多裂叶荆芥有丝分裂过程观察及核型分析

郑金双,孙成振，韩金玲，王文颇，王东娟

(1 河北科技师范学院生命科技学院，河北 秦皇岛，066600;2 河北科技师范学院园艺科技学院;3 内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗农牧业局)



多裂叶荆芥有丝分裂过程观察及核型分析

郑金双1*,孙成振2，韩金玲1，王文颇1，王东娟3

(1 河北科技师范学院生命科技学院，河北 秦皇岛，066600;2 河北科技师范学院园艺科技学院;3 内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗农牧业局)

为确定多裂叶荆芥有丝分裂过程及核型情况，以唇形科植物多裂叶荆芥(Nepetamultifida(L.)Briq)为材料，采用常规压片制片法进行多裂叶荆芥有丝分裂过程观察，并对有丝分裂中期染色体进行核型分析研究。结果表明：多裂叶荆芥在有丝分裂间期→前期核膜先消失，继而核仁消失；在后期→末期核膜的形成早于核仁。有丝分裂中期染色体核型公式为2n=2x=12=12sm(2SAT)，其中第2对染色体短臂具随体。多裂叶荆芥所有染色体均为亚中部着丝粒染色体，核型类型为2A型，属于基本对称型。

多裂叶荆芥；有丝分裂；染色体；核型分析

荆芥为唇形科植物，始载于《神农本草经》，列为中品[1]，花穗和全草均可入药，是重要的药食两用植物，具有解表散风、透疹、消疮等功效。荆芥的主要活性成分为挥发油、胡薄荷酮[2]。药理分析发现荆芥外用可治疗麻疹、疮疡等症[3]，炒炭后具有止血作用[4]，内服对流感有良好的疗效[5,6]。

目前对荆芥的研究多集中在活性成分分析[7,8]、药理研究[2]、栽培与营养的相关性[9,10]等方面。在细胞遗传学方面的研究基础极为薄弱，极大阻碍了荆芥的育种进程，生产上品种混杂、类型较多，严重影响了荆芥药材质量的稳定性和临床用药安全。为了更好的开发、利用和保护荆芥种质资源，巩固荆芥的细胞遗传学研究基础，笔者采用常规制片技术和染色体核型分析技术，对多裂叶荆芥(Nepetamultifida(L.)Briq)有丝分裂过程进行观察和中期染色体核型分析研究，以期为荆芥的遗传育种奠定遗传学基础，也为荆芥属植物系统分类提供细胞学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

多裂叶荆芥种子购自安徽亳州中药材市场，经南京农业大学郭巧生教授鉴定为唇形科植物多裂叶荆芥的种子。

1.2 方法

1.2.1 染色体制片 材料的预处理和制片方法参照郑金双等[11]的方法略作改动。荆芥种子于室温下播于铺有两层湿润滤纸的培养皿里，待根长至大约0.5 cm时，将发芽的种子浸于0.002 mol·L-18-羟基喹啉溶液中2 h，然后置于卡诺固定液(V(无水乙醇)∶V(冰乙酸)=3∶1)中处理24 h，于体积分数为0.70的酒精中长期保存。多裂叶荆芥预处理的种子于0.075 mol·L-1KCl溶液中前低渗30 min，用1 mol·L-1HCl解离6 min，清水中后低渗30 min，切取1～2 mm根尖，卡宝染液染色，常规压片法制片。

1.2.2 染色体核型分析 用Zeiss Axioskop 40显微镜镜检并拍照，选取10张分散良好、染色体数目清晰、形态完整的中期分裂相，进行核型分析，参照植物核型分析标准制成染色体核型参数表[12,13]，按照Stebbins[14]的核型分类标准进行分类。

2 结果与分析

2.1 多裂叶荆芥有丝分裂观察

多裂叶荆芥根尖体细胞有丝分裂过程观察结果见图1。间期核膜、核仁清晰可见(图1a)，继而核膜消失，核仁尚可见，染色质螺旋形成可观察的染色质丝(图1b)；进入晚前期，核膜、核仁均已消失，染色体形态和数目逐渐清晰(图1c)；染色体继续螺旋缩短并在中期排列于赤道板(图1d)；在后期，姊妹染色单体分裂成2条子染色体，在纺锤丝的牵引下移向两极(图1e)；到达两极后子染色体解螺旋，核膜形成，1个母细胞分裂成2个子细胞(图1f)，进入下一次有丝分裂。

2.2 多裂叶荆芥染色体核型分析

多裂叶荆芥根尖体细胞有丝分裂中期分裂相、核型图、核型模式图见图2。染色体核型参数见表1，多裂叶荆芥染色体相对长度范围为14.18～19.49，所有染色体相对长度指数均小于0.76，属于小染色体植物。着丝粒指数范围为32.44%～35.01%，臂指数为66.45%，臂比范围为1.86～2.12，所以染色体均为亚中部着丝粒染色体，核型不对称系数为66.45%，最长染色体与最短染色体比为1.39，臂比值大于2的染色体比率为0.50，多裂叶荆芥核型属于2A型，为基本对称型。核型公式为2n=2x=12=12sm(2 SAT)，其中2号染色体短臂具随体。

3 结论与讨论

染色体是遗传物质的载体。染色体的结构和行为左右着生物生殖过程和繁育行为[15]。核型分析是对一个个体或物种的染色体构成的各种特征进行定性和定量的分析，可用于种间、属间和属内染色体组间比较，进而从细胞遗传学角度阐明物种的起源和进化[16]。对药用植物染色体进行系统的研究，有利于巩固药用植物分类基础，对中药鉴定、栽培和育种等工作具有重要意义。

本次研究中多裂叶荆芥的核型特征与大花荆芥(Nepetasibirica)、小花荆芥(NepetamicranthaBunge)存在较大差异。孔维进等研究发现[17]，大花荆芥的核型公式为2n=2x=18=18m，小花荆芥的核型公式为2n=2x=18=12m+6sm[18]，多裂叶荆芥与二者在染色体数目、核型参数及类型等参数均有差异，表明多裂叶荆芥较大花荆芥与小花荆芥间的亲缘关系较远，推测荆芥属植物在进化过程中染色体组发生了巨大的染色体重组。本次研究中，多裂叶荆芥仅约40%的有丝分裂中期分裂相可以观察到随体，可能是荆芥的随体较小不易观察，在制片过程中易丢失。

a 间期；b 早前期；c 晚前期；d 中期；e 后期；f 末期图1 多裂叶荆芥体细胞有丝分裂过程观察

a 有丝分裂中期染色体；b 核型图；c 核型模式图，灰色区域为随体图2 多裂叶荆芥有丝分裂中期染色体核型分析

表1 多裂叶荆芥有丝分裂中期染色体核型参数

注：*具随体的染色体；sm近中部着丝粒染色体。

致谢：感谢南京农业大学郭巧生教授对本实验材料的鉴定。

[1] 袁久荣，丁作超，袁浩，等．荆芥的本草考证[J]．中药材，1996，19(5)：258-260.

[2] 汤奇，杨发龙，曾南，等．荆芥挥发油及其主要成分抗流感病毒作用研究[J]．中药药理与临床，2012，28(2)：28-31.

[3] 马玉静．外用荆芥穗治疗荨麻疹[J]．中医杂志，1965，12：18.

[4] 丁安伟，叶定江，谭鑫春，等．荆芥炒炭前后止血作用的研究[J]．中药通报，1986，11(3)：23-25.

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[6] 何婷，汤奇，曾南，等．荆芥挥发油及其主要成分抗流感病毒作用与机制研究[J]．中国中药杂志，2013，38(11)：1 772-1 777.

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[9] 张文军，骆翔，郭玉海，等．氮、磷、钾对荆芥产量及挥发油含量的影响[J]．北方园艺，2010(16)：194-196.

[10] 刘红彬，李慧玲，李雁鸣．施肥对河北荆芥生长生理及产量和药用品质的影响[J]．中国生态农业学报，2013，21(2)：157-163.

[11] 郑金双，张蜀宁，孙成振，等．二倍体及同源四倍体不结球白菜核型分析[J]．南京农业大学学报，2012，35(1)：131-134.

[12] 李懋学，陈瑞阳．关于植物核型分析的标准化问题[J]．武汉植物学研究，1985，3(4)：297-302.

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[14] Stebbins G L．Chromosomal evolution in higher plants[M]．London:Edward Arnold，1971.

[15] 李懋学，张赞平．作物染色体及其研究技术[M]．北京:中国农业出版社，1996.

[16] 宋同明，陈绍江．植物细胞遗传学(第二版)[M]．北京:科学出版社，2009.

[17] 孔维进，朱丽娟，李志敏．荆芥属大花荆芥(Nepetasibirica)的染色体数目及核型分析[J]．云南师范大学学报，2008，28(5)：52-56.

[18] 王立群，杨平，聂晓霞，等．小花荆芥(N.micranthaBunge)染色体的核型分析[J]．中国园艺文摘，2013，8：52-54.

(责任编辑：朱宝昌)

Observation of Mitosis Process and Karyotype Analysis onNepetamultifida(L.)Briq

ZHENG Jin-shuang1,SUN Cheng-zhen2,HAN Jin-ling1,WANG Wen-po1,WANG Dong-juan3

(1 Life Science & Technology College, Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao Hebei, 066600；2 Horticultural Science & Technology College,Hebei Normal University of Science & Technology；3 Agriculture and Animal Bureau of Chifeng City Wengniute Banner；China)

To observe the mitosis process and analysis karyotype, theNepetamultifida(L.)Briq was studied by traditional squash method. The results showed that nuclear membrane disappeared during mitosis interphase to prophase, and then nucleolus. The nuclear membrane appeared prior to nucleolus during anaphase to telophase. The karyotype formula ofNepetamultifida(L.)Briq was 2n=2x=12=12sm (2sat), the short arm of chromosome 2 with satellites. All chromosomes were submetacentric chromosome. Karyotype belonged to 2A, with ultimately symmetric karyotype. This study not only provided a genetic basis for breeding ofNepetamultifida(L.)Briq, but also supplied cytology information to plant systematic classification and evolution for Nepeta genus.

Nepetamultifida(L.)Briq;mitosis;chromosome;karyotype analysis

河北省青年科学基金项目(项目编号：C2015407058)；秦皇岛市农业科学研究院计划项目；河北科技师范学院博士启动基金资助项目。

2015-12-01; 修改稿收到日期: 2015-12-13

10． 3969 /J． ISSN． 1672-7983． 2015． 04． 006

Q943

A

1672-7983(2015)04-0028-04

郑金双(1986-)，女，讲师，博士。主要研究方向；药用植物栽培与资源。

*通信作者，女，硕士研究生导师，讲师。主要研究方向：药用植物栽培与资源。E-mail：jinshuangk@163.com。