中间偃麦草和长穗偃麦草染色体核型分析

张晓燕，毛培春，孟 林，张德罡

(1.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070；2.北京市农林科学院北京草业与环境研究发展中心，北京 100097)

偃麦草属(Elytrigia)系禾本科多年生疏丛根茎型禾草，是一类重要的优良牧草资源和水土保持、固土护坡等生态环境建设的首选植物[1]，全世界约有50 种, 我国野生分布有6种[2]。其中，中间偃麦草(E.intermedia)和长穗偃麦草(E.elongata)是研究较为系统、应用较为普遍的2个偃麦草属植物，具有抗旱、耐寒、耐盐碱等特性，并作为小麦(Triticumaestivum)野生近缘种，是小麦外源基因资源库的备用植物资源之一。它们携带有重要的抗病基因，如对小麦锈病、小麦黄矮病、赤霉病和白粉病等多种小麦病害具明显抗性的抗病基因，此外，还具有大穗、多花以及极强的抗低磷营养胁迫能力等许多优良性状基因[3]，成为小麦外源基因转移和远缘杂交育种的优良资源，被广泛应用于小麦新品种选育中[4]。同时，针对其形态结构解剖[2,5]、光合特性[6]、抗旱耐盐碱特性[7-10]、染色体组构成[11]和特异分子标记[12]等方面也有一定研究。本研究主要对从国外引进的中间偃麦草和长穗偃麦草的染色体核型进行分析，旨为对其深度开发利用提供遗传细胞学的理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料 研究材料由美国国家种质资源库提供的中间偃麦草(原产于乌克兰)和长穗偃麦草(原产于葡萄牙)的种子。

1.2试验方法 选取饱满的种子放在经水浸湿的铺有双层滤纸的培养皿中，置于25℃的恒温箱中培养。待种子根长为1 cm左右，于08：00-10：00，切下长约0.5 cm的根尖，经8-羟基喹啉(0.002 mol/L)处理2～4 h。然后用卡诺固定液[无水酒精∶冰醋酸=3∶1(V∶V)]固定2～4 h，1.0 mol/L盐酸60℃水浴条件下解离5～10 min。将根尖放在载玻片上，切下顶端1～2 mm，滴加石炭酸品红染液进行染色，10 min左右即可压片。

在显微镜下观察并寻找染色体轮廓清晰、染色适中、分散而不重叠的分裂中期相，利用LY-WN万能视频成像装置(成都励扬精密机电有限公司生产)读取视频显微图像，KARIO自动核型分析软件(成都励扬精密机电有限公司生产)进行核型分析。

镜检后，取3～5个细胞的染色体，用显微尺量出每条染色体的长臂值、短臂值，制成染色体参数表格和核型模式图。核型不对称系数按Arano[13]提出的长臂总长与全组染色体总长之比的核型不对称系数(AS.K%)来确定。核型分类按Stebbins[14]提出的最长染色体与最短染色体之比及臂比大于2的染色体所占的比例标准进行。采用Levan等[15]以染色体臂比来确定着丝点位置和Kuo等[16]以染色体相对长度系数将染色体分成4组的染色体分类标准。用AutoCAD作核型模式图，图像处理采用AdobePhotoshop 7.0.1软件。

2 结果

2.1中间偃麦草染色体核型分析 中间偃麦草的染色体数目为2n=6x=42(图1)。染色体平均长度2.48 μm，为小染色体。最长染色体3.98 μm，最短染色体1.23 μm。染色体相对长度变化范围为2.36～7.63，染色体臂比值变化范围为1.15～2.72，最长染色体与最短染色体之比为3.24，臂比值>2.0的染色体所占比例为9.52%，属“2B”核型，核型不对称系数为59%，为基本对称型。21对染色体中有19对为中着丝粒染色体，2对为近中着丝粒染色体，未发现随体。染色体相对长度组成为:10L+10M2+12M1+10S，核型公式为：K(2n)=6x=42=34m+8sm(表1和表2)。

2.2长穗偃麦草染色体核型分析 长穗偃麦草的染色体数目为2n=10x=70(图2)。染色体平均长度5.45 μm，为中染色体。最长染色体7.90 μm，最短染色体3.08 μm。染色体相对长度变化范围为1.62～4.14，染色体臂比值变化范围为1.01～8.96，最长染色体与最短染色体之比为2.56，臂比值>2.0的染色体所占比例为34.29%，属“2B”核型，核型不对称系数为64%，为基本对称型。35对染色体中有19对为中着丝粒染色体，11对为近中着丝粒染色体，4对近端着丝粒染色体，1对端着丝粒染色体，未发现随体。染色体相对长度组成为:10L+22M2+30M1+8S，核型公式为：K(2n)=10x=70=38m+22sm+8st+2t(表1和表3)。

图1 中间偃麦草染色体核型及核型模式图

表1 中间偃麦草和长穗偃麦草核型主要特征

表2 中间偃麦草染色体核型参数

图2 长穗偃麦草染色体核型及核型模式图

3 讨论与结论

3.1偃麦草属的分类 植物染色体的数目、形态等是最稳定的细胞学特征之一，植物染色体的核型、类型等是表明该种系统演化位置以及和相近种的亲缘关系的重要依据[17]。1753年，分类大师林奈在他的著作SpciesPlantarum中把偃麦草属的各个种均归于小麦属的多年生组中。前苏联的Nevski将偃麦草属从传统的冰草属中分离出来，并进一步从形态学、解剖学、植物地理学，特别是细胞核型分析方面提出了偃麦草的进化地位，即滨麦草属(Lymus)→偃麦草属→冰草属(Agropyron)[18-19]。

表3 长穗偃麦草染色体核型参数

3.2偃麦草种核型比较 据研究报道[20]，偃麦草属植物具有多个染色体倍性水平，包括二倍体、四倍体、六倍体、八倍体和十倍体，其染色体基数x=7。本研究表明，试验选用的长穗偃麦草种质系十倍体，其染色体形态类型较中间偃麦草丰富，且核型不对称系数(64%)略高于中间偃麦草(59%)。根据Stebbins理论[14]，在生物进化过程中，染色体核型是由对称性向非对称性演化的。核型对称性程度越高的生物，其染色体变异越小，进化程度也越低；而非对称性程度越高的生物，其染色体变异越大，进化程度越高。按照此观点，在系统演化上，中间偃麦草和长穗偃麦草均属于比较原始的种类。

3.3染色体识别特征 本研究主要采用KARIO自动核型分析软件进行核型分析，由于存在有些染色体弯曲、粘连、重叠和变形等的情形，染色体核型图须在此自动分析软件的基础上，结合人工辅助的办法进行校正。准确地寻找染色体着丝粒位置有利于借助该软件的显微尺准确测量其染色体长臂值和短臂值，也是准确识别染色体特征的关键环节[21]。同时，在压片过程中，对材料预处理的时间及预处理剂的选用不同，染色体缩小的程度不同，本研究选用预处理剂为0.002 mol/L 的8-羟基喹啉，所获染色体浓缩程度比较好，便于配对，利于结果的分析，提高了正确性。

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