二倍体野燕麦染色体的C-带分析

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二倍体野燕麦染色体的C-带分析

王亚，胡梅，朱良鹏，陈星灼，耿广东，张素勤，张庆勤
(贵州大学农学院， 贵阳 550025)

采用C-带技术对二倍体野燕麦根尖细胞染色体进行了带型分析，以研究该野燕麦染色体的C-带特点。结果表明：二倍体野燕麦具有7对染色体，其上共有35条带，其中长臂具有带纹19条，包括13条中间带(I)，6条末端带(T)；短臂具有8条带纹，包括2条中间带(I)，6条末端带(T)，另外还有1条随体带(S)以及7条着丝点带(C)，其带型公式为2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S。二倍体野燕麦染色体组成为CC，核型为2 A，属于较对称核型，进化指数为7。

二倍体野燕麦； 染色体； 核型； C-带

燕麦(AvenasativaL.)属于禾本科(Gramineae)燕麦属(AvenaL.)植物，具有抗病、抗逆、耐贫瘠、高营养、高蛋白等优良特性[1]。普通燕麦是世界广泛种植的一种粮食饲料兼用型作物，在禾谷类作物中,其总产量仅次于小麦、水稻、玉米、大麦,位列第5位[2]。燕麦属包含二倍体、四倍体和六倍体3种不同倍性，大约包括30个燕麦种。本试验材料二倍体野燕麦具有抗旱、耐冷、耐瘠等特点， 同时还具有高抗全蚀病、白粉病等优良基因[3]。

Giemsa C-带技术广泛应用于植物和动物细胞学研究，可以显示染色体中异染色质的技术，根据异染色质序列的密集程度和位置不同，而在染色体上不同位置显示出深浅不同的带纹，从而区分出不同染色体；该技术在同一物种中具有相对的一致性、稳定性，而在不同的物种间又具有较大的多样性，因此C-带技术是鉴定物种和区分染色体的一种有效手段。本试验通过C-带技术对二倍体野燕麦染色体进行分析，旨在明确该二倍体野燕麦染色体的C-带特点，为该野燕麦的基因组鉴定，及燕麦和其它禾本科作物的遗传育种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

二倍体野燕麦(2 n=2 x=14)由国家小麦改良中心贵州分中心实验室保存的纯系材料。

表2 二倍体野燕麦的染色体组重要性状及赋值

材料核型公式ABCD进化指数类型二倍体野燕麦2n=2x=14=10m+2sm+2st1．5111．79164．110．2862∗1∗3∗1∗72A

注：A、B、C、D分别表示染色体相对长度比、平均臂比、不对称系数、臂比大于1.7的比例；“*”为性状状态编码数值。

1.2 试验方法

1.2.1 染色体制片

将二倍体野燕麦种子冲洗干净后放入含消毒粉和赤霉素的蒸馏水中浸泡6 h，将种子捞出冲洗干净后置于铺有湿润滤纸的培养皿中室温(25 ℃)发芽，待根长至2 cm左右时，剪取根尖用N2O处理2 h，在90%冰醋酸中固定10 min，用蒸馏水冲洗3遍后切取根尖分生区，酶解滴片，选取分裂相好的片子保存于-20 ℃冰箱。

1.2.2 C-带分析

将片子置于紫外线交联仪(125 mJ/cm2)中交联2次，接着在0.2 mol/L HCl(59 ℃)溶液中处理65 s，用蒸馏水冲洗干净，气干；转移至Ba(OH)2饱和溶液(25 ℃)中处理7 min，用蒸馏水迅速冲洗干净，气干；放入2×SSC溶液(59 ℃)中处理45 min，取出后直接转入2.5%的Giemsa染液(pH=6.8)中染色至适度，用蒸馏水洗片后气干；在OLMPUS BX 60显微镜下镜检，选择分裂相及染色较好的细胞用Cellsens Standard摄像系统照相。

选取50个染色体分散较好的中期细胞统计染色体数目，选取5个分裂相好且染色清晰的细胞用于C-带分析，使用Micro Measure 3.3软件对5个细胞染色体进行测量后取平均值，按照乔永刚等[4]和李懋学等[5]的方法，使用Excel对染色体的相对长度、臂比、核型和带型公式进行核型分析，按Stebbins G L[6]的方法进行标准核型分类，按照乔永刚等[4]的方法绘制核型模式图，按Arano H[7]的方法对染色体主要性状进行编码赋值，按照林小虎等[8]方法计算进化指数，按照Jellen E N等[9]关于燕麦C组染色体命名方法进行染色体鉴别和命名。

2 结果与分析

2.1 二倍体野燕麦的核型分析

通过对二倍体野燕麦根尖细胞的染色体进行测量和统计分析可知(表1)，二倍体野燕麦的染色体数目2 n=14条，二倍体野燕麦的全套染色体相对长度范围为5.599%～8.461%，最长与最短染色体的相对长度之比(染色体相对长度比)为1.511。7对染色体中，中部着丝粒染色体(m)有5对，近中部着丝粒染色体(sm)和近端部着丝粒染色体(st)各一对，其中第7对染色体为随体染色体；二倍体野燕麦的核型公式为2 n=2 x=14=10 m+2 sm+2 st，其核型为2 A类型(表2)，为对称核型，属于原始类型。六倍体葡萄牙野燕麦为2 B核型[10]，所以该二倍体野燕麦的进化程度较低；六倍体燕麦是由二倍体燕麦经过多次远缘杂交和染色体自然加倍而逐渐进化而来的，本试验研究结果与燕麦物种的进化历程是一致的。从表2可知，该野燕麦平均臂比为1.791、不对称系数为64.11、臂比大于1.7的比例为0.286，其进化指数为7。

表1 二倍体野燕麦染色体核型分析参数

染色体编号相对长度(%)长臂短臂总长臂比类型14．4614．0018．4611．115m25．4052．3137．7182．336sm34．6762．8227．4981．657m45．5971．5937．1903．513st54．2942．5546．8471．588m64．1042．5836．6871．681m73．5212．0785．5991．694m∗

注：“*”随体染色体的随体不计长度。

2.2 二倍体野燕麦的C-带分析

由二倍体野燕麦根尖细胞有丝分裂中期细胞的C-带核型图及带型模式图(图1)，以及二倍体野燕麦的染色体带型分组(图2)所示，二倍体野燕麦包括7对染色体，共有35条深浅不同的带纹，其中长臂具有带纹19条，包括13条中间带(I)，6条末端带(T)；短臂具有带纹8条，包括2条中间带(I)，6条末端带(T)；另外还有着丝点带(C)7条，短臂有随体带(S)1条。该二倍体野燕麦的染色体带型公式为：2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S。

根据二倍体野燕麦C-带核型分析，该二倍体野燕麦染色体的带纹深且多，而且都有着丝点带，该二倍体野燕麦应该是C基因组。1 C染色体长臂和短臂上各有1条端带，长臂上还有1条中间带。2 C染色体的长臂和短臂各有1条端带，长臂上有4条中间带，短臂上有1条中间带，中间带较多。3 C染色体长臂和短臂上均有1条很深的中间带，此外长臂上还有1条浅的端带。4 C染色体长臂上有1条带纹较浅的端带，还有一强一弱2条中间带，短臂上有1条带纹很深的端带。5 C染色体长臂和短臂上都有端带，短臂上的端带较深，长臂上另有1条较深的中间带和1条较浅的中间带。6 C染色体长臂上具有2条中间带，短臂上有1条带纹很深的端带和一段随体带。7 C染色体长臂、短臂上都有1条端带，长臂上还有1条中间带，长臂和短臂上的带纹均较浅。

图1 二倍体野燕麦根尖细胞染色体C-带核型(A)及其模式图(B)

注：染色体名称后括号内数字：表1中染色体编号。图2 二倍体野燕麦的染色体分组

3 讨 论

利用C-带技术对植物染色体异染色质区域进行显色是染色体区分的一种有效手段，本试验发现，二倍体野燕麦的带纹具有较高的稳定性。试验发现合适的分裂时期对C-带的显色效果有较大影响，前期染色体不够浓缩，染色体细长不易分开，从而影响分裂相，进而导致不同染色体间带纹重叠而不利于分析；染色体浓缩过度时，导致染色体过于浓缩，过于短小，从而导致同一条染色体上相邻带纹的间隔太小，带纹较密，也不利于区分和分析。因此选择合适的分裂相显得尤为重要，对于二倍体野燕麦来说，选取处于早中期分裂相较好的细胞进行C-带分析的效果最好。

Fominaya A等[11]对二倍体和四倍体燕麦，Singh R J等[12-14]对六倍体燕麦的C-带研究均显示，燕麦C组染色体C-带带纹较A组多且深，A组染色体多为端点带，端点带较强，而中间带带纹少而浅，C组染色体则多为中间带和着丝点带，且带纹较深；Linares C等[15]以此为标准对A染色体组和C染色体组进行了区分。二倍体燕麦通常由A或C基因组组成。本试验通过对二倍体野燕麦的C-带分析发现，该二倍体野燕麦的C-带带纹多而且深，所以该野燕麦应该为C基因组。刘伟等[2]对二倍体燕麦的研究结果表明，二倍体西班牙燕麦第7对染色体的短臂上有一对随体，本试验研究结果与其一致；二倍体短燕麦的1对随体位于第6对染色体短臂上，不对称系数是63.91，核型为2 A，为比较对称的核型，将本试验二倍体野燕麦的C-带核型和不对称系数与之相比，发现与其研究结果基本相似。根据Stebbins G L[6]关于核型进化趋势是由对称向不对称方向发展的观点，该二倍体野燕麦在进化程度上较为原始。

本试验与李浩兵等[16]的六倍体通北野燕麦的C-带核型研究结果相比，其C组染色体与本试验的C组染色体的带纹都相对较深，其带纹具有相似性，但其C组染色体由1对中着丝粒染色体和6对近中着丝粒染色体组成，而本试验的C组染色体则是由5对中部、1对近中部和1对近端部着丝粒染色体组成，表明其C基因组存在差异。将该二倍体野燕麦的C-带核型与Jellen E N等[9]的“Sun Ⅱ”的C组染色体研究结果对比，该二倍体野燕麦1 C染色体长臂上的端带较深，而Jellen E N等的1 C染色体长臂上的端带带纹较浅，二倍体野燕麦2 C染色体带纹多呈点状，而Jellen E N等的2 C染色体带纹多集中在着丝点区域，二倍体野燕麦的3 C、4 C、5 C、6 C和7 C染色体的带型与“Sun Ⅱ”较为相似，但仍然有一定差异，其差异可能是由于试验材料不同，不同燕麦材料间C基因组C-带具有多样性。在植物进化过程中，染色体发生重复、倒位、易位、缺失等现象都可能导致染色体C-带带纹的变化，从而形成带型的多态性[17]。

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C-banding Analysis of Chromosomes in Diploid Wild Oat

WANGYa,HUMei,ZHULiangpeng,CHENXingzhuo,GENGGuangdong,ZHANGSuqin,ZHANGQingqin
(College of Agronomy, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

The C-banding analysis of root-tip chromosomes was carried out in diplo-id wild oat in the present study.The result showed that the genome of the diploid wild oat possessed 7 pairs of chromosomes.35 bands were found in the diploid wild oat.19 bands (13 interstitial bands and 6 terminal bands) were located in the long arms，and 8 bands (2 interstitial bands and 6 terminal bands ) were in the short arms.In addition,there were 1 satellite band and 7 centromeric bands.Its C-banding formula was 2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S.The karyotype belonged to the type 2 A,which was relatively symmetrical.The evolution index of the diploid wild oat was 7.The results would provide the reference for the genetics and breeding in oats and other related crops.

diploid wild oat; chromosome; karyotype; C-banding

2016-05-13

国家自然科学基金(编号：31160224)；农业部计划项目(编号：2011-A 2521-520111-A 0105-013)；贵州省农业攻关项目(编号：黔科合NY字[2008]3017，黔科合带帽字[2009]5002)；贵州大学自然科学专项科研基金(编号：贵大专基合字(2013)01号)；贵州大学研究生创新基金(编号：研农2016030)。

王 亚(1992—)，男，河南省息县人；研究生，研究方向：作物遗传育种；E-mail:1530026291@qq.com。

张素勤(1974—)，女，教授，主要从事麦类作物遗传育种教研工作；E-mail:zsqin2002@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.11.027

S 512.6

A

1001-4705(2016)11-0027-04