山西白羊草染色体核型分析

2017-09-14董宽虎

草地学报 2017年1期

李磊，董宽虎

（山西农业大学动物科技学院，山西太谷030801）

白羊草［Bothriochloaischaemum（L.）Keng］为禾本科孔颖草属多年生暖季型牧草，起源于欧洲南部和亚洲，现在各大洲均有分布［1］。属于丛生多年生植物，具短根茎，分蘖力强，能形成大量基生叶丛，生长期内再生能力比较强，可作为各类家畜的饲草。须根特别发达，常形成强大的根网，耐践踏，耐干旱、耐盐碱、耐牧、休眠期耐火烧、侵入性强、固土保水力强，种子生产能力高，适合于在排水良好的肥沃粘土上生长，在沙地和腐蚀土地上也能正常生长。他是山西省中南部地区的主要放牧地和割草场的建群种，也是山西省发展草地畜牧业的重要自然资源［2］。染色体是生物体内重要的遗传物质，具有传递和储存遗传信息等功能，不同物种染色体核型的差异可以反映他们在物种演化上的基本特征。植物的染色体核型分析是对染色体特征进行定性和定量描述的一种基本方法，是物种分类的基本依据，对研究植物系统演化、物种之间的亲缘关系、远缘杂交及遗传工程中的染色体鉴别具有重要意义［3］。

由于白羊草的染色体非常小，数目也比较多，一般较难观察，Scrivanti等［4］对南美洲孔颖草属（Bothriochloa）的14种孔颖草的染色体进行了研究，但尚未报道白羊草。本试验以山西省晋中市太谷县的白羊草为研究对象，采用根尖压片法对其根尖细胞染色体进行观察、计数及核型分析，旨在积累其细胞学资料，以期为白羊草的分类、种质资源保存和利用及育种提供细胞学依据，同时也可以从细胞学和遗传学角度为白羊草的研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

白羊草种子采自山西农业大学动物科技试验站牧草实验田。

1.2 试验方法

将白羊草种子在常温下浸泡12h，挑选粒大饱满的种子，置于25℃恒温培养箱中培养。待幼根长至0.5～1cm时切取其根尖。用饱和对二氯苯水溶液室温预处理3～3.5h［5-6］。将材料取出并用蒸馏水冲洗干净，用现配的卡诺氏（Carnoy）固定液（冰醋酸∶无水酒精=1∶3）在4℃下处理24h左右。将固定好的材料用蒸馏水冲洗干净后，将材料放入1mol·L-1HCl中在室温下解离9～11min［7-8］。用解剖刀从根尖处切下极小的一段乳白色分生组织（0.5mm左右）置于载玻片上，加1滴石碳酸品红染色液，染色约1.5～2.5h即可压片［9］。

将制好的临时压片置于100倍的OLYMPUS BX51显微镜下观察，选择分散良好、染色清晰的中期染色体拍照分析［5］，用Adobe Photoshop 7.0.1软件进行处理［10］。观察统计30个完整的中期分裂相确定染色体数目与体细胞染色体倍数。精确测量并计算5个细胞的染色体相对长度、臂比等染色体参数用于核型分析。取5个细胞的平均值，按李懋学等［11］确定的标准进行核型分析，确定染色体的着丝点位置并得出核型公式。染色体相对长度系数用Kuo等［12］的方法计算，核型分类参照Stebbins［13］标准，按核型中最长染色体与最短染色体之比及臂比大于2的染色体所占比例来确定染色体核型对称与不对称程度，得出核型类型。并参考乔永刚等［14］的方法利用染色体相对长度的参数在Excel中绘出核型模式图。核型不对称系数根据Arano的［15］计算方法，比值越大越不对称。

2 结果与分析

2.1 染色体数目

选择30个完整的中期分裂相进行细胞观察计数，其中26个细胞染色体数目为40条，占计数总数的86.7%；3个细胞染色体数目为36条，占计数总数的10.0%；1个细胞染色体数目为38条，占计数总数的3.3%。根据核型分析标准化建议［11］，85%以上的细胞具有恒定一致的染色体数目时，即可认为是该植物的染色体数目，而且未发现随体，故确定白羊草染色体数目为2n=4x=40（图1）。

图1 白羊草染色体Fig.1 The chromosome of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

2.2 染色体核型

测量染色体长臂和短臂，计算染色体相对长度、臂比值，具体参数见表1。由表1可知，白羊草的第1，9，16对染色体为近中部着丝粒染色体（sm），其余的染色体均为中部着丝粒染色体（m），未发现随体，核型公式为2n=4x=40=34m+6sm，核型图和核型模式图分别见图2和图3。染色体相对长度变化范围为6.73%～15.08%，其组成为2n=4x=40=2L+7M2+10M1+1S，染色体臂比范围为1.13～1.78，平均臂比为1.419。最长与最短染色体的比值为2.24，臂比值大于2.0的染色体没有，核型属于1B型，核型不对称系数为58.32%。

图2 白羊草的染色体核型图Fig.2 The karyogram of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

图3 白羊草染色体核型模式图Fig.3 The ideogram of Bothriochloaischaemum（L.）Keng.

3 讨论

物种之间染色体的结构、数目和形态各不相同。核型分析可为研究生物的系统发育和近缘关系提供依据。与单纯的形态分类相比，染色体数据可以解决常规形态分类难以解决的问题［16］。Ma G H和Huang X L［17］报道了白羊草的染色体数为2n=40，且是四倍体，Celarier R P［18］，Chheda H R［19］等报道了孔颖草属植物染色体基数有x=10，本研究中白羊草染色体基数为x=10，染色体数为2n=4x=40，与前人研究结论一致。

本研究从细胞学、遗传学角度确定了白羊草的染色体数目，对其核型进行了系统的研究，为白羊草的细胞学特征、遗传机制、染色体核型分析的研究提供理论依据。然而由于目前国内对孔颖草属植物细胞学研究较少，对于其系统演化及种内种间亲缘关系无法进行深入讨论，并且由于染色体上的着丝粒是人工设定，存在一定误差，所以需要结合染色体C带分析［20］、原位杂交以及分子标记等方法来进一步精确研究白羊草的生物学信息，对探明其系统发育状况及种质资源的鉴定、利用、开发等具有重要意义。

4 结论

本试验得出白羊草的染色体数目为40条，2n=4x=40。其中部着丝粒染色体（m）为17对，近中部着丝粒染色体（sm）为3对，无随体出现，故其核型公式为K（2n）=4x=40=34m+6sm。染色体相对长度为6.73%～15.08%，其组成为2n=4x=40=2L+7M2+10M1+1S，属于1B型，核型不对称系数为58.32%，有较高的对称性。根据Stebbins［12］对植物界核型越不对称越进化的阐述，白羊草为进化较原始的植物。