燕麦不同品种染色体倍性的检测

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(吕梁学院生命科学系， 山西 离石 033000)

燕麦不同品种染色体倍性的检测

闫艳华，杜京旗，高晓丽，李毛毛

(吕梁学院生命科学系， 山西 离石 033000)

研究了6个不同品种燕麦的染色体倍性差异，通过根尖染色体计数法和气孔保卫细胞横纵径及保卫细胞叶绿体计数法等方法对燕麦染色体倍性进行了观察鉴定。结果表明，6个不同品种燕麦中定燕1号、晋燕8号、晋燕17号、宁莜1号为六倍体(2 n=6 x=42)，白燕6号、白燕7号为四倍体(2 n=4 x=28)，同倍性不同种之间气孔保卫细胞叶绿体数目相近，不同倍性间气孔保卫细胞的大小差异较明显。经X2适合性检测，六倍体和四倍体植株气孔保卫细胞横径均值之比和保卫细胞叶绿体数的平均值之比符合其染色体数目之比3∶2，而纵径均值比值不符合。

燕麦； 染色体； 气孔保卫细胞叶绿体计数法； 倍性鉴定

determination of ploidy level

燕麦(AvenasativaL.)，属于禾本科、早熟禾亚科、燕麦属的一年生植物，分布广泛，在全球有大量种植。燕麦是重要的粮、饲、药、经等兼备多重作用的作物，主要分为裸粒型和带稃型，也就是裸燕麦和皮燕麦[1-2]。燕麦研究相对不多，我国也只集中在燕麦开发新的栽培技术及培育新品种上，较欠缺细胞遗传学方面研究。在燕麦的分类问题上，国内外仍有多种不同的说法且不统一[3]。燕麦属中各个品种按染色体数目可分为二倍体、四倍体和六倍体三大类，燕麦染色体基数为7，这三种倍性对应的染色体数目分别是2 n=14、2 n=28、2 n=42[4]。染色体倍性鉴定方法较多，根据相关研究，除了较直观的染色体个数显微观察外，气孔性状等形态特征也可以作为鉴定的依据[5-7]。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本实验所用基础材料为6个不同品种燕麦种子，分别是定燕1号、晋燕8号、晋燕17号、宁莜1号、白燕6号和白燕7号，依次编号为1～6号。

1.2 实验方法

1.2.1 根尖染色体计数法

把6个不同品种燕麦种子去皮后放置在有滤纸的培养皿中，加入适量的水促进萌发，待根长到1～2 cm，剪取根尖进行固定，解离，染色，压片，观察计数[8]。

1.2.2 气孔保卫细胞大小及其叶绿体显微观察

把6个不同品种燕麦种子分别播种在直径为10 cm的花盆中，10 d左右出苗，30 d左右开始实验。在10：00时左右摘取燕麦幼苗叶片，先将叶片用蒸馏水冲洗干净，将下表皮朝下用指头按住叶片，用刀片刮去叶片上表皮，取下表皮0.4～0.6 cm2置于载玻片上加1滴1%碘-碘化钾染色，加盖玻片后吸水纸吸去多余的水，在显微镜下进行观察并用显微镜目镜测微尺精确测量气孔横纵径，同时观察气孔保卫细胞叶绿体数目，选取清晰的视野进行计数，且不计叶绿体出现粘叠等不易计数的气孔。每个品种观察5株，每个叶片观察30个气孔。

1.2.3 数 据

采用SPSS 20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 染色体倍性显微观察及分析

从表1可以看出，6个品种燕麦根尖细胞的染色体数目为42和28，定燕1号、晋燕8号、晋燕17号、宁莜1号染色体数目均为42，白燕6号、白燕7号染色体数目为28，燕麦染色体的基数为7，分析得出6个燕麦品种中定燕1号、晋燕8号、晋燕17号、宁莜1号为六倍体，白燕6号、白燕7号为四倍体。

表1 供试燕麦品种的染色体数和倍性

编号类型品种产地染色体倍性1皮燕麦定燕1号甘肃定西2n=6x=4262裸燕麦晋燕8号山西太原2n=6x=4263裸燕麦晋燕17号山西太原2n=6x=4264裸燕麦宁莜1号宁夏固原2n=6x=4265裸燕麦白燕6号吉林白城2n=4x=2846裸燕麦白燕7号吉林白城2n=4x=284

2.2 气孔保卫细胞大小显微观察及分析

由表2和表3可以看出，六倍体与四倍体燕麦横径、纵径这2个指标均存在明显不同。六倍体和四倍体燕麦植株的气孔保卫细胞横径均值分别为44.55μm和34.18μm，其比值为1.31∶1.00，对其进行χ2适合性检验得到p值大于0.05，表明六倍体和四倍体植株气孔保卫细胞横径均值比符合其对应染色体数目3∶2的比。六倍体和四倍体植株气孔保卫细胞纵径均值分别为33.72μm和28.47μm，其比值为1.18∶1.00，对其进行χ2适合性检验得到p值小于0.05，表明六倍体和四倍体植株气孔保卫细胞纵径均值比不符合其对应染色体数目之比3∶2。分析结果得出，随燕麦染色体倍性的升高，保卫细胞的横纵径也升高，但保卫细胞横径变化与染色体倍性变化关系基本统一，保卫细胞纵径与染色体倍性变化关系不太密切，因此认为气孔保卫细胞横径可用来初步鉴定燕麦倍性。

表2 燕麦不同品种植株气孔保卫细胞横纵径均值

编号测定气孔数保卫细胞横径(μm)保卫细胞纵径(μm)13045．15±2．8536．31±3．1023046．02±1．9434．83±3．8933042．89±4．6132．69±3．8943044．15±4．3331．04±3．7253033．87±4．2128．97±3．1163034．49±3．6427．96±2．53

表3 燕麦不同倍性植株气孔保卫细胞横纵径平均值及差异显著性

编号倍性横径均值显著性p纵径均值显著性p1，2，3，4六倍体44．55gt;0．0533．72lt;0．055，6四倍体34．1828．47

2.3 气孔保卫细胞叶绿体显微观察及分析

结合表4和表5可以得出，六倍体和四倍体燕麦叶片气孔保卫细胞叶绿体数的变异系数平均值分别是11.65%和8.19%，得出同倍性不同品种的植株叶片保卫细胞叶绿体数平均值相近，参试材料中六倍体燕麦气孔保卫细胞叶绿体数平均值为32.63，四倍体燕麦气孔保卫细胞叶绿体数平均值为22.80，六倍体和四倍体燕麦间气孔保卫细胞叶绿体数的平均值之比为1.45∶1.00，进行X2适合性检验得到p值大于0.05，表明六倍体和四倍体燕麦气孔保卫细胞叶绿体数平均值之比符合其染色体数目之比。

表4 燕麦不同品种植株气孔保卫细胞叶绿体数平均值及变幅

编号测定气孔数叶绿体数平均值叶绿体数变异幅度变异系数(%)13035．69±4．1330．5～4311．5723031．35±3．7130～4211．8333030．87±3．6730～3811．8943032．61±3．6930．5～38．511．3253023．57±1．9217～308．1563022．03±1．8117．5～298．22

表5 燕麦不同倍性植株气孔保卫细胞叶绿体计数平均值及差异显著性

编号倍性叶绿体数平均值显著性p1，2，3，4，5六倍体32．63gt;0．056，7四倍体22．80

3 讨 论

本次实验通过传统的根尖染色体计数法和气孔保卫细胞叶绿体计数法对所选用的6个燕麦品种进行了显微观察和倍性分析，对其染色体的数目、气孔性状有了一定的了解，并确定了各品种的倍性，为进一步研究其性状提供了基本的生物学依据。本实验得出的燕麦染色体数目与刘伟[4]、武生辉等[9]的结果一致,并且观察到清晰的染色体。

根尖染色体压片法结果准确，是一种可靠的倍性鉴定手段，但较为繁琐又耗时，而利用气孔大小和保卫细胞叶绿体数目区分则相对较为简单、省力[8]。本实验将气孔保卫细胞叶绿体计数法应用在燕麦倍性鉴定中，叶绿体数目差异性显著，得出6种参试材料有2种不同倍性。用此叶绿体数倍性分界法结合根尖染色体计数法对35株燕麦植株的倍性水平进行鉴别，其结果与染色体计数法相吻合。结果表明，四倍体和六倍体燕麦植株气孔保卫细胞横径及保卫细胞叶绿体数平均值都差异较明显，气孔保卫细胞大小和气孔保卫细胞叶绿体数目都与染色体倍性的变化走势一致。随燕麦染色体倍性的提高，叶片保卫细胞纵径升高变化不明显，而其他两者与染色体倍性变化关系基本统一，总结出燕麦叶片气孔保卫细胞横径和保卫细胞叶绿体数可有效鉴定其染色体倍性。

植物叶片与自然界进行气体进出和交换的通道是气孔，染色体控制气孔性状，气孔保卫细胞大小及其叶绿体数目能够准确地反映出染色体的倍性[10]。燕麦气孔叶绿体数目的多少，基本完全遗传,用气孔保卫细胞叶绿体数平均值鉴别染色体倍性，便于排除燕麦不同品种及叶片不同显微观察区域的影响。本实验通过对用6个不同品种燕麦植株气孔保卫细胞的叶绿体进行显微观察计数，分析结果得到，气孔保卫细胞叶绿体数受染色体倍性影响，不同倍性间气孔保卫细胞叶绿体数存在明显的遗传差异，而同一倍性内遗传性是相似的。结果同样表明，这种方法可以辅助燕麦染色体倍数性测定。根据气孔保卫细胞叶绿体计数法得到的数据和染色体计数法得到的倍性结果再根据相关研究成果可以总结出燕麦四倍体和六倍体的分界值，与袁素霞、刘玉梅等总结的叶绿体数倍性分界法类似[11]，即17≤气孔保卫细胞叶绿体数≤30的为四倍体燕麦，gt;30的为六倍体燕麦。

[1]于振文.作物栽培学总论[M].北京:中国农业出版社,2005.

[2]杨海鹏,孙泽民.中国燕麦[M].北京:中国农业出版社,1989.

[3]王茅雁,齐秀丽,张凤英.国外燕麦分子生物学研究进展[J].内蒙古农业大学学报,2001,22(4):139-144.

[4]刘伟.不同倍性燕麦种质核型鉴定和SSR指纹图谱构建[D].北京:中国农业科学院,2012.

[5]陶抵辉,李小红,王利群,等.植物染色体倍性鉴定方法研究进展[J].生命科学研究,2009,13(5):450-455.

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[8]宋同明,陈绍江.植物细胞遗传学[M].北京:科学出版社,2009.

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[10]何婷,刘成洪,杜志钊,等.气孔保卫细胞大小与油菜单倍体及二倍体倍性的相关性研究[J].上海农业学报,2012,28(4):42-45.

[11]袁素霞,刘玉梅,方智远,等.甘蓝类蔬菜小孢子再生植株染色体倍性与气孔保卫细胞叶绿体数的相关性[J].中国农业科学,2009,42(1):189-197.

Determination of Ploidy Level of Chromosome in Different Varieties of Oats

YANYanhua,DUJingqi,GAOXiaoli,LIMaomao

(Department of Life Science,Luliang University,Shanxi Lishi 033000，China)

Selecting seven different varieties of oats as the research object,this experiment researches differences with different varieties of oat chromosome ploidy.Observing and identifying chromosome ploidy by counting the number of stoma chlorlplast in guard cell and root tip chromosome, measuring stomatal guard cells’ transverse and longitudinal diameter.Results show that Dingyan No.1,Jinyan No.8,Jinyan No.17,Ningyou No.1 are hexaploids (2 n=6 x=42),Baiyan No.6 and Baiyan No.7 are both tetraploids (2 n=4 x=28) according to this experiment and observation data.And the numbers of stoma chlorlplast are very close between with homoploid.But different cultivars and the size of stoma guard cell differences between different ploidies is obvious.Relevant data of the three groups of stomatalX2fit tests respectively,which is concluded that hexaploid tetraploid plant stomatal guard cells and the mean guard cells diameter ratios and the average chloroplast number ratio in accordance with the proportion of the chromosome number 3∶2.But the average ratio of longitudinal diameter doesn’t conform to 3∶2.

oat; chromosome; counting the number of stoma chlorlplast in guard cell;

2017-02-17

吕梁学院自然科学青年基金(ZRQN 201512)。

闫艳华(1985—)，女，山西离石人；讲师，硕士研究生，主要从事植物生长与发育研究；E-mail:yanhua19852008@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.042

S 512.6

A

1001-4705(2017)06-0042-03