麦蓝菜的花粉母细胞减数分裂及核型分析

2011-01-24王俊杰马玉涛惠荣奎刘天雄

中国野生植物资源 2011年4期

王俊杰，马玉涛，惠荣奎，刘天雄，刘焰

(华中农业大学药用植物研究所，湖北武汉430070)

麦蓝菜〔Vaccaria segetalis(Neck.)Garcke〕为石竹科麦蓝菜属一年生或二年生草本植物［1］，在我国分布广泛、资源丰富，除华南外，全国各地均有分布［2］。麦蓝菜的成熟干燥种子称王不留行又名麦蓝子等，为传统常用中药。其主要成分是止血、治疗妇科疾病及抗肿瘤的良药［3］。近年来有关王不留行的药用成分及药理作用的报道很多，但有关其细胞学研究的报道相对较少，杨德奎等(1994)［4］报道了山东济南麦蓝菜的染色体数目和核型，陈瑞阳(2009)［5］报道了河北安国麦蓝菜的染色体数目和核型。染色体核型分析是进行植物种质资源收集及鉴定的基础性工作，因而本研究通过对河南禹州麦蓝菜的花粉母细胞减数分裂过程中的染色体行为、花粉粒育性进行观察以及对其体细胞染色体进行核型分析，旨在为麦蓝菜的良种选育、真伪品鉴定和种质资源多样性研究及分类提供细胞学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料2006年从河南省禹州引种，现种植于武汉华中农业大学药用植物研究所标本园。

1.2 试验方法

1.2.1 减数分裂观察方法

取麦蓝菜的幼小花蕾，在4℃下用卡诺固定液固定24 h，从花蕾中剥取花药，用1mol/L盐酸60℃恒温解离2～3 min后，用改良卡宝品红染色压片，在显微镜下观察并摄影。

1.2.2 花粉粒育性鉴定方法

取成熟的麦蓝菜花粉粒于载玻片上，用1%醋酸洋红染色1 min后，在光学显微镜下观察、计数并照相。染色深、外形圆的计为可育花粉粒，不染色或染色浅的、外形皱瘪的计为败育花粉粒。一朵花至少统计300个花粉粒，计算可育花粉粒百分率。

1.2.3 体细胞观察方法

将种子置于25℃培养箱中避光培养，待根生长到0.5 ～1.0 cm 时，切取根尖置于0.002 mol/L 8－羟基喹啉中，在室温下预处理4 h后，用卡诺氏固定液4℃下固定24 h，制片时用l mol/L盐酸60℃恒温解离9～11 min，切取根尖分生组织，用卡宝品红染色压片，在显微镜下观察摄影。

1.2.4 核型分析方法

取50个分散良好，着丝点清晰的中期分裂相进行染色体计数，并从中选择染色体数目完整、无重叠的5个分散较好的分裂相进行显微摄影。染色体相对长度、臂比及类型型按Levan(1964)［6］命名系统，染色体相对长度系数按Kuo(1972)［7］方法划分，核型分类用 Stebbins(1971)［8］的标准。

图1 麦蓝菜花粉母细胞减数分裂

2 结果与分析

2.1 花粉母细胞减数分裂过程观察

麦蓝菜的绝大多数花粉母细胞减数分裂过程中染色体的行为正常。在粗线期，染色体明显变粗，每条染色体上出现数目、大小不等，位置不同的染色深的染色粒(图1－a)。终变期同源染色体配对后，可形成15个高度浓缩、形态较为清晰的二价体(图1－b)，佐证了麦蓝菜的染色体数目为2n=2X=30，该时期是染色体计数的最佳时期。在中期I，二价体聚集并排列到赤道面上形成赤道板(图1－c)，此期观察到少数细胞中出现落后染色体现象(图1－d)。后期I，配对的同源染色体彼此分离，在纺锤丝的牵引下，分别向细胞的两极移动(图1－e)，此期观察到少数细胞中出现染色体桥现象(图1－f)。在末期I，染色体并没有出现明显的解聚现象，在细胞2极分别形成两个新的子核，但细胞质不分裂。前期II，染色体分散到细胞质中，每个子细胞中具有15个单价染色体(图1－h)。中期II，2个子细胞中的染色体都排列到细胞的赤道面上，分别形成2个呈一定角度的赤道板(图1－h)，此期也观察到少数细胞中出现染色体落后的情况(图1－i)。后期II，每条染色体上的2个姐妹染色单体分开，分别走向细胞两极，此时在细胞内可看到4组染色体(图1－j)。末期Ⅱ细胞内部出现4个子核，接着细胞质分裂并形成4个子细胞，即为四分体(图1－l)，另外，此期有少数三分体形成;其减数分裂方式属于同时型，在减数分裂过程中仅有15.8%的花粉母细胞出现染色体落后、桥等异常现象。

2.2 花粉粒育性观察结果

通过随机取样的方法，共观察统计了1 212个成熟花粉粒的醋酸洋红染色反应结果，其中不被染色或染色浅的、外形皱瘪的的花粉粒仅145个，可育花粉粒为88.04%，花粉败育率为11.96%。

2.3 体细胞核型分析结果

通过对50个麦蓝菜根尖细胞中期染色体数目的统计，确定其染色体数目为2n=30，同时花粉母细胞减数分裂终变期形成15个二价体，未发现染色体数目变异，可以确定麦蓝菜为二倍体。核型分析参数取自5个分散良好，着丝点清晰的中期细胞染色体的平均值，核型分析内容见表1，同源染色体配对后的核型图见图3，核型模式图见图4。结果表明:麦蓝菜最长染色体和最短染色体之比为1.52，无臂比大于2∶1的染色体，核型不对称系数为60.02%，核型公式为 K(2n)=2X=30=22m(2SAT)+8sm，其中第14号染色体具有随体，相对长度组成为2n=16M2+14M1，麦蓝菜的核型为“1A”对称型核型。

表1 麦蓝菜染色体的相对长度、臂比及类型

3 讨论

本研究结果表明，河南禹州麦蓝菜的染色体数目为2n=2x=30，其核型为“1A”型，与杨德奎等［4］报道的济南千佛山麦蓝菜的染色体数目及核型虽然相同，但核型公式存在较大差异，本研究结果的核型公式为K(2n)=2x=30=22m(2SAT)+8sm，表明在河南禹州麦蓝菜的染色体组中包括11对中着丝粒染色体和4对近中着丝粒染色体，且随体位于第14号染色体上;而杨德奎等报道的麦蓝菜核型公式为K(2n)=30=2M+26m+2sm，即济南千佛山麦蓝菜的染色体组中包括1对正中着丝粒染色体、13对中着丝粒染色体和1对近中着丝粒染色体，未见随体染色体;陈瑞阳等［5］报道麦蓝菜的核型为“2A”型，核型公式为K(2n)=30=16m(2SAT)+12sm+2st，即河北安国麦蓝菜的染色体组中包括8对中着丝粒染色体、6对近中着丝粒染色体及1对近端着丝粒染色体，且随体位于第6号染色体上，与本研究和杨德奎等报道的结果差异较大;上述差异表明不同来源、不同种质的麦蓝菜在染色体水平上存在差异，即存在遗传多样性。Stebbins［8］认为植物界核型进化的趋势是从对称到不对称，因此，麦蓝菜的进化地位属于较原始类型。

本研究结果还表明，麦蓝菜绝大多数花粉母细胞减数分裂中染色体的行为正常，仅在少数花粉母细胞中观察到染色体落后、染色体桥等异常现象，花粉粒育性为88.04%。李雪等［9］通过对兰州百合小孢子母细胞研究发现断片、落后染色体和染色体桥等减数分裂异常是导致败育花粉产生的主要因素。王恒昌等［10］根据秤锤树减数分裂异常出现的比例与花粉粒败育性比例比较一致，得出秤锤树的小孢子在发生和发育过程中较高频率的败育现象可能存在一定的细胞学原因。另外，程志号等［11］在黄芩、马玉涛等［12］在益母草及杜玉娟等［13］在半枝莲的研究中，均认为花粉母细胞减数分裂中染色体行为的异常导致了子细胞中遗传物质的不均衡分配，致使产生不育花粉。在进化上稳定的植物通过花粉败育淘汰染色体数目变异的配子，有利于维持物种的稳定性［14］。因此，麦蓝菜少数花粉细胞在减数分裂过程中出现染色体落后、染色体桥等异常现象可能是导致11.96%花粉败育的主要原因。

［1］中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志:第二十六卷［M］.北京:科学出版社，1996:405.

［2］桑圣民，劳爱娜，王洪诚，等.中药王不留行化学成分的研究(Ⅱ)［J］.中草药，2000，31(3):169－171.

［3］李帆，梁敬钰.王不留行的研究进展［J］.海峡药学，2007，19(3):1－5.

［4］杨德奎，周俊英，王娥叶，等.麦蓝菜染色体的核型分析［J］.山东师大学:自然科学版，1994，9(4):62－64.

［5］陈瑞阳.中国主要经济植物基因组染色体图谱:第五册［M］.北京:科学出版社，2009:141－142.

［6］Levan A，Fredga K，Samdberg A A.Nomenclacture for centromeric position on chromosomes［J］.Hereditas，1964，52:201－220.

［7］Kuo S R，Wang T T，Huang T C.Karyotype analysis of some formosam gymnosperms［J］.Talwante，1972，17(1):66－80.

［8］Stebbins G L.Chromosomal evolution in high plants［M］.London:Edward Arnold Ltd，1971，87－90.

［9］李雪.陈丽梅.杜捷，等.兰州百合小孢子母细胞减数分裂异常现象的观察［J］.西北植物学报，2003，23(10):1796－1799.

［10］王恒昌，何子灿，李建强，等.秤锤树的核型研究及其减数分裂过程的观察［J］.武汉植物学研究，2003，21(3):198－202.

［11］程志号，蔡明历，郝大翠，等.黄芩的花粉母细胞减数分裂及核型分析［J］.中国野生植物资源，2010，29(2):34－37.

［12］杜玉娟，程志号，王沫，等.半枝莲的花粉母细胞减数分裂观察及核型分析［J］.华中农业大学学报，2009(1):93－96.