山西白羊草染色體核型分析

李 磊，董寬虎

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)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(xiàn)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(qiáng)，能形成大量基生葉叢，生長(zhǎng)期內(nèi)再生能力比較強(qiáng)，可作為各類家畜的飼草。須根特別發(fā)達(dá)，常形成強(qiáng)大的根網(wǎng)，耐踐踏，耐干旱、耐鹽堿、耐牧、休眠期耐火燒、侵入性強(qiáng)、固土保水力強(qiáng)，種子生產(chǎn)能力高，適合于在排水良好的肥沃粘土上生長(zhǎng)，在沙地和腐蝕土地上也能正常生長(zhǎng)。他是山西省中南部地區(qū)的主要放牧地和割草場(chǎng)的建群種，也是山西省發(fā)展草地畜牧業(yè)的重要自然資源［2］。染色體是生物體內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)，具有傳遞和儲(chǔ)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?cè)谖锓N演化上的基本特征。植物的染色體核型分析是對(duì)染色體特征進(jìn)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(jù)，對(duì)研究植物系統(tǒng)演化、物種之間的親緣關(guān)系、遠(yuǎn)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(shù)目也比較多，一般較難觀察，Scrivanti等［4］對(duì)南美洲孔穎草屬（Bothriochloa）的14種孔穎草的染色體進(jìn)行了研究，但尚未報(bào)道白羊草。本試驗(yàn)以山西省晉中市太谷縣的白羊草為研究對(duì)象，采用根尖壓片法對(duì)其根尖細(xì)胞染色體進(jìn)行觀察、計(jì)數(shù)及核型分析，旨在積累其細(xì)胞學(xué)資料，以期為白羊草的分類、種質(zhì)資源保存和利用及育種提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)，同時(shí)也可以從細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)角度為白羊草的研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

白羊草種子采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技試驗(yàn)站牧草實(shí)驗(yàn)田。

1.2 試驗(yàn)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(yǎng)箱中培養(yǎng)。待幼根長(zhǎng)至0.5～1cm時(shí)切取其根尖。用飽和對(duì)二氯苯水溶液室溫預(yù)處理3～3.5h［5-6］。將材料取出并用蒸餾水沖洗干凈，用現(xiàn)配的卡諾氏（Carnoy）固定液（冰醋酸∶無(wú)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(shí)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(jìn)行處理［10］。觀察統(tǒng)計(jì)30個(gè)完整的中期分裂相確定染色體數(shù)目與體細(xì)胞染色體倍數(shù)。精確測(cè)量并計(jì)算5個(gè)細(xì)胞的染色體相對(duì)長(zhǎng)度、臂比等染色體參數(shù)用于核型分析。取5個(gè)細(xì)胞的平均值，按李懋學(xué)等［11］確定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核型分析，確定染色體的著絲點(diǎn)位置并得出核型公式。染色體相對(duì)長(zhǎng)度系數(shù)用Kuo等［12］的方法計(jì)算，核型分類參照Stebbins［13］標(biāo)準(zhǔn)，按核型中最長(zhǎng)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(lái)確定染色體核型對(duì)稱與不對(duì)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(duì)長(zhǎng)度的參數(shù)在Excel中繪出核型模式圖。核型不對(duì)稱系數(shù)根據(jù)Arano的［15］計(jì)算方法，比值越大越不對(duì)稱。

相關(guān)公式為：

臂比（r）=長(zhǎng)臂（L）/短臂（S）；

染色體相對(duì)長(zhǎng)度（%）=染色體長(zhǎng)度/染色體組總長(zhǎng)度×100%；

染色體長(zhǎng)度比=最長(zhǎng)染色體長(zhǎng)度/最短染色體長(zhǎng)度；

染色體相對(duì)長(zhǎng)度系數(shù)（I.R.L）=染色體相對(duì)長(zhǎng)度/全組染色體平均相對(duì)長(zhǎng)度；

核型不對(duì)稱系數(shù)（As.K，%）=長(zhǎng)臂總長(zhǎng)/全組染色體總長(zhǎng)×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色體數(shù)目

選擇30個(gè)完整的中期分裂相進(jìn)行細(xì)胞觀察計(jì)數(shù)，其中26個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為40條，占計(jì)數(shù)總數(shù)的86.7%；3個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為36條，占計(jì)數(shù)總數(shù)的10.0%；1個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)目為38條，占計(jì)數(shù)總數(shù)的3.3%。根據(jù)核型分析標(biāo)準(zhǔn)化建議［11］，85%以上的細(xì)胞具有恒定一致的染色體數(shù)目時(shí)，即可認(rèn)為是該植物的染色體數(shù)目，而且未發(fā)現(xiàn)隨體，故確定白羊草染色體數(shù)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(cè)量染色體長(zhǎng)臂和短臂，計(jì)算染色體相對(duì)長(zhǎng)度、臂比值，具體參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知，白羊草的第1，9，16對(duì)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(fā)現(xiàn)隨體，核型公式為2n=4x=40=34m+6sm，核型圖和核型模式圖分別見(jiàn)圖2和圖3。染色體相對(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)與最短染色體的比值為2.24，臂比值大于2.0的染色體沒(méi)有，核型屬于1B型，核型不對(duì)稱系數(shù)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(jié)構(gòu)、數(shù)目和形態(tài)各不相同。核型分析可為研究生物的系統(tǒng)發(fā)育和近緣關(guān)系提供依據(jù)。與單純的形態(tài)分類相比，染色體數(shù)據(jù)可以解決常規(guī)形態(tài)分類難以解決的問(wèn)題［16］。Ma G H和Huang X L［17］報(bào)道了白羊草的染色體數(shù)為2n=40，且是四倍體，Celarier R P［18］，Chheda H R［19］等報(bào)道了孔穎草屬植物染色體基數(shù)有x=10，本研究中白羊草染色體基數(shù)為x=10，染色體數(shù)為2n=4x=40，與前人研究結(jié)論一致。

本研究從細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)角度確定了白羊草的染色體數(shù)目，對(duì)其核型進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，為白羊草的細(xì)胞學(xué)特征、遺傳機(jī)制、染色體核型分析的研究提供理論依據(jù)。然而由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)孔穎草屬植物細(xì)胞學(xué)研究較少，對(duì)于其系統(tǒng)演化及種內(nèi)種間親緣關(guān)系無(wú)法進(jìn)行深入討論，并且由于染色體上的著絲粒是人工設(shè)定，存在一定誤差，所以需要結(jié)合染色體C帶分析［20］、原位雜交以及分子標(biāo)記等方法來(lái)進(jìn)一步精確研究白羊草的生物學(xué)信息，對(duì)探明其系統(tǒng)發(fā)育狀況及種質(zhì)資源的鑒定、利用、開(kāi)發(fā)等具有重要意義。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)得出白羊草的染色體數(shù)目為40條，2n=4x=40。其中部著絲粒染色體（m）為17對(duì)，近中部著絲粒染色體（sm）為3對(duì)，無(wú)隨體出現(xiàn)，故其核型公式為K（2n）=4x=40=34m+6sm。染色體相對(duì)長(zhǎng)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(duì)稱系數(shù)為58.32%，有較高的對(duì)稱性。根據(jù)Stebbins［12］對(duì)植物界核型越不對(duì)稱越進(jìn)化的闡述，白羊草為進(jìn)化較原始的植物。