燕麥不同品種染色體倍性的檢測

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(呂梁學院生命科學系， 山西 離石 033000)

燕麥不同品種染色體倍性的檢測

閆艷華，杜京旗，高曉麗，李毛毛

(呂梁學院生命科學系， 山西 離石 033000)

研究了6個不同品種燕麥的染色體倍性差異，通過根尖染色體計數(shù)法和氣孔保衛(wèi)細胞橫縱徑及保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)法等方法對燕麥染色體倍性進行了觀察鑒定。結(jié)果表明，6個不同品種燕麥中定燕1號、晉燕8號、晉燕17號、寧莜1號為六倍體(2 n=6 x=42)，白燕6號、白燕7號為四倍體(2 n=4 x=28)，同倍性不同種之間氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)目相近，不同倍性間氣孔保衛(wèi)細胞的大小差異較明顯。經(jīng)X2適合性檢測，六倍體和四倍體植株氣孔保衛(wèi)細胞橫徑均值之比和保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)的平均值之比符合其染色體數(shù)目之比3∶2，而縱徑均值比值不符合。

燕麥； 染色體； 氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)法； 倍性鑒定

determination of ploidy level

燕麥(AvenasativaL.)，屬于禾本科、早熟禾亞科、燕麥屬的一年生植物，分布廣泛，在全球有大量種植。燕麥是重要的糧、飼、藥、經(jīng)等兼?zhèn)涠嘀刈饔玫淖魑?，主要分為裸粒型和帶稃型，也就是裸燕麥和皮燕麥[1-2]。燕麥研究相對不多，我國也只集中在燕麥開發(fā)新的栽培技術(shù)及培育新品種上，較欠缺細胞遺傳學方面研究。在燕麥的分類問題上，國內(nèi)外仍有多種不同的說法且不統(tǒng)一[3]。燕麥屬中各個品種按染色體數(shù)目可分為二倍體、四倍體和六倍體三大類，燕麥染色體基數(shù)為7，這三種倍性對應的染色體數(shù)目分別是2 n=14、2 n=28、2 n=42[4]。染色體倍性鑒定方法較多，根據(jù)相關(guān)研究，除了較直觀的染色體個數(shù)顯微觀察外，氣孔性狀等形態(tài)特征也可以作為鑒定的依據(jù)[5-7]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本實驗所用基礎材料為6個不同品種燕麥種子，分別是定燕1號、晉燕8號、晉燕17號、寧莜1號、白燕6號和白燕7號，依次編號為1～6號。

1.2 實驗方法

1.2.1 根尖染色體計數(shù)法

把6個不同品種燕麥種子去皮后放置在有濾紙的培養(yǎng)皿中，加入適量的水促進萌發(fā)，待根長到1～2 cm，剪取根尖進行固定，解離，染色，壓片，觀察計數(shù)[8]。

1.2.2 氣孔保衛(wèi)細胞大小及其葉綠體顯微觀察

把6個不同品種燕麥種子分別播種在直徑為10 cm的花盆中，10 d左右出苗，30 d左右開始實驗。在10：00時左右摘取燕麥幼苗葉片，先將葉片用蒸餾水沖洗干凈，將下表皮朝下用指頭按住葉片，用刀片刮去葉片上表皮，取下表皮0.4～0.6 cm2置于載玻片上加1滴1%碘-碘化鉀染色，加蓋玻片后吸水紙吸去多余的水，在顯微鏡下進行觀察并用顯微鏡目鏡測微尺精確測量氣孔橫縱徑，同時觀察氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)目，選取清晰的視野進行計數(shù)，且不計葉綠體出現(xiàn)粘疊等不易計數(shù)的氣孔。每個品種觀察5株，每個葉片觀察30個氣孔。

1.2.3 數(shù) 據(jù)

采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色體倍性顯微觀察及分析

從表1可以看出，6個品種燕麥根尖細胞的染色體數(shù)目為42和28，定燕1號、晉燕8號、晉燕17號、寧莜1號染色體數(shù)目均為42，白燕6號、白燕7號染色體數(shù)目為28，燕麥染色體的基數(shù)為7，分析得出6個燕麥品種中定燕1號、晉燕8號、晉燕17號、寧莜1號為六倍體，白燕6號、白燕7號為四倍體。

表1 供試燕麥品種的染色體數(shù)和倍性

編號類型品種產(chǎn)地染色體倍性1皮燕麥定燕1號甘肅定西2n=6x=4262裸燕麥晉燕8號山西太原2n=6x=4263裸燕麥晉燕17號山西太原2n=6x=4264裸燕麥寧莜1號寧夏固原2n=6x=4265裸燕麥白燕6號吉林白城2n=4x=2846裸燕麥白燕7號吉林白城2n=4x=284

2.2 氣孔保衛(wèi)細胞大小顯微觀察及分析

由表2和表3可以看出，六倍體與四倍體燕麥橫徑、縱徑這2個指標均存在明顯不同。六倍體和四倍體燕麥植株的氣孔保衛(wèi)細胞橫徑均值分別為44.55μm和34.18μm，其比值為1.31∶1.00，對其進行χ2適合性檢驗得到p值大于0.05，表明六倍體和四倍體植株氣孔保衛(wèi)細胞橫徑均值比符合其對應染色體數(shù)目3∶2的比。六倍體和四倍體植株氣孔保衛(wèi)細胞縱徑均值分別為33.72μm和28.47μm，其比值為1.18∶1.00，對其進行χ2適合性檢驗得到p值小于0.05，表明六倍體和四倍體植株氣孔保衛(wèi)細胞縱徑均值比不符合其對應染色體數(shù)目之比3∶2。分析結(jié)果得出，隨燕麥染色體倍性的升高，保衛(wèi)細胞的橫縱徑也升高，但保衛(wèi)細胞橫徑變化與染色體倍性變化關(guān)系基本統(tǒng)一，保衛(wèi)細胞縱徑與染色體倍性變化關(guān)系不太密切，因此認為氣孔保衛(wèi)細胞橫徑可用來初步鑒定燕麥倍性。

表2 燕麥不同品種植株氣孔保衛(wèi)細胞橫縱徑均值

編號測定氣孔數(shù)保衛(wèi)細胞橫徑(μm)保衛(wèi)細胞縱徑(μm)13045．15±2．8536．31±3．1023046．02±1．9434．83±3．8933042．89±4．6132．69±3．8943044．15±4．3331．04±3．7253033．87±4．2128．97±3．1163034．49±3．6427．96±2．53

表3 燕麥不同倍性植株氣孔保衛(wèi)細胞橫縱徑平均值及差異顯著性

編號倍性橫徑均值顯著性p縱徑均值顯著性p1，2，3，4六倍體44．55gt;0．0533．72lt;0．055，6四倍體34．1828．47

2.3 氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體顯微觀察及分析

結(jié)合表4和表5可以得出，六倍體和四倍體燕麥葉片氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)的變異系數(shù)平均值分別是11.65%和8.19%，得出同倍性不同品種的植株葉片保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值相近，參試材料中六倍體燕麥氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值為32.63，四倍體燕麥氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值為22.80，六倍體和四倍體燕麥間氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)的平均值之比為1.45∶1.00，進行X2適合性檢驗得到p值大于0.05，表明六倍體和四倍體燕麥氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值之比符合其染色體數(shù)目之比。

表4 燕麥不同品種植株氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值及變幅

編號測定氣孔數(shù)葉綠體數(shù)平均值葉綠體數(shù)變異幅度變異系數(shù)(%)13035．69±4．1330．5～4311．5723031．35±3．7130～4211．8333030．87±3．6730～3811．8943032．61±3．6930．5～38．511．3253023．57±1．9217～308．1563022．03±1．8117．5～298．22

表5 燕麥不同倍性植株氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)平均值及差異顯著性

編號倍性葉綠體數(shù)平均值顯著性p1，2，3，4，5六倍體32．63gt;0．056，7四倍體22．80

3 討 論

本次實驗通過傳統(tǒng)的根尖染色體計數(shù)法和氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)法對所選用的6個燕麥品種進行了顯微觀察和倍性分析，對其染色體的數(shù)目、氣孔性狀有了一定的了解，并確定了各品種的倍性，為進一步研究其性狀提供了基本的生物學依據(jù)。本實驗得出的燕麥染色體數(shù)目與劉偉[4]、武生輝等[9]的結(jié)果一致,并且觀察到清晰的染色體。

根尖染色體壓片法結(jié)果準確，是一種可靠的倍性鑒定手段，但較為繁瑣又耗時，而利用氣孔大小和保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)目區(qū)分則相對較為簡單、省力[8]。本實驗將氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)法應用在燕麥倍性鑒定中，葉綠體數(shù)目差異性顯著，得出6種參試材料有2種不同倍性。用此葉綠體數(shù)倍性分界法結(jié)合根尖染色體計數(shù)法對35株燕麥植株的倍性水平進行鑒別，其結(jié)果與染色體計數(shù)法相吻合。結(jié)果表明，四倍體和六倍體燕麥植株氣孔保衛(wèi)細胞橫徑及保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值都差異較明顯，氣孔保衛(wèi)細胞大小和氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)目都與染色體倍性的變化走勢一致。隨燕麥染色體倍性的提高，葉片保衛(wèi)細胞縱徑升高變化不明顯，而其他兩者與染色體倍性變化關(guān)系基本統(tǒng)一，總結(jié)出燕麥葉片氣孔保衛(wèi)細胞橫徑和保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)可有效鑒定其染色體倍性。

植物葉片與自然界進行氣體進出和交換的通道是氣孔，染色體控制氣孔性狀，氣孔保衛(wèi)細胞大小及其葉綠體數(shù)目能夠準確地反映出染色體的倍性[10]。燕麥氣孔葉綠體數(shù)目的多少，基本完全遺傳,用氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)平均值鑒別染色體倍性，便于排除燕麥不同品種及葉片不同顯微觀察區(qū)域的影響。本實驗通過對用6個不同品種燕麥植株氣孔保衛(wèi)細胞的葉綠體進行顯微觀察計數(shù)，分析結(jié)果得到，氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)受染色體倍性影響，不同倍性間氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)存在明顯的遺傳差異，而同一倍性內(nèi)遺傳性是相似的。結(jié)果同樣表明，這種方法可以輔助燕麥染色體倍數(shù)性測定。根據(jù)氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體計數(shù)法得到的數(shù)據(jù)和染色體計數(shù)法得到的倍性結(jié)果再根據(jù)相關(guān)研究成果可以總結(jié)出燕麥四倍體和六倍體的分界值，與袁素霞、劉玉梅等總結(jié)的葉綠體數(shù)倍性分界法類似[11]，即17≤氣孔保衛(wèi)細胞葉綠體數(shù)≤30的為四倍體燕麥，gt;30的為六倍體燕麥。

[1]于振文.作物栽培學總論[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2005.

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

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[4]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)科學院,2012.

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Determination of Ploidy Level of Chromosome in Different Varieties of Oats

YANYanhua,DUJingqi,GAOXiaoli,LIMaomao

(Department of Life Science,Luliang University,Shanxi Lishi 033000，China)

Selecting seven different varieties of oats as the research object,this experiment researches differences with different varieties of oat chromosome ploidy.Observing and identifying chromosome ploidy by counting the number of stoma chlorlplast in guard cell and root tip chromosome, measuring stomatal guard cells’ transverse and longitudinal diameter.Results show that Dingyan No.1,Jinyan No.8,Jinyan No.17,Ningyou No.1 are hexaploids (2 n=6 x=42),Baiyan No.6 and Baiyan No.7 are both tetraploids (2 n=4 x=28) according to this experiment and observation data.And the numbers of stoma chlorlplast are very close between with homoploid.But different cultivars and the size of stoma guard cell differences between different ploidies is obvious.Relevant data of the three groups of stomatalX2fit tests respectively,which is concluded that hexaploid tetraploid plant stomatal guard cells and the mean guard cells diameter ratios and the average chloroplast number ratio in accordance with the proportion of the chromosome number 3∶2.But the average ratio of longitudinal diameter doesn’t conform to 3∶2.

oat; chromosome; counting the number of stoma chlorlplast in guard cell;

2017-02-17

呂梁學院自然科學青年基金(ZRQN 201512)。

閆艷華(1985—)，女，山西離石人；講師，碩士研究生，主要從事植物生長與發(fā)育研究；E-mail:yanhua19852008@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.042

S 512.6

A

1001-4705(2017)06-0042-03