金光菊屬植物染色體核型分析

王鑫，田琳，李明陽，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

金光菊屬(Rudbeckiaspp.)植物為一二年生或多年生草本植物,其花期長，適應(yīng)性強，對于任何土壤均可適應(yīng)，在光照充足的條件下，長勢極佳.金光菊屬植物顏色多樣艷麗，可作為花壇、花境材料，亦可作為切花，是優(yōu)良的觀賞園藝植物[1].金光菊植物很大一部分為宿根花卉，在園林綠化和園林造景上應(yīng)用前景好[2-3].對于金光菊品種培育方面，國內(nèi)外對相關(guān)品種的介紹也相對較少.張華麗[4]研究發(fā)現(xiàn)國外金光菊的品種約有19種，在金光菊的花境表現(xiàn)中，毛葉金光菊表現(xiàn)良好，黑心菊品種繁多.栽培的金光菊主要為1～2年生，主要品種有：印度之夏(Indian summer)、草原陽光(Prairie sun)、瑪雅(Maya)、滔滔(Toto)、秋色(Autumn colors)、小馬(Becky yellow)、響音(Sonara)、科多巴(Codoba)、冠冕(Corona)、金色虎眼(Tiger eyegold).

國外關(guān)于金光菊新品種的育種工作主要集中在形態(tài)表現(xiàn)、花香及抗逆性研究方面.國內(nèi)學(xué)者對于金光菊的研究主要集中在品種培育、種子生產(chǎn)和抗寒性研究上，對于金光菊染色體核型分析及親緣進(jìn)化關(guān)系的研究很少.張華麗[4]指出金光菊有多倍體的存在，并且指出了金光菊染色體的基數(shù)為x=19.

將染色體的臂比值、染色體的相對長度、著絲點位置等特征作為核型試驗的分析因素，將分裂中期染色體作為研究對象，為研究植物品種之間的親緣關(guān)系以及植物染色體的形態(tài)、變異提供了研究基礎(chǔ)[5].本試驗對金光菊的7個品種進(jìn)行染色體核型分析，根據(jù)研究結(jié)果得到了7個品種之間的親緣關(guān)系和進(jìn)化程度，為金光菊的品種改良提供細(xì)胞學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為7個品種金光菊的種子，植物的名稱及拉丁名見表1.

1.2 試驗方法

選擇7種供試種子中飽滿的種子進(jìn)行常規(guī)培養(yǎng).在根尖長到1～2 cm后，上午9∶00取后置于冰盒中預(yù)處理24 h，之后于無水乙醇∶冰醋酸=3∶1的固定液中固定24 h[6].確定8 min為最佳解離時間.用蒸餾水沖洗根尖3～4次，滴加品紅染液染色30 min，制片過程中輕輕敲擊蓋玻片至細(xì)胞分散[7].將壓片放Leica DM 4 000顯微鏡下觀察，每種對20個染色體較為集中，形態(tài)良好的有絲分裂中期細(xì)胞的顯微照片進(jìn)行拍照、分析[8].

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)Stebbins理論，在生物進(jìn)化過程中，染色體核型是由對稱性向非對稱性演化，核型對稱性越高的生物，其染色體變異越小，進(jìn)化程度也越低，而非對稱性程度越高的生物，其染色體變異越大進(jìn)化程度越高[9-10].根據(jù)李懋學(xué)和Stebbins提出的核型分類標(biāo)準(zhǔn)，確定核型類型[10].Arano[11]提出了核型不對稱系數(shù)(AS.K%)，Levan等[12]提出了根據(jù)臂比確定著絲點位置和分類的方法.本研究用上述方法對7種金光菊的染色體核型進(jìn)行了分析和研究.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種金光菊染色體數(shù)目及特征

根據(jù)染色體分裂中期鏡檢圖(圖1)、染色體形態(tài)圖(圖2)及核型模式圖(圖3)可以看出供試的7種金光菊的染色體數(shù)目相對穩(wěn)定.金光菊屬小馬系列染色體數(shù)目一致，都有38條染色體，金光菊小馬黃、小馬橙、小馬紅黃雙色、滔滔檸檬黃、滔滔鄉(xiāng)村的染色體數(shù)目為2n=2x=38，x=19，為二倍體植物.秋色、滔滔金黃的染色體數(shù)目為2n=4x=76，x=19，為四倍體植物.

圖2 金光菊染色體核型圖

圖3 金光菊核型模式圖

2.2 金光菊染色體核型分析

m和sm兩種是7種金光菊的主要染色體類型，絕大多數(shù)為m型.7種植物均不含隨體；核型類型為1A、2A、2B 3個類型；染色體的長度比的范圍為1.36～3.71；7種金光菊的染色體相對長度范圍分別為3.68～7.33、3.51～10.03、9.46～12.83、1.87～3.29、2.61～5.44、3.52～6.85、1.58～5.88.

植物染色體的核型不對稱系數(shù)與植物的進(jìn)化程度成正比.核型不對稱系數(shù)越低，植物越原始[10].本試驗中的7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)的范圍是57.34%～62.41%(表2)，7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)由低到高依次是小馬紅黃雙色、小馬黃、滔滔金黃、滔滔鄉(xiāng)村、秋色、小馬橙、滔滔檸檬黃.在染色體核型坐標(biāo)圖中(圖4)可直觀看出在供試的7個品種中金光菊滔滔檸檬黃的進(jìn)化程度最高，金光菊小馬紅黃雙色較為原始.

表2 7種金光菊核型的相關(guān)數(shù)據(jù)

2.3 核型進(jìn)化趨勢分析

在植物界，高等植物染色體核型系統(tǒng)演化趨勢是從對稱向不對稱發(fā)展的[13-15].由表5所示，7個金光菊品種核型不對稱系數(shù)從高到低的順序為滔滔檸檬黃>小馬橙>秋色>滔滔鄉(xiāng)村>滔滔金黃>小馬黃>小馬紅黃雙色,其中，小馬紅黃雙色的進(jìn)化程度最低，而滔滔檸檬黃最高.

以核型不對稱系數(shù)為縱坐標(biāo)，平均臂比值為橫坐標(biāo)作7個金光菊品種進(jìn)化趨勢圖如圖4所示.品種越靠近右上方，其進(jìn)化程度越高.由圖4可知，滔滔檸檬黃在圖中的最右上角，為進(jìn)化趨勢最高的品種，小馬紅黃雙色在圖中位于最左下方，為進(jìn)化程度最低品種；其他在中間的可以歸屬為一類.

圖4 染色體核型坐標(biāo)圖

2.4 聚類分析

參照李璇等[16]的方法，將供試材料的平均臂比、核型不對稱系數(shù)及染色體長度比的相關(guān)數(shù)值作為分類依據(jù)，利用SPSS Statistics軟件進(jìn)行聚類分析[17-18].在遺傳距離等于5.0的位置上小馬黃色、滔滔鄉(xiāng)村、秋色、小馬橙色和滔滔金黃聚為一類，小馬紅黃雙色聚為一類，滔滔檸檬黃聚為一類.在遺傳距離約等于25的位置上，除滔滔檸檬黃外，其余6種材料全部聚成一類.根據(jù)聚類結(jié)果，小馬黃色、滔滔鄉(xiāng)村和秋色的相似度較高，而滔滔檸檬黃的相似度與其他6種遺傳關(guān)系相差較遠(yuǎn)(圖5).

圖5 7種金光菊的染色體核型聚類

3 討論

植物染色體核型分析是以植物體細(xì)胞分裂中期的染色體為研究對象，根據(jù)染色體的著絲點位置、長度、長短臂臂比、隨體有無等特征對染色體進(jìn)行分析[19].對植物進(jìn)行核型分析可以研究親緣關(guān)系、物種進(jìn)化[20].

在本試驗中，7種金光菊的染色體總數(shù)為38和76條，2n=2x=38，n=19；2n=2x=76，基數(shù)x=19；x=38，并且7個品種均為二倍體.這與之前文獻(xiàn)的記載結(jié)果保持一致.染色體數(shù)目和特征的變化對植物進(jìn)化程度和金光菊新品種的選育提供一定的參考依據(jù).

7個金光菊品種的核型由“1A”、“2A”和“2B” 3種類型組成，染色體類型由m和sm兩種組成，且大多數(shù)染色體類型為m，可以看出大部分染色體的著絲點集中在中部區(qū)域，反映了金光菊的染色體比較明顯的表性特征.

最長與最短染色體的比值在1.36～3.71.7個金光菊品種的著絲點的位置比較靠近中部且染色體越對稱進(jìn)化程度越低，可以得出這7個品種相對較原始[21-23].7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)范圍是57.34%～62.41%，核型不對稱系數(shù)由高到低依次是滔滔檸檬黃、小馬橙、秋色、滔滔鄉(xiāng)村、滔滔金黃、小馬黃、小馬紅黃雙色.由此可知供試的7個品種中金光菊滔滔檸檬黃進(jìn)化程度相對較高，金光菊小馬紅黃雙色最為原始.并且滔滔檸檬黃的各項結(jié)果與其他6種差別較大，表明其分類結(jié)果和親緣關(guān)系與其他相比相差較遠(yuǎn).由試驗數(shù)據(jù)也可看出同一系列的品種，親緣關(guān)系也不一定比較近.

在根尖選取時間上，上午9點為細(xì)胞分裂、選取根尖的最佳時期，這在前人的論文中沒有明確指出，通過實踐得到取材的最佳時間可為將來對金光菊進(jìn)行染色體核型試驗的取材環(huán)節(jié)提供指導(dǎo).

對金光菊屬植物進(jìn)行核型分析試驗，可以對其親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近和金光菊的進(jìn)化研究提供依據(jù)，為金光菊進(jìn)行品種改良提供細(xì)胞學(xué)依據(jù).但存在一些局限性，后續(xù)可結(jié)合一些分子手段進(jìn)行進(jìn)一步論證.

4 結(jié)論

供試的7個金光菊品種均為二倍體.7個品種的染色體條數(shù)為38、76條，最長與最短染色體的比值范圍為1.36～3.71.核型類型有“1A”型、“2A”型和“2B”型，滔滔鄉(xiāng)村為“1A”型，小馬黃、小馬紅黃雙色和秋色為“2A”型，其余3種為“2B”型.7個品種的平均臂比為1.35～1.69，核型不對稱系數(shù)為57.34%～62.41%.根據(jù)植物進(jìn)化趨勢由對稱向不對稱發(fā)展可知：滔滔檸檬黃的進(jìn)化程度最高，小馬紅黃雙色較為原始.