8個大粒裸燕麥品種核型研究

耿帆，周青平，梁國玲，賈志鋒，劉文輝，丁成翔，劉勇，顏紅波

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016；3.西南民族大學(xué)青藏高原研究所，

四川 成都 610041；4.青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源研究利用省級重點實驗室，青海 西寧 810016)

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8個大粒裸燕麥品種核型研究

耿帆1,2,4，周青平3*，梁國玲2,4，賈志鋒2,4，劉文輝2,4，丁成翔2,4，劉勇2,4，顏紅波2,4

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016；3.西南民族大學(xué)青藏高原研究所，

四川 成都 610041；4.青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源研究利用省級重點實驗室，青海 西寧 810016)

摘要：采用常規(guī)壓片法對來源于我國不同省份的8個大粒裸燕麥品種進行了核型分析及進化趨勢研究，旨在為燕麥種質(zhì)資源的收集、鑒定、開發(fā)利用和良種培育提供細胞學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明，8份大粒裸燕麥材料的核型公式分別為：青莜3號：2n=6x=42=22m+20sm (4SAT)；平安莜麥：2n=6x=42=18m+24sm (4SAT)；白燕2號：2n=6x=42=18m+24sm (2SAT)；花早2號：2n=6x=42=20m+22sm (2SAT)；花晚6號：2n=6x=42=14m+28sm (6SAT)；晉燕8號：2n=6x=42=22m+20sm (4SAT)；寧莜1號：2n=6x=42=16m+26sm (2SAT)；定莜6號：2n=6x=42=16m+26sm (4SAT)，8個燕麥品種的核型均屬于2B型。進行聚類及進化趨勢分析發(fā)現(xiàn)，白燕2號為最進化的品種，青莜3號為最原始的品種。

關(guān)鍵詞：核型分析；裸燕麥；聚類分析

燕麥隸屬于禾本科(Gramineae)燕麥屬(Avena)1年生草本植物，一般分為裸燕麥(Avenanuda)和皮燕麥(Avenasterieis)兩種，世界各國以種植皮燕麥為主，而我國是大粒裸燕麥的起源中心和主產(chǎn)國[1-2]。大粒裸燕麥以其較高的營養(yǎng)價值、醫(yī)療保健價值以及特有的加工優(yōu)勢受到了廣泛歡迎[3-7]。目前我國主產(chǎn)大粒裸燕麥的地區(qū)主要有內(nèi)蒙古、河北、吉林、山西、寧夏和甘肅等省份，由于各地區(qū)間氣候條件等的差異，各品種皆形成了各自的特性，豐富了我國大粒裸燕麥種質(zhì)資源的遺傳多樣性[8]。目前有關(guān)大粒裸燕麥的研究只對內(nèi)蒙古和山西等少部分地區(qū)的種質(zhì)進行了核型分析[9-11]，有關(guān)其他地區(qū)及不同地區(qū)間種質(zhì)核型的系統(tǒng)研究鮮有報道。本研究以來自于我國不同省份的8個大粒裸燕麥品種作為實驗材料，對其核型及進化趨勢進行研究，通過聚類分析了解其間的親緣關(guān)系，旨在為我國燕麥種質(zhì)資源的收集、開發(fā)利用和良種培育提供必要的細胞學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

供試材料選擇來自青海、吉林、河北、山西、寧夏和甘肅的8份燕麥材料，供試材料詳情見表1。

1.2方法

該實驗于2014年3月-2015年1月在青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點實驗室進行。

1.2.1染色體制片方法每份材料各選取30粒飽滿的種子，放入干凈墊有多層浸水濾紙的培養(yǎng)皿中，置于23℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至露白，將露白種子放在潔凈的墊有已滅菌浸水濾紙的培養(yǎng)皿中，置于4℃冰箱內(nèi)培養(yǎng)48 h，然后置于23℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待根長至1.0～2.0 cm時， 剪取新生粗壯根尖于冰水中預(yù)處理48 h，接著將根尖轉(zhuǎn)入卡諾氏固定液(無水乙醇∶冰乙酸=3∶1，V/V)中在4℃下固定24 h，然后用1 mol/L鹽酸在60℃下解離12～13 min，最后用改良的苯酚品紅染色15 min后常規(guī)壓片。制好的臨時裝片在UB100i series光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照。

表1　實驗材料

1.2.2染色體核型分析方法分別選取30個分裂中期染色體分散良好的細胞進行染色體計數(shù)，將大多數(shù)(85%以上)細胞共有的染色體數(shù)目記作所研究燕麥材料的標準染色體數(shù)目。依據(jù)李懋學(xué)和陳瑞陽[12]的植物核型分析標準，每個品種分別選取5個染色體分散良好、形態(tài)清晰完整的高質(zhì)量細胞中期分裂相照片用于核型分析。參照楊大翔[13]及喬永剛和宋蕓[14]所述方法，利用Photoshop和Excel軟件對染色體照片進行處理，完成核型圖及核型模式圖的制作。染色體分類按照Levan[15]的命名方法進行，核型分類按照Stebbins[16]的分類系統(tǒng)進行。

1.3數(shù)據(jù)分析

參照周婭[17]的方法繪制核型不對稱性程度散點圖。以染色體長度比為縱坐標、平均臂比為橫坐標制圖，坐標點的分布即可表示各材料核型不對稱性及進化的情況，坐標點越靠近右上方說明其核型不對稱性較大和進化程度較高，越靠近左下方說明其核型不對稱性較小和進化程度較原始。參照戴小紅[18]的方法對核型參數(shù)(核型不對稱系數(shù)、平均臂比和染色體長度比)進行系統(tǒng)聚類分析。利用SPSS 19.0軟件，對原始數(shù)據(jù)作標準變換，然后計算歐氏距離，應(yīng)用最遠鄰元素法進行聚類分析。

2結(jié)果與分析

2.1核型特征

顯微鏡下觀察結(jié)果顯示，8份大粒裸燕麥材料均為六倍體，體細胞染色體數(shù)目均為2n=6x=42，染色體照片、核型圖及核型模式圖見圖1，主要核型參數(shù)見表2。

圖1　供試大粒裸燕麥材料的染色體照片、核型圖及核型模式圖Fig.1　Chromosomes shape, karyotype and karyotype pattern of the selected oat cultivars

由表2可知，8份大粒裸燕麥材料的染色體均由m和sm兩種類型組成，但在組成數(shù)目上存在差異，寧莜1號和定莜6號、平安莜麥和白燕2號、青莜3號和晉燕8號兩兩之間2種類型染色體的組成數(shù)目相同，其他染色體之間均不相同。由圖1易見不同材料間隨體的數(shù)目和位置也存在差異，其中白燕2號、花早2號和寧莜2號有1對隨體染色體；花晚6號有3對隨體染色體；其余4份材料均有2對隨體染色體。8份大粒裸燕麥材料的染色體長度比、平均臂比及核不對稱系數(shù)差異不大，變幅分別為2.02～2.72、1.75～1.92及63.06%～64.97%，核型均屬于2B型，是Stebbins核型分類標準中較為進化的核型。

2.2核型參數(shù)的散點圖分析

平均臂比和染色體長度比可以表示不同種源間核型的不對稱性，值越大，其核型越不對稱。由8份大粒裸燕麥材料的核型不對稱性程度散點圖(圖2)可知，白燕2號在平均臂比方向進化趨快；青莜3號和寧莜1號在平均臂比方向和染色體長度比方向進化趨一致；花早2號、花晚6號和定莜6號在染色體長度比方向進化趨快。

表2　供試大粒裸燕麥材料的核型參數(shù)

注：n表示物種配子體的染色體個數(shù)；x表示一個染色體組中染色體數(shù)目；m表示中部著絲點區(qū)染色體；sm表示近中部著絲點區(qū)染色體；SAT表示隨體染色體。

Note:nwas the chromosome number of species’ gametophyte;xwas the chromosome number of a genome; m was median region chromosome; sm was submedian region chromosome; SAT was satellite chromosome.

圖2　供試材料的核型不對稱性程度散點圖Fig.2　Scatter diagram of the selected cultivars based on the degree of karyotype asymmetry

2.38份大粒裸燕麥材料的聚類分析

圖3　8份大粒裸燕麥材料的聚類分析圖Fig.3　Dendrogram of cluster analysis of eight oat cultivars

8份大粒裸燕麥材料核型參數(shù)的聚類結(jié)果見圖3，當歐式距離為10時可將8份材料分為3類：第Ⅲ類只有白燕2號；第Ⅱ類包括花晚6號和定莜6號；其余5份材料歸為第Ⅰ類。劃分為同一類的材料染色體特征相似性大。由各分類的核型參數(shù)均值(表3)可知，第Ⅲ類的核不對稱系數(shù)和平均臂比最大，分別為64.97%和1.92；第Ⅱ類的染色體長度比最大，為2.67；第Ⅰ類的各指標值居中。

3討論

3.1供試材料的核型特征

本試驗中選取的8份大粒裸燕麥材料的染色體類型與核型類型與劉充治等[9]、武生輝等[10-11]及劉偉[19]的研究結(jié)果一致，均為m、sm 2種染色體類型和2B核型類型；但武生輝等[20]對內(nèi)蒙古農(nóng)家品種五寨莜麥(A.nudacv. wuzhai)進行了核型分析，結(jié)果表明五寨莜麥的染色體類型除了有m和sm 2種類型之外，還有3對st(近端部著絲點區(qū)染色體)型，這與本研究的結(jié)果差異較大，可能原因是材料的來源存在較大差異。本試驗的結(jié)果表明，所選8份大粒裸燕麥材料間的m和sm 2種類型染色體的組成數(shù)目及隨體染色體數(shù)目均存在差異，前人的研究也表現(xiàn)出了這種差異。 武生輝等[10-11]得出蒙燕7312莜麥和內(nèi)燕5號莜麥的染色體組成為22m+20sm，均具有1對隨體染色體；劉偉[19]對國外引進的大粒裸燕麥的研究結(jié)果表明國外大粒裸燕麥的染色體組成為24m+18sm，具有1對隨體染色體；劉充治等[9]的研究結(jié)果表明加拿大大粒裸燕麥Abvgtou、山西大粒裸燕麥三分三及玉麥L13的染色體組成為10m+11sm，均具有3對隨體染色體，內(nèi)蒙古的左37裸燕麥的染色體組成為12m+9sm，具有3對隨體染色體，燕麥1079的染色體組成為13m+8sm，具有2對隨體染色體。這些差異表明我國的大粒裸燕麥種質(zhì)資源豐富，在以后的研究當中應(yīng)該加強對我國各地區(qū)大粒裸燕麥種質(zhì)資源的綜合研究。

表3　8份大粒裸燕麥材料各分類的核型參數(shù)均值

3.28份大粒裸燕麥材料的進化分析

Stebbins[16]認為核型愈不對稱一般表明愈進化，核型不對稱性的增加是指染色體兩臂長度不等，或是同一核內(nèi)染色體大小不等，兩者可分別用平均臂比和染色體長度比表述。王米力和石大興[21]在分析云杉屬內(nèi)種質(zhì)的核型進化以及邢世巖等[22]對銀杏特異種質(zhì)核型進化趨勢的研究中，發(fā)現(xiàn)所研究對象的核型呈“雙向進化趨勢”，即一些種沿染色體長度比方向進化快，一些種沿平均臂比方向進化快，本研究在大粒裸燕麥中也發(fā)現(xiàn)了類似的雙向進化趨勢。

Arano[23]研究發(fā)現(xiàn)，核型不對稱系數(shù)越大，染色體不對稱性越大，其進化程度越高。劉慧民等[24]曾報道染色體核型參數(shù)的重要性排序為：核型不對稱系數(shù)>平均臂比>臂比大于2的比率>染色體長度比>核型類型。通過染色體相關(guān)核型參數(shù)的分析得知8份大粒裸燕麥材料核型不對稱程度依次為：白燕2號>定莜6號>花晚6號>花早2號>晉燕8號>平安莜麥>寧莜1號>青莜3號。其中白燕2號在8份大粒裸燕麥材料中核型不對稱程度最高，相對進化程度愈大，其次是定莜6號；青莜3號的核不對稱程度最低，相對較原始；青海省地方品種平安莜麥的核不對稱程度位于中間位置。

3.38份大粒裸燕麥材料間的親緣關(guān)系的比較

在聚類分析過程中，被聚在一起的往往具有較近的親緣關(guān)系。當歐式距離為10時，8份大粒裸燕麥材料被分成了3大類，表明這3大類材料之間親緣關(guān)系相對較遠。本試驗所選的8份大粒裸燕麥材料皆是有其各自特性的優(yōu)良品種，如花晚6號具有很好的糧草兼用性，晉燕8號具有較高含量的蛋白質(zhì)、脂肪和亞油酸，主要用于燕麥食品的加工。在育種中，可選擇具有良好目標品質(zhì)且親緣關(guān)系較遠的材料進行雜交，以期培育出綜合生產(chǎn)性能較好的燕麥新品種。

References：

[1]Yang H P, Sun Z M. China Oat[M]. Beijing: Beijing Agricultural Press,1989.

[2]Wang M Y, Qi X L, Zhang F Y. Progress in the research of oat molecular biology abroad. Journal of Inner Mongolia Institute of Agricultural and Animal Husbandry, 2001, 22(4): 139-144.

[3]Dong Y C, Liu X. Crops and Their Wild Relatives in China: Food Crops to Volume[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2006.

[4]Liu H. Health care function and its development ofAvenanudaL. Journal of Cereals & Oils, 1999， (2): 11-12.

[5]Li T, Zuo F L, Li Z G,etal. Present situation and development prospect ofAvenaL. Farm Machinery, 2012, (24): 88-92.

[6]Beer M U, Arrigoni E, Amado R. Effect of oat gum on blood cholesterol levels in healthy young men. European Journal of Clinical Nutrition, 1995, 49(7): 517-522.

[7]Peterson D M. Oat antioxidants. Journal of Eal Science, 2001, 33: 115-129.

[8]Zhao S F, Tian C Y, Wang Z G,etal. Oat production and research present situation and future development direction in China. Rain Fed Crops, 2007, 27(6): 428-431.

[9]Liu C Z, Pei C E, Li G Q,etal. Karyotype analysis of hexaploid oat. Journal of Shanxi Agricultural University, 1986, 6(2): 169-171.

[10]Wu S H, Li X X, Zhao X Y,etal. A comparison of karyotypes between naked oat and oat bran. Journal of Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry, 1997, 18(4): 12-15.

[11]Wu S H, Li X X, Li M Z. Study on the karyotype ofAvenanuda. Journal of Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry, 1988, 9(2): 23-27.

[12]Li M X, Chen R Y. Standardization of plant nuclear analysis. Botanical Research of Wuhan, 1985, 3(4): 297-302.

[13]Yang D X. Karyotype analysis by Adobe Photoshop. Agricultural Network Information, 2005, (3): 45-46.

[14]Qiao Y G, Song Y. Making use of EXCLE to produce the karyotype patterns. Agricultural Network Information, 2006, (10): 97-98.

[15]Levan A. Nomenclature for centromere position in chromosome. Hereditas, 1964, 52: 201-220.

[16]Stebbins G L. Chromosome Evolution in High Plants[M]. London: Edward Arnold, 1971: 87-90.

[17]Zhou Y. Study on the Karyotype of Nine Species of Pinus[D]. Yaan: Agricultural University of Sichuan, 2012.

[18]Dai X H. Analysis on the Genetic Diversity and Phylogenetic Relationships of the Genus Plants in the Genus of the Qin Ba Mountain Area[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2006.

[19]Liu W. Chromosome Identification and SSR Fingerprinting of Different Ploidy Oat Germplasm[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2012.

[20]Wu S H, Li X X, Li M Z,etal. Study on the karyotype of Wuzhai naked oats. Journal of Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry, 1996, 17(1): 41-44.

[21]Wang M L, Shi D X. Karyotype analysis of six species of spruce. Plant Research of Yunnan, 1994, 16(2): 157-164.

[22]Xing S Y, Gao J H, Jiang Y Z,etal. The evolution trend of specific germplasm ofGinkgobiloba. Forestry Science, 2007, 43(1): 21-27.

[23]Arano H. Cytological studies in subfamily Carduoideae (Compositae) of Japan VIII. The karyotype analysis in tribe Senecioneae. The Botanical Magazine, 1963, 76: 32-39.

[24]Liu H M, Chen Y J, Lv G E,etal. Karyotype characteristics and parameters analysis of 17 kinds of embroidery thread. Journal of Horticulture, 2010, 37(9): 1456-1462.

參考文獻：

[1]楊海鵬, 孫澤民. 中國燕麥[M]. 北京： 農(nóng)業(yè)出版社, 1989.

[2]王茅雁, 齊秀麗, 張鳳英. 國外燕麥分子生物學(xué)研究進展. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2001, 22(4): 139-144.

[3]董玉琛, 劉旭. 中國作物及其野生近緣植物: 糧食作物卷[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2006.

[4]劉河. 裸燕麥保健功能及其開發(fā). 糧食與油脂, 1999, (2): 11-12.

[5]李婷, 左芳雷, 李再貴, 等. 燕麥的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景. 農(nóng)業(yè)機械, 2012, (24): 88-92.

[8]趙世鋒, 田長葉, 王志剛, 等.我國燕麥生產(chǎn)和科研現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向. 雜糧作物, 2007, 27(6): 428-431.

[9]劉充治, 裴成娥, 李貴全, 等. 六倍體裸燕麥的核型研究. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1986, 6(2): 169-171.

[10]武生輝, 李秀嫻, 趙曉英, 等. 裸燕麥和皮燕麥的核型比較. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報, 1997, 18(4): 12-15.

[11]武生輝, 李秀嫻, 李明哲. 裸燕麥(Avenanuda)的核型研究. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報, 1988, 9(2): 23-27.

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

[13]楊大翔. 用Adobe Photoshop進行核型分析. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息, 2005, (3): 45-46.

[14]喬永剛, 宋蕓. 利用EXCLE制作核型模式圖. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息, 2006, (10): 97-98.

[17]周婭. 九種松屬植物的核型研究[D]. 雅安: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[18]戴小紅. 秦巴山區(qū)百合屬植物的核型多樣性與親緣關(guān)系分析[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2006.

[19]劉偉. 不同倍性燕麥種質(zhì)核型鑒定和SSR指紋圖譜構(gòu)建[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 2012.

[20]武生輝, 李秀嫻, 李明哲, 等. 五寨筱麥的核型研究. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報, 1996, 17(1): 41-44.

[21]王米力, 石大興. 六種云杉的核型分析. 云南植物研究, 1994, 16(2): 157-164.

[22]邢世巖, 髙進紅, 姜岳忠, 等. 銀杏特異種質(zhì)核型進化趨勢. 林業(yè)科學(xué), 2007, 43(1): 21-27.

[24]劉慧民, 陳雅君, 呂貴娥, 等. 17種繡線菊核型特征及核型參數(shù)分析. 園藝學(xué)報, 2010, 37(9): 1456-1462.

Karyotype study of 8 kinds ofAvenanuda

GENG Fan1,2,4, ZHOU Qing-Ping3*, LIANG Guo-Ling2,4, JIA Zhi-Feng2,4, LIU Wen-Hui2,4, DING Cheng-Xiang2,4, LIU Yong2,4, YAN Hong-Bo2,4

1.CollegeofAgricultureandAnimalHusbandry,QinghaiUniversity,Xining810016,China; 2.AcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicineofQinghaiProvince,Xining810016,China; 3.CollegeofQing-TibetanPlateauofSouthwestUniversityforNationalities,Chengdu610041,China； 4.KeyLaboratoryofSuperiorForageGermplasmintheQinghai-Tibetan,Xining810016,China

Abstract:In order to provide cytological information for the collection, identification, utilization and breeding of Avena nuda germplasm, karyotype analysis and an evolution trend investigation have been undertaken of 8 A. nuda cultivars from different provinces of China using the conventional tableting method. The karyotype formulas of the 8 cultivars as follows: Qingyou No. 3: 2n=6x=42=22m+20sm (4SAT); Pingan: 2n=6x=42=18m+24sm (4SAT); Baiyan No. 2: 2n=6x=42=18m+24sm (2SAT); Huazao No. 2: 2n=6x=42=20m+22sm (2SAT); Huawan No. 6: 2n=6x=42=14m+28sm (6SAT); Jinyan No. 8: 2n=6x=42=22m+20sm (4SAT); Ningyou No. 1: 2n=6x=42=16m+26sm (2SAT); Dingyou No. 6: 2n=6x=42=16m+26sm (4SAT). The karyotype of the 8 cultivars belongs to the 2B type. According to clustering and evolutionary trend analysis, Baiyan No. 2 is a relatively new cultivar and Qingyou No. 3 is the most original cultivar.

Key words:karyotype analysis; Avena nuda; cluster analysis

*通信作者

Corresponding author. E-mail:qpingzh@aliyun.com

作者簡介：耿帆(1988-)，女，陜西涇陽人，在讀碩士。E-mail:892492927@qq.com

基金項目：國家科技部農(nóng)轉(zhuǎn)資金項目“莜麥新品種青引3號試驗與示范(2013GB2G200503)”，青海省農(nóng)牧科技領(lǐng)域人才“小高地”，國家科技部科技支撐項目“青海地區(qū)優(yōu)質(zhì)牧草選育及生產(chǎn)利用技術(shù)集成與示范(2011BAD17B05-5)”，“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助”(CARS-35-41)和青藏高原牧草種質(zhì)資源保護利用(070401)資助。

收稿日期：2015-02-25；改回日期：2015-11-03

DOI：10.11686/cyxb2015101

http://cyxb.lzu.edu.cn

耿帆，周青平，梁國玲，賈志鋒，劉文輝，丁成翔，劉勇，顏紅波. 8個大粒裸燕麥品種核型研究.草業(yè)學(xué)報, 2016, 25(3): 120-125.

GENG Fan, ZHOU Qing-Ping, LIANG Guo-Ling, JIA Zhi-Feng, LIU Wen-Hui, DING Cheng-Xiang, LIU Yong, YAN Hong-Bo. Karyotype study of 8 kinds ofAvenanuda. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(3): 120-125.