xué)榆葉梅品種資源圃，品種憑證信息參考《榆葉梅新品DUS測(cè)試指南》［5］；野生榆葉梅的種子來(lái)源于遼寧省開(kāi)原市野生分布林區(qū)；近緣種的莖尖材料采自北京林業(yè)大學(xué)校園。

1．2 方 法

1．2．1 取材 榆葉梅栽培品種于12月至次年2月葉芽未萌動(dòng)時(shí)采枝條置于室內(nèi)，水培誘導(dǎo)芽萌發(fā)，取幼嫩的小葉；于3～4月取葉芽自然萌動(dòng)形成的幼嫩小葉。榆葉梅野生種于其分布區(qū)域采種，沙藏誘導(dǎo)種子萌發(fā)，取根尖分生組織。桃、梅、杏、紫葉李于3～4月枝條自然萌動(dòng)時(shí)選擇良好的一年生嫩枝上取其葉芽。所取材料置于卡諾固定液（無(wú)水乙醇∶冰醋酸＝3∶1，V／V）固定24h，轉(zhuǎn)入70%乙醇中保存?zhèn)溆谩?/p>

用蒸餾水漂洗3遍后，將榆葉梅材料在解離液（濃鹽酸∶無(wú)水乙醇＝1∶1）中常溫解離20min，其它近緣種材料在0．2mol／L 鹽酸溶液中60℃恒溫水浴解離10min。蒸餾水沖洗3遍后用改良卡寶品紅溶液染色10 min，常規(guī)方法壓片。采用ZEISS Scope A1顯微鏡鏡檢并統(tǒng)計(jì)染色體數(shù)目。

1．2．2 核型分析 用核型分析軟件Karyo 3．1、Image－Pro Plus 6．0、Photoshop CS4 及Microsoft Office Excel等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像處理。核型分析方法參考李懋學(xué)等［12］的標(biāo)準(zhǔn)，核型類(lèi)型按照Stebbins［13］的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，核型不對(duì)稱(chēng)系數(shù)按照Arano［14］的方法計(jì)算，染色體相對(duì)長(zhǎng)度系數(shù)（I、R、L）參照Guo等［15］的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

5份榆葉梅和4份近緣種材料的染色體數(shù)目、核型及核型模式見(jiàn)圖1，染色體參數(shù)見(jiàn)表2。

2．1 5份榆葉梅材料的核型分析

2．1．1 野生榆葉梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝64，為八倍體。核型公式為2n＝8x＝64＝1M＋44m＋18sm＋1st。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為0．94%～2．56%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝8L＋19M2＋29M1＋8S。臂比值變化范圍1．00～3．28，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．71，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為58．43%，著絲粒指數(shù)變化范圍為23．36%～50．00%，其核型屬于2B型。

表1 5份榆葉梅材料及4個(gè)近緣種材料的基本信息Table 1 The information of 5 Prunus triloba materials and 4related species

2．1．2 ‘瑩雪’榆葉梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝64，為八倍體。核型公式為2n＝8x＝64＝1M＋40m＋23sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為0．99% ～2．77%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝8L＋16M2＋31M1＋9S。臂比值變化范圍1．00～2．67，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．81，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為58．73%，著絲粒指數(shù)變化范圍為27．22%～50．00%，其核型屬于2B型。

圖1 5份榆葉梅及4個(gè)近緣種的染色體、核型及核型模式圖Fig．1 The chromosome numbers，karyotypes and idiograms of 5 P．trilobacultivars and 4related species

表2 5份榆葉梅材料及4個(gè)近緣種材料的染色體參數(shù)Table 2 Chromosome parameters of 5 P．triloba materials and 4related species

2．1．3 ‘復(fù)瓣皺粉’榆葉梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝64，為八倍體。核型公式為2n＝8x＝64＝43m＋21sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為0．92% ～2．45%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝8L＋15M2＋33M1＋7S。臂比值變化范圍1．02～2．57，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．68，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為59．65%，著絲粒指數(shù)變化范圍為28．04%～49．47%，其核型屬于2B型。

2．1．4 ‘抱粉玉盤(pán)’榆葉梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝64，為八倍體。核型公式為2n＝8x＝64＝1M＋39m＋24sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為0．82%～2．69%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝8L＋22M2＋27M1＋7S。臂比值變化范圍1．00～2．85，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為3．29，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為61．04%，著絲粒指數(shù)變化范圍為25．99%～50．00%，其核型屬于2B型。

2．1．5 ‘紫煙’榆葉梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝42，為非整倍體。核型公式為2n＝42＝3M＋30m＋9sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為1．28% ～4．37%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝6L＋9M2＋24M1＋3S。臂比值變化范圍1．00～2．15，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為3．41，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為57．68%，著絲粒指數(shù)變化范圍為31．70%～50．00%，其核型屬于2B型。

2．2 4種近緣種的核型分析

2．2．1 桃 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝16，為二倍體。核型公式為2n＝2x＝16＝12m＋4sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為4．12%～9．08%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝2L＋5M2＋7M1＋2S。臂比值變化范圍1．06～2．57，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．59，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為60．55%，著絲粒指數(shù)變化范圍為28．01%～48．70%，其核型屬于2B型。

2．2．2 梅 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝16，為二倍體。核型公式為2n＝2x＝16＝10m＋6sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為4．03%～9．53%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝2L＋5M2＋6M1＋3S。臂比值變化范圍1．05～2．52，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．36，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為61．73%，著絲粒指數(shù)變化范圍為28．40%～48．69%，其核型屬于2B型。

2．2．3 杏 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝16，為二倍體。核型公式為2n＝2x＝16＝11m＋4sm＋1st。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為4．54%～8．40%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝2L＋6M2＋7M1＋1S。臂比值變化范圍1．01～3．57，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2．01，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為63．08%，著絲粒指數(shù)變化范圍為21．90%～49．77%，其核型屬于2A 型。

2．2．4 紫葉李 體細(xì)胞染色體數(shù)2n＝16，為二倍體。核型公式為2n＝2x＝16＝11m＋4sm＋1st。染色體相對(duì)長(zhǎng)度變化范圍為4．59%～8．43%，相對(duì)長(zhǎng)度組成2n＝2L＋6M2＋7M1＋1S。臂比值變化范圍1．11～2．79，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為1．84，核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)為62．03%，著絲粒指數(shù)變化范圍為26．41%～47．33%，其核型屬于2A 型。

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)報(bào)道了5 份具代表性的榆葉梅材料及桃、梅、杏、李4份近緣種材料的染色體數(shù)目與核型，其中4份榆葉梅材料為八倍體，2n＝8x＝64；近緣種材料桃、梅、杏、李均為二倍體，2n＝2x＝16與前人的研究結(jié)果一致［16］；‘紫煙’榆葉梅的染色體數(shù)目為42。李屬植物二倍體居多，染色體基數(shù)為8。但多個(gè)研究曾報(bào)道［10，17－18］薔薇科李屬及其近緣屬植物的染色體核型分別具有三倍體、四倍體、六倍體、八倍體和十二倍體等多種倍性的現(xiàn)象。

本研究發(fā)現(xiàn)‘紫煙’榆葉梅染色體數(shù)為42，長(zhǎng)染色體數(shù)為6。Salesses指出，顯著比其它染色體長(zhǎng)的染色體為這類(lèi)植物的代表性染色體［17］；王然［17］研究薔薇科核果類(lèi)果樹(shù)的核型時(shí)也發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)染色體數(shù)目正好與其倍性相一致。同一屬內(nèi)的植物常有相同的染色體基數(shù)，李屬染色體基數(shù)為8，可知‘紫煙’榆葉梅可能為非整倍體，結(jié)合‘紫煙’榆葉梅的染色體相對(duì)長(zhǎng)度組成中長(zhǎng)染色體條數(shù)為6，故推測(cè)其在形成六倍體過(guò)程中可能出現(xiàn)了染色體的丟失，但此結(jié)論還需要進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

Stebbins［13］認(rèn)為，在植物界，核型進(jìn)化的基本趨勢(shì)是由對(duì)稱(chēng)向不對(duì)稱(chēng)發(fā)展的，系統(tǒng)演化上處于比較古老或原始的植物，大多具有較對(duì)稱(chēng)的核型，而不對(duì)稱(chēng)的核型則常見(jiàn)于衍生的或進(jìn)化較高級(jí)的植物中。本研究中，5份榆葉梅材料的核型類(lèi)型均為2B 型，這一結(jié)果也與陳瑞陽(yáng)［11］關(guān)于榆葉梅核型的報(bào)道一致，說(shuō)明榆葉梅雖在表現(xiàn)上表現(xiàn)豐富的多樣性，但在核型類(lèi)型上仍保持較高保守性。野生榆葉梅與單瓣品種‘瑩雪’榆葉梅的核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)（分別為58．73%與58．43%）、染色體長(zhǎng)度最長(zhǎng)比最短的比值（分別為1．57與1．53）都最為接近，且它們核型的不對(duì)稱(chēng)性較低，可以推測(cè)單瓣品種群為較原始的類(lèi)型。這也與它們的外形性狀相符合，野生榆葉梅常為單瓣花，葉較小。比較‘瑩雪’、‘復(fù)瓣皺粉’和‘抱粉玉盤(pán)’的核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)及臂比值＞2的染色體比率可以得知，‘瑩雪’＜‘復(fù)瓣皺粉’＜‘抱粉玉盤(pán)’可推測(cè)榆葉梅品種群的演化中可能存在由單瓣型→復(fù)瓣型→重瓣型的演化。此結(jié)論符合于君［5］利用分子標(biāo)記AFLP技術(shù)對(duì)榆葉梅各品種群聚類(lèi)結(jié)果，支持其將榆葉梅花瓣數(shù)量作為榆葉梅品種分類(lèi)的重要分類(lèi)依據(jù)［9］。

本研究中桃、梅、杏的核型類(lèi)型均為2B，與榆葉梅的核型類(lèi)型相同，紫葉李的核型類(lèi)型為2A；另外，桃的核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)以及平均臂比值與5份榆葉梅材料的平均值最為接近，因此結(jié)合上述兩點(diǎn)可以推測(cè)榆葉梅與桃的親緣關(guān)系可能較近，與紫葉李的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。比較紫葉李、梅、杏的核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)以及臂比值＞2的染色體比率，可知：紫葉李＜梅＜杏，據(jù)此可推測(cè)紫葉李較原始。魏文娜等［19］分析桃、李、梅、杏的核型和帶型認(rèn)為梅和杏的親緣關(guān)系較近，桃、李間差異較大，桃可能為較進(jìn)化的類(lèi)群。本研究中梅和杏的核不對(duì)稱(chēng)性最為接近，與魏文娜等［19］的一致，但梅、杏、紫葉李的核不對(duì)稱(chēng)系數(shù)均大于桃和榆葉梅，與魏文娜［19］認(rèn)為的桃為較進(jìn)化類(lèi)群的結(jié)論不一致，造成差異的原因可能與取材有關(guān)。

本研究對(duì)李屬中的5種榆葉梅典型類(lèi)群材料進(jìn)行了初步的核型分析，報(bào)道一例可能為非整倍體的榆葉梅栽培品種，為從細(xì)胞學(xué)層面深入了解榆葉梅品種間的遺傳變異與演化關(guān)系；同時(shí)結(jié)合近緣種桃、梅、杏、紫葉李與榆葉梅材料的核型分析來(lái)進(jìn)一步研究李屬內(nèi)植物的多倍體起源信息提供了參考依據(jù)。

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