丹东蒲公英和斑叶蒲公英染色体变异初探

张建　费永俊　周存宇

摘要：通过根尖染色法并结合流式细胞仪技术对丹东蒲公英（Taraxacum antungense）和斑叶蒲公英（Taraxacum variegatum）根尖和茎尖染色体进行观察，以确定丹东蒲公英和斑叶蒲公蒲染色体变异程度。结果发现，丹东蒲公英和斑叶蒲公英根和叶幼嫩组织中普遍存在多倍性、非整倍性以及混倍性现象，表明具有无融无生殖的蒲公英基因组存在不稳定特性，并且在分生组织中有不同表达。据此推测多倍体蒲公英是由杂交以及多倍化造成，基因组不稳定，表明这一过程新近发生，各种基因组处于进一步选择、融合的过程中。不同生态条件下不同细胞类型可能具有不同表达，以提高植物生态适应性。

关键词：丹东蒲公英（Taraxacum antungense）；斑叶蒲公英（Taraxacum variegatum）；无融合；顶端分生组织；混倍性；非整倍性

中图分类号：S567.23+9；Q343.2+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）10-2397-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.024

有资料表明，被子植物具有异源多倍体起源的从50%～60%到70%～80%不等[1]，甚至在一些科中高达90%[2]。杂交和（或者）多倍化植物，基因不稳定型大多发生在顶端分生组织以及细胞中，导致的一个直接后果就是染色体混倍性和非整倍性。大多数混倍性植物具有杂交起源[3]。自发杂交和多倍化是在高等植物中广泛存在的一种现象[4]。因为杂交和多倍化扰乱了遗传平衡，所以子一代在组织与细胞中具有短暂内平衡。尤其是开花植物的进化，应该必须考虑倍性水平和杂种发生的变化程度[5]。顶端分生组织细胞的多倍化在自然条件下还是很罕见的。尽管多倍性、杂交和无融合具有明显的密切关联[3]，但引起这些现象关联的原因尚不清楚。

目前芸薹属（Brassica）植物杂种（尤其是远缘杂交）的混倍性已有报道[6，7]。蒲公英属植物大多是经过天然杂交并具有无融合生殖特性[8，9]，在进行倍性分析时，发现多倍体蒲公英中也广泛存在混倍性现象，但其混倍性程度未做进一步分析。因此，在前人的研究基础上[10]，选定具有专性无融合生殖的三倍体丹东蒲公英（Taraxacum antungense）和兼性性无融生殖的斑叶蒲公英（Taraxacum variegatum）[11，12]为材料，进一步研究具有无融合生殖蒲公英的染色体行为，并对这种染色体特性在无融合生殖中所起作用以及适应意义做进一步探讨。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为具有无融合生殖特性的丹东蒲公英和斑叶蒲公英。材料栽种于长江大学种质资源圃内，常规管理，在果期收集散开的蒲公英种子，带回实验室进行相关试验。

1.2 方法

染色体观察：参照张建等[12]的方法进行根尖染色法计数观察。流式细胞仪检测：参照张建等[13]的方法进行嫩叶核DNA含量检测。

2 结果与分析

2.1 丹东蒲公英和斑叶蒲公英根尖染色体观察结果

由图1和表1可知，丹东蒲公英根尖细胞染色体数目变异较大，混倍性以及非整倍性现象非常普遍，通过对69张染色体中期的图片进行分析，染色体大多在24条（三倍体）左右，由于蒲公英属植物的染色体基数为8，确定丹东蒲公英为三倍体。在混倍体现象中，单倍体以及二倍体数量比较少，没有发现四倍体，同时非整倍体现象非常普遍。混倍体现象在丹东蒲公英中发生比例非常高，达85.7%。

由图2和表1可知，斑叶蒲公英根尖细胞染色体数目变异较大，混倍性以及非整倍性现象非常普遍，对101张染色体中期的图片进行分析，发现染色体大多在32条（四倍体）。在混倍体现象中，未发现二倍体细胞，三倍体细胞较少，四倍体细胞较多，而非整倍体细胞最多。混倍体现象在观察的斑叶蒲公英根尖细胞中全部存在。

2.2 丹东蒲公英和斑叶蒲公英嫩叶核DNA含量流式细胞仪检测结果

用流式细胞仪对经过DAPI染色的细胞核DNA含量的分析表明（图3），明显波峰的位置为该种的主要倍性，丹东蒲公英大约在200这个位置有明显波峰，在200左右有一些小峰（箭头所示）；而四倍体斑叶蒲公英大约在120的位置有一个最大波峰，在180也有个高峰，在120之前和200之后也有一些小峰（如箭头所示），表明斑叶蒲公英的染色体变异范围更大，非整倍性现象更加普遍。直方图显示丹东蒲公英和斑叶蒲公英的变异系数分别为98.49%和86.44%，表明细胞核DNA变异非常大，染色体混杂现象非常普遍，这与根尖染色体的观察结果相吻合。

3 小结与讨论

倍性水平增加、非整倍性以及混倍性在高等植物个体发育中是一种比较常见的现象，但这些异常现象通常不影响顶端分生组织细胞，并且这种现象只能在细胞分化时发生。对具有无融合生殖的斑叶蒲公英染色体观察结果表明，倍性水平的改变、非整倍性以及混倍性在自发无融合的斑叶蒲公英顶端分生组织中非常普遍。此外，在一个根尖组织压片中经常可看到3～4种不同倍性细胞，并且这些细胞染色体经常不是8（蒲公英属植物的染色体基数）的整倍性。三倍体蒲公英染色体数目变异较四倍体程度小，表明三倍体蒲公英染色体具有更加稳定的状态，生殖方式也更加稳定，这与三倍体蒲公英大多数具有专性无融合生殖的报道相吻合[14]。而四倍体蒲公英染色体还处于融合阶段，染色体消融、加减还处于不断变化过程中，其生殖方式还具有一定可塑性，在特定的条件下可能会产生不同生殖方式，这也许是兼性无融合生殖的一个主要原因。

对三倍体丹东蒲公英以及四倍体斑叶蒲公英嫩叶核DNA含量流式细胞仪检测结果表明，在具有无融合生殖蒲公英中，其分生组织中存在大量染色体数量变异，这和根尖染色体数目变异程度相吻合，植株中存在染色体混杂性现象非常普遍，其发生机制、遗传机制以及潜在适应性方面还需要进一步的研究，以深入了解蒲公英无融合生殖的发生机制。

核染色体不稳定性以及染色体的嵌合性在多倍体植物Beta vulgaris[3]、Poaceae[3]和Balanites aegyptiaca （L.） Del[15]上都有过报道。这些现象均表明二倍体孢子无融合生殖通常伴随有非整倍性和混倍性，基因组不稳定性在体细胞的分生细胞水平上是存在的。造成染色体嵌合原因可能是核内多倍性、基因组加倍、纺锤体异常以及染色体异常所致，这些原因并不互相排斥，可能某些共同起作用。其中染色体复制、多个纺锤体、片段互补以及基因组加倍等是导致混倍性以及多倍性的原因[15]。

蒲公英植物染色体混杂性，尤其是整倍性和非整倍性在根尖分生组织中是随机性的，看起来主要是有丝分裂过程异常所致。体细胞组织中染色体数目的变异是可遗传的。根尖分生组织嵌合性可能在细胞分化过程中起着某些作用。研究发现这些物种具有一些固有特性：重新形成时的染色体变异，引导形成带有这些变异的植物嫩茎，以固定遗传变异，即使在自然条件下这些变异也非常低[15]。

研究结果表明，顶端分生组织细胞的基因组不稳定并不是自发的表观突变，在植株个体发育过程所有阶段皆存在基因组不稳定类型的细胞。在植物顶端分生组织中，获得高频率的混倍性以及非整倍性现象表明体细胞分生组织倍性水平的改变是无融合研究中特有的一种现象。在无融合生殖植物顶端分生组织中观察到的基因组不稳定性可能是由杂交和多倍化所造成，这不仅影响体细胞分化，而且还影响顶端分生组织。这种特性能显著提高植物的适应潜力，尤其是在不利生境下，性细胞具有不同染色体条数的可能性增加，给多倍性以及杂交发生创造条件，由合子生殖方式转变为非合子生殖[7]。

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