金光菊属植物染色体核型分析

王鑫，田琳，李明阳，刘冬云

(河北农业大学园林与旅游学院，河北 保定 071000)

金光菊属(Rudbeckiaspp.)植物为一二年生或多年生草本植物,其花期长，适应性强，对于任何土壤均可适应，在光照充足的条件下，长势极佳.金光菊属植物颜色多样艳丽，可作为花坛、花境材料，亦可作为切花，是优良的观赏园艺植物[1].金光菊植物很大一部分为宿根花卉，在园林绿化和园林造景上应用前景好[2-3].对于金光菊品种培育方面，国内外对相关品种的介绍也相对较少.张华丽[4]研究发现国外金光菊的品种约有19种，在金光菊的花境表现中，毛叶金光菊表现良好，黑心菊品种繁多.栽培的金光菊主要为1～2年生，主要品种有：印度之夏(Indian summer)、草原阳光(Prairie sun)、玛雅(Maya)、滔滔(Toto)、秋色(Autumn colors)、小马(Becky yellow)、响音(Sonara)、科多巴(Codoba)、冠冕(Corona)、金色虎眼(Tiger eyegold).

国外关于金光菊新品种的育种工作主要集中在形态表现、花香及抗逆性研究方面.国内学者对于金光菊的研究主要集中在品种培育、种子生产和抗寒性研究上，对于金光菊染色体核型分析及亲缘进化关系的研究很少.张华丽[4]指出金光菊有多倍体的存在，并且指出了金光菊染色体的基数为x=19.

将染色体的臂比值、染色体的相对长度、着丝点位置等特征作为核型试验的分析因素，将分裂中期染色体作为研究对象，为研究植物品种之间的亲缘关系以及植物染色体的形态、变异提供了研究基础[5].本试验对金光菊的7个品种进行染色体核型分析，根据研究结果得到了7个品种之间的亲缘关系和进化程度，为金光菊的品种改良提供细胞学依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为7个品种金光菊的种子，植物的名称及拉丁名见表1.

1.2 试验方法

选择7种供试种子中饱满的种子进行常规培养.在根尖长到1～2 cm后，上午9∶00取后置于冰盒中预处理24 h，之后于无水乙醇∶冰醋酸=3∶1的固定液中固定24 h[6].确定8 min为最佳解离时间.用蒸馏水冲洗根尖3～4次，滴加品红染液染色30 min，制片过程中轻轻敲击盖玻片至细胞分散[7].将压片放Leica DM 4 000显微镜下观察，每种对20个染色体较为集中，形态良好的有丝分裂中期细胞的显微照片进行拍照、分析[8].

1.3 数据处理及分析

根据Stebbins理论，在生物进化过程中，染色体核型是由对称性向非对称性演化，核型对称性越高的生物，其染色体变异越小，进化程度也越低，而非对称性程度越高的生物，其染色体变异越大进化程度越高[9-10].根据李懋学和Stebbins提出的核型分类标准，确定核型类型[10].Arano[11]提出了核型不对称系数(AS.K%)，Levan等[12]提出了根据臂比确定着丝点位置和分类的方法.本研究用上述方法对7种金光菊的染色体核型进行了分析和研究.

2 结果与分析

2.1 不同品种金光菊染色体数目及特征

根据染色体分裂中期镜检图(图1)、染色体形态图(图2)及核型模式图(图3)可以看出供试的7种金光菊的染色体数目相对稳定.金光菊属小马系列染色体数目一致，都有38条染色体，金光菊小马黄、小马橙、小马红黄双色、滔滔柠檬黄、滔滔乡村的染色体数目为2n=2x=38，x=19，为二倍体植物.秋色、滔滔金黄的染色体数目为2n=4x=76，x=19，为四倍体植物.

图2 金光菊染色体核型图

图3 金光菊核型模式图

2.2 金光菊染色体核型分析

m和sm两种是7种金光菊的主要染色体类型，绝大多数为m型.7种植物均不含随体；核型类型为1A、2A、2B 3个类型；染色体的长度比的范围为1.36～3.71；7种金光菊的染色体相对长度范围分别为3.68～7.33、3.51～10.03、9.46～12.83、1.87～3.29、2.61～5.44、3.52～6.85、1.58～5.88.

植物染色体的核型不对称系数与植物的进化程度成正比.核型不对称系数越低，植物越原始[10].本试验中的7个金光菊品种的核型不对称系数的范围是57.34%～62.41%(表2)，7个金光菊品种的核型不对称系数由低到高依次是小马红黄双色、小马黄、滔滔金黄、滔滔乡村、秋色、小马橙、滔滔柠檬黄.在染色体核型坐标图中(图4)可直观看出在供试的7个品种中金光菊滔滔柠檬黄的进化程度最高，金光菊小马红黄双色较为原始.

表2 7种金光菊核型的相关数据

2.3 核型进化趋势分析

在植物界，高等植物染色体核型系统演化趋势是从对称向不对称发展的[13-15].由表5所示，7个金光菊品种核型不对称系数从高到低的顺序为滔滔柠檬黄>小马橙>秋色>滔滔乡村>滔滔金黄>小马黄>小马红黄双色,其中，小马红黄双色的进化程度最低，而滔滔柠檬黄最高.

以核型不对称系数为纵坐标，平均臂比值为横坐标作7个金光菊品种进化趋势图如图4所示.品种越靠近右上方，其进化程度越高.由图4可知，滔滔柠檬黄在图中的最右上角，为进化趋势最高的品种，小马红黄双色在图中位于最左下方，为进化程度最低品种；其他在中间的可以归属为一类.

图4 染色体核型坐标图

2.4 聚类分析

参照李璇等[16]的方法，将供试材料的平均臂比、核型不对称系数及染色体长度比的相关数值作为分类依据，利用SPSS Statistics软件进行聚类分析[17-18].在遗传距离等于5.0的位置上小马黄色、滔滔乡村、秋色、小马橙色和滔滔金黄聚为一类，小马红黄双色聚为一类，滔滔柠檬黄聚为一类.在遗传距离约等于25的位置上，除滔滔柠檬黄外，其余6种材料全部聚成一类.根据聚类结果，小马黄色、滔滔乡村和秋色的相似度较高，而滔滔柠檬黄的相似度与其他6种遗传关系相差较远(图5).

图5 7种金光菊的染色体核型聚类

3 讨论

植物染色体核型分析是以植物体细胞分裂中期的染色体为研究对象，根据染色体的着丝点位置、长度、长短臂臂比、随体有无等特征对染色体进行分析[19].对植物进行核型分析可以研究亲缘关系、物种进化[20].

在本试验中，7种金光菊的染色体总数为38和76条，2n=2x=38，n=19；2n=2x=76，基数x=19；x=38，并且7个品种均为二倍体.这与之前文献的记载结果保持一致.染色体数目和特征的变化对植物进化程度和金光菊新品种的选育提供一定的参考依据.

7个金光菊品种的核型由“1A”、“2A”和“2B” 3种类型组成，染色体类型由m和sm两种组成，且大多数染色体类型为m，可以看出大部分染色体的着丝点集中在中部区域，反映了金光菊的染色体比较明显的表性特征.

最长与最短染色体的比值在1.36～3.71.7个金光菊品种的着丝点的位置比较靠近中部且染色体越对称进化程度越低，可以得出这7个品种相对较原始[21-23].7个金光菊品种的核型不对称系数范围是57.34%～62.41%，核型不对称系数由高到低依次是滔滔柠檬黄、小马橙、秋色、滔滔乡村、滔滔金黄、小马黄、小马红黄双色.由此可知供试的7个品种中金光菊滔滔柠檬黄进化程度相对较高，金光菊小马红黄双色最为原始.并且滔滔柠檬黄的各项结果与其他6种差别较大，表明其分类结果和亲缘关系与其他相比相差较远.由试验数据也可看出同一系列的品种，亲缘关系也不一定比较近.

在根尖选取时间上，上午9点为细胞分裂、选取根尖的最佳时期，这在前人的论文中没有明确指出，通过实践得到取材的最佳时间可为将来对金光菊进行染色体核型试验的取材环节提供指导.

对金光菊属植物进行核型分析试验，可以对其亲缘关系的远近和金光菊的进化研究提供依据，为金光菊进行品种改良提供细胞学依据.但存在一些局限性，后续可结合一些分子手段进行进一步论证.

4 结论

供试的7个金光菊品种均为二倍体.7个品种的染色体条数为38、76条，最长与最短染色体的比值范围为1.36～3.71.核型类型有“1A”型、“2A”型和“2B”型，滔滔乡村为“1A”型，小马黄、小马红黄双色和秋色为“2A”型，其余3种为“2B”型.7个品种的平均臂比为1.35～1.69，核型不对称系数为57.34%～62.41%.根据植物进化趋势由对称向不对称发展可知：滔滔柠檬黄的进化程度最高，小马红黄双色较为原始.