山西白羊草染色體核型分析

李 磊，董寬虎

（山西農業大學動物科技學院，山西 太谷030801）

白羊草［Bothriochloaischaemum（L.）Keng］為禾本科孔穎草屬多年生暖季型牧草，起源于歐洲南部和亞洲，現在各大洲均有分布［1］。屬于叢生多年生植物，具短根莖，分蘗力強，能形成大量基生葉叢，生長期內再生能力比較強，可作為各類家畜的飼草。須根特別發達，常形成強大的根網，耐踐踏，耐干旱、耐鹽堿、耐牧、休眠期耐火燒、侵入性強、固土保水力強，種子生產能力高，適合于在排水良好的肥沃粘土上生長，在沙地和腐蝕土地上也能正常生長。他是山西省中南部地區的主要放牧地和割草場的建群種，也是山西省發展草地畜牧業的重要自然資源［2］。染色體是生物體內重要的遺傳物質，具有傳遞和儲存遺傳信息等功能，不同物種染色體核型的差異可以反映他們在物種演化上的基本特征。植物的染色體核型分析是對染色體特征進行定性和定量描述的一種基本方法，是物種分類的基本依據，對研究植物系統演化、物種之間的親緣關系、遠緣雜交及遺傳工程中的染色體鑒別具有重要意義［3］。

由于白羊草的染色體非常小，數目也比較多，一般較難觀察，Scrivanti等［4］對南美洲孔穎草屬（Bothriochloa）的14種孔穎草的染色體進行了研究，但尚未報道白羊草。本試驗以山西省晉中市太谷縣的白羊草為研究對象，采用根尖壓片法對其根尖細胞染色體進行觀察、計數及核型分析，旨在積累其細胞學資料，以期為白羊草的分類、種質資源保存和利用及育種提供細胞學依據，同時也可以從細胞學和遺傳學角度為白羊草的研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

白羊草種子采自山西農業大學動物科技試驗站牧草實驗田。

1.2 試驗方法

將白羊草種子在常溫下浸泡12h，挑選粒大飽滿的種子，置于25℃恒溫培養箱中培養。待幼根長至0.5～1cm時切取其根尖。用飽和對二氯苯水溶液室溫預處理3～3.5h［5-6］。將材料取出并用蒸餾水沖洗干凈，用現配的卡諾氏（Carnoy）固定液（冰醋酸∶無水酒精=1∶3）在4℃下處理24h左右。將固定好的材料用蒸餾水沖洗干凈后，將材料放入1mol·L-1HCl中在室溫下解離9～11min［7-8］。用解剖刀從根尖處切下極小的一段乳白色分生組織（0.5mm左右）置于載玻片上，加1滴石碳酸品紅染色液，染色約1.5～2.5h即可壓片［9］。

將制好的臨時壓片置于100倍的OLYMPUS BX51顯微鏡下觀察，選擇分散良好、染色清晰的中期染色體拍照分析［5］，用Adobe Photoshop 7.0.1軟件進行處理［10］。觀察統計30個完整的中期分裂相確定染色體數目與體細胞染色體倍數。精確測量并計算5個細胞的染色體相對長度、臂比等染色體參數用于核型分析。取5個細胞的平均值，按李懋學等［11］確定的標準進行核型分析，確定染色體的著絲點位置并得出核型公式。染色體相對長度系數用Kuo等［12］的方法計算，核型分類參照Stebbins［13］標準，按核型中最長染色體與最短染色體之比及臂比大于2的染色體所占比例來確定染色體核型對稱與不對稱程度，得出核型類型。并參考喬永剛等［14］的方法利用染色體相對長度的參數在Excel中繪出核型模式圖。核型不對稱系數根據Arano的［15］計算方法，比值越大越不對稱。

相關公式為：

臂比（r）=長臂（L）/短臂（S）；

染色體相對長度（%）=染色體長度/染色體組總長度×100%；

染色體長度比=最長染色體長度/最短染色體長度；

染色體相對長度系數（I.R.L）=染色體相對長度/全組染色體平均相對長度；

核型不對稱系數（As.K，%）=長臂總長/全組染色體總長×100%。

2 結果與分析

2.1 染色體數目

選擇30個完整的中期分裂相進行細胞觀察計數，其中26個細胞染色體數目為40條，占計數總數的86.7%；3個細胞染色體數目為36條，占計數總數的10.0%；1個細胞染色體數目為38條，占計數總數的3.3%。根據核型分析標準化建議［11］，85%以上的細胞具有恒定一致的染色體數目時，即可認為是該植物的染色體數目，而且未發現隨體，故確定白羊草染色體數目為2n=4x=40（圖1）。

圖1 白羊草染色體Fig.1 The chromosome of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

2.2 染色體核型

測量染色體長臂和短臂，計算染色體相對長度、臂比值，具體參數見表1。由表1可知，白羊草的第1，9，16對染色體為近中部著絲粒染色體（sm），其余的染色體均為中部著絲粒染色體（m），未發現隨體，核型公式為2n=4x=40=34m+6sm，核型圖和核型模式圖分別見圖2和圖3。染色體相對長度變化范圍為6.73%～15.08%，其組成為2n=4x=40=2L+7M2+10M1+1S，染色體臂比范圍為1.13～1.78，平均臂比為1.419。最長與最短染色體的比值為2.24，臂比值大于2.0的染色體沒有，核型屬于1B型，核型不對稱系數為58.32%。

圖2 白羊草的染色體核型圖Fig.2 The karyogram of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

圖3 白羊草染色體核型模式圖Fig.3 The ideogram of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

3 討論

物種之間染色體的結構、數目和形態各不相同。核型分析可為研究生物的系統發育和近緣關系提供依據。與單純的形態分類相比，染色體數據可以解決常規形態分類難以解決的問題［16］。Ma G H和Huang X L［17］報道了白羊草的染色體數為2n=40，且是四倍體，Celarier R P［18］，Chheda H R［19］等報道了孔穎草屬植物染色體基數有x=10，本研究中白羊草染色體基數為x=10，染色體數為2n=4x=40，與前人研究結論一致。

本研究從細胞學、遺傳學角度確定了白羊草的染色體數目，對其核型進行了系統的研究，為白羊草的細胞學特征、遺傳機制、染色體核型分析的研究提供理論依據。然而由于目前國內對孔穎草屬植物細胞學研究較少，對于其系統演化及種內種間親緣關系無法進行深入討論，并且由于染色體上的著絲粒是人工設定，存在一定誤差，所以需要結合染色體C帶分析［20］、原位雜交以及分子標記等方法來進一步精確研究白羊草的生物學信息，對探明其系統發育狀況及種質資源的鑒定、利用、開發等具有重要意義。

4 結論

本試驗得出白羊草的染色體數目為40條，2n=4x=40。其中部著絲粒染色體（m）為17對，近中部著絲粒染色體（sm）為3對，無隨體出現，故其核型公式為K（2n）=4x=40=34m+6sm。染色體相對長度為6.73%～15.08%，其組成為2n=4x=40=2L+7M2+10M1+1S，屬于1B型，核型不對稱系數為58.32%，有較高的對稱性。根據Stebbins［12］對植物界核型越不對稱越進化的闡述，白羊草為進化較原始的植物。