荒漠植物裸果木染色體核型分析

石小紅 ，徐雅麗 ，楊趙平 *

（1塔里木大學生命科學與技術學院，新疆，阿拉爾 843300）

（2塔里木盆地生物資源保護利用兵團重點實驗室，新疆，阿拉爾 843300）

裸果木屬（GymnocarposForssk.）為石竹科（Caryo phyllaceae）典型的旱生植物，共約10種，僅1種分布于我國西北，即裸果木（Gymnocarpos przewalskiiMaxim.）［1］。染色體的核型分析是植物學研究的重要組成部分，能夠為植物基因組學、植物系統進化等的研究提供有力的證據［2-4］。石竹科的染色體數目和結構變異較大，染色體基數包含6，7，8，9，10，11，12，14，15，17［5-13］，其中石竹屬（DianthusL.）的染色體基數包含 15 和 17［5，8，12］，蠅子草屬（SileleL.）（部分物種為原麥瓶草屬）的染色體基數包含6，12，10，9，14，15，18，17［6，9，13］，金鐵鎖屬（PsammosileneW.C.Wu.&C.Y.Wu）的染色體基數為 14［7］。另外，多倍化現象在石竹屬、蠅子草屬、剪秋羅屬（LychnisL.）和女婁菜屬（MelandriumR?hl.）中出現［10，13-14］。裸果木屬為石竹科的基部類群［15］，該屬僅見1個種染色體數的報道，其染色體數2n=40［16］，核型分析未見報道。其染色體基數可能是10和20，本研究擬通過染色體常規根尖壓片法，觀察裸果木的染色體核型，確定裸果木的染色體基數，探討其染色體數是否為近期的多倍化所引起的，為裸果木屬的基因組學及石竹科的系統分類學研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料采集

裸果木種子2020年9月采集于新疆溫宿縣（41°31′N，80°29′E），由于裸果木宿存花萼的果實成熟后易脫落，常聚集在橫向伸展的枝條下，隨機采集了至少30株宿存花萼的果實，室內去除花萼和果皮后，將種子置于4℃冰箱保存備用。

1.2 根尖染色體制片

在適宜條件下裸果木種子具有萌發快的特點［17］，選取完整飽滿、大小均勻的種子在25℃的恒溫培養箱中萌發，3～4 d后于上午9：00取長約2 cm的胚根，采用0.1%的秋水仙素預處理2 h，卡諾固定液于4℃冰箱固定2～24 h，不同濃度梯度酒精（95%、80%、70%）分別清洗15～20 min后置于70%的酒精中4℃保存。染色體解離采用1 mol/L的HCl在（±60℃）水浴鍋10 min，蒸餾水清洗3次，每次3 min；然后將材料放置于潔凈的載玻片上，鑷子搗碎，卡寶品紅或龍膽紫染色。

1.3 染色體數目及核型分析

共統計了30個壓片的30個細胞以確定裸果木的染色體數目，選取5個染色體分散良好的中期細胞使用Adobe Photoshop 2018軟件處理圖像，Corel-DRAW 2020軟件測量每個染色單體的長臂和短臂的相對長度，根據測量染色單體的相對長度，按照從大到小的順序編號，并進行染色單體配對，使用Micnsoft Office Excel 2010統計染色體單體的長短臂長、臂比，參考祝水金［18］和張籍元等［19］染色體核型分析的方法，確定裸果木染色體著絲點位置和核型特征，最后生成柱狀圖，再用Adobe Photoshop 2018軟件完成核型模式圖。

2 結果與分析

2.1 染色體數目

統計得到的30個壓片的細胞，沒有發現染色體的多個拷貝，因而確定裸果木的染色體類型為二倍體。其中，染色體數目分別為2n=40（圖1A～1C）的有23個，2n=38（圖1D）的有5個，2n=36（圖1E）、2n=34（圖1F）的各1個，2n=40的占76.67%。由于裸果木的染色體數目較多，部分細胞染色體分散效果差，數目不一致，介于大多數染色體數為40，本研究認為裸果木的染色體數2n=40。

圖1 裸果木染色體形態圖

2.2 核型特征

使用Adobe Photoshop 2018軟件處理5個細胞的染色單體，并選取染色單體分散最佳的1個形態圖（圖2），CorelDRAW 2020軟件和Microsoft office Excel 2010軟件測量統計每個染色單體的長臂和短臂的相對長度，臂比和類型，統計結果見表1。染色單體配對得到裸果木的核型圖（圖2）和核型模式圖（圖3），其染色體基數為20。40條染色單體中，32條為中部著絲點染色體，8條近中部著絲點，根據祝水金［18］和張籍元等［19］染色體核型分析的方法，裸果木染色體的核型公式為2n=2x=40=32m+8sm。裸果木染色體的相對長度變異范圍為4.87%～1.70%，臂比值的變化范圍為2.5～1.23，平均臂比值為1.48，最長染色體與最短染色體長度比為2.86，臂比大于2的占比為0，核型為1B型，核型不對稱系數（AS.K%）為59.63%。

圖2 基于圖1得到的染色體核型圖

圖3 裸果木染色體核型模式圖

表1 裸果木染色體核型參數

續表1

3 討論與結論

3.1 染色體數目分析

染色體是植物分類學研究的重要組成內容，能夠為部分科、屬、種的歸屬提供重要參考［20-21］。石竹科含11個族，大多數的族都不是單系［22］，分類學的研究任重道遠。從染色體的數目看，石竹科基部類群的治疝草屬（HerniariaL.）和白鼓釘屬（PolycarpaeaLam.）的染色體 2n=18［23］，ParonychiaMill.的染色體較多變，2n=14、16、18、28、36［24］，本研究表明石竹科基部類群裸果木的染色體數2n=40，染色體基數為20。石竹科基部類群染色體呈現如此多樣性化，可能與這些類群不是單系［15］，相似的古類群已滅絕有關，這需要更廣泛地取樣，并開展染色體組和分子進化學的研究才能理清石竹科基部類群的染色體如此多樣的原因。另外，其他族類群的染色體數也有一定的變化，麥仙翁屬（AgrostemmaL.）的染色體基數有x=6、8、9、10、12、14、15、17［13］；剪秋羅屬的染色體基數有x=8、9、10、12；蠅子草屬的染色體基數有x=11、12［6-9］；石竹屬的染色體基數 x=12、14、15［2，5，8，12-14］；XU J等［4］揭示了東南亞的單種屬短瓣花屬（BrachystemmaD.Don）的染色體數2n=22［4］。綜上，石竹科多樣化的染色體數很有可能與石竹科早期類群染色體數目的不確定以及石竹科內多個屬、種的歸屬的疑難有關。

3.2 核型分析

石竹科核型的報道較少，徐波等［11］在對青藏高原5種石竹科墊狀植物的核型研究中發現無心菜屬（ArenariaL.）和囊種草屬（ThylacospermumFenzl）的染色體皆為2n=22，核型公式稍有差異；EROGLU H E等［2］在對山漆姑屬（MinuartiaLoefl.）3個變種核型分析的研究中發現其染色體中期的數目的核型公式分別是2n=24=14m+6sm+4st，2n=14=6m+8sm和2n=14=6m+4sm+4st。本研究的結果表明裸果木的核型公式為2n=2x=40=32m+8sm，為對稱型染色體居多，與無心菜屬和囊種草屬的核型更相似。通常核型進化表現為對稱向不對稱的進化方向發展，較對稱的核型通常是比較古老或原始的植物，而不對稱的核型是較進化的植物［13］，裸果木的核型公式進一步表明裸果木為石竹科內的古老類群。

4 展望

目前，石竹科內多個屬、種的歸屬存在較大的爭議，分類學的研究還需要進一步加強，核型分析是植物分類、系統學研究的重要組成部分，后期仍然需要大量的工作以解決這些分類上的問題。