荒漠植物裸果木染色体核型分析

2022-09-28石小红徐雅丽杨赵平

塔里木大学学报 2022年3期

石小红，徐雅丽，杨赵平 *

（1塔里木大学生命科学与技术学院，新疆，阿拉尔 843300）

（2塔里木盆地生物资源保护利用兵团重点实验室，新疆，阿拉尔 843300）

裸果木属（GymnocarposForssk.）为石竹科（Caryo phyllaceae）典型的旱生植物，共约10种，仅1种分布于我国西北，即裸果木（Gymnocarpos przewalskiiMaxim.）［1］。染色体的核型分析是植物学研究的重要组成部分，能够为植物基因组学、植物系统进化等的研究提供有力的证据［2-4］。石竹科的染色体数目和结构变异较大，染色体基数包含6，7，8，9，10，11，12，14，15，17［5-13］，其中石竹属（DianthusL.）的染色体基数包含 15 和 17［5，8，12］，蝇子草属（SileleL.）（部分物种为原麦瓶草属）的染色体基数包含6，12，10，9，14，15，18，17［6，9，13］，金铁锁属（PsammosileneW.C.Wu.&C.Y.Wu）的染色体基数为 14［7］。另外，多倍化现象在石竹属、蝇子草属、剪秋罗属（LychnisL.）和女娄菜属（MelandriumRöhl.）中出现［10，13-14］。裸果木属为石竹科的基部类群［15］，该属仅见1个种染色体数的报道，其染色体数2n=40［16］，核型分析未见报道。其染色体基数可能是10和20，本研究拟通过染色体常规根尖压片法，观察裸果木的染色体核型，确定裸果木的染色体基数，探讨其染色体数是否为近期的多倍化所引起的，为裸果木属的基因组学及石竹科的系统分类学研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料采集

裸果木种子2020年9月采集于新疆温宿县（41°31′N，80°29′E），由于裸果木宿存花萼的果实成熟后易脱落，常聚集在横向伸展的枝条下，随机采集了至少30株宿存花萼的果实，室内去除花萼和果皮后，将种子置于4℃冰箱保存备用。

1.2 根尖染色体制片

在适宜条件下裸果木种子具有萌发快的特点［17］，选取完整饱满、大小均匀的种子在25℃的恒温培养箱中萌发，3～4 d后于上午9：00取长约2 cm的胚根，采用0.1%的秋水仙素预处理2 h，卡诺固定液于4℃冰箱固定2～24 h，不同浓度梯度酒精（95%、80%、70%）分别清洗15～20 min后置于70%的酒精中4℃保存。染色体解离采用1 mol/L的HCl在（±60℃）水浴锅10 min，蒸馏水清洗3次，每次3 min；然后将材料放置于洁净的载玻片上，镊子捣碎，卡宝品红或龙胆紫染色。

1.3 染色体数目及核型分析

共统计了30个压片的30个细胞以确定裸果木的染色体数目，选取5个染色体分散良好的中期细胞使用Adobe Photoshop 2018软件处理图像，Corel-DRAW 2020软件测量每个染色单体的长臂和短臂的相对长度，根据测量染色单体的相对长度，按照从大到小的顺序编号，并进行染色单体配对，使用Micnsoft Office Excel 2010统计染色体单体的长短臂长、臂比，参考祝水金［18］和张籍元等［19］染色体核型分析的方法，确定裸果木染色体着丝点位置和核型特征，最后生成柱状图，再用Adobe Photoshop 2018软件完成核型模式图。

2 结果与分析

2.1 染色体数目

统计得到的30个压片的细胞，没有发现染色体的多个拷贝，因而确定裸果木的染色体类型为二倍体。其中，染色体数目分别为2n=40（图1A～1C）的有23个，2n=38（图1D）的有5个，2n=36（图1E）、2n=34（图1F）的各1个，2n=40的占76.67%。由于裸果木的染色体数目较多，部分细胞染色体分散效果差，数目不一致，介于大多数染色体数为40，本研究认为裸果木的染色体数2n=40。

图1 裸果木染色体形态图

2.2 核型特征

使用Adobe Photoshop 2018软件处理5个细胞的染色单体，并选取染色单体分散最佳的1个形态图（图2），CorelDRAW 2020软件和Microsoft office Excel 2010软件测量统计每个染色单体的长臂和短臂的相对长度，臂比和类型，统计结果见表1。染色单体配对得到裸果木的核型图（图2）和核型模式图（图3），其染色体基数为20。40条染色单体中，32条为中部着丝点染色体，8条近中部着丝点，根据祝水金［18］和张籍元等［19］染色体核型分析的方法，裸果木染色体的核型公式为2n=2x=40=32m+8sm。裸果木染色体的相对长度变异范围为4.87%～1.70%，臂比值的变化范围为2.5～1.23，平均臂比值为1.48，最长染色体与最短染色体长度比为2.86，臂比大于2的占比为0，核型为1B型，核型不对称系数（AS.K%）为59.63%。

图2 基于图1得到的染色体核型图

图3 裸果木染色体核型模式图

表1 裸果木染色体核型参数

续表1

3 讨论与结论

3.1 染色体数目分析

染色体是植物分类学研究的重要组成内容，能够为部分科、属、种的归属提供重要参考［20-21］。石竹科含11个族，大多数的族都不是单系［22］，分类学的研究任重道远。从染色体的数目看，石竹科基部类群的治疝草属（HerniariaL.）和白鼓钉属（PolycarpaeaLam.）的染色体 2n=18［23］，ParonychiaMill.的染色体较多变，2n=14、16、18、28、36［24］，本研究表明石竹科基部类群裸果木的染色体数2n=40，染色体基数为20。石竹科基部类群染色体呈现如此多样性化，可能与这些类群不是单系［15］，相似的古类群已灭绝有关，这需要更广泛地取样，并开展染色体组和分子进化学的研究才能理清石竹科基部类群的染色体如此多样的原因。另外，其他族类群的染色体数也有一定的变化，麦仙翁属（AgrostemmaL.）的染色体基数有x=6、8、9、10、12、14、15、17［13］；剪秋罗属的染色体基数有x=8、9、10、12；蝇子草属的染色体基数有x=11、12［6-9］；石竹属的染色体基数 x=12、14、15［2，5，8，12-14］；XU J等［4］揭示了东南亚的单种属短瓣花属（BrachystemmaD.Don）的染色体数2n=22［4］。综上，石竹科多样化的染色体数很有可能与石竹科早期类群染色体数目的不确定以及石竹科内多个属、种的归属的疑难有关。

3.2 核型分析

石竹科核型的报道较少，徐波等［11］在对青藏高原5种石竹科垫状植物的核型研究中发现无心菜属（ArenariaL.）和囊种草属（ThylacospermumFenzl）的染色体皆为2n=22，核型公式稍有差异；EROGLU H E等［2］在对山漆姑属（MinuartiaLoefl.）3个变种核型分析的研究中发现其染色体中期的数目的核型公式分别是2n=24=14m+6sm+4st，2n=14=6m+8sm和2n=14=6m+4sm+4st。本研究的结果表明裸果木的核型公式为2n=2x=40=32m+8sm，为对称型染色体居多，与无心菜属和囊种草属的核型更相似。通常核型进化表现为对称向不对称的进化方向发展，较对称的核型通常是比较古老或原始的植物，而不对称的核型是较进化的植物［13］，裸果木的核型公式进一步表明裸果木为石竹科内的古老类群。