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二倍體野燕麥染色體的C-帶分析

王亞，胡梅，朱良鵬，陳星灼，耿廣東，張素勤，張慶勤
(貴州大學農學院， 貴陽 550025)

采用C-帶技術對二倍體野燕麥根尖細胞染色體進行了帶型分析，以研究該野燕麥染色體的C-帶特點。結果表明：二倍體野燕麥具有7對染色體，其上共有35條帶，其中長臂具有帶紋19條，包括13條中間帶(I)，6條末端帶(T)；短臂具有8條帶紋，包括2條中間帶(I)，6條末端帶(T)，另外還有1條隨體帶(S)以及7條著絲點帶(C)，其帶型公式為2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S。二倍體野燕麥染色體組成為CC，核型為2 A，屬于較對稱核型，進化指數為7。

二倍體野燕麥； 染色體； 核型； C-帶

燕麥(AvenasativaL.)屬于禾本科(Gramineae)燕麥屬(AvenaL.)植物，具有抗病、抗逆、耐貧瘠、高營養(yǎng)、高蛋白等優(yōu)良特性[1]。普通燕麥是世界廣泛種植的一種糧食飼料兼用型作物，在禾谷類作物中,其總產量僅次于小麥、水稻、玉米、大麥,位列第5位[2]。燕麥屬包含二倍體、四倍體和六倍體3種不同倍性，大約包括30個燕麥種。本試驗材料二倍體野燕麥具有抗旱、耐冷、耐瘠等特點， 同時還具有高抗全蝕病、白粉病等優(yōu)良基因[3]。

Giemsa C-帶技術廣泛應用于植物和動物細胞學研究，可以顯示染色體中異染色質的技術，根據異染色質序列的密集程度和位置不同，而在染色體上不同位置顯示出深淺不同的帶紋，從而區(qū)分出不同染色體；該技術在同一物種中具有相對的一致性、穩(wěn)定性，而在不同的物種間又具有較大的多樣性，因此C-帶技術是鑒定物種和區(qū)分染色體的一種有效手段。本試驗通過C-帶技術對二倍體野燕麥染色體進行分析，旨在明確該二倍體野燕麥染色體的C-帶特點，為該野燕麥的基因組鑒定，及燕麥和其它禾本科作物的遺傳育種提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

二倍體野燕麥(2 n=2 x=14)由國家小麥改良中心貴州分中心實驗室保存的純系材料。

表2 二倍體野燕麥的染色體組重要性狀及賦值

材料核型公式ABCD進化指數類型二倍體野燕麥2n=2x=14=10m+2sm+2st1．5111．79164．110．2862?1?3?1?72A

注：A、B、C、D分別表示染色體相對長度比、平均臂比、不對稱系數、臂比大于1.7的比例；“*”為性狀狀態(tài)編碼數值。

1.2 試驗方法

1.2.1 染色體制片

將二倍體野燕麥種子沖洗干凈后放入含消毒粉和赤霉素的蒸餾水中浸泡6 h，將種子撈出沖洗干凈后置于鋪有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中室溫(25 ℃)發(fā)芽，待根長至2 cm左右時，剪取根尖用N2O處理2 h，在90%冰醋酸中固定10 min，用蒸餾水沖洗3遍后切取根尖分生區(qū)，酶解滴片，選取分裂相好的片子保存于-20 ℃冰箱。

1.2.2 C-帶分析

將片子置于紫外線交聯儀(125 mJ/cm2)中交聯2次，接著在0.2 mol/L HCl(59 ℃)溶液中處理65 s，用蒸餾水沖洗干凈，氣干；轉移至Ba(OH)2飽和溶液(25 ℃)中處理7 min，用蒸餾水迅速沖洗干凈，氣干；放入2×SSC溶液(59 ℃)中處理45 min，取出后直接轉入2.5%的Giemsa染液(pH=6.8)中染色至適度，用蒸餾水洗片后氣干；在OLMPUS BX 60顯微鏡下鏡檢，選擇分裂相及染色較好的細胞用Cellsens Standard攝像系統(tǒng)照相。

選取50個染色體分散較好的中期細胞統(tǒng)計染色體數目，選取5個分裂相好且染色清晰的細胞用于C-帶分析，使用Micro Measure 3.3軟件對5個細胞染色體進行測量后取平均值，按照喬永剛等[4]和李懋學等[5]的方法，使用Excel對染色體的相對長度、臂比、核型和帶型公式進行核型分析，按Stebbins G L[6]的方法進行標準核型分類，按照喬永剛等[4]的方法繪制核型模式圖，按Arano H[7]的方法對染色體主要性狀進行編碼賦值，按照林小虎等[8]方法計算進化指數，按照Jellen E N等[9]關于燕麥C組染色體命名方法進行染色體鑒別和命名。

2 結果與分析

2.1 二倍體野燕麥的核型分析

通過對二倍體野燕麥根尖細胞的染色體進行測量和統(tǒng)計分析可知(表1)，二倍體野燕麥的染色體數目2 n=14條，二倍體野燕麥的全套染色體相對長度范圍為5.599%～8.461%，最長與最短染色體的相對長度之比(染色體相對長度比)為1.511。7對染色體中，中部著絲粒染色體(m)有5對，近中部著絲粒染色體(sm)和近端部著絲粒染色體(st)各一對，其中第7對染色體為隨體染色體；二倍體野燕麥的核型公式為2 n=2 x=14=10 m+2 sm+2 st，其核型為2 A類型(表2)，為對稱核型，屬于原始類型。六倍體葡萄牙野燕麥為2 B核型[10]，所以該二倍體野燕麥的進化程度較低；六倍體燕麥是由二倍體燕麥經過多次遠緣雜交和染色體自然加倍而逐漸進化而來的，本試驗研究結果與燕麥物種的進化歷程是一致的。從表2可知，該野燕麥平均臂比為1.791、不對稱系數為64.11、臂比大于1.7的比例為0.286，其進化指數為7。

表1 二倍體野燕麥染色體核型分析參數

染色體編號相對長度(%)長臂短臂總長臂比類型14．4614．0018．4611．115m25．4052．3137．7182．336sm34．6762．8227．4981．657m45．5971．5937．1903．513st54．2942．5546．8471．588m64．1042．5836．6871．681m73．5212．0785．5991．694m?

注：“*”隨體染色體的隨體不計長度。

2.2 二倍體野燕麥的C-帶分析

由二倍體野燕麥根尖細胞有絲分裂中期細胞的C-帶核型圖及帶型模式圖(圖1)，以及二倍體野燕麥的染色體帶型分組(圖2)所示，二倍體野燕麥包括7對染色體，共有35條深淺不同的帶紋，其中長臂具有帶紋19條，包括13條中間帶(I)，6條末端帶(T)；短臂具有帶紋8條，包括2條中間帶(I)，6條末端帶(T)；另外還有著絲點帶(C)7條，短臂有隨體帶(S)1條。該二倍體野燕麥的染色體帶型公式為：2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S。

根據二倍體野燕麥C-帶核型分析，該二倍體野燕麥染色體的帶紋深且多，而且都有著絲點帶，該二倍體野燕麥應該是C基因組。1 C染色體長臂和短臂上各有1條端帶，長臂上還有1條中間帶。2 C染色體的長臂和短臂各有1條端帶，長臂上有4條中間帶，短臂上有1條中間帶，中間帶較多。3 C染色體長臂和短臂上均有1條很深的中間帶，此外長臂上還有1條淺的端帶。4 C染色體長臂上有1條帶紋較淺的端帶，還有一強一弱2條中間帶，短臂上有1條帶紋很深的端帶。5 C染色體長臂和短臂上都有端帶，短臂上的端帶較深，長臂上另有1條較深的中間帶和1條較淺的中間帶。6 C染色體長臂上具有2條中間帶，短臂上有1條帶紋很深的端帶和一段隨體帶。7 C染色體長臂、短臂上都有1條端帶，長臂上還有1條中間帶，長臂和短臂上的帶紋均較淺。

圖1 二倍體野燕麥根尖細胞染色體C-帶核型(A)及其模式圖(B)

注：染色體名稱后括號內數字：表1中染色體編號。圖2 二倍體野燕麥的染色體分組

3 討 論

利用C-帶技術對植物染色體異染色質區(qū)域進行顯色是染色體區(qū)分的一種有效手段，本試驗發(fā)現，二倍體野燕麥的帶紋具有較高的穩(wěn)定性。試驗發(fā)現合適的分裂時期對C-帶的顯色效果有較大影響，前期染色體不夠濃縮，染色體細長不易分開，從而影響分裂相，進而導致不同染色體間帶紋重疊而不利于分析；染色體濃縮過度時，導致染色體過于濃縮，過于短小，從而導致同一條染色體上相鄰帶紋的間隔太小，帶紋較密，也不利于區(qū)分和分析。因此選擇合適的分裂相顯得尤為重要，對于二倍體野燕麥來說，選取處于早中期分裂相較好的細胞進行C-帶分析的效果最好。

Fominaya A等[11]對二倍體和四倍體燕麥，Singh R J等[12-14]對六倍體燕麥的C-帶研究均顯示，燕麥C組染色體C-帶帶紋較A組多且深，A組染色體多為端點帶，端點帶較強，而中間帶帶紋少而淺，C組染色體則多為中間帶和著絲點帶，且?guī)Ъy較深；Linares C等[15]以此為標準對A染色體組和C染色體組進行了區(qū)分。二倍體燕麥通常由A或C基因組組成。本試驗通過對二倍體野燕麥的C-帶分析發(fā)現，該二倍體野燕麥的C-帶帶紋多而且深，所以該野燕麥應該為C基因組。劉偉等[2]對二倍體燕麥的研究結果表明，二倍體西班牙燕麥第7對染色體的短臂上有一對隨體，本試驗研究結果與其一致；二倍體短燕麥的1對隨體位于第6對染色體短臂上，不對稱系數是63.91，核型為2 A，為比較對稱的核型，將本試驗二倍體野燕麥的C-帶核型和不對稱系數與之相比，發(fā)現與其研究結果基本相似。根據Stebbins G L[6]關于核型進化趨勢是由對稱向不對稱方向發(fā)展的觀點，該二倍體野燕麥在進化程度上較為原始。

本試驗與李浩兵等[16]的六倍體通北野燕麥的C-帶核型研究結果相比，其C組染色體與本試驗的C組染色體的帶紋都相對較深，其帶紋具有相似性，但其C組染色體由1對中著絲粒染色體和6對近中著絲粒染色體組成，而本試驗的C組染色體則是由5對中部、1對近中部和1對近端部著絲粒染色體組成，表明其C基因組存在差異。將該二倍體野燕麥的C-帶核型與Jellen E N等[9]的“Sun Ⅱ”的C組染色體研究結果對比，該二倍體野燕麥1 C染色體長臂上的端帶較深，而Jellen E N等的1 C染色體長臂上的端帶帶紋較淺，二倍體野燕麥2 C染色體帶紋多呈點狀，而Jellen E N等的2 C染色體帶紋多集中在著絲點區(qū)域，二倍體野燕麥的3 C、4 C、5 C、6 C和7 C染色體的帶型與“Sun Ⅱ”較為相似，但仍然有一定差異，其差異可能是由于試驗材料不同，不同燕麥材料間C基因組C-帶具有多樣性。在植物進化過程中，染色體發(fā)生重復、倒位、易位、缺失等現象都可能導致染色體C-帶帶紋的變化，從而形成帶型的多態(tài)性[17]。

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C-banding Analysis of Chromosomes in Diploid Wild Oat

WANGYa,HUMei,ZHULiangpeng,CHENXingzhuo,GENGGuangdong,ZHANGSuqin,ZHANGQingqin
(College of Agronomy, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

The C-banding analysis of root-tip chromosomes was carried out in diplo-id wild oat in the present study.The result showed that the genome of the diploid wild oat possessed 7 pairs of chromosomes.35 bands were found in the diploid wild oat.19 bands (13 interstitial bands and 6 terminal bands) were located in the long arms，and 8 bands (2 interstitial bands and 6 terminal bands ) were in the short arms.In addition,there were 1 satellite band and 7 centromeric bands.Its C-banding formula was 2 n=14=2 CIT++2 CIT+8 CI+T+2 CI+T+S.The karyotype belonged to the type 2 A,which was relatively symmetrical.The evolution index of the diploid wild oat was 7.The results would provide the reference for the genetics and breeding in oats and other related crops.

diploid wild oat; chromosome; karyotype; C-banding

2016-05-13

國家自然科學基金(編號：31160224)；農業(yè)部計劃項目(編號：2011-A 2521-520111-A 0105-013)；貴州省農業(yè)攻關項目(編號：黔科合NY字[2008]3017，黔科合帶帽字[2009]5002)；貴州大學自然科學專項科研基金(編號：貴大專基合字(2013)01號)；貴州大學研究生創(chuàng)新基金(編號：研農2016030)。

王 亞(1992—)，男，河南省息縣人；研究生，研究方向：作物遺傳育種；E-mail:1530026291@qq.com。

張素勤(1974—)，女，教授，主要從事麥類作物遺傳育種教研工作；E-mail:zsqin2002@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.11.027

S 512.6

A

1001-4705(2016)11-0027-04