3個二倍體風信子品種核型分析

蘇曉倩，王 斐，胡鳳榮

(南京林業(yè)大學 風景園林學院，江蘇 南京 210037)

風信子(Hyacinthusorientalis)是重要的秋植球根花卉，花色鮮亮，花序優(yōu)美，栽培方式多樣，既可作花壇花鏡，又可水養(yǎng)或作切花觀賞，園林應用極為廣泛[1]。20世紀50年代我國各地開始種植風信子[2]，國內(nèi)外對風信子的生物學特性[3]、次生代謝[4]、栽培育種[5]等方面進行了大量研究。但目前我國尚無自主知識產(chǎn)權的風信子品種，每年需要進口大量種球滿足市場需求[6]。因此，開展遺傳多樣性研究和新品種選育工作是目前國內(nèi)發(fā)展風信子的重要途徑。

植物的染色體數(shù)目和形態(tài)是最穩(wěn)定的細胞學特征之一，進行染色體核型分析是研究植物分類、物種進化與種間親緣關系的重要手段[7-8]。國內(nèi)已報道了百合(Liliumbrownii)[9]、萱草(Hemerocallisfulva)[10]等多個百合科植物的核型分析。風信子起源簡單，品種繁多，品種間遺傳差異較小，尚未形成統(tǒng)一、科學的分類方法，開展核型分析工作是進行品種分類最直觀和簡便的研究方法[6]。本文對3個風信子品種的染色體核型進行比較，分析其進化程度和不同品種間的血緣關系，以期為風信子品種選育工作提供細胞學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以吉普賽女王(Gipsy Queen)、紫色情感(Purple Sensation)、奧德修斯(Odysseus)3個風信子品種為材料進行染色體核型分析(圖1)，研究所用種球購自荷蘭。

1.2 方法

1.2.1 染色體制片

實驗材料選取水培風信子根尖，當水培根系長達1 cm時，在9:00—11:00剪取水培根尖放入10 mL盛有預處理液的離心管中，進行預處理。預處理液由0.2%秋水仙素與0.002 mol·L-18-羥基喹啉混合液按體積比1∶1配制而成，處理20 h后轉(zhuǎn)至卡諾氏固定液Ⅰ(無水乙醇：冰醋酸體積比3∶1)固定24 h，4 ℃貯存?zhèn)溆?。隨機選取各風信子品種10條根尖，45%醋酸解離2 h，堿性品紅染色壓片，鏡檢，Olympus 60×物鏡(干鏡)、DP72系統(tǒng)拍照。

1.2.2 核型分析

選取5張高質(zhì)量染色體核型照片進行核型分析，采用Photoshop CS軟件進行染色體的剪取和同源染色體配對；采用Auto CAD2007軟件以曲線代替染色體進行染色體長短臂的測量；采用excel軟件計算染色體的相對長度、臂比，采用SPSS軟件計算5個細胞的平均值與標準偏差。

按Levan等[11]分類系統(tǒng)分析染色體類型，具體如下：臂比值1.00的為正中部著絲點，簡寫為M；臂比值1.01～1.70的為中部著絲區(qū)，簡寫為m；臂比值1.71～3.00的為近中部著絲區(qū)，簡寫為sm；臂比值3.01～7.00的為近端部著絲區(qū)，簡寫為st；臂比值7.01以上的為端部著絲區(qū)，簡寫為t；臂比值∞的為正端部著絲區(qū)，簡寫為T。

參照Stebbins[12]和李懋學等[13]的方法進行核型分析和相關參數(shù)計算：相對染色體長度≥1.25為長染色體，簡寫為L；相對染色體長度1.01≤～1.25為中長染色體，簡寫為M2；相對染色體長度0.76≤～1.01為中短染色體，簡寫為M1；相對染色體長度0.67≤～0.76為短染色體，簡寫為S。按Hisao[14]的方法計算核型不對稱系數(shù)。

A，吉普賽女王；B，紫色情感；C，奧德修斯A， Gipsy Queen; B， Purple Sensation; C， Odysseus.圖1 三個風信子品種Fig.1 Three diploid hyacinth cultivars

2 結果與分析

由圖2和表1可得出，風信子Gipsy Queen的核型公式為2n=2x=16=6m+8sm+2sm(sat)，染色體相對長度變化范圍為2.95%～10.14%，染色體相對長度組成為2n=6L+2M2+4M1+4S，著絲點指數(shù)變化范圍在26.53%～49.54%，臂比變化范圍為1.02～2.84，平均臂比為1.83，最長染色體與最短染色體長度之比為3.44，臂比大于2的染色體占總?cè)旧w數(shù)的37.5%，核型不對稱系數(shù)為59.24%，為2B核型。風信子Gipsy Queen 16條染色體中有3對中部著絲點染色體，5對近中部著絲點染色體，其中1對近中部著絲點染色體在短臂具隨體。

風信子Purple Sensation的核型公式為2n=2x=16=6m+2m(sat)+8sm，染色體相對長度變化范圍為2.89%～10.44%，染色體相對長度組成為2n=6L+2M2+2M1+6S，著絲點指數(shù)變化范圍為25.63%～49.13%，臂比變化范圍為1.04～2.91，平均臂比為1.87，最長染色體與最短染色體長度之比為3.61，臂比大于2的染色體占總?cè)旧w數(shù)的43.75%，核型不對稱系數(shù)為58.92%，為2B核型。風信子Purple Sensation的16條染色體中有4對中部著絲點染色體，其中1對中部著絲點染色體在短臂具隨體，4對近中部著絲點染色體(圖2，表2)。

風信子Odysseus的核型公式為2n=2x=16=6m+2m(sat)+8sm，染色體相對長度變化范圍為2.77%～10.41%，染色體相對長度組成為2n=7L+1M2+2M1+6S，著絲點指數(shù)變化范圍在26.76%～48.67%，臂比變化范圍為1.05～2.73，平均臂比為1.78，最長染色體與最短染色體長度之比為3.75，臂比大于2的染色體占總?cè)旧w數(shù)的37.5%，核型不對稱系數(shù)為59.18%，為2B核型。風信子Odysseus的16條染色體中有4對中部著絲點染色體，其中1對中部著絲點染色體在短臂具隨體，4對近中部著絲點染色體(圖2，表3)。

1，吉普賽女王；2，紫色情感；3，奧德修斯。1， Gipsy Queen; 2， Purple Sensation; 3， Odysseus.圖2 三個風信子品種中期染色體(A)、核型(B)與核型模式圖(C)Fig.2 Metaphase chromosome (A)， karyotype (B) and karyotype pattern map (C) of three hyacinth varieties

表1GipsyQueen染色體核型參數(shù)

Table1Parameters of chromosome karyotype of Gipsy Queen

序號No.相對長度Relative length/%短臂Short arm長臂Long arm全長Length臂比(長臂/短臂)Arm ratio(L/S)著絲點位置Position ofcentromere著絲點指數(shù)Centromericindex/%染色體相對長度系數(shù)Coefficient ofrelative length染色體相對長度類型Type of relativelength14.97±0.195.17±0.0910.14±0.211.04±0.05m49.011.62L24.81±0.144.99±0.169.80±0.301.04±0.01m49.081.57L34.26±0.304.66±0.218.92±0.151.10±0.13m47.761.43L43.96±0.114.43±0.178.40±0.231.12±0.04m47.141.34L53.95±0.304.03±0.217.98±0.151.02±0.13m49.541.28L63.80±0.114.06±0.177.85±0.231.07±0.04m48.371.26L72.94±0.174.87±0.60(7.81±0.77)1.71±0.11sm(sat)37.641.25M2+(2.02±0.22)82.55±0.124.39±0.18(6.94±0.30)1.72±0.02sm(sat)36.741.11M2+(1.95±0.09)91.58±0.053.64±0.225.22±0.272.31±0.08sm30.270.84M1101.51±0.023.46±0.154.97±0.152.30±0.09sm30.380.80M1111.32±0.083.60±0.124.92±0.192.74±0.08sm26.830.79M1121.21±0.083.43±0.084.65±0.072.84±0.23sm26.530.76M1131.03±0.052.31±0.093.34±0.032.32±0.31sm30.840.53S140.94±0.102.20±0.153.14±0.222.34±0.28sm29.940.50S150.98±0.102.03±0.123.01±0.222.07±0.06sm32.550.48S161.12±0.101.84±0.132.95±0.212.06±0.10sm32.720.47S

sat，具隨體的染色體，隨體長度不計入染色體長度；m，中部著絲區(qū)；sm，近中部著絲區(qū)；L，長染色體；M1，中短染色體；M2，中長染色體；S，短染色體。下同。

sat， Satellite chromosome， satellite regions were excluded from the length calculation; m, Metacentric centromere; sm, Submetacentric centromere; L, Long chromosome; M1, Mid-short chromosome; M2, Mid-long chromosome; S, Short chromosome. The same as below.

表2PurpleSensation染色體核型參數(shù)

Table2Parameters of chromosome karyotype of Purple Sensation

序號No.相對長度Relative length/%短臂Short arm長臂Long arm全長Length臂比(長臂/短臂)Arm ratio(L/S)著絲點位置Position ofcentromere著絲點指數(shù)Centromericindex/%染色體相對長度系數(shù)Coefficient ofrelative length染色體相對長度類型Type of relativelength15.09±0.175.35±0.3610.44±0.531.05±0.04m48.791.67L25.06±0.315.24±0.2410.31±0.541.04±0.02m49.131.65L34.51±0.074.92±0.349.43±0.301.09±0.09m47.841.51L44.37±0.184.67±0.439.04±0.601.07±0.07m48.381.45L53.96±0.194.28±0.398.24±0.211.08±0.15m48.021.32L63.83±0.194.04±0.217.87±0.401.05±0.01m48.641.26L72.80±0.194.48±0.07(7.28±0.23)1.61±0.10m(sat)38.441.16M2+(1.89±0.13)82.78±0.284.06±0.23(6.84±0.11)1.48±0.24m(sat)40.641.09M2+(1.93±0.19)91.35±0.223.52±0.384.87±0.592.63±0.15sm27.670.78M1101.30±0.203.38±0.294.68±0.492.62±0.21sm27.760.76M1111.26±0.013.36±0.174.62±0.162.67±0.15sm27.270.74S121.17±0.043.16±0.114.33±0.072.69±0.19sm27.080.69S131.10±0.202.06±0.123.16±0.241.92±0.34sm34.70.51S140.78±0.092.26±0.223.04±0.302.91±0.07sm25.630.49S150.98±0.141.98±0.112.96±0.192.05±0.31sm33.150.47S160.74±0.112.15±0.312.89±0.422.91±0.15sm25.640.46S

表3Odysseus染色體核型參數(shù)

Table3Parameters of chromosome karyotype of Odysseus

序號No.相對長度Relative length/%短臂Short arm長臂Long arm全長Length臂比(長臂/短臂)Arm ratio(L/S)著絲點位置Position ofcentromere著絲點指數(shù)Centromericindex/%染色體相對長度系數(shù)Coefficient ofrelative length染色體相對長度類型Type of relativelength15.07±0.275.34±0.3510.41±0.611.05±0.02m48.671.67L24.46±0.254.90±0.399.36±0.591.10±0.06m47.701.50L34.00±0.194.94±0.248.93±0.561.24±0.12m44.761.43L43.92±0.164.67±0.108.60±0.151.19±0.06m45.621.38L54.08±0.154.44±0.218.53±0.351.09±0.01m47.851.36L64.00±0.044.23±0.158.24±0.171.06±0.04m48.601.32L73.28±0.585.24±0.84(8.53±0.80)1.60±0.12m(sat)38.521.36L+(2.01±0.14)82.98±0.504.38±0.53(7.36±0.57)1.48±0.15m(sat)40.491.18M2+(2.30±0.15)91.42±0.133.44±0.274.86±0.392.43±0.06sm29.220.78M1101.34±0.093.34±0.214.68±0.302.49±0.06sm28.680.75M1111.22±0.073.32±0.154.55±0.162.73±0.19sm26.760.73S121.19±0.073.17±0.194.36±0.242.68±0.12sm27.240.70S130.91±0.142.10±0.103.02±0.132.34±0.38sm30.280.48S140.84±0.091.99±0.072.83±0.082.38±0.28sm29.800.45S151.07±0.171.92±0.122.99±0.231.83±0.26sm35.710.48S161.00±0.151.77±0.112.77±0.221.79±0.21sm35.980.44S

3 結論與討論

由于植物染色體絕對長度值變異較大，因此，現(xiàn)代核型分析中常以相對長度值作為核型分析的重要指標[13]。本研究中3個品種的風信子染色體相對長度介于2.77%～10.44%，Odysseus染色體相對長度變化范圍較廣。Gipsy Queen的染色體相對長度組成為2n=6L+2M2+4M1+4S，與Ved Brat[15]報道的 Gipsy Queen染色體相對長度組成為2n=6L+2Ln+4M+4S的結果存在差異，猜測可能是經(jīng)過近1個世紀的變遷，導致Gipsy Queen發(fā)生了染色體結構變異。

隨體是少數(shù)染色體所具有的特殊結構，一般認為，隨體為高度惰性的異染色質(zhì)，基本沒有功能基因[16]。通常認為隨體的出現(xiàn)是染色體發(fā)生結構變異的形態(tài)表現(xiàn)[10]，隨體數(shù)目、位置和大小在種或品種間差異較大，因此，隨體也是核型分析的一項重要指標。試驗的3個風信子品種均含1對隨體，隨體數(shù)目與倍性相同，且都位于染色體的短臂上。與目前報道較多的幾種球根花卉有所不同，國內(nèi)野生的郁金香(Tulipagesneriana)未發(fā)現(xiàn)隨體[17]，百合[8]、彩色馬蹄蓮(Zantedeschiahybrida)[18]等球根的隨體多位于染色體長臂上，其中二倍體百合隨體有2～8條，且多數(shù)在第1或第2對染色體短臂上存在居間隨體。卿秋靜[10]認為，次縊痕和隨體的數(shù)目可能與植物所處海拔有關，但由于風信子起源簡單，且都為栽培品種，因此，本研究無法驗證這一觀點。

高等植物核型演化的大致趨勢是由對稱至不對稱發(fā)展的，系統(tǒng)進化比較古老或原始的物種具有較對稱的核型，而進化程度較高的物種，核型對稱性程度低，不對稱系數(shù)大[12]。本研究中3個風信子品種的核型不對稱系數(shù)由高到低依次為Gipsy Queen(59.24%)>Odysseus(59.18%)>Purple Sensation(58.92%)，表明3個品種中進化程度最高的是Gipsy Queen，最低的是Purple Sensation。3個品種的核型類型均為2B型，與Hu等[19]的研究結果一致，表明這3個品種的親緣關系較近且都較為原始。有學者在研究核型過程中參照AI值計算核不對稱性[20]，且有研究表明，染色體進化過程中，染色體間不對稱性(A1)比染色體內(nèi)不對稱性(A2)作用大[21]。隨著植物遺傳育種工作的不斷開展，風信子品種不斷增加，僅研究3個品種風信子的核型不足以準確說明風信子遺傳進化問題。因此，有必要開展關于風信子更系統(tǒng)更精確的核型研究。

多倍體風信子品種出現(xiàn)的時間較晚，且高度可育[18]。因此，二倍體風信子品種整體較為原始。多倍化是植物進化的重要途徑，不同倍性種或品種間雜交可以豐富遺傳變異，增加育種潛力[22]。本研究參照胡鳳榮等[23]的方法研究了3個風信子品種的核型，品種較少，且單靠核型類型或核不對稱系數(shù)難以準確判斷植物的進化程度，因此，需要在細胞和分子水平進行深入研究[24-25]，為風信子的系統(tǒng)分類和品種選育提供更為可靠的細胞學依據(jù)。近年來，熒光原位雜交等技術已廣泛應用于禾本科[26]等重要的經(jīng)濟作物與模式植物的核型分析，國內(nèi)外對風信子進化的研究僅停留在雜交育種和核型分析，今后可構建多種原位雜交探針來研究風信子染色體的精細結構。