6個飼用燕麥品種核型分析

穆巴拉克·庫爾幫，雷映霞，汪 輝，周青平

（1.西南民族大學青藏高原研究院 / 四川省抗逆牧草種質創新及生態修復工程實驗室, 四川 成都 610041；2.成都醫學院, 四川 成都 610500）

普通栽培燕麥（Avena sativa)，屬于禾本科，燕麥屬，是世界第六大糧食作物。根據外稃特征，燕麥可以分為皮燕麥和裸燕麥。皮燕麥其籽粒被一層堅硬的外稃所包被，即使成熟時也不易脫落，是世界主栽類型。而裸燕麥外稃輕薄而柔軟，容易脫落[1]。裸燕麥常被作為食物，相比其他主要糧食作物，燕麥具有更高的營養價值，其籽粒含有較高的蛋白質、膳食纖維、維生素、抗氧化活性成分含量；皮燕麥，大多飼用，其適口性好、消化率高、品質優良[1]。燕麥能夠適應惡劣環境，尤其對寒冷氣候與瘠薄土壤的適應性較強。燕麥的產地十分廣泛，全球76 個國家中均有燕麥栽培，在中國，裸燕麥的“生長歷史”更為悠久，擁有2 000 多年的栽培歷史[2]。青藏高原及周邊地區是我國皮燕麥的主要種植區域，也是國內優質燕麥干草的重要供應地區。

核型指物種染色體組在有絲分裂中期的表型，包括染色體數目、大小、形態特征，是細胞遺傳學的一種基本方法[3]。核型分析操作簡單，且經濟實惠，使其得到了廣泛使用，在研究物種起源與演化、物種分類、物種之間親緣關系以及植物遠緣雜交育種中的染色體鑒別上發揮了重要的作用[4]。燕麥有二倍體（2n = 2x = 14)、四倍體（2n = 4x = 28)和六倍體（2n = 6x = 42)。不同地區分布的野燕麥（A.fatua)核型差異較大，普通栽培燕麥品種之間的染色體形態、數目及隨體數目也不完全相同。王亞等[5]在研究具有抗旱、耐冷、耐瘠特性的二倍體野燕麥染色體的C-帶分析時得出，二倍體野燕麥具有7 對染色體，公式為2n = 14 = 2CIT++ 2CIT + 8CI+T + 2CI+T+S，帶紋有較高的穩定性。耿帆等[6]在研究高寒地區裸燕麥的核型時得出，青引3 號的染色體數目為2n =42，其核型公式為2n = 6x = 42 = 22m + 20 sm （4sat)，核型屬于2B 型。劉偉等[7]采用常規壓片法對砂燕麥（A.strigosa)、西班牙燕麥（A.hispanica)和短燕麥（A.brevis)進行了核型研究，得出核型公式 ∶ 砂燕麥為2n = 2x = 14 = 10m + 4sm （2sat)，西班牙燕麥為2n =2x = 14 = 10m + 4sm （2sat)，短燕麥為2n = 2x = 14 =6m + 4sm + 4st （2sat)，核型均屬于2A 型，但其染色體形態有所差異，經比較認為砂燕麥相對進化，西班牙燕麥較為原始。

燕麥分布廣泛，物種不同居群的核型可能存在變異。本試驗研究6 個燕麥品種的核型，探討燕麥不同品種間的核型變異，以期為燕麥種質資源鑒定和育種利用提供細胞學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為6 個皮燕麥品種，包括‘牧王’、‘槍手’、‘駿馬’、‘燕王’、‘莫妮卡’和‘青海444’（表1)。

表1 供試燕麥品種來源Table 1 Cultivar source of oats evaluated

1.2 試驗方法

1.2.1 染色體制片方法

取材：挑選籽粒飽滿、健康的各品種燕麥種子，均勻擺在鋪有兩層濾紙的發芽盤中，置于20 ℃暗箱中生根。待苗期根尖長至2 cm 時，于09:00 —11:00 剪取根部0.5～1 cm 長的新生粗壯及白嫩根尖，用去離子水洗凈。

預處理、固定：對洗凈的根尖組織通入一氧化二氮（N2O)氣體，處理2 h 后，置于卡諾氏固定液（無水乙醇 ∶ 冰醋酸 = 3 ∶ 1)中固定24 h。

染色體制片：將根尖取出立即用去離子水清洗兩遍，再將恒溫箱設置為37 ℃進行酶解，酶解完成后置于75%酒精中清洗兩遍，第2 次清洗時留取1/4 溶液并一同搗碎，搗碎后放入室溫離心機，設置轉速為6 000 r·min-1，離心2 min，倒掉上清液晾干。再用28 μL 冰醋酸混勻后制片，靜置至水分干透，通過顯微鏡對染色體制片仔細觀察，并拍照記錄。

1.2.2 核型分析方法

在研究分析的過程中，主要依據李懋學和陳瑞陽[8]的研究標準開展核型分析，對50 多個細胞的染色體個數進行了詳細統計與分析，超過85%的細胞染色體個數完全相同，利用拍照的方式對一些染色體分散情況相對比較完整的細胞進行記錄。同時，通過Nuctype 1.5 綠色版1.0 開展染色體配對、編號及排序，再用Photoshop CC 2019 軟件進行繪圖。按照Levan 等[9]的染色體命名方式對染色體類型進行分析，推導核型公式。另外，按照Stebbins[10]所提出的相關標準對核型進行分類處理。研究分析過程之中所涉及的有關公式如下：

結合臂比值來進一步明確著絲點位置，然后對染色體進行分類[7]，借助Stebbins[10]在研究分析過程中所應用的方式，按照長度比、臂比這兩個不同的參數對核型進行分類處理，以便更好地對核型對稱程度進行辨別與分析。

1.3 數據分析

基于顯微鏡觀察所得到的圖像，利用Nuctype 1.5 綠色版1.0 軟件進行長短臂測量，通過Photoshop CC 2018 來進一步處理與分析染色體圖片，同時借助Excel 2010 制作詳細、完善的核型模式圖。

2 結果與分析

2.1 染色體數目

顯微鏡觀察結果顯示，6 個燕麥品種的細胞染色體數目相同，為2n = 6X = 42，為六倍體（圖1 和圖2)。

圖1 燕麥染色體熒光圖和核型圖Figure 1 The fluorescence image and the karyotype image of oat chromosomes

2.2 核型分析

6 個燕麥品種的染色體核型分析結果如下 ∶

‘牧王’ ：核型公式為2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（2sat)，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為11 對與10 對，第12、16 對染色體含隨體（圖1A 和圖2A)。染色相對長度為3.16%～6.03%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的1.91 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有6 對，在總體中的占比為28.57%；核型屬2A 型（表2 和表3)。

‘槍手’ ：核型公式為2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（4sat)，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為11 對與10 對，第14、16、20 對染色體含有隨體（圖1B 和圖2B)。染色相對長度為2.71%～6.66%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的2.46 倍。另外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有5 對，在總體中的占比為23.81%；核型屬2B 型（表2和表3)。

表2 燕麥品種核型參數Table 2 Parameters of karyotype of oat cultivars

圖2 燕麥核型模式圖Figure 2 The karyotype model of oat

‘駿馬’：核型公式為2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（4sat)，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為11 對與10 對，第15、16、18 對染色體具有隨體（圖1C 和圖2C)。染色相對長度為3.55%～6.23%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的1.75 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有4 對，在總體中的占比為19.05%；核型屬2A 型（表2 和表3)。

‘燕王’ ：核型公式為2n = 6X = 26m + 16sm （6sat)，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為13 對與8 對，第14、16、19 對染色體含有隨體（圖1D 和圖2D)。染色相對長度為2.90%～6.22%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的2.14 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有4 對，在總體中的占比為19.05%；核型屬2B 型（表2 和表3)。

‘莫妮卡’：核型公式為2n = 6X = 22m + 20sm（4sat)，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為11 對與10 對，第8、14 對染色體含有隨體（圖1E 和圖2E)。染色相對長度為2.81%～6.59%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的2.35 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有5 對，在總體中的占比為23.81%；核型屬2B 型（表2 和表3)。

‘青海444’：核型公式為2n = 6X = 28m （4sat) +14sm，內部包含的中部著絲點區染色體（m)、近中部著絲點區染色體（sm)數目分別為14 對與7 對，第9、17 對染色體含有隨體（圖1F 和圖2F)。染色相對長度為3.43%～6.17%，第1 號、第21 號分別為最長、最短染色體，1 號染色體的相對長度是21 號染色體的1.80 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色體有一對，在總體中的占比為4.76%；核型屬2A 型（表2 和表3)。

表3 燕麥品種染色體相對長度和類型Table 3 Types and relative length of chromosome of oat cultivars

3 討論與結論

3.1 燕麥的核型特征

染色體是遺傳物質的一個重要載體，染色體形態結構變異包括多方面內容，如染色體長度、隨體、著絲點位置等，其具備遺傳多樣性的顯著特征[11]。隨體是位于染色體末端的圓形或圓柱形片段，主要由異染色質組成，其形態特征恒定，是辨識染色體的重要特征。許興澤等[3]在研究不同倍性的燕麥核型分析時得出，對于六倍體燕麥品種而言，其內部包含的中部著絲點區染色體、近中部著絲點區染色體數目分別為15 對與8 對，并且有2 對帶有隨體。在耿帆等[6]的研究中，六倍體裸燕麥青引3 號的14 號和16 號染色體短臂末端帶有隨體，同樣具有中部與近中部染色體。盛中飛等[12]研究葡萄牙野燕麥（A.fatua)的核型分析時認為，其染色體大部分為中部與近中部染色體并具有3 對隨體。有研究指出，野生燕麥的染色體核型分析顯示，該物種染色體數為2n = 42，各個染色體間形態差異明顯，均含中部著絲粒染色體或近中部著絲粒染色體[13]，這與本研究結果一致且含2 對隨體。Fominaya 等[14]分析了二倍體燕麥和四倍體燕麥的各對染色體得出，在顯帶分析中所有異臂染色體均比等臂染色體的染色較深，可以用于雜種、異源多倍體或者新物種的染色體鑒定。本研究結果表明，6 個不同品種的燕麥染色體數均為2n = 6X = 42，但是各品種所含有的隨體數存在差異。所有品種均含有隨體，其中，‘駿馬’、‘槍手’、‘燕王’ 3 個品種含有3 對隨體，‘莫妮卡’、‘牧王’、‘青海444’ 3 個品種含有2 對隨體。

3.2 燕麥的核型進化

染色體倍性化在植物進化、作物品種、遺傳育種、優良農藝性狀利用改良上有重大作用[15]。通過對染色體的進化發展趨勢分析發現，其屬于一種不對稱發展形態[16]。武生輝等[17]研究燕麥屬不同核型分析與進化的關系結果得出，多倍化是3 個種進化重要趨勢，隨著倍性的增加，核型的不對稱性也增加。對于中部著絲點染色體相對較多的品種來講，其核型相對比較原始；反之，對于中部著絲點染色體相對較少的品種，其核型屬于進化品種[10]。梁國玲等[18]采用同一種方法研究青燕1 號燕麥核型分析時得出，青燕1 號品種為較進化的植物類群。本研究所選取的‘駿馬’、‘牧王’、‘青海444’ 3 個品種核型為較為原始的對稱型，2A 型，其余3 個品種核型為2B 型，屬于一種較高級的類型。造成這種差異的原因可能是染色體核型劃分僅僅基于染色體長度比和臂比大于2 的比例這2 個參數，而進化指數則基于平均臂比、染色體長度比、不對稱系數、臂比大于2 的比例這4 個參數。張素勤等[19]研究小麥（Triticum aestivum)與野燕麥遠緣雜交親本及后代核型分析成功獲得進化程度高于其母本的普通小麥型小麥新種質。本研究認為，不同品種間造成差異的原因可能是隨體作為染色體的一個重要特征，可能受到制片過程的影響，制片過程中預處理時間太長會造成染色體太短，隨體不容易分辨。另外，傳統壓片法以及最新的酶解滴片法對染色體的物理結構影響也不同。因此，相同倍性不同品種的燕麥所具有的核型結構之間差異較大，核型分析可作為鑒定品種的可選方法之一。了解栽培燕麥品種的核型特征，可為培育優良燕麥品種及麥類作物育種提供基礎[20]。