角堇与大花三色堇染色体核型分析

王梦叶，杜晓华，贾文庆，穆金艳，朱小佩，刘会超

(河南科技学院 园艺园林学院，河南新乡 453003)

染色体核型分析是细胞遗传学的基本研究方法，是研究物种演化、染色体结构以及分类、功能与形态之间关系所不可缺少的重要手段，是细胞形态学、细胞分类学和细胞遗传学研究中的基本方法之一[1]。了解物种的核型也是开展杂交育种工作的重要基础。染色体核型己被广泛应用于洋水仙[2]、百合[3]、李[4-5]等园艺作物，为研究它们的遗传关系、起源演化以及开展育种工作等提供了必要的细胞学证据。大花三色堇(Violawittrockiana)和角堇(Violacornuta)均属于堇菜科(Violaceae)堇菜属(Viola)草本花卉，近年来在中国城乡绿化中，作为花坛、花境、地被植物材料大量应用[6]。目前关于角堇及大花三色堇的细胞学特征比较的研究较少。弄清2种植物的细胞学特征对于堇菜属植物的分类和杂交育种具有重要的价值。本研究选取河南科技学院三色堇课题组选育的2份角堇和4份大花三色堇自交系为试验材料，采用根尖常规压片法对染色体数目和核型进行分析与比较，旨在为2种堇菜属植物亲缘关系分析、杂交育种等方面研究提供借鉴。

1　材料和方法

1.1　材　料

试材为河南科技学院三色堇课题组选育的2份角堇和4份大花三色堇自交系，其来源见表1。

1.2　方　法

1.2.1染色体制片将种子在室温下浸种15 min，然后温汤浸种(55 ℃，浸种20 min)。将处理后的种子放在培养皿中，置于20 ℃的恒温培养箱内避光催芽。当种子胚根长至0.8～1.0 cm时，切取根尖(1～2 mm)，置于0.002 mol/L的8-羟基喹啉中，4 ℃环境下处理4 h后用FAA(无水乙醇∶冰乙酸=3∶1)固定液中固定12～24 h。将固定好的根尖用蒸馏水冲洗2～3次后置于预热60 ℃的1 mol/L的盐酸中解离6～8 min。取出根尖反复冲洗后，截

取1～2 mm，卡宝品红染色2～3 min后常规压片。

1.2.2细胞学观察封片后在 Nikon Eclipse 80i显微镜的100×油镜下观察，按照李懋学等[7]的植物核型分析标准，每份材料取30个处于有丝分裂的细胞进行染色体计数，并从中选取5个染色体形态和着丝粒清晰、数目完整的细胞进行显微分析。

1.2.3数据分析染色体相对长度、臂比及类型采用Levan et等[8]的命名系统，染色体相对长度系数按照Kuo等[9]的方法划分，核型分类采用Stebbins[10]的标准。并用Excel和Photoshop CS 软件处理数据并绘制核型模式图。染色体相对长度=染色体绝对长度/染色体组总长度×100；着丝粒指数=短臂长度/染色体全长×100%；臂比=长臂/短臂；核型不对称系数=长臂总长/全组染色体总长。

2　结果与分析

2.1　角堇和大花三色堇染色体数目差异

对6份试验材料染色体分散良好的细胞观察发现，2份角堇自交系JB-1-1-2、JP-1-1-2的染色体数目均为26条，均占计数细胞的100%(图1，A、B)；4份大花三色堇中，G10-1-3-1-4 和XXL-YB-1-1-1-1的染色体数目为48(图1，C、F)，分别占计数细胞总数的80.0%和83.3%；EYO-1-2-1-4 和 DSRFY-1-1-2染色体数目为44(图1，D、E)，分别占计数细胞的80.5%和83.5%。

2.2　核型分析

根据李懋学等[7]提出的植物核型分析标准，染色体核型可分为长染色体(L)、中长染色体(M2)、中短染色体(M1)以及短染色体(S)。从2份角堇和4份大花三色堇自交系染色体长度特征来看(图1)，其中M2型染色体最多，其次是S型染色体。除JP-1-1-2没有中短染色体(M1)外，其他5份材料均含有4种染色体类型。由表2和表3可以看出，6份自交系染色体相对长度范围为4.01～15.59，其中角堇染色体相对长度范围为4.01～14.67；大花三色堇染色体相对长度范围为4.49～15.59。6份材料均未发现随体。

表1　角堇和大花三色堇材料来源

A.JB-1-1-2; B.JP-1-1-2; C.G10-1-3-1-4; D.EYO-1-2-1-4; E.DSRFY-1-1-2; F.XXL-YB-1-1-1-1.图1　角堇和大花三色堇的染色体数目及核型图Fig.1　Chromosome and karyotype image of V. cornuta and V. wittrockiana

自交系Name染色体序号Chromosomenumber相对长度Relativelength/%臂比Armratio类型Type相对长度系数IndexofrelativelengthJB-1-1-212.72+7.71=10.432.83smL22.31+8.12=10.433.52stL32.29+7.31=9.603.19stL42.16+6.48=8.642.99smM152.31+5.63=7.942.44smM162.13+5.21=7.342.44smM272.79+4.59=7.371.65mM282.91+4.38=7.291.50mM292.10+4.80=6.902.28smM2101.58+5.61=7.203.54stM2112.52+3.60=6.121.43mM2122.31+2.70=5.011.17mS131.76+3.97=5.732.25smSJP-1-1-214.15+8.15=12.311.96smL24.72+7.90=12.611.67mL36.77+7.91=14.671.17mL41.73+5.58=7.313.22stM251.90+4.97=6.872.62smM261.66+5.24=6.903.16stM272.08+4.29=6.372.06smM282.44+5.02=7.462.06smM291.68+4.15=5.832.48smM2101.93+3.92=5.852.03smM2111.58+3.57=5.152.26smS121.08+3.57=4.653.30stS131.09+2.92=4.012.67smS

表3　大花三色堇染色体参数

续表3Continued Table 3

自交系Name染色体序号Chromosomenumber相对长度Relativelength/%臂比Armratio类型Type相对长度系数IndexofrelativelengthXXL-YB-1-1-1-112.85+12.74=15.594.46stL22.20+9.32=11.524.23stL33.62+6.38=10.001.76smM143.08+6.81=9.892.21smM153.04+5.70=8.741.88smM162.17+6.11=8.282.82smM272.42+5.25=7.672.17smM281.98+4.47=6.452.26smM291.55+4.28=5.832.77smS101.95+4.10=6.042.10smS111.46+4.04=5.502.77smS121.92+2.56=4.491.33mS

表4　角堇和大花三色堇核型分析

从染色体结构特征来看，6份材料均具有中部染色体(m)、近中部染色体(sm)和近端部染色体(st)，染色体长度比范围为2.08～3.66，其中JB-1-1-2的最小，JP-1-1-2的最大2份角堇的染色体平均臂比范围为2.40～2.36，核不对称系数范围为67.20%～70.10%，核型分类均为3B型；4份大花三色堇染色体平均臂比范围为2.05～2.57，核不对称系数范围为66.74%～71.77%，核型分类(表4)分别为2B(EYO-1-2-1-4、DSRFY-1-1-2)和3B(G10-1-3-1-4、XXL-YB-1-1-1-1)。

3　讨　论

染色体数目及特征是重要的生物学数据，同一物种或品种的染色体数目比较恒定，对阐述植物进化程度和分类方面有重要意义[11]。目前普遍认为大花三色堇(Violawittrockiana)，为美丽堇菜科亚属园艺杂交种，由原种黄堇(V.lutea)、原种三色堇(V.tricolor)和开蓝色花阿尔泰堇菜(V.altaica)种间多年杂交而来。其中三色堇染色体基数为x=13，黄堇的染色体基数为x=24，阿尔泰堇菜染色体基数为x=11。由于参与杂交的野生种染色体基数不一，大花三色堇的染色体数目及倍性呈现一定的复杂性[12]，本研究所用的4份大花三色堇材料，其中2份为48条，2份为44条，也证明了大花三色堇染色体数目的差异性。本研究结果显示4份三色堇染色体基数分别为11，12条，均为四倍体材料，与穆金艳等[13]的研究结果相似；角堇的染色体数目稳定，均为26条，染色体基数x=13，关于角堇的染色体数目还未见报道。三色堇的染色体数目为26条[14]，染色体基数为x=13，三色堇和角堇是一种什么样的关系，还有待于进一步研究。

Sebbins通过对植物核型资料的分析，将染色体核型按对称性程度的高低分为12种类型(1A、2A、3A、4A；1B、2B、3B、4B；1C、2C、3C、4C)，认为核型对称性程度高的生物，其染色体变异越小，进化程度也越低；对称性程度越低的生物，其染色体变异也越大，进化程度越高[15]。本研究角堇JB-1-1-2、JP-1-1-2的核型均为3B；大花三色堇G10-1-3-1-4、XXL-YB-1-1-1-1的核型为3B；EYO-1-2-1-4、DSRFY-1-1-2的核型为2B。说明2份角堇和2份染色体数目为48条的大花三色堇类型，进化程度低于染色体数为44条的大花三色堇类型。

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