丹東蒲公英和斑葉蒲公英染色體變異初探

張建　費永俊　周存宇

摘要：通過根尖染色法并結合流式細胞儀技術對丹東蒲公英（Taraxacum antungense）和斑葉蒲公英（Taraxacum variegatum）根尖和莖尖染色體進行觀察，以確定丹東蒲公英和斑葉蒲公蒲染色體變異程度。結果發(fā)現(xiàn)，丹東蒲公英和斑葉蒲公英根和葉幼嫩組織中普遍存在多倍性、非整倍性以及混倍性現(xiàn)象，表明具有無融無生殖的蒲公英基因組存在不穩(wěn)定特性，并且在分生組織中有不同表達。據(jù)此推測多倍體蒲公英是由雜交以及多倍化造成，基因組不穩(wěn)定，表明這一過程新近發(fā)生，各種基因組處于進一步選擇、融合的過程中。不同生態(tài)條件下不同細胞類型可能具有不同表達，以提高植物生態(tài)適應性。

關鍵詞：丹東蒲公英（Taraxacum antungense）；斑葉蒲公英（Taraxacum variegatum）；無融合；頂端分生組織；混倍性；非整倍性

中圖分類號：S567.23+9；Q343.2+2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）10-2397-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.024

有資料表明，被子植物具有異源多倍體起源的從50%～60%到70%～80%不等[1]，甚至在一些科中高達90%[2]。雜交和（或者）多倍化植物，基因不穩(wěn)定型大多發(fā)生在頂端分生組織以及細胞中，導致的一個直接后果就是染色體混倍性和非整倍性。大多數(shù)混倍性植物具有雜交起源[3]。自發(fā)雜交和多倍化是在高等植物中廣泛存在的一種現(xiàn)象[4]。因為雜交和多倍化擾亂了遺傳平衡，所以子一代在組織與細胞中具有短暫內(nèi)平衡。尤其是開花植物的進化，應該必須考慮倍性水平和雜種發(fā)生的變化程度[5]。頂端分生組織細胞的多倍化在自然條件下還是很罕見的。盡管多倍性、雜交和無融合具有明顯的密切關聯(lián)[3]，但引起這些現(xiàn)象關聯(lián)的原因尚不清楚。

目前蕓薹屬（Brassica）植物雜種（尤其是遠緣雜交）的混倍性已有報道[6，7]。蒲公英屬植物大多是經(jīng)過天然雜交并具有無融合生殖特性[8，9]，在進行倍性分析時，發(fā)現(xiàn)多倍體蒲公英中也廣泛存在混倍性現(xiàn)象，但其混倍性程度未做進一步分析。因此，在前人的研究基礎上[10]，選定具有專性無融合生殖的三倍體丹東蒲公英（Taraxacum antungense）和兼性性無融生殖的斑葉蒲公英（Taraxacum variegatum）[11，12]為材料，進一步研究具有無融合生殖蒲公英的染色體行為，并對這種染色體特性在無融合生殖中所起作用以及適應意義做進一步探討。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為具有無融合生殖特性的丹東蒲公英和斑葉蒲公英。材料栽種于長江大學種質(zhì)資源圃內(nèi)，常規(guī)管理，在果期收集散開的蒲公英種子，帶回實驗室進行相關試驗。

1.2 方法

染色體觀察：參照張建等[12]的方法進行根尖染色法計數(shù)觀察。流式細胞儀檢測：參照張建等[13]的方法進行嫩葉核DNA含量檢測。

2 結果與分析

2.1 丹東蒲公英和斑葉蒲公英根尖染色體觀察結果

由圖1和表1可知，丹東蒲公英根尖細胞染色體數(shù)目變異較大，混倍性以及非整倍性現(xiàn)象非常普遍，通過對69張染色體中期的圖片進行分析，染色體大多在24條（三倍體）左右，由于蒲公英屬植物的染色體基數(shù)為8，確定丹東蒲公英為三倍體。在混倍體現(xiàn)象中，單倍體以及二倍體數(shù)量比較少，沒有發(fā)現(xiàn)四倍體，同時非整倍體現(xiàn)象非常普遍。混倍體現(xiàn)象在丹東蒲公英中發(fā)生比例非常高，達85.7%。

由圖2和表1可知，斑葉蒲公英根尖細胞染色體數(shù)目變異較大，混倍性以及非整倍性現(xiàn)象非常普遍，對101張染色體中期的圖片進行分析，發(fā)現(xiàn)染色體大多在32條（四倍體）。在混倍體現(xiàn)象中，未發(fā)現(xiàn)二倍體細胞，三倍體細胞較少，四倍體細胞較多，而非整倍體細胞最多。混倍體現(xiàn)象在觀察的斑葉蒲公英根尖細胞中全部存在。

2.2 丹東蒲公英和斑葉蒲公英嫩葉核DNA含量流式細胞儀檢測結果

用流式細胞儀對經(jīng)過DAPI染色的細胞核DNA含量的分析表明（圖3），明顯波峰的位置為該種的主要倍性，丹東蒲公英大約在200這個位置有明顯波峰，在200左右有一些小峰（箭頭所示）；而四倍體斑葉蒲公英大約在120的位置有一個最大波峰，在180也有個高峰，在120之前和200之后也有一些小峰（如箭頭所示），表明斑葉蒲公英的染色體變異范圍更大，非整倍性現(xiàn)象更加普遍。直方圖顯示丹東蒲公英和斑葉蒲公英的變異系數(shù)分別為98.49%和86.44%，表明細胞核DNA變異非常大，染色體混雜現(xiàn)象非常普遍，這與根尖染色體的觀察結果相吻合。

3 小結與討論

倍性水平增加、非整倍性以及混倍性在高等植物個體發(fā)育中是一種比較常見的現(xiàn)象，但這些異常現(xiàn)象通常不影響頂端分生組織細胞，并且這種現(xiàn)象只能在細胞分化時發(fā)生。對具有無融合生殖的斑葉蒲公英染色體觀察結果表明，倍性水平的改變、非整倍性以及混倍性在自發(fā)無融合的斑葉蒲公英頂端分生組織中非常普遍。此外，在一個根尖組織壓片中經(jīng)常可看到3～4種不同倍性細胞，并且這些細胞染色體經(jīng)常不是8（蒲公英屬植物的染色體基數(shù)）的整倍性。三倍體蒲公英染色體數(shù)目變異較四倍體程度小，表明三倍體蒲公英染色體具有更加穩(wěn)定的狀態(tài)，生殖方式也更加穩(wěn)定，這與三倍體蒲公英大多數(shù)具有專性無融合生殖的報道相吻合[14]。而四倍體蒲公英染色體還處于融合階段，染色體消融、加減還處于不斷變化過程中，其生殖方式還具有一定可塑性，在特定的條件下可能會產(chǎn)生不同生殖方式，這也許是兼性無融合生殖的一個主要原因。

對三倍體丹東蒲公英以及四倍體斑葉蒲公英嫩葉核DNA含量流式細胞儀檢測結果表明，在具有無融合生殖蒲公英中，其分生組織中存在大量染色體數(shù)量變異，這和根尖染色體數(shù)目變異程度相吻合，植株中存在染色體混雜性現(xiàn)象非常普遍，其發(fā)生機制、遺傳機制以及潛在適應性方面還需要進一步的研究，以深入了解蒲公英無融合生殖的發(fā)生機制。

核染色體不穩(wěn)定性以及染色體的嵌合性在多倍體植物Beta vulgaris[3]、Poaceae[3]和Balanites aegyptiaca （L.） Del[15]上都有過報道。這些現(xiàn)象均表明二倍體孢子無融合生殖通常伴隨有非整倍性和混倍性，基因組不穩(wěn)定性在體細胞的分生細胞水平上是存在的。造成染色體嵌合原因可能是核內(nèi)多倍性、基因組加倍、紡錘體異常以及染色體異常所致，這些原因并不互相排斥，可能某些共同起作用。其中染色體復制、多個紡錘體、片段互補以及基因組加倍等是導致混倍性以及多倍性的原因[15]。

蒲公英植物染色體混雜性，尤其是整倍性和非整倍性在根尖分生組織中是隨機性的，看起來主要是有絲分裂過程異常所致。體細胞組織中染色體數(shù)目的變異是可遺傳的。根尖分生組織嵌合性可能在細胞分化過程中起著某些作用。研究發(fā)現(xiàn)這些物種具有一些固有特性：重新形成時的染色體變異，引導形成帶有這些變異的植物嫩莖，以固定遺傳變異，即使在自然條件下這些變異也非常低[15]。

研究結果表明，頂端分生組織細胞的基因組不穩(wěn)定并不是自發(fā)的表觀突變，在植株個體發(fā)育過程所有階段皆存在基因組不穩(wěn)定類型的細胞。在植物頂端分生組織中，獲得高頻率的混倍性以及非整倍性現(xiàn)象表明體細胞分生組織倍性水平的改變是無融合研究中特有的一種現(xiàn)象。在無融合生殖植物頂端分生組織中觀察到的基因組不穩(wěn)定性可能是由雜交和多倍化所造成，這不僅影響體細胞分化，而且還影響頂端分生組織。這種特性能顯著提高植物的適應潛力，尤其是在不利生境下，性細胞具有不同染色體條數(shù)的可能性增加，給多倍性以及雜交發(fā)生創(chuàng)造條件，由合子生殖方式轉變?yōu)榉呛献由砙7]。

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