七个三月花葵品种的染色体核型分析

赵艺璇，吕昊卓，孙桂芳，刘易超，4，刘冬云

(1.河北农业大学园林与旅游学院，河北 保定 071000；2.西北农林科技大学经济管理学院，陕西 杨凌 712100；3.兴隆县住房和城乡建设局，河北 承德 067300；4.河北润丰林业科技有限公司，河北 石家庄 050000)

三月花葵(Lavateratrimestris)又称裂叶花葵，锦葵科花葵属植物，一年生草本[1].三月花葵半耐寒，喜阳光充足，凉爽湿润的环境，可做盆栽，切花，也可用于花镜及花坛，管理简易，是优良的园林绿化材料[2].目前，国内对花葵属植物研究较少，仅关雪莲研究了欧亚花葵种子萌发特性[3]，杨体强研究了盐胁迫下电场处理对花葵种子发芽率的影响[4].染色体的数目和形态是植物最稳定的细胞学特征之一，研究和比较物种核型有助于分析判断物种间的亲缘关系，是探究种群间发育与演化的重要依据之一[5].前人对铁线莲[6]，雪菊[7]，德国鸢尾[8]，木薯[9]等植物进行过染色体核型分析，结果表明这些植物在物种性和亲缘关系存在一致性.齐宇晴对三月花葵染色体进行了研究，结果表明三月花葵染色体条数2n=14，核型公式为2n=14=6m+8sm，核型为“2A”型[10].本文采用常规压片法对7个品种三月花葵染色体进行核型分析，通过研究7个品种三月花葵染色体的数目和形态、种间的遗传变异及系统演化，以期为三月花葵分类、杂交育种及种质资源鉴定提供细胞学依据.

1 材料与方法

1. 试验材料

供试三月花葵见表1.

表1 供试三月花葵植物名录

1.2 试验方法

1.2.1 染色体制片 挑选无病虫害、生长状况良好的种子播种于铺有湿润滤纸的培养皿内.将其置于25 ℃光照培养箱内进行生根培养.待根尖长到0.5～1 cm时，于上午9∶00置于冰水混合物中预处理24 h，之后卡诺氏固定液(无水乙醇∶冰乙酸=3∶1)中固定24 h，若需保存备用，取出后蒸馏水洗净，置于75%酒精中.蒸馏水冲洗根尖3～4次，用1 mol/L盐酸在65 ℃恒温水浴锅中水浴10 min，蒸馏水洗净后，取根尖1 mm，滴加卡宝品红染液染色30 min，压实后用橡皮头轻轻敲打至细胞松散.将压片置于Leica DM 4000显微镜下观察，每个品种至少选择30个细胞进行观察，挑选分裂中期分裂相比较好的细胞拍照[11].

1.2.2 数据处理 使用LAS X、Photoshop CS6进行图像采集与加工，SPSS 22和Excel 2013进行数据整理与统计.染色体配对，相对长度及臂比值遵循Levan等命名系统[12].中期染色体分析采用李懋学等[13]的标准，核型类型采用Stebbins的分类标准[14]，核型不对称系数采用Arano的方法进行计算，比值越大越不对称[15].

2 结果与分析

2.1 染色体数目及特征

本试验中7个三月花葵品种均为二倍体，未发现非整倍体变异和多倍现象，染色体数较为稳定.7个三月花葵品种染色体基数为x=7，染色体数均为14条(2n=2x=14).

2.2 三月花葵染色体核型特征分析

三月花葵不同品种主要核型参数见表2～3.结果表明，三月花葵的7份样本中，主要基本由3种染色体(m、sm、st)组成；核型包含3个类型：2C型，3B型和3C型；核型不对称系数在60.98%～70.74%之间；最长染色体/最短染色体值在3.88～5.48之间.供试三月花葵的染色体类型主要包含m和sm类型.PB在第6条和第7条短臂上连有随体，MB在第6条短臂上连有随体.三月花葵LO、DWP、SC、NO、PB、MB、THP的相长度范围分别是10.44～21.49、8.01～19.38、11.15～17.89、8.35～23.12、10.03～18.58、10.67～18.51、10.36～17.52.依据核型类型可分为3类：LO、DWP属于2C型，SC和NO属于3B型，PB、MB和THP属于3C型，其中3C型占比例较大.此外，各品种的最长与最短染色体比值范围为3.88～5.48，臂比大于2∶1 的染色体占染色体总数的百分比范围是29%～86%；各品种的核型不对称系数范围为60.98%～70.74%.一般认为核型进化趋势是从对称向不对称发展，本试验中不同品种的三月花葵的核型不对称系数范围为60.98%～70.74%，都属于不对称性较强的类型，推测三月花葵的进化程度较为进化.

根据Stebbins核对称性原则[14]，可按照核型不对称系数，从高到低可以将7个不同品种排列为：‘双胞胎热粉’>‘勃朗峰’>‘诺维拉’>‘银杯’>‘粉色腮红’>‘小矮人粉晕’>‘情人’，其中‘情人’进化程度较低，‘双胞胎热粉’进化程度较高.

表2 7个三月花葵品种的核型参数

2.3 聚类分析

以染色体长度比、平均臂比和核型不对称系数为原始数据进行聚类分析[15].结果显示(图2)，遗传距离为12时，三月花葵的7个品种被划分为3类，‘诺维拉’‘粉色腮红’‘情人’‘双胞胎热粉’聚为一类，‘银杯’和‘小矮人粉晕’聚为一类，而‘勃朗峰’则被单独划分为一类.当遗传距离大于12.0以后，除‘银杯’和‘小矮人粉晕’仍然自成一类外，其余三月花葵均聚为同一类.说明在核型特征上‘诺维拉’‘粉色腮红’‘情人’‘双胞胎热粉’‘勃朗峰’相似度高，而‘银杯’和‘小矮人粉晕’相似度高.

图1 三月花葵有丝分裂中期染色体形态、核型及核型模式Figure 1 Metaphase chromosomes,karyotype and idiograms of Lavatera trimetris

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恒定，对阐述植物进化程度和分类方面具有重要意义[16].

本研究从细胞学水平对三月花葵的染色体核型进行了研究.研究结果表明，三月花葵染色体均为2n=14条，主要由中部和近中部着丝粒染色体组成，在染色体长度组成及着丝粒染色体类型方面存在变异，类型丰富.本试验中7个品种的三月花葵的染色体基数均为7，与齐宇晴等人得出的结论一致[10]，虽然在取材和品种之间有很大的差异，但其染色体数目受环境影响较小，具有很高的稳定性和再现性，因此可以确定三月花葵为二倍体，有14条染色体.一般来说，在真核生物同源染色体中，至少存在一对随体，无随体的细胞无法生存下去[17].但在实际试验中，许多植物无随体，而且即使有随体，随体数目、位置各不相同.在本试验，7个三月花葵品种中，只有‘勃朗峰’和‘粉色腮红’存在随体，且随体存在位置不同，这与孙桂芳[18]、周杨等[19]的研究结果存在一致性.核型类型上，与之前的报道存在一定的差异[10]，认为三月花葵的核型类型为“2C”型，“3B”型和“3C”型，出现差异的原因的可能与所选用材料的品种、性状上的差异有关.

表3 7个三月花葵品种的主要核型特征

图2 三月花葵核型聚类图Figure 2 The cluster of Lavatera trimestris based on karyotype

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，他认为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[20].前人对锦葵科的悬玲花[21]和大花秋葵[22]进行了染色体核型分析.研究表明，这两种植物的核型不对称系数分别为59.95%、64.50%，不对称系数较高，均属于进化程度较高的类型.本试验中不同品种的三月花葵的核型不对称系数均达到60%以上，同样属于不对称性较强的类型，进化程度较高，与前人研究结果一致.刘慧民等[23]在此基础上对染色体核型参数的重要性进行排序，由大到小的顺序为核型不对称系数、平均臂比、臂比大于2的染色体、染色体长度比、核型类型.通过比较7个不同品种三月花葵的核型不对称系数可知，‘双胞胎热粉’进化程度相对较高，情人’进化程度相对较低，其他品种进化程度居于中间.邢世岩[24]在研究中将一些种沿染色体长度比方向进化快，一些种沿平均臂比方向进化快的现象归纳为核型的“双向进化趋势”，本研究中的三月花葵呈双向进化趋势.

本试验首次使用SPSS软件对7个品种三月花葵核型信息进行聚类分析，结果表明，遗传距离为12时，三月花葵的7个品种被划分为3类，‘诺维拉’‘粉色腮红’‘情人’‘双胞胎热粉’聚为一类，‘银杯’和‘小矮人粉晕’聚为一类，而‘勃朗峰’则被单独划分为一类.核型参数作为细胞学依据，具有简单易操作的优势，可以为三月花葵的品种分类、亲缘关系鉴定可以提供一定的理论依据，但要证实以上结论，还应结合分子生物学手段进行进一步研究.

4 结论

研究结果表明，三月花葵染色体均为2n=14条，三月花葵的7份样本中，主要包括2种染色体(m，sm)，同时出现了st型染色体，基本由3种染色体(m、sm、st)组成；核型包含3个类型：2C，3B和3C；核型不对称系数在60.98 %～70.74 %之间；最长染色体/最短染色体值在3.88～5.48之间.根据核型不对称系数推测，三月花葵的进化程度较为进化，在7个三月花葵品种中，‘情人’进化程度较低，‘双胞胎热粉’进化程度较高.以染色体长度比、平均臂比和核型不对称系数为原始数据进行聚类分析[24]，遗传距离为12时，三月花葵的7个品种被划分为3类，‘诺维拉’‘粉色腮红’‘情人’‘双胞胎热粉’聚为一类，‘银杯’和‘小矮人粉晕’聚为一类，而‘勃朗峰’则被单独划分为一类.