佛手瓜染色體核型分析

楊婷 王亞 張素勤 陳星灼 耿廣東 陳麗

摘要：采用滴片技術(shù)獲得佛手瓜（Sechium edule Swartz）根尖細(xì)胞染色體片子，并進(jìn)行染色體核型分析，以探索佛手瓜染色體核型特點(diǎn)，為佛手瓜及相近植物遺傳育種提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)。結(jié)果顯示，佛手瓜具有14對(duì)染色體，均為中部著絲粒染色體（m），每條染色體上均未發(fā)現(xiàn)隨體，其核型公式為2n=2x=28=28m;核型不對(duì)稱系數(shù)為53.55%，屬于對(duì)稱核型;佛手瓜的核型為1A，是一種進(jìn)化程度低的葫蘆科蔬菜作物。

關(guān)鍵詞：佛手瓜（Sechium edule Swartz）;染色體;核型

中圖分類號(hào)：S642.9? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）23-0215-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.053? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Chromosomal karyotype analysis of Sechium edule Swartz

YANG Ting1，WANG Ya1，ZHANG Su-qin1，CHEN Xing-zhuo1，GENG Guang-dong1，CHEN Li2

（1.College of Agriculture，Guizhou University，Guiyang 550025，China;2.Agricultural Park of Puding，Anshun 562100，Guizhou，China）

Abstract： To provide cytological basis for genetics and breeding for Sechium edule Swartz and its similar plants， chromosome preparations from root tip cell of Sechium edule Swartz were obtained by using dropping slide technique， and its karyotype was analyzed in order to understand chromosomal karyotype characteristics. The result showed that the genome of Sechium edule Swartz possessed 14 pairs of chromosomes， all of which were metacentric chromosomes（m）， and no any satellite was found in them. Its karyotype formula was 2n=2x=28=28m. The asymmetrical karyotype coefficient was 53.55%， which was symmetrical karyotype. Its karyotype belonged to the type 1A. Therefore， the evolution degree of Sechium edule Swartz was low among Cucurbitace.

Key words： Sechium edule Swartz; chromosome; karyotype

佛手瓜（Sechium edule Swartz）又名長(zhǎng)壽瓜、保健瓜、拳頭瓜、手瓜、菜肴梨等，為葫蘆科（Cucurbitaceae）佛手瓜屬多年生攀緣草本植物[1]。佛手瓜果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，鈣、鎂、鐵、鋅等有益元素含量非常高，可作為一種理想的補(bǔ)鋅食品;且佛手瓜熱量低，微量元素和鉀含量高，鈉含量低，是很好的低熱量和低鈉食品，有利于預(yù)防、治療高血壓和腎臟等疾病。佛手瓜果肉中含有豐富的賴氨酸、組氨酸，其理想的賴氨酸含量有助于人體對(duì)蛋白質(zhì)的吸收，而組氨酸具有抗?jié)?、促進(jìn)細(xì)胞再生的作用，如果幼兒缺乏組氨酸可能產(chǎn)生貧血，因此，佛手瓜是極為理想的嬰幼兒食品。佛手瓜汁與牛乳混合進(jìn)行乳酸發(fā)酵，其產(chǎn)品不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，而且有良好的風(fēng)味和外觀，是一種理想的酸奶食品[2-5]。近年來關(guān)于佛手瓜的研究越來越受到人們的重視，目前已有佛手瓜營(yíng)養(yǎng)成分[2]、葉綠素性質(zhì)[6]、多酚氧化酶酶學(xué)特性[7]、微量元素[8]等方面的研究報(bào)道。

對(duì)植物的染色體進(jìn)行核型分析，一方面有助于了解生物的遺傳組成、遺傳變異規(guī)律與發(fā)育機(jī)制;另一方面對(duì)鑒定種間雜交和多倍體育種材料，了解基因組數(shù)、物種起源、進(jìn)化和種族關(guān)系的鑒定都具有重要的參考價(jià)值;最后，還可以在栽培上用于良種篩選，為遺傳育種等提供實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。周明等[9]采用壓片法對(duì)黃連不同品系植株的染色體數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及核型分析，發(fā)現(xiàn)大花葉黃連和有光葉黃連核型類型均為1A，而小花葉黃連核型類型為3B，從而發(fā)現(xiàn)黃連不同品系間染色體進(jìn)化程度有所差異。佛手瓜種子少，一個(gè)瓜只能結(jié)一粒種子，較難獲得其根尖細(xì)胞，且其染色體小、染色能力較弱[10]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于佛手瓜根尖細(xì)胞染色體核型分析方面的文獻(xiàn)鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)對(duì)佛手瓜根尖細(xì)胞的染色體核型進(jìn)行分析，以期確定佛手瓜根尖細(xì)胞染色體的條數(shù)，了解根尖細(xì)胞染色體的核型特點(diǎn)，為佛手瓜的遺傳研究和合理開發(fā)利用提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)，為相近科屬植物的細(xì)胞學(xué)分析提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 材料

供試材料為貴州省畢節(jié)市野生的綠皮佛手瓜品種。

1.2? 方法

1.2.1? 染色體滴片? 將佛手瓜果實(shí)置于濕潤(rùn)草炭基質(zhì)上常溫培養(yǎng)生根，待根長(zhǎng)至1.0～3.0 cm時(shí)，選長(zhǎng)勢(shì)粗壯的根系，剪取約0.4～1.0 cm的根尖放入打孔的離心管中，根尖朝上;充入N2O處理2 h，使得其根尖細(xì)胞的染色體最大程度地縊縮在中期狀態(tài)，易于觀察;接著加90%乙酸固定8 min，用去離子水沖洗2～3遍;取出根尖，切取根尖露白處放入加有纖維素果膠酶溶液的離心管中，置于37 ℃的水浴鍋中加熱酶解55 min后，挑取根尖并搗碎，然后放入離心機(jī)中以6 000 r/min離心1 min后倒掉上清液，晾干后加無水乙酸滴片。

1.2.2? 核型分析? 將滴好的片子先用DAPI（4′，6-二脒基-2-苯基吲哚）DNA熒光染料染色后，在OLMPUS BX60熒光顯微鏡（奧林帕斯公司）下選取染色體分散相好、形態(tài)清晰的中期細(xì)胞，用Cellsens Standard攝像系統(tǒng)（奧林帕斯公司）照相。

選取60個(gè)染色體分散較好的中期細(xì)胞統(tǒng)計(jì)染色體數(shù)目，選取至少5個(gè)分裂相好且染色清晰的細(xì)胞用于核型分析。使用MicroMeasure 3.0軟件對(duì)5個(gè)細(xì)胞的染色體進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，取其平均值。按照李懋學(xué)等[11]的標(biāo)準(zhǔn)，使用Excel 2007軟件對(duì)染色體的相對(duì)長(zhǎng)度、臂比及類型進(jìn)行核型分析;按Stebbins[12]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核型分類;染色體相對(duì)長(zhǎng)度系數(shù)采用Kuo[13]等的方法作計(jì)算標(biāo)準(zhǔn);核型不對(duì)稱系數(shù)參照Arano等[14]的標(biāo)準(zhǔn)，比值愈大，愈不對(duì)稱[15];按照喬永剛等[16]的方法繪制佛手瓜根尖細(xì)胞染色體的核型模式圖。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 佛手瓜染色體數(shù)目及形態(tài)分析

根據(jù)所選取的60個(gè)染色體清晰且分散良好的細(xì)胞計(jì)數(shù)，發(fā)現(xiàn)佛手瓜的染色體數(shù)目為2n=2x=28（圖1A和1B），佛手瓜中期染色體又短又粗，因此其外觀形態(tài)呈現(xiàn)長(zhǎng)圓形或橢圓形等近圓形特點(diǎn);每條染色體上均未發(fā)現(xiàn)隨體。核型模式圖可以直觀地、量化地表現(xiàn)出植物染色體組內(nèi)每條染色體的相對(duì)長(zhǎng)度。本試驗(yàn)以佛手瓜染色體長(zhǎng)臂和短臂的相對(duì)長(zhǎng)度為縱坐標(biāo)，以同源染色體編號(hào)為橫坐標(biāo)繪制核型模式圖（圖1C），染色體用條形圖來表示，其中1號(hào)染色體最長(zhǎng)，14號(hào)染色體最短，1—14號(hào)染色體長(zhǎng)度從大到小依次排列。

2.2? 佛手瓜染色體核型分析

采用MicroMeasure 3.0軟件測(cè)量5個(gè)分裂相較好的佛手瓜中期染色體的長(zhǎng)臂長(zhǎng)度、短臂長(zhǎng)度、總長(zhǎng)度，計(jì)算其相對(duì)長(zhǎng)度，以其平均值為核型參數(shù)進(jìn)行核型分析。結(jié)果（表1）顯示，14對(duì)染色體的臂比分布為1.05～1.38，都為中部著絲點(diǎn)染色體（m），其染色體核型公式為2n=2x=28=28m。染色體長(zhǎng)度比（最長(zhǎng)染色體與最短染色體的比值）為1.74;核型不對(duì)稱系數(shù)（長(zhǎng)臂總長(zhǎng)/全組染色體總長(zhǎng)×100%）為53.55%，其比值越大越不對(duì)稱，由此可推出佛手瓜屬于對(duì)稱核型，核型是1A類型。

3? 討論

由于佛手瓜一個(gè)瓜只能結(jié)一粒種子，并且其種子在脫離果肉后就不能正常萌發(fā)，很難獲得足夠多的幼根根尖來研究染色體。此外，葫蘆科植物的染色體較小，且染色能力較弱，形態(tài)上也較難識(shí)別[17]。因此，本試驗(yàn)采用N2O處理佛手瓜根尖細(xì)胞，讓根尖細(xì)胞的染色體最大程度地縊縮在中期狀態(tài)，以便于觀察計(jì)數(shù)，試驗(yàn)中設(shè)置多組酶解時(shí)間、N2O處理時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，最后發(fā)現(xiàn)在酶解55 min、N2O處理2 h時(shí)佛手瓜根尖細(xì)胞細(xì)胞壁裂解較徹底，染色體縊縮程度最佳，最易于觀察計(jì)數(shù)。將滴好的片子在鏡檢前用DAPI復(fù)染，更易于觀察細(xì)胞分裂狀態(tài)和染色體清晰程度，從而獲得更清晰的制片效果，得到更準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)佛手瓜中期染色體又短又粗，其外觀形態(tài)呈長(zhǎng)圓形或橢圓形等近圓形特點(diǎn)。錢春桃等[10]利用卷須制片發(fā)現(xiàn)佛手瓜染色體數(shù)目為28條，但他們的研究方法中應(yīng)用化學(xué)藥劑如8-羥基喹啉處理，如果預(yù)處理時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致中期染色體收縮過度等情況發(fā)生，從而影響對(duì)染色體隨體的識(shí)別。本研究結(jié)果顯示，佛手瓜的染色體數(shù)目為2n=2x=28條，獲得了與前人一致的結(jié)果。葫蘆科植物中羅漢果的染色體數(shù)目為28條[18]，而南瓜等其他葫蘆科植物的染色體數(shù)目通常為22、24、26和40條等[17-20]。從葫蘆科植物的染色體數(shù)目來看，佛手瓜與羅漢果的染色體數(shù)目是一樣的，它們之間的親緣關(guān)系可能較近。

前人報(bào)道葫蘆科植物多為二倍體，絲瓜、菜瓜、西瓜、苦瓜和香瓜屬植物的核型都較為對(duì)稱，染色體主要為中部著絲點(diǎn)，其次是亞中部著絲點(diǎn)或近中部著絲點(diǎn)[17，19]。本試驗(yàn)佛手瓜核型分析結(jié)果顯示，佛手瓜的染色體數(shù)目為2n=2x=28條，為二倍體蔬菜作物，其14對(duì)染色體的臂比分布在1.05～1.38，均為中部著絲點(diǎn)染色體，染色體核型公式為2n=2x=28=28m。根據(jù)Stebbins[12]理論，將染色體核型按對(duì)稱性程度的高低分為12種類型（1A～4A，1B～4B，1C～4C），核型對(duì)稱性程度越高的生物，其染色體變異越小，進(jìn)化程度越低;而非對(duì)稱性程度越高的生物，其染色體變異越大，進(jìn)化程度越高。本試驗(yàn)佛手瓜最長(zhǎng)染色體是最短染色體的1.74倍，核型是1A類型，核型不對(duì)稱系數(shù)為53.55%，屬于對(duì)稱核型。本試驗(yàn)佛手瓜核型與西瓜[18]的核型是一致的，皆為1A類型，而菜瓜、哈密瓜和絲瓜的核型屬于2A類型，冬瓜和苦瓜的核型屬于2A或2B類型[17-20]。根據(jù)生物核型進(jìn)化的基本趨勢(shì)是由對(duì)稱或同型的向不對(duì)稱型、異型化發(fā)展理論，結(jié)合試驗(yàn)核型分析結(jié)果可推測(cè)，該佛手瓜比這些葫蘆科植物的進(jìn)化程度低。

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