非洲鳳仙根尖染色體制片技術(shù)及細(xì)胞學(xué)研究

孔紅 王寶增 馬建軍 姚虹 紀(jì)鑫蕊

摘要：對非洲鳳仙（Impatiens walleriana Hook.f.）進(jìn)行染色體研究，旨在為多倍體育種提供細(xì)胞學(xué)資料。以非洲鳳仙根尖為材料，采用常規(guī)壓片法制片，光學(xué)顯微鏡觀察染色體。結(jié)果表明，根尖8：00～9：00取材、在4 ℃下0.002 mol/L的8-羥基喹啉預(yù)處理2 h的處理組合效果最佳。間期核由一些大大小小的染色較深的異染色質(zhì)顆粒構(gòu)成，間期核屬于前染色體型。前期染色體由染色較深的異固縮節(jié)段和染色較淺的常染色質(zhì)節(jié)段相間排列而成，較多地分布于細(xì)胞中央，前期染色體屬于漸變型。中期染色體數(shù)目2n=16，為二倍體。核型公式為：2n=2x=16=14m+2sm，其中第一對為近中部著絲點染色體，其余均為中部著絲點染色體，未觀察到隨體。最長染色體與最短染色體的比值為1.56，臂比大于2的染色體占12.5%，核型屬2A型，核型不對稱系數(shù)為54.8%，為對稱的核型。該種的核型為首次報道。

關(guān)鍵詞：非洲鳳仙（Impatiens walleriana Hook.f.）；細(xì)胞學(xué)；染色體；核型；染色體制片

中圖分類號：S681.1；Q343.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5324-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.029

Chromosome Technique of Root Tips and Cytological Study

in Impatiens walleriana Hook.f.

KONG Hong，WANG Bao-zeng，MA Jian-jun，YAO Hong，JI Xin-rui

（College of Life Sciences， Langfang Normal University， Langfang 065000， Hebei， China）

Abstract：In order to provide necessary cytology information on polyploid breeding，the cytology of Impatiens walleriana Hook.f. had been studied by the conventional squashing method. The results showed that the optional root sampling time was 8：00～9：00， 0.002 mol/L 8-Hydroxyquinoline for 2 h at 4 ℃ had better effect； the interphase nuclei and prophase chromosomes were found to be of the prochromosome type and the interstitial type， respectively. The number of the somatic chromosome was 16， and it was diploid. The karyotype formulae was 2n=2x=16=14m+2sm. The first pair of chromosomes were submetacentric， and others were metacentric， there was no observed satellite. The ratio of chromosome length， i.e.， ratio of the length of the longest chromosome to that of the shortest one was 1.56. The percentage of chromosome with arm ratio beyond 2 was 12.5%. The karyotype was 2A and the AsK was 54.8%. The karyotype was reported for the first time.

Key words：Impatiens walleriana Hook.f.； cytology； chromosome； karyotype； preparation of chromosome

非洲鳳仙（Impatiens walleriana Hook.f.）為鳳仙花科鳳仙花屬植物，原產(chǎn)于非洲東部熱帶地區(qū)。非洲鳳仙莖稈透明、葉片亮綠、繁花滿株、色彩絢麗，全年開花不斷，是著名的裝飾性盆花，在國際上十分流行。非洲鳳仙傳入中國時間不長，由于品種少、抗性差，發(fā)展緩慢，且種子依賴國外進(jìn)口，價格昂貴，種子繁育成本較高也限制了其在中國的發(fā)展。因此，盡快培育中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的非洲鳳仙新品種尤為重要。目前，國內(nèi)有關(guān)非洲鳳仙的研究資料較少[1-4]，未見有細(xì)胞學(xué)方面的研究報道，國外關(guān)于細(xì)胞學(xué)方面相繼報道了有關(guān)染色體數(shù)目[5-13]的研究，核型研究尚未見報道。為此，對非洲鳳仙進(jìn)行染色體研究，旨在為新品種的培育提供必要的細(xì)胞學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

試驗材料非洲鳳仙盆花購于河北廊坊花卉市場。

剪取非洲鳳仙植株長約8 cm的當(dāng)年生嫩枝，去掉下部葉片，保留頂端3片小葉，浸入清水中置于24 ℃培養(yǎng)室水培，待不定根長出約1 cm后， 選取生長正常的根尖，用0.002 mol/L的8-羥基喹啉處理2 h，卡諾Ⅰ固定液（無水乙醇：冰醋酸=3∶1，V∶V）固定4～24 h，1 mol/L鹽酸常溫下解離3 min，卡寶品紅染色10 min，常規(guī)壓片法制片，選擇分散良好的染色體裝片冰凍揭蓋片，自然干燥，中性樹膠封片制成永久裝片[14]。永久裝片保存于廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院植物實驗室。

在Olympus顯微鏡下鏡檢，Olympus DP25拍照， 測量染色體長度，計算相對長度（染色體長度/全組染色體長度）、臂比（長臂/短臂）、染色體長度比（最長染色體/最短染色體）、核型不對稱系數(shù)（長臂總長/全組染色體總長）[15]。間期核和有絲分裂前期染色體的形態(tài)劃分按Tanaka[16，17]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，核型分析按全國第一次植物染色體學(xué)術(shù)討論會建議的標(biāo)準(zhǔn)[15]進(jìn)行， 核型分類按Stebbins[18]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 制片技術(shù)

1）取材。非洲鳳仙種子非常小，1 g約1 750粒，種子萌發(fā)的根很細(xì)，壓片難度較大而且不易觀察。而非洲鳳仙植株當(dāng)年生嫩枝的內(nèi)源生長素含量高，細(xì)胞分生能力強，在約24 ℃的培養(yǎng)條件下水培10 d左右即可大量萌發(fā)出不定根，取材方便，且比種子萌發(fā)的根稍粗，適合作為壓片材料。反復(fù)試驗證明，非洲鳳仙根尖的取材時間選擇8：00～9：00時，處于中期分裂相的細(xì)胞最多，效果最好。

2）預(yù)處理。8-羥基喹啉是常用的預(yù)處理藥物，價格不貴。試驗采用0.001、0.002、0.003 mol/L的8-羥基喹啉在4 ℃下分別處理非洲鳳仙根尖1、2、3 h。觀察結(jié)果顯示，0.002 mol/L的8-羥基喹啉處理2 h的效果最好。預(yù)處理溫度固定在4 ℃，可避免由于預(yù)處理的季節(jié)和時間的不同使溫度出現(xiàn)差異，給預(yù)處理帶來不穩(wěn)定的效果。

2.2 間期核和前期染色體

間期核由一些大大小小的染色較深的異染色質(zhì)顆粒構(gòu)成（圖1A）。前期染色體由染色較深的異固縮節(jié)段和染色較淺的常染色質(zhì)節(jié)段相間排列而成，較多地分布于細(xì)胞中央（圖1B）。按照Tanaka[16，17]的標(biāo)準(zhǔn)，間期核屬于前染色體型，前期染色體屬于漸變型。

2.3 中期染色體

根尖細(xì)胞有絲分裂中期染色體數(shù)目見圖1C， 核型圖見圖2，核型模式圖見圖3，核型分析數(shù)據(jù)見表1。

觀察了非洲鳳仙的30個分裂中期細(xì)胞，染色體數(shù)均為2n=16，為二倍體。根據(jù)核型分析數(shù)據(jù)可知，核型公式為2n=2x=16=14m+2sm，其中第1對為近中部著絲點染色體，其余均為中部著絲點染色體。最長染色體與最短染色體的比值為1.56，臂比大于2∶1的染色體比例為12.5%，核型屬2A型。核型不對稱系數(shù)為54.8%，臂指數(shù)NF值為32。

3 小結(jié)與討論

關(guān)于鳳仙花屬植物的細(xì)胞學(xué)研究，國內(nèi)外學(xué)者[5-14，19]先后報道了鳳仙花屬植物的染色體數(shù)目，揭示了該屬植物的染色體數(shù)目存在很大的可變性，單倍染色體數(shù)目在n=3至n=33之間，其中n=7、n=8、 n=9、n=10是該屬中最常見的類型[20，21]。因此，大多數(shù)種類的染色體基數(shù)x=7、x=8、x=9和x=10，染色體基數(shù)x=8、x=9或x=10都有可能是鳳仙花屬染色體基數(shù)的原始類型[20]。非洲地區(qū)該屬植物染色體基數(shù)x=7、x=8，而x=8最常見[10，11]。非洲鳳仙原產(chǎn)于非洲東部熱帶地區(qū)。本研究表明，該種的染色體數(shù)目2n=16，染色體基數(shù)x=8，可見屬于原始的染色體基數(shù)類型。

鳳仙花屬植物的核型研究很少，孔紅等[14]報道了鳳仙的核型2n=2x=14=4m+10sm，其中有兩對為中部著絲點染色體，其余5對均為近中部著絲點染色體。本研究中非洲鳳仙的核型公式為2n=2x=16=14m+2sm，其中有7對為中部著絲點染色體，只有1對為近中部著絲點染色體。前蘇聯(lián)核型比較形態(tài)學(xué)派的代表Levitzky[22]曾指出，所謂對稱的核型是其中所有染色體大小幾乎一致，而且都具有中部和近中部著絲粒。著絲粒位置從中部移向近端部或端部，可以導(dǎo)致不對稱性的加強，不對稱性的不斷增強是有花植物核型進(jìn)化的主要趨勢。由此可見，非洲鳳仙和鳳仙的核型都只具有中部和近中部著絲點染色體，均為對稱的核型類型，但非洲鳳仙的核型比鳳仙的核型對稱性更強。Stebbins[18]認(rèn)為，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。本研究中非洲鳳仙的核型比鳳仙的核型對稱性高，進(jìn)化程度低，核型類型更加原始。

多倍體植株一般莖粗壯，葉片增厚、增大，顏色加深，花朵大，花瓣較多，花色加深或改變，花期延長，抗逆性和適應(yīng)性加強。染色體倍數(shù)較低且染色體數(shù)目較少的植物進(jìn)行多倍體育種易獲得成功[23]。非洲鳳仙的染色體倍數(shù)較低且染色體數(shù)目較少，適合進(jìn)行多倍體育種。因此，對其進(jìn)行多倍體育種是改進(jìn)其觀賞品質(zhì)、培育中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)新品種的有效途徑之一。

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