荒漠植物裸果木染色體核型分析

石小紅 ，徐雅麗 ，楊趙平 *

（1塔里木大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆，阿拉爾 843300）

（2塔里木盆地生物資源保護(hù)利用兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆，阿拉爾 843300）

裸果木屬（GymnocarposForssk.）為石竹科（Caryo phyllaceae）典型的旱生植物，共約10種，僅1種分布于我國(guó)西北，即裸果木（Gymnocarpos przewalskiiMaxim.）［1］。染色體的核型分析是植物學(xué)研究的重要組成部分，能夠?yàn)橹参锘蚪M學(xué)、植物系統(tǒng)進(jìn)化等的研究提供有力的證據(jù)［2-4］。石竹科的染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)變異較大，染色體基數(shù)包含6，7，8，9，10，11，12，14，15，17［5-13］，其中石竹屬（DianthusL.）的染色體基數(shù)包含 15 和 17［5，8，12］，蠅子草屬（SileleL.）（部分物種為原麥瓶草屬）的染色體基數(shù)包含6，12，10，9，14，15，18，17［6，9，13］，金鐵鎖屬（PsammosileneW.C.Wu.&C.Y.Wu）的染色體基數(shù)為 14［7］。另外，多倍化現(xiàn)象在石竹屬、蠅子草屬、剪秋羅屬（LychnisL.）和女婁菜屬（MelandriumR?hl.）中出現(xiàn)［10，13-14］。裸果木屬為石竹科的基部類(lèi)群［15］，該屬僅見(jiàn)1個(gè)種染色體數(shù)的報(bào)道，其染色體數(shù)2n=40［16］，核型分析未見(jiàn)報(bào)道。其染色體基數(shù)可能是10和20，本研究擬通過(guò)染色體常規(guī)根尖壓片法，觀察裸果木的染色體核型，確定裸果木的染色體基數(shù)，探討其染色體數(shù)是否為近期的多倍化所引起的，為裸果木屬的基因組學(xué)及石竹科的系統(tǒng)分類(lèi)學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料采集

裸果木種子2020年9月采集于新疆溫宿縣（41°31′N(xiāo)，80°29′E），由于裸果木宿存花萼的果實(shí)成熟后易脫落，常聚集在橫向伸展的枝條下，隨機(jī)采集了至少30株宿存花萼的果實(shí)，室內(nèi)去除花萼和果皮后，將種子置于4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 根尖染色體制片

在適宜條件下裸果木種子具有萌發(fā)快的特點(diǎn)［17］，選取完整飽滿、大小均勻的種子在25℃的恒溫培養(yǎng)箱中萌發(fā)，3～4 d后于上午9：00取長(zhǎng)約2 cm的胚根，采用0.1%的秋水仙素預(yù)處理2 h，卡諾固定液于4℃冰箱固定2～24 h，不同濃度梯度酒精（95%、80%、70%）分別清洗15～20 min后置于70%的酒精中4℃保存。染色體解離采用1 mol/L的HCl在（±60℃）水浴鍋10 min，蒸餾水清洗3次，每次3 min；然后將材料放置于潔凈的載玻片上，鑷子搗碎，卡寶品紅或龍膽紫染色。

1.3 染色體數(shù)目及核型分析

共統(tǒng)計(jì)了30個(gè)壓片的30個(gè)細(xì)胞以確定裸果木的染色體數(shù)目，選取5個(gè)染色體分散良好的中期細(xì)胞使用Adobe Photoshop 2018軟件處理圖像，Corel-DRAW 2020軟件測(cè)量每個(gè)染色單體的長(zhǎng)臂和短臂的相對(duì)長(zhǎng)度，根據(jù)測(cè)量染色單體的相對(duì)長(zhǎng)度，按照從大到小的順序編號(hào)，并進(jìn)行染色單體配對(duì)，使用Micnsoft Office Excel 2010統(tǒng)計(jì)染色體單體的長(zhǎng)短臂長(zhǎng)、臂比，參考祝水金［18］和張籍元等［19］染色體核型分析的方法，確定裸果木染色體著絲點(diǎn)位置和核型特征，最后生成柱狀圖，再用Adobe Photoshop 2018軟件完成核型模式圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色體數(shù)目

統(tǒng)計(jì)得到的30個(gè)壓片的細(xì)胞，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)染色體的多個(gè)拷貝，因而確定裸果木的染色體類(lèi)型為二倍體。其中，染色體數(shù)目分別為2n=40（圖1A～1C）的有23個(gè)，2n=38（圖1D）的有5個(gè)，2n=36（圖1E）、2n=34（圖1F）的各1個(gè)，2n=40的占76.67%。由于裸果木的染色體數(shù)目較多，部分細(xì)胞染色體分散效果差，數(shù)目不一致，介于大多數(shù)染色體數(shù)為40，本研究認(rèn)為裸果木的染色體數(shù)2n=40。

圖1 裸果木染色體形態(tài)圖

2.2 核型特征

使用Adobe Photoshop 2018軟件處理5個(gè)細(xì)胞的染色單體，并選取染色單體分散最佳的1個(gè)形態(tài)圖（圖2），CorelDRAW 2020軟件和Microsoft office Excel 2010軟件測(cè)量統(tǒng)計(jì)每個(gè)染色單體的長(zhǎng)臂和短臂的相對(duì)長(zhǎng)度，臂比和類(lèi)型，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。染色單體配對(duì)得到裸果木的核型圖（圖2）和核型模式圖（圖3），其染色體基數(shù)為20。40條染色單體中，32條為中部著絲點(diǎn)染色體，8條近中部著絲點(diǎn)，根據(jù)祝水金［18］和張籍元等［19］染色體核型分析的方法，裸果木染色體的核型公式為2n=2x=40=32m+8sm。裸果木染色體的相對(duì)長(zhǎng)度變異范圍為4.87%～1.70%，臂比值的變化范圍為2.5～1.23，平均臂比值為1.48，最長(zhǎng)染色體與最短染色體長(zhǎng)度比為2.86，臂比大于2的占比為0，核型為1B型，核型不對(duì)稱(chēng)系數(shù)（AS.K%）為59.63%。

圖2 基于圖1得到的染色體核型圖

圖3 裸果木染色體核型模式圖

表1 裸果木染色體核型參數(shù)

續(xù)表1

3 討論與結(jié)論

3.1 染色體數(shù)目分析

染色體是植物分類(lèi)學(xué)研究的重要組成內(nèi)容，能夠?yàn)椴糠挚?、屬、種的歸屬提供重要參考［20-21］。石竹科含11個(gè)族，大多數(shù)的族都不是單系［22］，分類(lèi)學(xué)的研究任重道遠(yuǎn)。從染色體的數(shù)目看，石竹科基部類(lèi)群的治疝草屬（HerniariaL.）和白鼓釘屬（PolycarpaeaLam.）的染色體 2n=18［23］，ParonychiaMill.的染色體較多變，2n=14、16、18、28、36［24］，本研究表明石竹科基部類(lèi)群裸果木的染色體數(shù)2n=40，染色體基數(shù)為20。石竹科基部類(lèi)群染色體呈現(xiàn)如此多樣性化，可能與這些類(lèi)群不是單系［15］，相似的古類(lèi)群已滅絕有關(guān)，這需要更廣泛地取樣，并開(kāi)展染色體組和分子進(jìn)化學(xué)的研究才能理清石竹科基部類(lèi)群的染色體如此多樣的原因。另外，其他族類(lèi)群的染色體數(shù)也有一定的變化，麥仙翁屬（AgrostemmaL.）的染色體基數(shù)有x=6、8、9、10、12、14、15、17［13］；剪秋羅屬的染色體基數(shù)有x=8、9、10、12；蠅子草屬的染色體基數(shù)有x=11、12［6-9］；石竹屬的染色體基數(shù) x=12、14、15［2，5，8，12-14］；XU J等［4］揭示了東南亞的單種屬短瓣花屬（BrachystemmaD.Don）的染色體數(shù)2n=22［4］。綜上，石竹科多樣化的染色體數(shù)很有可能與石竹科早期類(lèi)群染色體數(shù)目的不確定以及石竹科內(nèi)多個(gè)屬、種的歸屬的疑難有關(guān)。

3.2 核型分析

石竹科核型的報(bào)道較少，徐波等［11］在對(duì)青藏高原5種石竹科墊狀植物的核型研究中發(fā)現(xiàn)無(wú)心菜屬（ArenariaL.）和囊種草屬（ThylacospermumFenzl）的染色體皆為2n=22，核型公式稍有差異；EROGLU H E等［2］在對(duì)山漆姑屬（MinuartiaLoefl.）3個(gè)變種核型分析的研究中發(fā)現(xiàn)其染色體中期的數(shù)目的核型公式分別是2n=24=14m+6sm+4st，2n=14=6m+8sm和2n=14=6m+4sm+4st。本研究的結(jié)果表明裸果木的核型公式為2n=2x=40=32m+8sm，為對(duì)稱(chēng)型染色體居多，與無(wú)心菜屬和囊種草屬的核型更相似。通常核型進(jìn)化表現(xiàn)為對(duì)稱(chēng)向不對(duì)稱(chēng)的進(jìn)化方向發(fā)展，較對(duì)稱(chēng)的核型通常是比較古老或原始的植物，而不對(duì)稱(chēng)的核型是較進(jìn)化的植物［13］，裸果木的核型公式進(jìn)一步表明裸果木為石竹科內(nèi)的古老類(lèi)群。

4 展望

目前，石竹科內(nèi)多個(gè)屬、種的歸屬存在較大的爭(zhēng)議，分類(lèi)學(xué)的研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，核型分析是植物分類(lèi)、系統(tǒng)學(xué)研究的重要組成部分，后期仍然需要大量的工作以解決這些分類(lèi)上的問(wèn)題。