崖柏屬植物的核型分析

倪妍妍, 楊文娟, 劉建鋒, 江澤平

(中國林業科學研究院林業研究所, 國家林業局林木培育重點實驗室, 北京 100091)

崖柏屬植物的核型分析

倪妍妍, 楊文娟, 劉建鋒*, 江澤平

(中國林業科學研究院林業研究所, 國家林業局林木培育重點實驗室, 北京 100091)

[目的]為了從細胞學角度探討崖柏屬植物分類與進化問題，[方法]采用根尖壓片法對崖柏屬5種植物進行核型研究。[結果]表明:崖柏和日本香柏的核型公式為2n=2x=22=18m(2SAT)+4sm，朝鮮崖柏、北美喬柏和北美香柏的核型公式為2n=2x=22=20m(2SAT)+2sm，5種植物的核型均屬于1A類型。[結論]該屬在柏科中可能處于比較進步的進化地位；通過進化趨勢圖分析發現，崖柏在該屬中分化最晚，而朝鮮崖柏則較原始。

核型；崖柏；朝鮮崖柏；日本香柏；北美喬柏；北美香柏

崖柏屬(ThujaL.)為柏科(Cupressaceae)的一個小屬群，屬下僅有5個現存種，間斷分布在東亞和北美東西部。東亞3個種分布范圍均較狹窄，如崖柏(T.sutchuenensisFranch)為我國特有的極度瀕危物種，僅見于渝東北的石灰巖山地(城口縣和開縣交界處)；朝鮮崖柏(T.koraiensisNakai)分布于我國長白山地區和朝鮮半島，日本香柏(T.standishiiL.)則為日本所特有。北美2個種分布較廣，北美喬柏(T.plicataD. Don)分布可北至亞北極泰加林，南至落葉林區；北美香柏(T.occidentalisL.)分布于北美西部太平洋海岸山地與落基山脈[1]。

崖柏屬植物的細胞學研究國內外已有一些報道[2-3]，本文對屬內5種植物(崖柏、朝鮮崖柏、日本香柏、北美喬柏和北美香柏)進行了核型比較分析，其中，崖柏和朝鮮崖柏的核型均為首次報道，旨在為崖柏屬的系統發育研究及資源利用提供細胞學資料。

1 材料與方法

核型分析的項目、標準和方法參照李懋學等[4]的核型分析標準。臂比(AR)=按長臂/短臂；染色體長度比(LR)=最長染色體長度/最短染色體長度；核型不對稱系數(As.K.C)=(長臂總長/全組染色體總長)×100%；染色體總形態百分比(TM)=(短臂總長/全組染色體總長)×100%；染色體相對長度指數(I.R.L)=染色體長度/全組染色體平均長度。

2 結果與分析

2.1 染色體及核型分析

分別從崖柏、朝鮮崖柏、日本香柏、北美喬柏和北美香柏的5個細胞分裂相確定體細胞染色體數目，5個樹苗的體細胞染色體數目均為2n=22，染色體基數x=11，未見染色體非整倍性變異和加倍現象。核型特征和數據結果見圖1和表1。

圖1 崖柏屬植物染色體形態Fig.1 Chromosome morphology in species of genus Thuja L.

表1 5種崖柏屬植物的核型參數

表2 5種崖柏屬植物的染色體參數

注：*次縊痕, Note: secondary constriction.

結果顯示：崖柏和日本香柏有9對中部著絲粒染色體和2對近中部著絲粒染色體，朝鮮崖柏、北美喬柏和北美香柏有10對中部著絲粒染色體和1對近中部著絲粒染色體，近中部著絲粒的數目不是完全相同，但平均臂比與染色體長度比比較接近，均沒有臂比大于2的染色體。因此，按照Stebbins[5]的核型分類標準，崖柏屬5種植物的核型均屬于1A類型，這是一種最為整齊的對稱核型。對崖柏屬5種植物的染色體相對長度指數按Kuo等[6]提出的分類方法進行分類發現，染色體相對長度組成中除M1、M2染色體外都有1對L染色體；且均只具有一對隨體，但不同種次縊痕的位置有所不同，如崖柏位于第11對染色體上，而朝鮮崖柏位于第9對染色體上。

2.2 崖柏屬植物的進化趨勢分析

平均臂比(MAR)和染色體長度比(LR)可以表示不同種間核型的不對稱性，二者愈大，其核型愈不對稱。從MAR和LR的二維進化趨勢圖(圖2A)發現，崖柏和日本香柏沿MAR和LR方向進化較快，較為進化；而朝鮮崖柏和北美香柏則較為原始。

平均臂比(MAR)和核型不對稱系數(As.K.C)則從另一個角度反映了核型的不對稱性，二者愈大，核型愈不對稱。從二維進化圖(圖2B)可以看出：崖柏屬5種植物均按MAR和As.K.C向右上角方向進化，崖柏MAR及As.K.C均最大，表明其在崖柏屬中分化最晚；相比之下，朝鮮崖柏則較為原始。

圖2 崖柏屬植物核型進化趨勢圖 (A：MAR vs LR；B：MAR vs As.K.C)Fig.2 Evolution trend map of karyotype in species of genus Thuja L.(A:Two-dimensional representation of evolutionary trend of MAR and LR; B:Two-dimensional representation of evolutionary trend of MAR and As.K.C)

3 討論

李林初等[2]曾報道北美喬柏和北美香柏的核型公式分別為2n=2x=22=16m+6sm(2SAT)和2n=2x=22=20m(2SAT)+2sm；Kuroki等[3]曾報道日本香柏的核型公式為2n=2x=22=16m+6sm。其中，北美喬柏和日本香柏的核型公式與本文報道的結果不盡相同，這可能是由于取材、實驗方法的處理不同或測量誤差所致。

4 結論

本研究發現，崖柏和日本香柏的核型公式為2n=2x=22=18m(2SAT)+4sm，朝鮮崖柏、北美喬柏和北美香柏的核型公式為2n=2x=22=20m(2SAT)+2sm，5種植物的核型均屬于1A類型。崖柏屬處于柏科較進化的地位，而崖柏為崖柏屬最后分化種。

[1] Eckenwalder J E. Conifers of the world: the complete reference[M]. Portland, United States:Timber Press，2009.

[2] 李林初,劉永強,王玉勤, 等. 側柏亞科三種植物的核型及其細胞分類學研究[J]. 云南植物研究, 1996, 18(4): 439-444.

[3] Kuroki Y. Karyotype studies on important conifers[J]. Bull. Miyazaki Univ. Forests, 1969, 5: 1-103.

[4] 李懋學,陳瑞陽. 關于植物核型分析的標準化問題[J]. 植物科學學報, 1985, 3(4): 297-302.

[5] Stebbins G L. Chromosomal evolution in higher plants[M]. London: Edward Arnold, 1971.

[6] Kuo S R, Wang T T, Huang T C. Karyotype analysis of some formosan gymnosperms[J]. Taiwania, 1972, 17(1): 66-80.

[7] 鄭 霞,高信芬,徐 波, 等. 七種木藍屬植物的染色體研究[J].植物科學學報,2011, 1(4): 417-422.

[8] Yang J, Wu J C, Gu Z J. Karyomorphology of three species inDipentodon(Dipentodontaceae),Perrottetia(Celastraceae), andTapiscia(Tapisciaceae) of the order Huerteales and their phylogenetic implications[J]. Journal of Systematics and Evolution, 2009, 47(4): 291-296.

[9] 李林初,錢 吉. 兩種中國特有松屬植物核型的研究兼論松屬的系統位置[J]. 云南植物研究, 1993, 15(1): 47-56.

[10] 高和瓊,莊南生,王 英, 等. 橡膠樹兩個品種的核型分析[J]. 植物科學學報, 2009, 27(5): 537-540.

[11] 邢世巖,高進紅,姜岳忠, 等. 銀杏特異種質核型進化趨勢[J]. 林業科學, 2007, 43(1): 21-27.

[12] Levitzky G. The karyotype in systematics[J]. Bull Appl Bot Genet Plant Breed, 1931, 27: 220-240.

[13] Stebbins G L. Chromosomal variation and evolution[J]. Science, 1966, 152(3728): 1463-1469.

[14] 李林初,傅煜西. 柏木屬的核型及細胞地理學研究[J]. 植物分類學報, 1996, 34(2): 117-123.

[15] 李林初,岑益群. 扁柏屬的核型及柏木亞科的細胞分類學研究[J]. 云南植物研究, 1996, 18(1): 72-76.

[16] 馬穎敏,邢世巖,王玉山, 等. 中國側柏地理種源核型分析與進化趨勢[J]. 分子植物育種, 2009, 7(6): 1186-1192.

[17] Mciver E E， Basinger J F .The morphology and relationships ofThujapolaris sp. nov.(Cupressaceae) from the early Tertiary, Ellesmere Island, Arctic Canada[J]. Canadian Journal of Botany, 1989, 67(6): 1903-1915.

[18] Farjon A. A bibliography of Cupressaceae and Sciadopitys[M]. Royal Botanic Gardens: Kew, England, 2005.

[19] Li J H, Xiang Q P. Phylogeny and biogeography ofThujaL.(Cupressaceae), an Eastern Asian and North American disjunct genus[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2005, 47(6): 651-659.

[20] Peng D, Wang X Q. Reticulate evolution inThujainferred from multiple gene sequences: implications for the study of biogeographical disjunction between eastern Asia and North America[J]. Molecular phylogenetics and evolution, 2008, 47(3): 1190-1202.

(責任編輯：詹春梅)

Karyomorphology of FiveThujaSpecies

NIYan-yan,YANGWen-juan,LIUJian-feng,JIANGZe-ping

(Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation, State Forestry Administration, Beijing 100091, China)

[Objective]To study the issues related to evolution and classification of the genusThujaL. [Method]Using the methods of toot tip squash and staining, the karyological characteristics of fiveThujaspecies were analyzed. [Result]The karyotype formulas ofT.sutchuenensisandT.standishiiare 2n=2x=22=18m(2SAT)+4sm, while the karyotype formula ofT.koraiensis,T.plicataandT.occidentalisare 2n=2x=22=20m(2SAT)+2sm, all belonging to 1A type. [Conclusion]It seems thatThujaL. is in a progressive evolution status in the family Cupressaceae. The evolutional trend analysis suggest thatT.sutchuenensisis the most advanced species, whileT.koraiensisis perhaps the most primitive species inThujaL.

karyotype;Thujasutchuenensis;Thujakoraiensis;Thujastandishii;Thujaplicata;Thujaoccidentalis

2015-07-14 基金項目： 國家林業局“948”項目(2013-4-47)；中央公益性科研院所專項基金(RIF2010-15) 作者簡介： 倪妍妍(1991—)，女，碩士研究生，主要從事樹木生理生態研究. * 通訊作者.E-mail:liujf@caf.ac.cn

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.001

S791

A

1001-1498(2017)02-0189-05