禾本科小麥族五個(gè)類群的核型分析

張同林+熊國勇+章逸

摘要：選取小麥族下披堿草屬、鵝觀草屬和賴草屬的5個(gè)類群進(jìn)行核型分析。結(jié)果表明，老芒麥核型公式為2n=4x=28=24 m（2SAT）+4 sm；纖毛鵝觀草核型公式為2n=4x=28=22 m+6 sm（2SAT）；毛盤鵝觀草核型公式為2n=4x=28=20 m+8 sm；西藏鵝觀草核型公式為2n=4x=28=26 m+2 sm；賴草核型公式為2n=4x=28=22 m（2SAT）+6 sm；同時(shí)，根據(jù)Stebbins的核型進(jìn)化理論，對(duì)核型的4個(gè)重要性狀加以分析，揭示了5個(gè)類群的相對(duì)進(jìn)化程度；結(jié)合3屬的外部形態(tài)，從而闡明了3屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，即賴草屬進(jìn)化程度最低，鵝觀草屬最高級(jí)，而披堿草屬的演化水平居中。

關(guān)鍵詞：披堿草屬；鵝觀草屬；賴草屬；核型；系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

中圖分類號(hào)：Q949.71+4.2；Q343.2+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）15-3600-04

Abstract： Five taxa of Triticeae were chosen and their karyotypes were studied. The karyotypes of these taxa were as follows， Elymus sibiricus， 2n=4x=28=24 m（2SAT）+4 sm； Roegneria ciliaris， 2n=4x=28=22 m+6 sm（2SAT）； Roegneria barbicalla， 2n=4x=28=20 m+8 sm； Roegneria tibetica， 2n=4x=28=26 m+2 sm； Leymus secalinus，2n=4x=28=22 m（2SAT） +6 sm. Furthermore， according to Stebbins' theory of karyotypic evolution， four significant characteristics and the evolutional levels of five taxa were also confirmed. The results indicated that L. secalinus was the most primitive among the five taxa， R. ciliaris was the most advanced， while the indexes of the others were between L. secalinus and R. ciliaris. By the morphological characteristics， E. sibiricus is one taxon of genus Elymus， R. ciliaris， R. barbicalla and R. tibetica belonging to genus Roegneria， while L. secalinus attributed to genus Leymus. So the phylogenetic relationships among three general were also confirmed. The genus Leymus was the most primitive， genus Roegneria was the most evolutive， while genus Elymus lied between the two general.

Key words：Elymus L.； Roegneria C. Koch； Leymus Hochst.； karyotypes； systematic relationship

植物染色體核型分析，對(duì)于研究植物的系統(tǒng)分類、起源及物種間的親緣關(guān)系皆具有重要意義。物種的核型與染色體組之間存在著平行進(jìn)化關(guān)系，通過核型分析，可以了解物種間的親緣關(guān)系[1]。披堿草屬（Elymus L.）、鵝觀草屬（Roegneria C. Koch）和賴草屬（Leymus Hochst.）作為小麥族（Triticeae Dumortier）下重要的多年生屬[2]，多為草原的優(yōu)良牧草，飼用價(jià)值較高[3]。同時(shí)，有些種具有抗病蟲、抗寒、抗旱等優(yōu)良特性，可以通過遠(yuǎn)緣雜交、基因工程等技術(shù)從野生種類中轉(zhuǎn)移到栽培小麥和大麥中來[4-6]。作為現(xiàn)代和將來麥類作物育種的重要基因資源，3屬植物具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

研究選取披堿草屬、鵝觀草屬和賴草屬的5個(gè)代表類群作為參試對(duì)象，即老芒麥（E. sibiricus Linn.）、纖毛鵝觀草（R. ciliaris （Trin.） Nevski）、毛盤鵝觀草（R. barbicalla Ohwi）、西藏鵝觀草（R. tibetica （Melderis）H. L. Yang）和賴草（L. secalinus （Georgi） Tzvel.），進(jìn)行核型分析。結(jié)合3屬的外部形態(tài)特征，初步探討3屬間的親緣關(guān)系，為將來麥類作物育種提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)本研究的范疇和要求，此次試驗(yàn)的重點(diǎn)在于屬，而不在于種，故采用以種代屬的形式進(jìn)行試驗(yàn)。供試材料分別采自青海、西藏、甘肅和寧夏等省，憑證標(biāo)本保存于中國科學(xué)院西北高原生物研究所標(biāo)本館內(nèi)（HNWP），相關(guān)試驗(yàn)材料及來源見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 根尖細(xì)胞染色體觀察 將表1所列材料的種子在25 ℃恒溫、光照下萌發(fā)取根，根尖于冰水中處理24 h左右；卡諾氏Ⅰ固定液（95%乙醇/冰醋酸=3∶1，V/V）中固定24 h以上；然后在1 mol/L HCl中60 ℃下恒溫水解12 min左右，使細(xì)胞離解；Shiff試劑染色2 h以上，45%醋酸壓片；OLYMPUS顯微鏡下觀察拍照。

1.2.2 染色體的核型分析及其進(jìn)化指數(shù)的賦值方法 每個(gè)類群選取 5 個(gè)有絲分裂中期分散較好的細(xì)胞，按李懋學(xué)等[7]的方法計(jì)算核型平均值，核型分類依照Stebbins[8]提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。染色體長度比、平均臂比、臂比大于1.5的染色體比例及核型不對(duì)稱系數(shù)采用分支系統(tǒng)學(xué)的常規(guī)編序、賦值方法進(jìn)行賦值，進(jìn)而求得反映每個(gè)物種發(fā)育程度的進(jìn)化指數(shù)。上述核型4個(gè)重要性狀狀態(tài)的賦值如下：染色體長度比越大，核型越傾向于不對(duì)稱。5個(gè)類群的染色體長度比可粗略分為2個(gè)進(jìn)化階段，即2以下（賦值為0）→2以上（賦值為1）。平均臂比值越大，核型越顯不對(duì)稱。5個(gè)類群的染色體平均臂比值大致也分為2個(gè)階段，即1.40～1.50（賦值為0）→1.50以上（賦值為1）。臂比大于1.5的染色體比例越大，核型越趨于不對(duì)稱。5個(gè)類群的染色體臂比大于1.5的染色體比例呈現(xiàn)出3個(gè)進(jìn)化段，即0.30以下（賦值為0）→0.30～0.40（賦值為1）→0.40～0.50（賦值為2）。不對(duì)稱系數(shù)越大，核型越顯不對(duì)稱。5個(gè)類群的不對(duì)稱系數(shù)同樣可劃為3個(gè)進(jìn)化段，即58以下（賦值為0）→58～59（賦值為1）→59以上（賦值為2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色體核型分析結(jié)果

由此次試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知（圖1，表2和表3），上述3屬5個(gè)類群全為四倍體，均以中部著絲點(diǎn)染色體作為其核型的主要組成部分，每個(gè)種具有數(shù)量不等的近中部著絲點(diǎn)染色體，老芒麥、纖毛鵝觀草和賴草還帶有隨體。從核型類型上來看，除賴草為3A型外，其余的核型類型都是3B型。

2.2 染色體的進(jìn)化指數(shù)

按照Stebbins[8]的核型進(jìn)化理論，核型進(jìn)化是由對(duì)稱向不對(duì)稱方向發(fā)展的趨勢(shì)來判斷，并根據(jù)試驗(yàn)方法中的常規(guī)編序、賦值方法，可方便地將表3中列舉的每一性狀進(jìn)行演化編序，并對(duì)每一性狀狀態(tài)給予數(shù)值，即原始狀態(tài)為0，進(jìn)化指數(shù)賦值為1，最進(jìn)化狀態(tài)賦值為2。反映每個(gè)物種發(fā)育程度的進(jìn)化指數(shù)，從而基本上可以反映出各自的進(jìn)化水平。從表3列舉的4個(gè)重要性狀及性狀狀態(tài)編碼數(shù)值來看，5個(gè)參試類群的性狀狀態(tài)賦值顯然是不均等，其中賴草屬的賴草進(jìn)化指數(shù)為1，在所有參試類群中為最低；披堿草屬的老芒麥進(jìn)化指數(shù)為2，在5個(gè)類群中居于中間；而鵝觀草屬的西藏鵝觀草、毛盤鵝觀草和纖毛鵝觀草的進(jìn)化指數(shù)均為2及以上，在5個(gè)參試類群中為最高。

3 結(jié)論與討論

1）根據(jù)外部形態(tài)學(xué)劃分，本研究的5個(gè)類群染色體倍性全為四倍體，染色體基數(shù)均為7，中部著絲點(diǎn)染色體是構(gòu)成核型的基礎(chǔ)，染色體長度比、平均臂比、不對(duì)稱系數(shù)、臂比值大于1.5的比例等性狀差異均表明細(xì)胞學(xué)上類群間的共征與自征是同外部形態(tài)上共族分屬的宏觀劃分相吻合的。

2）根據(jù)宏觀劃分，本研究的5個(gè)類群中賴草隸屬于賴草屬，老芒麥屬于披堿草屬，纖毛鵝觀草、毛盤鵝觀草和西藏鵝觀草同隸屬于鵝觀草屬。根據(jù)Stebbins理論及表3列出的類別、數(shù)據(jù)可以看出，賴草屬于3A核型，是5個(gè)種中進(jìn)化指數(shù)最低的類群，表明賴草屬在3個(gè)屬群中最原始；而纖毛鵝觀草、毛盤鵝觀草和西藏鵝觀草屬于3B型，其進(jìn)化指數(shù)最高，揭示了鵝觀草屬的高級(jí)進(jìn)化地位；而老芒麥屬于3B核型，其進(jìn)化指數(shù)居于上述2個(gè)屬群之間，表明了其進(jìn)化地位應(yīng)居于2屬之間。

3）上述核型分析驗(yàn)證的3屬演化關(guān)系體現(xiàn)在外部形態(tài)上也是基本吻合的。其中，賴草屬具粗壯根莖、小穗多枚聚生于穗軸每節(jié)的原始特征，足以說明該屬的原始性；鵝觀草屬的小穗已發(fā)展至穗軸每節(jié)僅生1枚的特殊階段，其進(jìn)化水平不言而喻；而披堿草屬的小穗通常2枚生于穗軸每節(jié)，不具根莖等性狀，說明其演化水平都處于兩屬之間。此外就3屬的親緣關(guān)系而言，過去很多學(xué)者已作過論述[9，10]，此次結(jié)果也基本一致，即賴草屬和披堿草屬親緣關(guān)系比較密切，披堿草屬和鵝觀草屬具有較近的親緣關(guān)系，而賴草屬和鵝觀草屬的親緣關(guān)系最為疏遠(yuǎn)。

因此，通過核型分析來探討3屬的演化關(guān)系是可行的。當(dāng)然，單憑幾個(gè)材料的核型研究是不夠的，正如本次試驗(yàn)所選的5個(gè)類群中，老芒麥、毛盤鵝觀草和西藏鵝觀草的進(jìn)化指數(shù)基本一致，但總體來說鵝觀草屬的進(jìn)化指數(shù)是高于披堿草屬的。所以，試圖通過核型分析探明3屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，還需要大量的研究工作。

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