中間偃麥草和長穗偃麥草染色體核型分析

張曉燕，毛培春，孟 林，張德罡

(1.甘肅農業大學草業學院，甘肅 蘭州 730070；2.北京市農林科學院北京草業與環境研究發展中心，北京 100097)

偃麥草屬(Elytrigia)系禾本科多年生疏叢根莖型禾草，是一類重要的優良牧草資源和水土保持、固土護坡等生態環境建設的首選植物[1]，全世界約有50 種, 我國野生分布有6種[2]。其中，中間偃麥草(E.intermedia)和長穗偃麥草(E.elongata)是研究較為系統、應用較為普遍的2個偃麥草屬植物，具有抗旱、耐寒、耐鹽堿等特性，并作為小麥(Triticumaestivum)野生近緣種，是小麥外源基因資源庫的備用植物資源之一。它們攜帶有重要的抗病基因，如對小麥銹病、小麥黃矮病、赤霉病和白粉病等多種小麥病害具明顯抗性的抗病基因，此外，還具有大穗、多花以及極強的抗低磷營養脅迫能力等許多優良性狀基因[3]，成為小麥外源基因轉移和遠緣雜交育種的優良資源，被廣泛應用于小麥新品種選育中[4]。同時，針對其形態結構解剖[2,5]、光合特性[6]、抗旱耐鹽堿特性[7-10]、染色體組構成[11]和特異分子標記[12]等方面也有一定研究。本研究主要對從國外引進的中間偃麥草和長穗偃麥草的染色體核型進行分析，旨為對其深度開發利用提供遺傳細胞學的理論依據。

1 材料與方法

1.1試驗材料 研究材料由美國國家種質資源庫提供的中間偃麥草(原產于烏克蘭)和長穗偃麥草(原產于葡萄牙)的種子。

1.2試驗方法 選取飽滿的種子放在經水浸濕的鋪有雙層濾紙的培養皿中，置于25℃的恒溫箱中培養。待種子根長為1 cm左右，于08：00-10：00，切下長約0.5 cm的根尖，經8-羥基喹啉(0.002 mol/L)處理2～4 h。然后用卡諾固定液[無水酒精∶冰醋酸=3∶1(V∶V)]固定2～4 h，1.0 mol/L鹽酸60℃水浴條件下解離5～10 min。將根尖放在載玻片上，切下頂端1～2 mm，滴加石炭酸品紅染液進行染色，10 min左右即可壓片。

在顯微鏡下觀察并尋找染色體輪廓清晰、染色適中、分散而不重疊的分裂中期相，利用LY-WN萬能視頻成像裝置(成都勵揚精密機電有限公司生產)讀取視頻顯微圖像，KARIO自動核型分析軟件(成都勵揚精密機電有限公司生產)進行核型分析。

鏡檢后，取3～5個細胞的染色體，用顯微尺量出每條染色體的長臂值、短臂值，制成染色體參數表格和核型模式圖。核型不對稱系數按Arano[13]提出的長臂總長與全組染色體總長之比的核型不對稱系數(AS.K%)來確定。核型分類按Stebbins[14]提出的最長染色體與最短染色體之比及臂比大于2的染色體所占的比例標準進行。采用Levan等[15]以染色體臂比來確定著絲點位置和Kuo等[16]以染色體相對長度系數將染色體分成4組的染色體分類標準。用AutoCAD作核型模式圖，圖像處理采用AdobePhotoshop 7.0.1軟件。

2 結果

2.1中間偃麥草染色體核型分析 中間偃麥草的染色體數目為2n=6x=42(圖1)。染色體平均長度2.48 μm，為小染色體。最長染色體3.98 μm，最短染色體1.23 μm。染色體相對長度變化范圍為2.36～7.63，染色體臂比值變化范圍為1.15～2.72，最長染色體與最短染色體之比為3.24，臂比值>2.0的染色體所占比例為9.52%，屬“2B”核型，核型不對稱系數為59%，為基本對稱型。21對染色體中有19對為中著絲粒染色體，2對為近中著絲粒染色體，未發現隨體。染色體相對長度組成為:10L+10M2+12M1+10S，核型公式為：K(2n)=6x=42=34m+8sm(表1和表2)。

2.2長穗偃麥草染色體核型分析 長穗偃麥草的染色體數目為2n=10x=70(圖2)。染色體平均長度5.45 μm，為中染色體。最長染色體7.90 μm，最短染色體3.08 μm。染色體相對長度變化范圍為1.62～4.14，染色體臂比值變化范圍為1.01～8.96，最長染色體與最短染色體之比為2.56，臂比值>2.0的染色體所占比例為34.29%，屬“2B”核型，核型不對稱系數為64%，為基本對稱型。35對染色體中有19對為中著絲粒染色體，11對為近中著絲粒染色體，4對近端著絲粒染色體，1對端著絲粒染色體，未發現隨體。染色體相對長度組成為:10L+22M2+30M1+8S，核型公式為：K(2n)=10x=70=38m+22sm+8st+2t(表1和表3)。

圖1 中間偃麥草染色體核型及核型模式圖

表1 中間偃麥草和長穗偃麥草核型主要特征

表2 中間偃麥草染色體核型參數

圖2 長穗偃麥草染色體核型及核型模式圖

3 討論與結論

3.1偃麥草屬的分類 植物染色體的數目、形態等是最穩定的細胞學特征之一，植物染色體的核型、類型等是表明該種系統演化位置以及和相近種的親緣關系的重要依據[17]。1753年，分類大師林奈在他的著作SpciesPlantarum中把偃麥草屬的各個種均歸于小麥屬的多年生組中。前蘇聯的Nevski將偃麥草屬從傳統的冰草屬中分離出來，并進一步從形態學、解剖學、植物地理學，特別是細胞核型分析方面提出了偃麥草的進化地位，即濱麥草屬(Lymus)→偃麥草屬→冰草屬(Agropyron)[18-19]。

表3 長穗偃麥草染色體核型參數

3.2偃麥草種核型比較 據研究報道[20]，偃麥草屬植物具有多個染色體倍性水平，包括二倍體、四倍體、六倍體、八倍體和十倍體，其染色體基數x=7。本研究表明，試驗選用的長穗偃麥草種質系十倍體，其染色體形態類型較中間偃麥草豐富，且核型不對稱系數(64%)略高于中間偃麥草(59%)。根據Stebbins理論[14]，在生物進化過程中，染色體核型是由對稱性向非對稱性演化的。核型對稱性程度越高的生物，其染色體變異越小，進化程度也越低；而非對稱性程度越高的生物，其染色體變異越大，進化程度越高。按照此觀點，在系統演化上，中間偃麥草和長穗偃麥草均屬于比較原始的種類。

3.3染色體識別特征 本研究主要采用KARIO自動核型分析軟件進行核型分析，由于存在有些染色體彎曲、粘連、重疊和變形等的情形，染色體核型圖須在此自動分析軟件的基礎上，結合人工輔助的辦法進行校正。準確地尋找染色體著絲粒位置有利于借助該軟件的顯微尺準確測量其染色體長臂值和短臂值，也是準確識別染色體特征的關鍵環節[21]。同時，在壓片過程中，對材料預處理的時間及預處理劑的選用不同，染色體縮小的程度不同，本研究選用預處理劑為0.002 mol/L 的8-羥基喹啉，所獲染色體濃縮程度比較好，便于配對，利于結果的分析，提高了正確性。

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