3个二倍体风信子品种核型分析

苏晓倩，王 斐，胡凤荣

(南京林业大学 风景园林学院，江苏 南京 210037)

风信子(Hyacinthusorientalis)是重要的秋植球根花卉，花色鲜亮，花序优美，栽培方式多样，既可作花坛花镜，又可水养或作切花观赏，园林应用极为广泛[1]。20世纪50年代我国各地开始种植风信子[2]，国内外对风信子的生物学特性[3]、次生代谢[4]、栽培育种[5]等方面进行了大量研究。但目前我国尚无自主知识产权的风信子品种，每年需要进口大量种球满足市场需求[6]。因此，开展遗传多样性研究和新品种选育工作是目前国内发展风信子的重要途径。

植物的染色体数目和形态是最稳定的细胞学特征之一，进行染色体核型分析是研究植物分类、物种进化与种间亲缘关系的重要手段[7-8]。国内已报道了百合(Liliumbrownii)[9]、萱草(Hemerocallisfulva)[10]等多个百合科植物的核型分析。风信子起源简单，品种繁多，品种间遗传差异较小，尚未形成统一、科学的分类方法，开展核型分析工作是进行品种分类最直观和简便的研究方法[6]。本文对3个风信子品种的染色体核型进行比较，分析其进化程度和不同品种间的血缘关系，以期为风信子品种选育工作提供细胞学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以吉普赛女王(Gipsy Queen)、紫色情感(Purple Sensation)、奥德修斯(Odysseus)3个风信子品种为材料进行染色体核型分析(图1)，研究所用种球购自荷兰。

1.2 方法

1.2.1 染色体制片

实验材料选取水培风信子根尖，当水培根系长达1 cm时，在9:00—11:00剪取水培根尖放入10 mL盛有预处理液的离心管中，进行预处理。预处理液由0.2%秋水仙素与0.002 mol·L-18-羟基喹啉混合液按体积比1∶1配制而成，处理20 h后转至卡诺氏固定液Ⅰ(无水乙醇：冰醋酸体积比3∶1)固定24 h，4 ℃贮存备用。随机选取各风信子品种10条根尖，45%醋酸解离2 h，碱性品红染色压片，镜检，Olympus 60×物镜(干镜)、DP72系统拍照。

1.2.2 核型分析

选取5张高质量染色体核型照片进行核型分析，采用Photoshop CS软件进行染色体的剪取和同源染色体配对；采用Auto CAD2007软件以曲线代替染色体进行染色体长短臂的测量；采用excel软件计算染色体的相对长度、臂比，采用SPSS软件计算5个细胞的平均值与标准偏差。

按Levan等[11]分类系统分析染色体类型，具体如下：臂比值1.00的为正中部着丝点，简写为M；臂比值1.01～1.70的为中部着丝区，简写为m；臂比值1.71～3.00的为近中部着丝区，简写为sm；臂比值3.01～7.00的为近端部着丝区，简写为st；臂比值7.01以上的为端部着丝区，简写为t；臂比值∞的为正端部着丝区，简写为T。

参照Stebbins[12]和李懋学等[13]的方法进行核型分析和相关参数计算：相对染色体长度≥1.25为长染色体，简写为L；相对染色体长度1.01≤～1.25为中长染色体，简写为M2；相对染色体长度0.76≤～1.01为中短染色体，简写为M1；相对染色体长度0.67≤～0.76为短染色体，简写为S。按Hisao[14]的方法计算核型不对称系数。

A，吉普赛女王；B，紫色情感；C，奥德修斯A， Gipsy Queen; B， Purple Sensation; C， Odysseus.图1 三个风信子品种Fig.1 Three diploid hyacinth cultivars

2 结果与分析

由图2和表1可得出，风信子Gipsy Queen的核型公式为2n=2x=16=6m+8sm+2sm(sat)，染色体相对长度变化范围为2.95%～10.14%，染色体相对长度组成为2n=6L+2M2+4M1+4S，着丝点指数变化范围在26.53%～49.54%，臂比变化范围为1.02～2.84，平均臂比为1.83，最长染色体与最短染色体长度之比为3.44，臂比大于2的染色体占总染色体数的37.5%，核型不对称系数为59.24%，为2B核型。风信子Gipsy Queen 16条染色体中有3对中部着丝点染色体，5对近中部着丝点染色体，其中1对近中部着丝点染色体在短臂具随体。

风信子Purple Sensation的核型公式为2n=2x=16=6m+2m(sat)+8sm，染色体相对长度变化范围为2.89%～10.44%，染色体相对长度组成为2n=6L+2M2+2M1+6S，着丝点指数变化范围为25.63%～49.13%，臂比变化范围为1.04～2.91，平均臂比为1.87，最长染色体与最短染色体长度之比为3.61，臂比大于2的染色体占总染色体数的43.75%，核型不对称系数为58.92%，为2B核型。风信子Purple Sensation的16条染色体中有4对中部着丝点染色体，其中1对中部着丝点染色体在短臂具随体，4对近中部着丝点染色体(图2，表2)。

风信子Odysseus的核型公式为2n=2x=16=6m+2m(sat)+8sm，染色体相对长度变化范围为2.77%～10.41%，染色体相对长度组成为2n=7L+1M2+2M1+6S，着丝点指数变化范围在26.76%～48.67%，臂比变化范围为1.05～2.73，平均臂比为1.78，最长染色体与最短染色体长度之比为3.75，臂比大于2的染色体占总染色体数的37.5%，核型不对称系数为59.18%，为2B核型。风信子Odysseus的16条染色体中有4对中部着丝点染色体，其中1对中部着丝点染色体在短臂具随体，4对近中部着丝点染色体(图2，表3)。

1，吉普赛女王；2，紫色情感；3，奥德修斯。1， Gipsy Queen; 2， Purple Sensation; 3， Odysseus.图2 三个风信子品种中期染色体(A)、核型(B)与核型模式图(C)Fig.2 Metaphase chromosome (A)， karyotype (B) and karyotype pattern map (C) of three hyacinth varieties

表1GipsyQueen染色体核型参数

Table1Parameters of chromosome karyotype of Gipsy Queen

序号No.相对长度Relative length/%短臂Short arm长臂Long arm全长Length臂比(长臂/短臂)Arm ratio(L/S)着丝点位置Position ofcentromere着丝点指数Centromericindex/%染色体相对长度系数Coefficient ofrelative length染色体相对长度类型Type of relativelength14.97±0.195.17±0.0910.14±0.211.04±0.05m49.011.62L24.81±0.144.99±0.169.80±0.301.04±0.01m49.081.57L34.26±0.304.66±0.218.92±0.151.10±0.13m47.761.43L43.96±0.114.43±0.178.40±0.231.12±0.04m47.141.34L53.95±0.304.03±0.217.98±0.151.02±0.13m49.541.28L63.80±0.114.06±0.177.85±0.231.07±0.04m48.371.26L72.94±0.174.87±0.60(7.81±0.77)1.71±0.11sm(sat)37.641.25M2+(2.02±0.22)82.55±0.124.39±0.18(6.94±0.30)1.72±0.02sm(sat)36.741.11M2+(1.95±0.09)91.58±0.053.64±0.225.22±0.272.31±0.08sm30.270.84M1101.51±0.023.46±0.154.97±0.152.30±0.09sm30.380.80M1111.32±0.083.60±0.124.92±0.192.74±0.08sm26.830.79M1121.21±0.083.43±0.084.65±0.072.84±0.23sm26.530.76M1131.03±0.052.31±0.093.34±0.032.32±0.31sm30.840.53S140.94±0.102.20±0.153.14±0.222.34±0.28sm29.940.50S150.98±0.102.03±0.123.01±0.222.07±0.06sm32.550.48S161.12±0.101.84±0.132.95±0.212.06±0.10sm32.720.47S

sat，具随体的染色体，随体长度不计入染色体长度；m，中部着丝区；sm，近中部着丝区；L，长染色体；M1，中短染色体；M2，中长染色体；S，短染色体。下同。

sat， Satellite chromosome， satellite regions were excluded from the length calculation; m, Metacentric centromere; sm, Submetacentric centromere; L, Long chromosome; M1, Mid-short chromosome; M2, Mid-long chromosome; S, Short chromosome. The same as below.

表2PurpleSensation染色体核型参数

Table2Parameters of chromosome karyotype of Purple Sensation

序号No.相对长度Relative length/%短臂Short arm长臂Long arm全长Length臂比(长臂/短臂)Arm ratio(L/S)着丝点位置Position ofcentromere着丝点指数Centromericindex/%染色体相对长度系数Coefficient ofrelative length染色体相对长度类型Type of relativelength15.09±0.175.35±0.3610.44±0.531.05±0.04m48.791.67L25.06±0.315.24±0.2410.31±0.541.04±0.02m49.131.65L34.51±0.074.92±0.349.43±0.301.09±0.09m47.841.51L44.37±0.184.67±0.439.04±0.601.07±0.07m48.381.45L53.96±0.194.28±0.398.24±0.211.08±0.15m48.021.32L63.83±0.194.04±0.217.87±0.401.05±0.01m48.641.26L72.80±0.194.48±0.07(7.28±0.23)1.61±0.10m(sat)38.441.16M2+(1.89±0.13)82.78±0.284.06±0.23(6.84±0.11)1.48±0.24m(sat)40.641.09M2+(1.93±0.19)91.35±0.223.52±0.384.87±0.592.63±0.15sm27.670.78M1101.30±0.203.38±0.294.68±0.492.62±0.21sm27.760.76M1111.26±0.013.36±0.174.62±0.162.67±0.15sm27.270.74S121.17±0.043.16±0.114.33±0.072.69±0.19sm27.080.69S131.10±0.202.06±0.123.16±0.241.92±0.34sm34.70.51S140.78±0.092.26±0.223.04±0.302.91±0.07sm25.630.49S150.98±0.141.98±0.112.96±0.192.05±0.31sm33.150.47S160.74±0.112.15±0.312.89±0.422.91±0.15sm25.640.46S

表3Odysseus染色体核型参数

Table3Parameters of chromosome karyotype of Odysseus

序号No.相对长度Relative length/%短臂Short arm长臂Long arm全长Length臂比(长臂/短臂)Arm ratio(L/S)着丝点位置Position ofcentromere着丝点指数Centromericindex/%染色体相对长度系数Coefficient ofrelative length染色体相对长度类型Type of relativelength15.07±0.275.34±0.3510.41±0.611.05±0.02m48.671.67L24.46±0.254.90±0.399.36±0.591.10±0.06m47.701.50L34.00±0.194.94±0.248.93±0.561.24±0.12m44.761.43L43.92±0.164.67±0.108.60±0.151.19±0.06m45.621.38L54.08±0.154.44±0.218.53±0.351.09±0.01m47.851.36L64.00±0.044.23±0.158.24±0.171.06±0.04m48.601.32L73.28±0.585.24±0.84(8.53±0.80)1.60±0.12m(sat)38.521.36L+(2.01±0.14)82.98±0.504.38±0.53(7.36±0.57)1.48±0.15m(sat)40.491.18M2+(2.30±0.15)91.42±0.133.44±0.274.86±0.392.43±0.06sm29.220.78M1101.34±0.093.34±0.214.68±0.302.49±0.06sm28.680.75M1111.22±0.073.32±0.154.55±0.162.73±0.19sm26.760.73S121.19±0.073.17±0.194.36±0.242.68±0.12sm27.240.70S130.91±0.142.10±0.103.02±0.132.34±0.38sm30.280.48S140.84±0.091.99±0.072.83±0.082.38±0.28sm29.800.45S151.07±0.171.92±0.122.99±0.231.83±0.26sm35.710.48S161.00±0.151.77±0.112.77±0.221.79±0.21sm35.980.44S

3 结论与讨论

由于植物染色体绝对长度值变异较大，因此，现代核型分析中常以相对长度值作为核型分析的重要指标[13]。本研究中3个品种的风信子染色体相对长度介于2.77%～10.44%，Odysseus染色体相对长度变化范围较广。Gipsy Queen的染色体相对长度组成为2n=6L+2M2+4M1+4S，与Ved Brat[15]报道的 Gipsy Queen染色体相对长度组成为2n=6L+2Ln+4M+4S的结果存在差异，猜测可能是经过近1个世纪的变迁，导致Gipsy Queen发生了染色体结构变异。

随体是少数染色体所具有的特殊结构，一般认为，随体为高度惰性的异染色质，基本没有功能基因[16]。通常认为随体的出现是染色体发生结构变异的形态表现[10]，随体数目、位置和大小在种或品种间差异较大，因此，随体也是核型分析的一项重要指标。试验的3个风信子品种均含1对随体，随体数目与倍性相同，且都位于染色体的短臂上。与目前报道较多的几种球根花卉有所不同，国内野生的郁金香(Tulipagesneriana)未发现随体[17]，百合[8]、彩色马蹄莲(Zantedeschiahybrida)[18]等球根的随体多位于染色体长臂上，其中二倍体百合随体有2～8条，且多数在第1或第2对染色体短臂上存在居间随体。卿秋静[10]认为，次缢痕和随体的数目可能与植物所处海拔有关，但由于风信子起源简单，且都为栽培品种，因此，本研究无法验证这一观点。

高等植物核型演化的大致趋势是由对称至不对称发展的，系统进化比较古老或原始的物种具有较对称的核型，而进化程度较高的物种，核型对称性程度低，不对称系数大[12]。本研究中3个风信子品种的核型不对称系数由高到低依次为Gipsy Queen(59.24%)>Odysseus(59.18%)>Purple Sensation(58.92%)，表明3个品种中进化程度最高的是Gipsy Queen，最低的是Purple Sensation。3个品种的核型类型均为2B型，与Hu等[19]的研究结果一致，表明这3个品种的亲缘关系较近且都较为原始。有学者在研究核型过程中参照AI值计算核不对称性[20]，且有研究表明，染色体进化过程中，染色体间不对称性(A1)比染色体内不对称性(A2)作用大[21]。随着植物遗传育种工作的不断开展，风信子品种不断增加，仅研究3个品种风信子的核型不足以准确说明风信子遗传进化问题。因此，有必要开展关于风信子更系统更精确的核型研究。

多倍体风信子品种出现的时间较晚，且高度可育[18]。因此，二倍体风信子品种整体较为原始。多倍化是植物进化的重要途径，不同倍性种或品种间杂交可以丰富遗传变异，增加育种潜力[22]。本研究参照胡凤荣等[23]的方法研究了3个风信子品种的核型，品种较少，且单靠核型类型或核不对称系数难以准确判断植物的进化程度，因此，需要在细胞和分子水平进行深入研究[24-25]，为风信子的系统分类和品种选育提供更为可靠的细胞学依据。近年来，荧光原位杂交等技术已广泛应用于禾本科[26]等重要的经济作物与模式植物的核型分析，国内外对风信子进化的研究仅停留在杂交育种和核型分析，今后可构建多种原位杂交探针来研究风信子染色体的精细结构。