5個木薯品種染色體核型與聚類分析

李曉莉 賀新椏 肖鑫輝 高和瓊 莊南生 王英

摘 ?要??本研究對5個木薯品種進行核型分析以揭示其核型特征，通過聚類分析來自4個產地的5個品種間的相似性，以探討其親緣關系。實驗采用壓片法，以木薯嫩葉為材料，運用DPS軟件對核型資料按照最長距離法進行聚類分析。結果表明，木薯5個品種的染色體數目均為2n=36，其中，SC12的核型公式為2n=36=34m+2sm，SM2300-1的核型公式為2n=36=36m（4SAT）、桂熱5號的核型公式為2n=36=36m，云南8號與ZM8752的核型公式均為2n=36=34m（4SAT）+2sm。核型不對稱系數范圍在56.58～58.85之間，核型類型依次為1A、1B、1B、2A、1A，對稱程度較高。聚類結果顯示，在遺傳距離為0.4時，5個品種分為3類。第Ⅰ類為云南8號，第Ⅱ類包括ZM8752與SM2300-1，第Ⅲ類包括SC12和桂熱5號，5個品種存在一定的核型差異，說明具有豐富的遺傳多樣性。

關鍵詞 ?木薯;核型分析;聚類分析中圖分類號??S533??????文獻標識碼??A

Karyotype and Cluster Analysis of Five Cassava （Manihot esculenta Crantz）Varieties

LI Xiaoli^1，2， HE Xinya¹， XIAO Xinhui²， GAO Heqiong¹， ZHUANG Nansheng¹， WANG Ying^1*

1.?Institute of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2.?Tropical Crops Genetic Resources Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Danzhou， Hainan?571737， China

Abstract ?Karyotype analysis was performed on five cassava cultivars to reveal the karyotype characteristics. The similarity and genetic relationship among the five cultivars were analyzed by cluster analysis， using young leaves as the materials and the squashing method to analyze the features of chromosomes. The results showed that the chromosome number of the five varieties was 2n=36， and the karyotype formula of SC12， SM2300-1， Guire?No. 5 was 2n=36=34m+2sm，?2n=36=36m（4SAT）， 2n=36=36m， respectively， and that of both?Yunnan No. 8 and ZM8752 was 2n=36=34m（4SAT）+2sm. The asymmetrical karyotype coefficient was ranged from 56.58 to 58.85， and the karyotype types was 1A， 1B， 1B， 2A and 1A， respectively. The degree of symmetry was high. The clustering results showed that when the genetic distance was 0.4， the five varieties were divided into 3 categories. The first category was Yunnan No. 8， the second category included ZM8752 and SM2300-1， and the third category included SC12 and Guire No. 5. The five cultivars had?certain karyotype differences， indicating that they had abundant genetic diversity.

Keywords ?cassava; karyotype analysis;?cluster analysis

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.01.012

木薯（Manihot?esculentaCrantz）是世界三大薯類之一，是重要的糧食作物^[1]。目前中國熱帶農業科學院熱帶作物種質資源研究所國家木薯種質資源圃保存了228份木薯種質資源，其中國內資源105份^[2]。核型是生物遺傳物質在細胞水平上的表征，與外部形態相比，其受外界環境因素影響較小，更能保持相對穩定^[3]。1935年，木薯染色體的數目由Garner^[4]率先報道。隨后，一些研究者以木薯花粉母細胞^[5]、木薯根尖^[6-7]、木薯葉片^[8-9]為材料進行制片技術研究與核型分析。其中De等^[10]利用木薯根尖研究了47份木薯減數分裂時染色體形態的相似性;Nassar等^[11]結合細胞遺傳學和形態學手段對木薯嵌合體進行了研究;馮耀文^[12]對華南6號、王婧菲等^[13]對華南8-11號染色體的數量、大小、相對長度等進行分析;葉劍秋^[14]、曾霞等^[6]利用分子標記的統計數據對木薯種質進行聚類分析，討論種質間的相似性與親緣關系，但根據木薯核型資料進行聚類分析的研究未見報道。

本研究根據木薯各品種的核型特征、核型參數進行聚類分析，以探索品種間的親緣關系，從而揭示不同地區品種的差異性，豐富木薯的遺傳多樣性，為木薯育種提供理論依據。同時，為木薯種質資源鑒定和細胞遺傳圖譜的構建提供細胞學基礎。

1??材料與方法

1.1材料

SC12、云南8號、SM2300-1、桂熱5號、ZM8752等5個木薯品種由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所國家木薯種質資源圃提供，染色體核型分析所用材料為5個品種的新鮮嫩葉，具體信息見表1。

1.2染色體標本制備與核型分析

染色體標本的制備采用劉永安等^[15]以及李懋學^[16]報道的壓片技術。取木薯的嫩葉，置于4?℃飽和對二氯苯溶液下預處理2?h后用卡諾氏固定液（V_無水乙醇∶V_冰醋酸=3∶1）于4?℃條件下固定24?h，最后保存在75%酒精中。實驗時，將葉片放入60?℃、1 mol/L 鹽酸中解離15～18 min，經改良卡寶品紅染色液染色4～24?h后，用解剖針取葉邊緣少量組織進行壓片。

用Olympus BX51顯微鏡對染色體分散且形態清晰的中期細胞拍照，核型分析軟件為Photoshop?CS5，Image J進行數據測量。核型分析標準按照李懋學等^[17]的方法，染色體類型參考Levan等^[18]的命名法則，核型分類采用Stebbins^[19]的分類標準，核型不對稱性系數用Arano^[20]的方法計算。

1.3數據處理

根據5份木薯種質的染色體隨體數目、臂比平均值、臂比方差、核型不對稱系數、相對長度方差、最長染色體與最短染色體長度比值、sm染色體比例、m染色體比例等8項參數，采用DPS軟件對實驗數據進行聚類分析。

2??結果與分析

2.15個木薯品種的核型分析

根據李懋學等^[17]的規則，每個品種中選擇30個分散良好的染色體細胞進行觀察計數，具有36條染色體的細胞占85%。按照標準化核型分析，5個品種染色體數目均為2n=2x=36，與前人的報道一致^[4-5]。

桂熱5號的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數為56.58%，相對長度變化范圍為3.66%～7.93%，平均臂比為1.30，臂比>2的染色體百分比為0，核型公式為2n=36=36m，核型為1B型（表3）。

云南8號的染色體由中長染色體（M2）、中短染色體（M1）組成，僅14號染色體為近中部

著絲粒染色體（sm），其余均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數為58.55%，相對長度范圍為4.39%～6.86%，平均臂比為1.44，第11號染色體臂比>2，百分比為5.56%，第15、18號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=?34m（4SAT）+2sm，核型為2A（表3）。

ZM8752的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，僅7號染色體為近中部著絲粒染色體（sm），其余染色體均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數為57.86%，相對長度變化范圍為3.77%～7.42%，平均臂比為1.38，臂比>2的染色體百分比為0，第2、11號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=?34m（4SAT）+2sm，核型為1A（表3）。

SM2300-1的染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數為57.36%，相對長度范圍為3.57%～7.78%，平均臂比為1.34，臂比>2的染色體百分比為0，第5、7號染色體短臂端有隨體，核型公式為2n=36=36m（4SAT），核型為1B（表3）。

SC12染色體組由長染色體（L）、中長染色體（M2）、中短染色體（M1）和短染色體（S）組成，僅3號染色體為近中部著絲粒染色體（sm），其余染色體均為中部著絲粒染色體（m）（表2，圖1），核型不對稱系數為58.85%，相對長度變化范圍為4%～7.13%，平均臂比為1.44，臂比>2的染色體百分比為0，核型公式為2n=36=34m+?2sm，核型為1A（表3）。

5個木薯品種中，除云南8號外，SC12、ZM8752、SM2300-1、桂熱5號的染色體組成相同;云南8號、ZM8752、SM2300-1均有2條染色體的短臂帶有隨體，而SC12、桂熱5號染色體無隨體;SM2300-1相對長度范圍最廣;云南8號臂比范圍廣;核不對稱系數從小到大排列依次是桂熱5號、SM2300-1、ZM8752、云南8號、SC12，即SC12核型不對稱系數最高，總體上5個木薯品種染色體較對稱。

2.2 5個木薯品種的聚類分析

染色體是遺傳物質的載體，不同物種、不同品種之間的染色體核型存在一定的差異^[21]。因此，基于染色體核型對品種進行區分和聚類是可靠的。5個木薯品種遺傳距離的變化范圍為0.25～?4.07，變化范圍小，說明品種之間具有一定的相似性。其中，ZM8752與SM2300-1的遺傳距離最小，為0.25，說明相似性程度較高，親緣關系最近;其余品種遺傳距離均大于0.3，占供試品種的60%，說明遺傳多樣性也較為豐富。從圖2可以看出，在遺傳距離為0.4時，5個品種分為3類。第一類為云南8號，其臂比>2的比例為5.56%，隨體數為4;第二類包括ZM8752與SM2300-1，隨體數均為4，核型不對稱系數相差0.005;第三類包括SC12和桂熱5號，隨體數為0，核型不對稱系數相差0.0227。在遺傳距離大于1.0時，又可以分為2類，分別為云南8號/ZM8752/SM2300-1、SC12/桂熱5號。

[13]?王婧菲， 王??超， 陳學俊， 等. 木薯4個品種的核型分析[J]. 熱帶作物學報， 2012， 33（10）： 1715-1719.

[14]?葉劍秋. 木薯種質資源遺傳多樣性評價與創新利用[D]. 海口： 海南大學， 2014.

[15]?劉永安， 馮海生， 陳志國， 等. 植物染色體核型分析常用方法概述[J]. 貴州農業科學， 2006， 34（1）： 98-102.

[16]?李懋學. 植物染色體研究技術[M]. 哈爾濱： 東北林業大學出版社， 1991.

[17]?李懋學， 陳瑞陽. 關于植物核型分析的標準化問題[J]. 武漢植物學研究， 1985， 3（4）： 297-302.

[18]?Levan A， Fredga K， Sandberg A A. Nomenclature for centromeric position on chromosomes[J]. Hereditas，1964，?52（2）：?201-220.

[19]?Stebbins G.?L. Chromosomal evolution in higher plants[M]. London： Edward Arnold （Publishers） Ltd.， 1971.

[20]?Arano H. Cytological studies in subfamily Carduoideae （Compositae） of Japan IX. The karyotype analysis and phylogenic considerations onPertyaandAinsliaea （2）[J]. Shokubutsugaku Zasshi， 1963，?76（895）：?32-39.

[21]?姚啟倫， 陳發波， 何章帥， 等. 基于染色體核型的玉米地方品種聚類分析[J]. 河南農業科學， 2017， 46（6）： 34-38.

[22]?顧??蔚， 卜海東， 張成艷， 等. 華中五味子染色體制片優化及核型分析[J]. 西北植物學報， 2008， 28（2）： 2262-2266.

[23]?梁??韶， 宋??娟， 雷秀娟， 等. 四種人參屬藥用植物的核型分析[J]. 人參研究， 2017（2）： 6-10.

[24]?馬衣努爾姑·吐地， 張延輝， 秦??偉， 等. 新疆野蘋果的不同種下類型染色體核型分析[J]. 中國農業科學， 2016， 49（8）： 1540-1549.

[25]?段英姿， 馬艷芝. 不同產地荊芥核型及核型似近系數聚類分析[J]. 中國藥學雜志， 2017， 52（15）： 1313-1318.

[26]?賈繼增.?分子標記種質資源鑒定和分子標記育種[J].?中國農業科學，?1996（4）：?2-11.