野牡丹屬植物的細胞學研究

張媛+李燕+楊利平

摘要:采用壓片法對野牡丹屬(Melastoma)5個種植物進行細胞學研究?結果表明,野牡丹屬5個種植物染色體數目均為2n=24,染色體長度為0.43~2.99 μm,為小染色體?通過染色體核型對稱性分析,5個種植物從原始到進化的順序可能為地菍(Melastoma dodecandrum)?野牡丹(Melastoma candidum)?展毛野牡丹(Melastoma normale)?細葉野牡丹(Melastoma intermedium)?多花野牡丹(Melastoma affine)?

關鍵詞:野牡丹屬(Melastoma);染色體數目;染色體大小;進化

中圖分類號:S685.11;Q942文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2014)11-2558-03

Cytological Studies of Melastoma Plants

ZHANG Yuan,LI Yan,YANG Li-ping

(Horticulture College,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,Hebei,China)

Abstract: Chromosome numbers and types of the 5 species of Melastoma plants were studied by the squash method. The results showed that the chromosome number was 2n=24 and chromosome sizes were varied from 0.43 μm to 2.99 μm, belonging to small chromosome type. By analyzing the karyotypic symmetry, the evolutional trend of the 5 species may be in order of Melastoma dodecandrum, Melastoma candidum, Melastoma normale, Melastoma intermedium and Melastoma affine.

Key words: Melastoma;chromosome number;chromosome size;evolution

野牡丹屬(Melastoma)是野牡丹科一個大屬,共有100多個種,我國有9個種1個變種[1],主要分布在長江以南地區?本屬植物不少種類具有觀賞?食用?藥用等多種價值,具有開發潛力?

目前,對野牡丹屬植物的研究主要集中在園林應用?藥用價值以及化學成分的提取與分析等方面[2-4],而對其種間的細胞學比較分析研究報道較少,關于野牡丹屬染色體的研究尚未見報道?植物細胞內相對穩定的染色體數目?大小?形態和結構代表了一個種的特點[5,6]?本試驗通過對野牡丹屬不同種的植物染色體數目和倍性進行分析,確定其體細胞染色體數目?倍性水平,檢測其種群內是否存在不同倍性的個體,為進一步了解野牡丹屬不同種間的生殖方式?遺傳特點提供細胞學資料,也為其種質資源的研究鑒定和系統進化及園林應用提供理論依據?

1材料與方法

1.1試驗材料

以野牡丹屬的5個種為試材:野牡丹(Melastoma candidum)和展毛野牡丹(Melastoma normale)于2005年7月采自深圳植物園,細葉野牡丹(Melastoma intermedium)?多花野牡丹(Melastoma affine)和地菍(Melastoma dodecandrum)于2005年7月采自廣東韶關芙蓉山?試驗材料采回后一部分扦插于河北農業大學實驗基地,另一部分壓制成蠟葉標本備用?

1.2試驗方法

于上午9:00~10:00取0.5 cm左右長的野牡丹屬植物幼嫩根尖,分別采用0.02%秋水仙素?0.05%秋水仙素?0.002 mol/L的8-羥基喹啉水溶液?0.02%秋水仙素與0.002 mol/L 8-羥基喹啉的混合液4種預處理液,在18~20 ℃溫度下對材料進行預處理1~4 h,預處理后的根尖經水洗3 min后,轉入卡諾固定液中固定1~24 h,材料取出后水洗3 min,置于預熱60 ℃的1 mol/L鹽酸中處理10~50 min,取出材料水洗5 min,取前端發白的生長點部位(1~2 mm)置于載玻片上,滴一滴染色液(卡寶品紅),用鑷子夾碎材料,蓋上蓋玻片,用橡皮輕敲趕出氣泡并使材料分散均勻,在OLYMPUS-BH2型顯微鏡下用100倍油鏡觀察,選擇分散良好的細胞計數?拍照?

2結果與分析

2.1預處理和制片條件

采用4種低濃度預處理液:0.02%秋水仙素?0.05%秋水仙素?0.002 mol/L的8-羥基喹啉水溶液?0.02%秋水仙素與0.002 mol/L 8-羥基喹啉的混合液,預處理1?2?3?4 h?結果表明,4種預處理液中以0.05%秋水仙素?0.02%秋水仙素與0.002 mol/L 8-羥基喹啉的混合液作用效果較好,預處理時間1?2 h時分裂相多處于前期和前中期,3 h時中期分裂相較多且縊縮程度恰到好處,4 h時染色體縊縮為難以計數的小點狀?此外,預處理時應保持穩定的低溫環境,溫度穩定在18~20 ℃時,中期分裂相較多,而在不穩定的條件下分裂相較少?因試驗材料為木本植物,所需解離時間較長,解離20 min以下時胞質和染色體均染色較深;解離30 min以上時均著色很淺;解離25 min時,解離較充分,染色效果最好,胞質不著色或呈淡紅色,而染色體著色較深?

本試驗最終確定野牡丹屬植物預處理和制片條件為環境溫度穩定在18~20 ℃,使用0.02%秋水仙素與0.002 mol/L 8-羥基喹啉的混合液預處理3 h,解離25 min?

2.2染色體數目

從每個種的7~8個樣品的根尖中選取4~5張質量較好的壓片,選擇染色體染色清晰?分散較好的30個細胞進行觀察?記數?發現5個種的細胞染色體數雖然均有一定的變化范圍,但基本都集中在一個數量上,因此將出現頻率最高的這個數量作為該種的染色體數目?如表1所示,野牡丹2n=24占70.0%,細葉野牡丹2n=24占60.0%,多花野牡丹2n=24占66.7%,地菍2n=24占63.3%,展毛野牡丹2n=24占86.7%?由此可認為,野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?地菍?展毛野牡丹染色體數目均為2n=24?每個種中還有其他較小比例的染色體數目,這可能與野牡丹屬的無性繁殖存在染色體數目的變異或染色體過小有關?

2.3染色體大小

野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?地菍?展毛野牡丹染色體組總長度分別為27.86?23.44?17.09?39.86?46.84 μm;絕對長度范圍依次為0.82~1.67 μm?0.71~1.45 μm?0.43~1.26 μm?1.01~2.36 μm?1.49~2.99 μm;相對長度為2.93~5.67?3.09~5.87?2.64~7.14?2.62~5.92?3.18~6.12,最長染色體與最短染色體的比值為2.0?2.0?2.9?2.3?2.0?

3結論與討論

本研究中,野牡丹屬的5個種染色體數均為2n=24,這與Almeda[7]所研究的野牡丹科其他屬的染色體可能為n=9到n=12基本一致?根據染色體分類的標準[8],野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?地菍?展毛野牡丹均為小染色體類型,不易分辨著絲點,無法作核型分析?目前,對小染色體尚無明確的分析標準,Almeda[7]在對野牡丹科其他屬植物的研究中,只分析了小染色體減數分裂的行為,但未作具體分析?

最長染色體與最短染色體的比值可作為核型對稱與否的分類標準之一[9],本研究中野牡丹屬5個種的比值為2.0~2.9,說明野牡丹屬的核型比較對稱?根據李懋學[8]的染色體相對大小差別愈大,核型越不對稱的觀點,比較5個種的染色體相對長度的標準差,野牡丹為0.86?細葉野牡丹為0.92?多花野牡丹為1.21?地菍為0.84?展毛野牡丹為0.87,說明5個種中地菍的核型較對稱,而多花野牡丹的核型對稱性較差?由于整個植物界的核型進化趨勢是由對稱向不對稱發展,所以可認為5個種從原始到進化的順序可能為:地菍?野牡丹?展毛野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?

植物核型信息在屬以下等級的分類研究中起重要的作用?但是,核型分析對于那些染色體基數和核型一致的屬以下分類幫助不大[10]?野牡丹屬可能就屬于這一類?從最長染色體與最短染色體的比值及染色體相對長度的標準差兩方面分析,該屬5個種間核型對稱性差異很小,具很大的相似性,說明野牡丹屬植物染色體進化速率較慢,是比較原始的類群?這與根據形態學上雄蕊多數?子房多室?胚珠多數等原始類型特征,以及各特征中數量減化?雄蕊藥隔特化?子房下位等推斷的野牡丹科為從原始向次原始或稍進化類型過渡的一個科相符[11]?

觀察中發現野牡丹屬染色體極易重疊或不在一個平面上,且染色體極小,很難準確地統計染色體數目,這就需要在今后的研究中查明引起染色體重疊和不處于同一平面的原因,探索適宜野牡丹屬植物染色體特點的研究方法?

參考文獻:

[1] 中國科學院中國植物志編輯委員會.中國植物志(第56卷)[M].北京:科學出版社,1990.

[2] 尹俊梅,王祝年,楊光穗,等.海南野牡丹科野生觀賞植物種質資源及其開發利用[J].熱帶農業科學,2006,26(6):63-66.

[3] 魏升華,何順志,汪毅.貴州山茶科?野牡丹科等四個科藥用植物資源的研究[J].貴州科學,2005,23(4):27-34.

[4] 朱純,陳妙賢,彭狄周,等.10種野牡丹科植物引種栽培及應用研究[J].中國野生植物資源, 2006,25(4):64-67.

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[8] 李懋學.植物染色體的大小變異和進化[J].生物學通報,1985(5):14-16.

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[10] 李秀蘭,宋文芹,安祝平,等.中國含笑屬核型分析[J].植物分類學報,1998,36(2):145-149.

[11] 林有潤.廣東?海南兩省樟科?野牡丹科及菊科的系統演化與區系地理的熱帶親緣[J].植物研究,1997,16(3):250-272.

3結論與討論

本研究中,野牡丹屬的5個種染色體數均為2n=24,這與Almeda[7]所研究的野牡丹科其他屬的染色體可能為n=9到n=12基本一致?根據染色體分類的標準[8],野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?地菍?展毛野牡丹均為小染色體類型,不易分辨著絲點,無法作核型分析?目前,對小染色體尚無明確的分析標準,Almeda[7]在對野牡丹科其他屬植物的研究中,只分析了小染色體減數分裂的行為,但未作具體分析?

最長染色體與最短染色體的比值可作為核型對稱與否的分類標準之一[9],本研究中野牡丹屬5個種的比值為2.0~2.9,說明野牡丹屬的核型比較對稱?根據李懋學[8]的染色體相對大小差別愈大,核型越不對稱的觀點,比較5個種的染色體相對長度的標準差,野牡丹為0.86?細葉野牡丹為0.92?多花野牡丹為1.21?地菍為0.84?展毛野牡丹為0.87,說明5個種中地菍的核型較對稱,而多花野牡丹的核型對稱性較差?由于整個植物界的核型進化趨勢是由對稱向不對稱發展,所以可認為5個種從原始到進化的順序可能為:地菍?野牡丹?展毛野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?

植物核型信息在屬以下等級的分類研究中起重要的作用?但是,核型分析對于那些染色體基數和核型一致的屬以下分類幫助不大[10]?野牡丹屬可能就屬于這一類?從最長染色體與最短染色體的比值及染色體相對長度的標準差兩方面分析,該屬5個種間核型對稱性差異很小,具很大的相似性,說明野牡丹屬植物染色體進化速率較慢,是比較原始的類群?這與根據形態學上雄蕊多數?子房多室?胚珠多數等原始類型特征,以及各特征中數量減化?雄蕊藥隔特化?子房下位等推斷的野牡丹科為從原始向次原始或稍進化類型過渡的一個科相符[11]?

觀察中發現野牡丹屬染色體極易重疊或不在一個平面上,且染色體極小,很難準確地統計染色體數目,這就需要在今后的研究中查明引起染色體重疊和不處于同一平面的原因,探索適宜野牡丹屬植物染色體特點的研究方法?

參考文獻:

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[11] 林有潤.廣東?海南兩省樟科?野牡丹科及菊科的系統演化與區系地理的熱帶親緣[J].植物研究,1997,16(3):250-272.

3結論與討論

本研究中,野牡丹屬的5個種染色體數均為2n=24,這與Almeda[7]所研究的野牡丹科其他屬的染色體可能為n=9到n=12基本一致?根據染色體分類的標準[8],野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?地菍?展毛野牡丹均為小染色體類型,不易分辨著絲點,無法作核型分析?目前,對小染色體尚無明確的分析標準,Almeda[7]在對野牡丹科其他屬植物的研究中,只分析了小染色體減數分裂的行為,但未作具體分析?

最長染色體與最短染色體的比值可作為核型對稱與否的分類標準之一[9],本研究中野牡丹屬5個種的比值為2.0~2.9,說明野牡丹屬的核型比較對稱?根據李懋學[8]的染色體相對大小差別愈大,核型越不對稱的觀點,比較5個種的染色體相對長度的標準差,野牡丹為0.86?細葉野牡丹為0.92?多花野牡丹為1.21?地菍為0.84?展毛野牡丹為0.87,說明5個種中地菍的核型較對稱,而多花野牡丹的核型對稱性較差?由于整個植物界的核型進化趨勢是由對稱向不對稱發展,所以可認為5個種從原始到進化的順序可能為:地菍?野牡丹?展毛野牡丹?細葉野牡丹?多花野牡丹?

植物核型信息在屬以下等級的分類研究中起重要的作用?但是,核型分析對于那些染色體基數和核型一致的屬以下分類幫助不大[10]?野牡丹屬可能就屬于這一類?從最長染色體與最短染色體的比值及染色體相對長度的標準差兩方面分析,該屬5個種間核型對稱性差異很小,具很大的相似性,說明野牡丹屬植物染色體進化速率較慢,是比較原始的類群?這與根據形態學上雄蕊多數?子房多室?胚珠多數等原始類型特征,以及各特征中數量減化?雄蕊藥隔特化?子房下位等推斷的野牡丹科為從原始向次原始或稍進化類型過渡的一個科相符[11]?

觀察中發現野牡丹屬染色體極易重疊或不在一個平面上,且染色體極小,很難準確地統計染色體數目,這就需要在今后的研究中查明引起染色體重疊和不處于同一平面的原因,探索適宜野牡丹屬植物染色體特點的研究方法?

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[8] 李懋學.植物染色體的大小變異和進化[J].生物學通報,1985(5):14-16.

[9] STEBBINS G L. Chromosomal Evolution in Higher Plants[M].London: Edward Arnold Ltd.,1971.

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