叶用黄麻染色体核型分析和多倍体诱导研究

2013-11-05周庆红曾勇军范淑英邓启刚

江西农业大学学报 2013年3期

周庆红，曾勇军，范淑英，邓启刚，袁亮

(江西农业大学农学院，江西南昌330045)

叶用黄麻，学名为长蒴黄麻(Corchorus olitorius L.)，别名麻叶菜，为椴树科黄麻属一年生草本植物，原产阿拉伯半岛、埃及、苏丹等地，是非洲人喜食的一种高钙蔬菜。在以埃及为中心的近东地区有5 000 年以上的栽培历史［1］。其野生种群在我国华南、华中及台湾等地区广泛分布。

叶用黄麻营养丰富，每100 g 嫩茎叶中含 β －胡萝卜素5.32 mg、维生素B224.95 mg、维生素C 62 mg、钾700 mg、钙410 mg，基本不含钠和铝，是一个为人体补钙和供给微量元素的保健蔬菜品种［2］。因此，叶用黄麻作为新兴蔬菜在国内市场上具有巨大的开发前景。目前对叶用黄麻的研究主要集中在营养价值和高产栽培技术方面［3－6］，而对于叶用黄麻染色体方面的研究还鲜有报道，染色体在植物种类鉴定、系统分类、遗传学、进化和迁移等相关研究中起重要作用［7］。为了解叶用黄麻在黄麻种群中的变异，本研究对福建地区野生叶用黄麻种的染色体进行了观察和核型分析，同时利用秋水仙碱对其诱导加倍研究，以期为叶用黄麻研究提供一定的细胞遗传学依据，同时为叶用黄麻栽培品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本材料为野生叶用黄麻种子，由福建省农业科学院甘蔗研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 染色体制片将黄麻种子用自来水洗净，于30 ℃的保温箱中浸种催芽。48 h 后进行预处理，取5 mm 左右长的根尖置于8 －羟基喹啉溶液中浸泡3.5 h，之后水洗并经固定液(V冰醋酸∶V甲醇=1∶3)处理3 h，再用酸解和酶解两种方法分别进行解离:①酸解:将根尖经0.1 mol/L 乙酸钠缓冲液洗2 次，放入60 ℃的水浴锅中，以0.1 mol/L 盐酸水解8 min，然后用45%乙酸清洗;②酶解:用0.1 mol/L 乙酸钠缓冲液洗根尖2 次，转入0.2%纤维素酶和0.3%果胶酶的混合液中，置于25 ℃恒温箱中处理1 ～2 h，使根尖软化。最后，取根尖放在洁净的载玻片上，滴1 滴苯酚品红溶液，盖上盖玻片，用吸水纸吸取多余的染色液，并以铅笔的橡皮头轻轻敲打，使细胞分散。置显微镜下观察根尖细胞的染色体形态和数目。将形态清晰的染色体进行摄影并记录下来［8］。染色体的长度计算、核型分析和分类按李懋学和陈瑞阳［9］的标准进行。

1.2.2 秋水仙素诱导多倍体将种子洗净后，分别用蒸馏水，0.01%，0.05%，0.1%的秋水仙素溶液浸泡5 h［10］，于30 ℃的保温箱中进行浸种催芽。待种子根尖长到5 mm 时进行预处理(方法同上)，用酸解方法解离，后染色、镜检和摄影。

图1 黄麻有丝分裂中期的染色体2n=14Fig.1 Mitotic metaphase chromosomes of jute 2n=14

2 结果与分析

2.1 黄麻的染色体观察和核型分析

从图1 所观察到的清晰染色体中可以看出，黄麻具有两个染色体组，属于同源二倍体类型，且染色体数目为2n=2x=14。

由图2、3 和表1 可以看出，黄麻的7 对染色体长度变化范围2.40 ～4.00 μm，属于小染色体［4］，全组染色体的总长度为21. 36 μm，平均长度3.05 μm，染色体的相对长度变幅为18. 72% ～11.24%，臂比均介于1 ～1.7，即其染色体均属于中着丝粒染色体，为对称组型，且第六对染色体具有一对随体。因而黄麻的核型公式为2n=2x=14 =12m+2m(SAT)。

图2 黄麻染色体核型图(箭头示随体染色体)Fig.2 Chromosomes karyotypes(arrows indicate satellite chromosome)

表1 黄麻染色体的核型分析Tab.1 Karyotype analysis of Corchorus olitorius L.

2.2 不同浓度的秋水仙素溶液对黄麻种子萌发的影响

在试验中，笔者采用了3 种浓度不同的秋水仙素溶液处理黄麻种子，结果发现不同浓度的秋水仙素溶液对种子的萌发时间和根尖伸长影响不同。首先是秋水仙素会延迟种子的萌发时间，即用蒸馏水作为对照处理的黄麻种子最先萌芽，0.01%秋水仙素处理的其次，0.1%秋水仙素处理的最晚萌芽。从表2 可看出，催芽24 h 后4 组种子的萌芽率存在很大差异，对照组的种子几乎全部萌发，萌芽率高达98%，用0.01%和0.05%秋水仙素处理的种子绝大部分都萌发，而用0.1%秋水仙素处理的种子萌芽率只有10%。其次，在种子萌发过程中，根尖生长的长度和粗度也各不相同，根长随着秋水仙素浓度的增大而减短，而且催芽48 h 后，用0.1%秋水仙素处理的种子根尖明显粗于其他组的种子根尖。

图3 黄麻染色体核型分析模式图Fig.3 Chromosome karyotype analysis model diagram of jute

表2 秋水仙素处理对黄麻种子萌发的影响Tab.2 Effects of on germination of jute seeds with colchicine treatment

2.3 秋水仙素诱导黄麻多倍体研究

从图4 中可看出，经秋水仙素溶液处理过的黄麻染色体数目已发生改变，其中用0.1%秋水仙素处理的细胞可观察到染色体数目不同程度的加倍，其中可以观察到完整的三倍体(图4 中A 和B)、四倍体(图4 中C 和D)和六倍体(图4 中E 和F);并且用秋水仙素溶液处理后，黄麻根尖细胞体积明显增大，其染色体收缩成粒状或短棒状，经0.1%秋水仙素处理的种子其染色体收缩更显著，另外在许多细胞中观察到不完全加倍的染色体，数目介于二倍体和四倍体之间。

图4 叶用黄麻多倍体诱导Fig.4 Polyploid induction of jute for culinary use

3 结论与讨论

酸解离常规压片法比去壁低渗火焰干燥法操作上更为简便，陈涛等［11］曾报道采用不同方法制备黄麻染色体，发现酸解8.5 min 的常规压片法制得的染色体中期分裂图片效果相对较好，染色体形态良好、分散度适当、缢痕清晰，背景清楚。本试验中，通过采用常规压片法获得了分散良好、形态清晰的野生菜用黄麻中期染色体分裂相，得到了黄麻染色体数目为2n=14，且观察到了黄麻具有一对随体，这与朱秀英等［12］观测到的长果黄麻栽培种染色体核型结果基本是一致的，这说明野生菜用黄麻种与长果黄麻栽培种存在较为亲密的遗传关系。而在有关圆果黄麻染色体的研究报道中未曾发现带随体的染色体，在核型上存在较大差异［13］。

本试验发现，秋水仙素溶液处理会显著抑制黄麻种子的萌发和根尖的伸长，并容易产生畸形突变，说明秋水仙素对植物会产生一定的毒害作用，在使用浓度上要慎重选择。笔者采用0.1%的秋水仙素溶液浸泡叶用黄麻种子进行了多倍体诱导研究，在此浓度下黄麻种子能够正常萌芽，同时成功观测到了野生叶用黄麻的三倍体、四倍体和六倍体染色体，而蒋宝韶等［14］也曾报道诱导出了圆果黄麻四倍体植株，而且圆果黄麻四倍体植株表现出了与二倍体植株不同的特征，如在叶形，果形上等。秋水仙素是常用的预处理药品，但为剧毒物质，不同的植物或者器官往往要求不同的浓度和处理时间［15］，若要成功地诱导出较为稳定的同源四倍体，还需进行更多的实验探索。本文研究结果可为黄麻进行性状改良和倍性育种方面的研究提供帮助，以期加快黄麻品种改良的进程。

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