百合科4種植物染色體的核型比較

李國(guó)泰

(通化師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,吉林 通化 134002)

百合科4種植物染色體的核型比較

李國(guó)泰

(通化師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,吉林 通化 134002)

采用植物染色體常規(guī)壓片法[1],結(jié)合顯微攝影技術(shù)[2]，對(duì)百合科蔥屬4種植物：洋蔥、大蒜、小根蒜、耐寒鐵嶺蔥王進(jìn)行了染色體核型分析。結(jié)果如下：洋蔥、大蒜、耐寒鐵嶺蔥王的染色體數(shù)目均為2n=2x=16。其核型公式分別為2n=2x=16=12m+2sm,2n=2x=4M+8m+4st,2n=2x=14m+2st.小根蒜染色體數(shù)目為2n=4x=32，為典型的四倍體。洋蔥，耐寒鐵嶺蔥王，小根蒜的核型比較相近，均屬進(jìn)化程度較低的2A型。大蒜核型與它們的差異較明顯，為進(jìn)化程度較高的2B型。

百合科；蔥屬；染色體;核型分析

洋蔥(AlliumcepaL.)又名球蔥、圓蔥、玉蔥、蔥頭，荷蘭蔥，屬百合科蔥屬，為2年生草本植物. 我國(guó)的種植區(qū)域主要是山東、甘肅、內(nèi)蒙古、新疆等地。洋蔥味甘、微辛、性溫，入肝、脾、胃、肺經(jīng)；具有潤(rùn)腸，理氣和胃，健脾進(jìn)食，發(fā)散風(fēng)寒，溫中通陽(yáng)，消食化肉，提神健體，散瘀解毒的功效,主治外感風(fēng)寒無(wú)汗、鼻塞、食積納呆、宿食不消、高血壓、高血脂、痢疾等癥。洋蔥是目前所知唯一含前列腺素A的。洋蔥還是天然的血液稀釋劑，前列腺素A能擴(kuò)張血管、降低血液黏度，因而會(huì)產(chǎn)生降血壓、能減少外周血管和增加冠狀動(dòng)脈的血流量，預(yù)防血栓形成作用。對(duì)抗人體內(nèi)兒茶酚胺等升壓物質(zhì)的作用，又能促進(jìn)鈉鹽的排泄，從而使血壓下降，經(jīng)常食用對(duì)高血壓，高血脂和心腦血管病人都有保健作用。它能幫助細(xì)胞更好地利用葡萄糖，同時(shí)降低血糖，供給腦細(xì)胞熱能，是糖尿病、神志萎頓患者的食療佳蔬。洋蔥中含有植物殺菌素如大蒜素等，因而有很強(qiáng)的殺菌能力，嚼生洋蔥可以預(yù)防感冒。[4]

小根蒜(BulbusalliiMacrostemi)別名：小根菜、薤根、大頭菜子、野蒜、小獨(dú)蒜、宅蒜、薤白頭、大腦瓜、小頭蒜。多年生草本，高達(dá)70cm。鱗莖近球形，外被白色膜質(zhì)鱗皮。生于耕地雜草中及山地較干燥處。分布黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、湖北、貴州、云南、甘肅、江蘇等地。藥材名薤白,是常用中藥，主治理氣、寬胸、通陽(yáng)、散結(jié)。治胸痹心痛徹背，脘痞不舒，干嘔，瀉痢后重，瘡癤。分布地域廣，主要分布于黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、湖北、貴州、云南、江蘇、甘肅，其它各地亦有分布，常野生于耕地、山坡、林緣、溝旁、路旁等較干燥處。[5]

大蒜(A.sativumL.)鱗莖由數(shù)個(gè)或單個(gè)肉質(zhì)瓣?duì)畹男△[莖(通稱蒜瓣)組成，外被共同的膜質(zhì)鱗被，基生葉帶狀，扁平。原產(chǎn)亞洲西部或歐洲，現(xiàn)我國(guó)各地普遍栽培。大蒜是一種神奇而古老的藥食兩用珍品，被譽(yù)為“健康保護(hù)神”。含有400多種有益身體健康的物質(zhì)，如果人想活到90歲，大蒜應(yīng)該是食物的基本組成部分。不少科學(xué)家認(rèn)為，大蒜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于人參，應(yīng)列為保健品之首。大蒜是血管清道夫，人類的很多疾病都是因?yàn)檠褐兄舅竭^(guò)高引起的。許多日常食物，像雞蛋、香腸、奶酪、咸肉等，吃了之后就會(huì)使血液中的脂肪成倍上升。但是如果同時(shí)吃蒜，脂肪上升的趨勢(shì)就會(huì)受到遏制。除了有助于降低血脂外，大蒜還具有預(yù)防和降低動(dòng)脈脂肪斑塊聚積的作用。德國(guó)大蒜研究所的專家表示，每天都吃蒜，能夠殺菌解毒、延長(zhǎng)壽命。常吃大蒜的人，比不常吃的人患胃癌的幾率要少將近一半，而且，多吃大蒜的人患直腸癌的幾率也非常低。[6]

耐寒鐵嶺蔥王(A.fistulosumL.)，產(chǎn)地黑龍江，鱗莖呈棒狀，僅比地上部分略粗，是蔬藥兼優(yōu)的食物。蔥葉能利五臟、益頭目、清水腫。 蔥白有解肌發(fā)表、利肺通陽(yáng)、解毒消腫之功；蔥汁有散淤血、止疼、解毒之用。如小便不通暢，可將蔥白連葉搗爛與蜂蜜調(diào)和敷下腹部；用蔥葉煎洗漬患處，可去濕氣足腫；蔥根能治便血、消痔。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)還發(fā)現(xiàn)蔥有著較強(qiáng)的殺菌作用，功同大蒜，對(duì)預(yù)防腸道、呼吸道傳染病有療效；蔥的辛香味，能促進(jìn)人的消化液分泌，從而提高食欲促進(jìn)消化；蔥頭所含的前列腺素A 能舒張小血管而減少血循環(huán)之阻力，有助于防治高血壓，對(duì)腦力勞動(dòng)者尤為適宜。 在烹調(diào)中，蔥常被加工成絲、末，作為涼菜的調(diào)料，增鮮之外，還可起到殺菌、消毒之用。蔥的保健價(jià)值比營(yíng)養(yǎng)素的含量更加突出。按中醫(yī)的說(shuō)法，蔥能夠發(fā)汗解表，民間常用大蔥加姜和紅糖煮湯來(lái)治療感冒初起。蔥具有健胃功效，可提高食欲，增強(qiáng)體質(zhì)。多吃生蔥，還能溫暖身體，提高人體的抵抗力，預(yù)防呼吸道傳染病。因此，蔥對(duì)體力活動(dòng)較少，大腦過(guò)度疲勞，容易患心血管疾病的腦力勞動(dòng)者特別有益。[7]

通過(guò)對(duì)這4種植物染色體的觀察及核型研究，可以得到確切的染色體數(shù)及核型公式，為其進(jìn)一步和研究和開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用的洋蔥、大蒜和小根蒜購(gòu)買(mǎi)自通化市東昌區(qū)農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。耐寒鐵嶺蔥王種子購(gòu) 買(mǎi)自通化市老站前粒粒豐種業(yè)商店。

2 實(shí)驗(yàn)方法及處理過(guò)程

對(duì)不同實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行不同的生根處理，獲得適合制片的根尖。采用常規(guī)壓片法制片。獲得根尖細(xì)胞有絲分裂中期染色體分裂相，經(jīng)顯微攝影和各種圖片處理軟件技術(shù)獲得適合核型分析的中期染色體照片，然后利用photoshop軟件進(jìn)行染色體的測(cè)量，配對(duì)，最后進(jìn)行整理和分析獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 生根

2.1.1 大蒜、洋蔥。采用水培法[8]，去除老根和外包老皮后至于盛有無(wú)菌水的燒杯中，使根部與水充分接觸，在室溫條件下置于暗處培養(yǎng)生根。每天換清水一次。

2.1.2 小根蒜。采用土培法，將小根菜老根去除后，摘于花盆中，間隔1cm左右、置于室溫下培養(yǎng)，注意適時(shí)補(bǔ)充水分。

2.1.3 蔥種。先用溫水浸泡(浸泡目的是為了增加種子內(nèi)部的自由水含量，也可以初步的篩選出不成熟的種子)8h。轉(zhuǎn)入鋪有多層無(wú)菌棉或紗布的培養(yǎng)皿中(培養(yǎng)皿用75%乙醇消毒后，鋪上無(wú)菌棉或紗布，且要保持其濕潤(rùn)，然后將浸泡好的種子擺放到平皿中，由于蔥種子很小，所以可以先大量投入一個(gè)皿中培養(yǎng)，待種子發(fā)出小芽時(shí)轉(zhuǎn)入新皿中繼續(xù)培養(yǎng))蓋上皿蓋后置于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，恒溫培養(yǎng)箱溫度20～26℃即可。每天補(bǔ)水2次，不可加太多水，否則導(dǎo)致?tīng)€種，培養(yǎng)失敗。

2.2 取材

待根長(zhǎng)至0.5～2.0cm時(shí)將根剪下，因?yàn)橐^察這幾種百合科植物的染色體形態(tài)及數(shù)目，取材必須要在細(xì)胞分裂高峰期(分裂細(xì)胞占細(xì)胞總數(shù)最大值時(shí))進(jìn)行，一般在上午9～11點(diǎn)，下午15～17點(diǎn)進(jìn)行取材。[9]

2.3 前處理[9]

前處理的方法一般采用低溫處理和化學(xué)藥劑處理。低溫處理對(duì)染色體無(wú)破壞作用且可使染色體均勻縮短。使用化學(xué)藥劑如0.05%～0.1%秋水仙素水溶液 ，對(duì)二氯苯飽和溶液等可使紡錘絲斷裂，增加中期分裂相，便于找到適于核型分析的細(xì)胞圖像。而在本次試驗(yàn)中我采用對(duì)二氯苯飽和溶液低溫處理的方法即將兩種方法結(jié)合使用，可提高前處理效果。處理時(shí)間4～6h,溫度4℃。

2.4 固定[10]

固定是指用化學(xué)藥劑將細(xì)胞迅速殺死的過(guò)程。固定的目的是為了把細(xì)胞真實(shí)的生活狀態(tài)保存下來(lái)，避免細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中生活狀態(tài)的改變。實(shí)驗(yàn)使用Carnoy固定劑(無(wú)水乙醇∶冰乙酸=3∶1配制而成，乙醇是脫水劑可使細(xì)胞脫水變形；冰乙酸又是膨脹劑可使細(xì)胞膨脹。把這2種藥品按此比例配置使用后即能迅速殺死細(xì)胞又能保持其生活狀態(tài))，固定時(shí)間12h。固定后不能立即進(jìn)行下一步操作時(shí)， 將根尖放于60%乙醇中冷藏待用。

2.5 解離[11]

解離目的是破壞分生組織細(xì)胞之間的果膠質(zhì)和纖維素，促進(jìn)細(xì)胞分散，還可軟化細(xì)胞壁利于壓片。解離方法采用酸解法，用95%乙醇∶濃HCL=1∶1配置成的溶液浸泡13min。若解離不充分可在適當(dāng)延長(zhǎng)解離時(shí)間，直到解離充分為止。

2.6 水洗與低滲

操作方法是將解離后的根尖用清水或蒸餾水洗3～5次(水洗一定要洗凈，否則染色較淺且有油滴狀物質(zhì)存在影響觀察。)，洗完后在水中浸泡10～15min。操作目的是清除殘留在根尖上的解離液并產(chǎn)生低滲效果使得壓片時(shí)染色體充分分散。

2.7 染色與壓片

剪取根尖先端分生組織(即根尖先端乳白色區(qū)域)[12]置于載玻片上，先將根尖用鑷子將分生組織碾碎盡量鋪開(kāi)，滴上改良石炭酸品紅染色液，進(jìn)行染色30min。染色后在組織所在處蓋上蓋玻片，用幾層濾紙包裹載玻片，按住材料所在位置(注意不要移動(dòng))適當(dāng)用力壓片。再用剪刀手柄處輕敲幾下，使得裝片盡量薄一些。

2.8 鏡檢

壓好的裝片放到顯微鏡下進(jìn)行鏡檢。先在低倍鏡下觀察找到中期分裂相后在轉(zhuǎn)用高倍鏡觀察，必要時(shí)還可借助油鏡觀察。

2.9 永久裝片的制作

在顯微鏡下找到適于核型分析的圖像后，將該裝片貼好標(biāo)簽，立即放于冰箱中，將載玻片冰凍24h，冰凍時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)凍裂細(xì)胞。取出冰凍好的裝片，迅速用單面刀片揭開(kāi)蓋片，放于一側(cè)，注意不要破壞材料面。置于空氣中自然干燥后，用中性樹(shù)膠封片。封片時(shí)樹(shù)膠不宜過(guò)多，以樹(shù)膠既能達(dá)到蓋片邊緣又沒(méi)有多余是最適量的。一般用牙簽取一小滴即可。待自然干燥后，進(jìn)行拍照獲得染色體中期分裂相照片。

2.10 核型配對(duì)[13]

將拍攝到的照片先采用美圖秀秀軟件將雜質(zhì)處理干凈，在利用photoshop軟件進(jìn)行染色體測(cè)量與配對(duì)，最后獲得染色體核型圖。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析[14]

3.1 洋蔥染色體結(jié)果及分析

圖1 洋蔥中期染色體圖像

圖2 洋蔥染色體核型圖

表1 洋蔥核型分析參考數(shù)據(jù)表

如圖1、圖2和表1數(shù)據(jù)可知，洋蔥的8對(duì)染色體中，有6對(duì)(第1、2、3、4、6、7對(duì))染色體，臂比在1.01～1.70之間，為中部著絲點(diǎn)染色體。2對(duì)(第5、8對(duì))染色體，臂比在1.71～3.0之間，為近端部著絲點(diǎn)染色體。所以洋蔥染色體的核型公式為 2n=2x=16=12m+2sm。最長(zhǎng)染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)是最短染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)的1.63倍。臂比大于2.0的染色體占12.5%。依據(jù)STEBBINS理論的核型分類標(biāo)準(zhǔn)，洋蔥的染色體核型在遺傳進(jìn)化上為進(jìn)化程度較低的2A型。[16]

3.2 耐寒鐵嶺蔥王的染色體結(jié)果及分析

圖3 耐寒鐵嶺蔥王中期染色體圖像

圖4 耐寒鐵嶺蔥王的染色體核型圖

表2 耐寒鐵嶺蔥王染色體相對(duì)長(zhǎng)度、臂比及類型

由圖3、圖4和表2數(shù)據(jù)可知，耐寒鐵嶺蔥王8對(duì)染色體有7對(duì)(第1～3、5～7對(duì))染色體臂比在1.01～1.70之間，為中部著絲點(diǎn)染色體，1對(duì)(第4對(duì))臂比為4.15，為端部著絲點(diǎn)染色體；其染色體核型公式為2n=16=14m+2st;最長(zhǎng)染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)是最短染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)的1.49倍，臂比大于2.0的染色體占12.5%。依據(jù)STEBBIN的核型分類標(biāo)準(zhǔn)，耐寒鐵嶺蔥王的染色體核型在遺傳進(jìn)化上為進(jìn)化程度較低的2A型。[17]

3.3 大蒜的染色體結(jié)果及分析

圖5 大蒜中期染色體圖像圖

圖6 大蒜染色體核型圖

表3 大蒜染色體相對(duì)長(zhǎng)度、臂比及類型

由圖5、圖6和表3數(shù)據(jù)可知，大蒜的8對(duì)染色體，有6對(duì)(第1～6對(duì))，染色體臂比為在1.01～1.70之間，為中部著絲點(diǎn)染色體；有2對(duì)(第7,8對(duì))染色體臂比大于3.00，是近端部著絲點(diǎn)。核型公式2n=2x=16=4M+8m+4st。最長(zhǎng)染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)是最短染色體(相對(duì)長(zhǎng)度)的2.17倍。臂比大于2.0的染色體占25%。由此可見(jiàn)大蒜的染色體核型為2B型，進(jìn)化程度高于洋蔥和耐寒鐵嶺蔥王。[18-19]

3.4 小根蒜染色體結(jié)果及分析

圖7 小根蒜中期染色體圖像

圖8 小根蒜染色體橋

由圖7可知，小根蒜的細(xì)胞中染色體數(shù)目為2n=32條，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量配對(duì)和翻閱資料[20]得知小根蒜染色體數(shù)目為2n=4x=32，為典型的四倍體染色體。據(jù)STEBBIN (1971)的核型分類標(biāo)準(zhǔn)，小根蒜在進(jìn)化上屬于2A型。在這次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了染色體橋(如圖8所示)，這一現(xiàn)象證明，小根蒜的染色體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變異，它的細(xì)胞中核型存在多態(tài)性。這種變異導(dǎo)致了小根蒜種內(nèi)發(fā)生明顯的核型分化。

3.5 核型比較

由以上結(jié)果可見(jiàn)，洋蔥、耐寒鐵嶺蔥王、大蒜、小根蒜具有共同的染色體基數(shù)，均為x=8。根據(jù)STEBBIN的核型分類標(biāo)準(zhǔn)，在生物的進(jìn)化過(guò)程中，染色體核型是按照對(duì)稱程度的高低，分為12種類型(1A-4A,1B-4B,1C-4C)。核型對(duì)稱性程度高的生物，其染色體變異就越大，進(jìn)化程度就越高。依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，洋蔥、耐寒鐵嶺蔥王、小根蒜核型為2A型，應(yīng)屬于進(jìn)化程度較低的種類，大蒜核型為2B，進(jìn)化程度比前三者要高一些。說(shuō)明了洋蔥、耐寒鐵嶺蔥王、小根蒜的親緣關(guān)系比較接近，而大蒜與他們的親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)。但洋蔥、耐寒鐵嶺蔥王的染色體具有很強(qiáng)的保守性，而小根蒜的染色體存在著結(jié)構(gòu)上的變異，有明顯的核型分化。根據(jù)張成合、中書(shū)興、王梅等對(duì)大蒜染色體聯(lián)會(huì)行為觀察及核型分析的報(bào)導(dǎo)得知，大蒜的核型也存在著染色體的結(jié)構(gòu)變異。這種結(jié)果表明，染色體的結(jié)構(gòu)變異在進(jìn)化和品種的演化中可能起著十分重要的作用。[21]

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TheLiliaceaeFourPlantChromosomeKaryotypeAnalysis

Li Guotai

(College of Science,Tonghua Normal University,Tonghua,Jilin 134002)

The plant chromosome conventional pressure plate method,combined with microscopic photography,Liliaceae onions are all kinds of four plants:Alliumcepa,A.Sativum,BulbusAllii,A.fistulosumkaryotype analysis. The results are as follows: onions,garlic,cold Tieling onion king of chromosome number is 2n = 2x = 16. The karyotype formula was 2n = 2x = 16 = 12m +2sm,2n = 2x = 4M+ 8m+4st,2n = 2x = 14m+ 2st. Small root garlic chromosome number of 2n = 4x = 32,typical tetraploid. Onion,to cold Tieling onion king,root garlic karyotype similar are the evolution of less2A type. Garlic karyotype and their differences are more pronounced for the evolution of higher levels of type 2B.

Liliaceae；Allium；Chromosomes；Karyotype analysis

2017-06-01

李國(guó)泰(1965-)，男，副教授，從事遺傳學(xué)教學(xué)及長(zhǎng)白同山區(qū)藥用植物的核型研究，E-mail:836202528@qq.com。

DOI.∶10.13268/j.cnki.fbsic.2017.06.005

Q243

A