王鑫，田琳，李明陽，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000)

金光菊屬(Rudbeckiaspp.)植物為一二年生或多年生草本植物,其花期長，適應(yīng)性強，對于任何土壤均可適應(yīng)，在光照充足的條件下，長勢極佳.金光菊屬植物顏色多樣艷麗，可作為花壇、花境材料，亦可作為切花，是優(yōu)良的觀賞園藝植物[1].金光菊植物很大一部分為宿根花卉，在園林綠化和園林造景上應(yīng)用前景好[2-3].對于金光菊品種培育方面，國內(nèi)外對相關(guān)品種的介紹也相對較少.張華麗[4]研究發(fā)現(xiàn)國外金光菊的品種約有19種，在金光菊的花境表現(xiàn)中，毛葉金光菊表現(xiàn)良好，黑心菊品種繁多.栽培的金光菊主要為1～2年生，主要品種有：印度之夏(Indian summer)、草原陽光(Prairie sun)、瑪雅(Maya)、滔滔(Toto)、秋色(Autumn colors)、小馬(Becky yellow)、響音(Sonara)、科多巴(Codoba)、冠冕(Corona)、金色虎眼(Tiger eyegold).

國外關(guān)于金光菊新品種的育種工作主要集中在形態(tài)表現(xiàn)、花香及抗逆性研究方面.國內(nèi)學(xué)者對于金光菊的研究主要集中在品種培育、種子生產(chǎn)和抗寒性研究上，對于金光菊染色體核型分析及親緣進化關(guān)系的研究很少.張華麗[4]指出金光菊有多倍體的存在，并且指出了金光菊染色體的基數(shù)為x=19.

將染色體的臂比值、染色體的相對長度、著絲點位置等特征作為核型試驗的分析因素，將分裂中期染色體作為研究對象，為研究植物品種之間的親緣關(guān)系以及植物染色體的形態(tài)、變異提供了研究基礎(chǔ)[5].本試驗對金光菊的7個品種進行染色體核型分析，根據(jù)研究結(jié)果得到了7個品種之間的親緣關(guān)系和進化程度，為金光菊的品種改良提供細胞學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為7個品種金光菊的種子，植物的名稱及拉丁名見表1.

1.2 試驗方法

選擇7種供試種子中飽滿的種子進行常規(guī)培養(yǎng).在根尖長到1～2 cm后，上午9∶00取后置于冰盒中預(yù)處理24 h，之后于無水乙醇∶冰醋酸=3∶1的固定液中固定24 h[6].確定8 min為最佳解離時間.用蒸餾水沖洗根尖3～4次，滴加品紅染液染色30 min，制片過程中輕輕敲擊蓋玻片至細胞分散[7].將壓片放Leica DM 4 000顯微鏡下觀察，每種對20個染色體較為集中，形態(tài)良好的有絲分裂中期細胞的顯微照片進行拍照、分析[8].

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

根據(jù)Stebbins理論，在生物進化過程中，染色體核型是由對稱性向非對稱性演化，核型對稱性越高的生物，其染色體變異越小，進化程度也越低，而非對稱性程度越高的生物，其染色體變異越大進化程度越高[9-10].根據(jù)李懋學(xué)和Stebbins提出的核型分類標準，確定核型類型[10].Arano[11]提出了核型不對稱系數(shù)(AS.K%)，Levan等[12]提出了根據(jù)臂比確定著絲點位置和分類的方法.本研究用上述方法對7種金光菊的染色體核型進行了分析和研究.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種金光菊染色體數(shù)目及特征

根據(jù)染色體分裂中期鏡檢圖(圖1)、染色體形態(tài)圖(圖2)及核型模式圖(圖3)可以看出供試的7種金光菊的染色體數(shù)目相對穩(wěn)定.金光菊屬小馬系列染色體數(shù)目一致，都有38條染色體，金光菊小馬黃、小馬橙、小馬紅黃雙色、滔滔檸檬黃、滔滔鄉(xiāng)村的染色體數(shù)目為2n=2x=38，x=19，為二倍體植物.秋色、滔滔金黃的染色體數(shù)目為2n=4x=76，x=19，為四倍體植物.

圖2 金光菊染色體核型圖

圖3 金光菊核型模式圖

2.2 金光菊染色體核型分析

m和sm兩種是7種金光菊的主要染色體類型，絕大多數(shù)為m型.7種植物均不含隨體；核型類型為1A、2A、2B 3個類型；染色體的長度比的范圍為1.36～3.71；7種金光菊的染色體相對長度范圍分別為3.68～7.33、3.51～10.03、9.46～12.83、1.87～3.29、2.61～5.44、3.52～6.85、1.58～5.88.

植物染色體的核型不對稱系數(shù)與植物的進化程度成正比.核型不對稱系數(shù)越低，植物越原始[10].本試驗中的7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)的范圍是57.34%～62.41%(表2)，7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)由低到高依次是小馬紅黃雙色、小馬黃、滔滔金黃、滔滔鄉(xiāng)村、秋色、小馬橙、滔滔檸檬黃.在染色體核型坐標圖中(圖4)可直觀看出在供試的7個品種中金光菊滔滔檸檬黃的進化程度最高，金光菊小馬紅黃雙色較為原始.

表2 7種金光菊核型的相關(guān)數(shù)據(jù)

2.3 核型進化趨勢分析

在植物界，高等植物染色體核型系統(tǒng)演化趨勢是從對稱向不對稱發(fā)展的[13-15].由表5所示，7個金光菊品種核型不對稱系數(shù)從高到低的順序為滔滔檸檬黃>小馬橙>秋色>滔滔鄉(xiāng)村>滔滔金黃>小馬黃>小馬紅黃雙色,其中，小馬紅黃雙色的進化程度最低，而滔滔檸檬黃最高.

以核型不對稱系數(shù)為縱坐標，平均臂比值為橫坐標作7個金光菊品種進化趨勢圖如圖4所示.品種越靠近右上方，其進化程度越高.由圖4可知，滔滔檸檬黃在圖中的最右上角，為進化趨勢最高的品種，小馬紅黃雙色在圖中位于最左下方，為進化程度最低品種；其他在中間的可以歸屬為一類.

圖4 染色體核型坐標圖

2.4 聚類分析

參照李璇等[16]的方法，將供試材料的平均臂比、核型不對稱系數(shù)及染色體長度比的相關(guān)數(shù)值作為分類依據(jù)，利用SPSS Statistics軟件進行聚類分析[17-18].在遺傳距離等于5.0的位置上小馬黃色、滔滔鄉(xiāng)村、秋色、小馬橙色和滔滔金黃聚為一類，小馬紅黃雙色聚為一類，滔滔檸檬黃聚為一類.在遺傳距離約等于25的位置上，除滔滔檸檬黃外，其余6種材料全部聚成一類.根據(jù)聚類結(jié)果，小馬黃色、滔滔鄉(xiāng)村和秋色的相似度較高，而滔滔檸檬黃的相似度與其他6種遺傳關(guān)系相差較遠(圖5).

圖5 7種金光菊的染色體核型聚類

3 討論

植物染色體核型分析是以植物體細胞分裂中期的染色體為研究對象，根據(jù)染色體的著絲點位置、長度、長短臂臂比、隨體有無等特征對染色體進行分析[19].對植物進行核型分析可以研究親緣關(guān)系、物種進化[20].

在本試驗中，7種金光菊的染色體總數(shù)為38和76條，2n=2x=38，n=19；2n=2x=76，基數(shù)x=19；x=38，并且7個品種均為二倍體.這與之前文獻的記載結(jié)果保持一致.染色體數(shù)目和特征的變化對植物進化程度和金光菊新品種的選育提供一定的參考依據(jù).

7個金光菊品種的核型由“1A”、“2A”和“2B” 3種類型組成，染色體類型由m和sm兩種組成，且大多數(shù)染色體類型為m，可以看出大部分染色體的著絲點集中在中部區(qū)域，反映了金光菊的染色體比較明顯的表性特征.

最長與最短染色體的比值在1.36～3.71.7個金光菊品種的著絲點的位置比較靠近中部且染色體越對稱進化程度越低，可以得出這7個品種相對較原始[21-23].7個金光菊品種的核型不對稱系數(shù)范圍是57.34%～62.41%，核型不對稱系數(shù)由高到低依次是滔滔檸檬黃、小馬橙、秋色、滔滔鄉(xiāng)村、滔滔金黃、小馬黃、小馬紅黃雙色.由此可知供試的7個品種中金光菊滔滔檸檬黃進化程度相對較高，金光菊小馬紅黃雙色最為原始.并且滔滔檸檬黃的各項結(jié)果與其他6種差別較大，表明其分類結(jié)果和親緣關(guān)系與其他相比相差較遠.由試驗數(shù)據(jù)也可看出同一系列的品種，親緣關(guān)系也不一定比較近.

在根尖選取時間上，上午9點為細胞分裂、選取根尖的最佳時期，這在前人的論文中沒有明確指出，通過實踐得到取材的最佳時間可為將來對金光菊進行染色體核型試驗的取材環(huán)節(jié)提供指導(dǎo).

對金光菊屬植物進行核型分析試驗，可以對其親緣關(guān)系的遠近和金光菊的進化研究提供依據(jù)，為金光菊進行品種改良提供細胞學(xué)依據(jù).但存在一些局限性，后續(xù)可結(jié)合一些分子手段進行進一步論證.

4 結(jié)論

供試的7個金光菊品種均為二倍體.7個品種的染色體條數(shù)為38、76條，最長與最短染色體的比值范圍為1.36～3.71.核型類型有“1A”型、“2A”型和“2B”型，滔滔鄉(xiāng)村為“1A”型，小馬黃、小馬紅黃雙色和秋色為“2A”型，其余3種為“2B”型.7個品種的平均臂比為1.35～1.69，核型不對稱系數(shù)為57.34%～62.41%.根據(jù)植物進化趨勢由對稱向不對稱發(fā)展可知：滔滔檸檬黃的進化程度最高，小馬紅黃雙色較為原始.