百合科4种植物染色体的核型比较

李国泰

(通化师范学院生命科学学院,吉林 通化 134002)

百合科4种植物染色体的核型比较

李国泰

(通化师范学院生命科学学院,吉林 通化 134002)

采用植物染色体常规压片法[1],结合显微摄影技术[2]，对百合科葱属4种植物：洋葱、大蒜、小根蒜、耐寒铁岭葱王进行了染色体核型分析。结果如下：洋葱、大蒜、耐寒铁岭葱王的染色体数目均为2n=2x=16。其核型公式分别为2n=2x=16=12m+2sm,2n=2x=4M+8m+4st,2n=2x=14m+2st.小根蒜染色体数目为2n=4x=32，为典型的四倍体。洋葱，耐寒铁岭葱王，小根蒜的核型比较相近，均属进化程度较低的2A型。大蒜核型与它们的差异较明显，为进化程度较高的2B型。

百合科；葱属；染色体;核型分析

洋葱(AlliumcepaL.)又名球葱、圆葱、玉葱、葱头，荷兰葱，属百合科葱属，为2年生草本植物. 我国的种植区域主要是山东、甘肃、内蒙古、新疆等地。洋葱味甘、微辛、性温，入肝、脾、胃、肺经；具有润肠，理气和胃，健脾进食，发散风寒，温中通阳，消食化肉，提神健体，散瘀解毒的功效,主治外感风寒无汗、鼻塞、食积纳呆、宿食不消、高血压、高血脂、痢疾等症。洋葱是目前所知唯一含前列腺素A的。洋葱还是天然的血液稀释剂，前列腺素A能扩张血管、降低血液黏度，因而会产生降血压、能减少外周血管和增加冠状动脉的血流量，预防血栓形成作用。对抗人体内儿茶酚胺等升压物质的作用，又能促进钠盐的排泄，从而使血压下降，经常食用对高血压，高血脂和心脑血管病人都有保健作用。它能帮助细胞更好地利用葡萄糖，同时降低血糖，供给脑细胞热能，是糖尿病、神志萎顿患者的食疗佳蔬。洋葱中含有植物杀菌素如大蒜素等，因而有很强的杀菌能力，嚼生洋葱可以预防感冒。[4]

小根蒜(BulbusalliiMacrostemi)别名：小根菜、薤根、大头菜子、野蒜、小独蒜、宅蒜、薤白头、大脑瓜、小头蒜。多年生草本，高达70cm。鳞茎近球形，外被白色膜质鳞皮。生于耕地杂草中及山地较干燥处。分布黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、湖北、贵州、云南、甘肃、江苏等地。药材名薤白,是常用中药，主治理气、宽胸、通阳、散结。治胸痹心痛彻背，脘痞不舒，干呕，泻痢后重，疮疖。分布地域广，主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、湖北、贵州、云南、江苏、甘肃，其它各地亦有分布，常野生于耕地、山坡、林缘、沟旁、路旁等较干燥处。[5]

大蒜(A.sativumL.)鳞茎由数个或单个肉质瓣状的小鳞茎(通称蒜瓣)组成，外被共同的膜质鳞被，基生叶带状，扁平。原产亚洲西部或欧洲，现我国各地普遍栽培。大蒜是一种神奇而古老的药食两用珍品，被誉为“健康保护神”。含有400多种有益身体健康的物质，如果人想活到90岁，大蒜应该是食物的基本组成部分。不少科学家认为，大蒜的营养价值高于人参，应列为保健品之首。大蒜是血管清道夫，人类的很多疾病都是因为血液中脂肪水平过高引起的。许多日常食物，像鸡蛋、香肠、奶酪、咸肉等，吃了之后就会使血液中的脂肪成倍上升。但是如果同时吃蒜，脂肪上升的趋势就会受到遏制。除了有助于降低血脂外，大蒜还具有预防和降低动脉脂肪斑块聚积的作用。德国大蒜研究所的专家表示，每天都吃蒜，能够杀菌解毒、延长寿命。常吃大蒜的人，比不常吃的人患胃癌的几率要少将近一半，而且，多吃大蒜的人患直肠癌的几率也非常低。[6]

耐寒铁岭葱王(A.fistulosumL.)，产地黑龙江，鳞茎呈棒状，仅比地上部分略粗，是蔬药兼优的食物。葱叶能利五脏、益头目、清水肿。 葱白有解肌发表、利肺通阳、解毒消肿之功；葱汁有散淤血、止疼、解毒之用。如小便不通畅，可将葱白连叶捣烂与蜂蜜调和敷下腹部；用葱叶煎洗渍患处，可去湿气足肿；葱根能治便血、消痔。现代医学还发现葱有着较强的杀菌作用，功同大蒜，对预防肠道、呼吸道传染病有疗效；葱的辛香味，能促进人的消化液分泌，从而提高食欲促进消化；葱头所含的前列腺素A 能舒张小血管而减少血循环之阻力，有助于防治高血压，对脑力劳动者尤为适宜。 在烹调中，葱常被加工成丝、末，作为凉菜的调料，增鲜之外，还可起到杀菌、消毒之用。葱的保健价值比营养素的含量更加突出。按中医的说法，葱能够发汗解表，民间常用大葱加姜和红糖煮汤来治疗感冒初起。葱具有健胃功效，可提高食欲，增强体质。多吃生葱，还能温暖身体，提高人体的抵抗力，预防呼吸道传染病。因此，葱对体力活动较少，大脑过度疲劳，容易患心血管疾病的脑力劳动者特别有益。[7]

通过对这4种植物染色体的观察及核型研究，可以得到确切的染色体数及核型公式，为其进一步和研究和开发利用提供理论依据。

1 实验材料

实验用的洋葱、大蒜和小根蒜购买自通化市东昌区农贸市场。耐寒铁岭葱王种子购 买自通化市老站前粒粒丰种业商店。

2 实验方法及处理过程

对不同实验材料进行不同的生根处理，获得适合制片的根尖。采用常规压片法制片。获得根尖细胞有丝分裂中期染色体分裂相，经显微摄影和各种图片处理软件技术获得适合核型分析的中期染色体照片，然后利用photoshop软件进行染色体的测量，配对，最后进行整理和分析获得实验结果。

2.1 生根

2.1.1 大蒜、洋葱。采用水培法[8]，去除老根和外包老皮后至于盛有无菌水的烧杯中，使根部与水充分接触，在室温条件下置于暗处培养生根。每天换清水一次。

2.1.2 小根蒜。采用土培法，将小根菜老根去除后，摘于花盆中，间隔1cm左右、置于室温下培养，注意适时补充水分。

2.1.3 葱种。先用温水浸泡(浸泡目的是为了增加种子内部的自由水含量，也可以初步的筛选出不成熟的种子)8h。转入铺有多层无菌棉或纱布的培养皿中(培养皿用75%乙醇消毒后，铺上无菌棉或纱布，且要保持其湿润，然后将浸泡好的种子摆放到平皿中，由于葱种子很小，所以可以先大量投入一个皿中培养，待种子发出小芽时转入新皿中继续培养)盖上皿盖后置于恒温培养箱中培养，恒温培养箱温度20～26℃即可。每天补水2次，不可加太多水，否则导致烂种，培养失败。

2.2 取材

待根长至0.5～2.0cm时将根剪下，因为要观察这几种百合科植物的染色体形态及数目，取材必须要在细胞分裂高峰期(分裂细胞占细胞总数最大值时)进行，一般在上午9～11点，下午15～17点进行取材。[9]

2.3 前处理[9]

前处理的方法一般采用低温处理和化学药剂处理。低温处理对染色体无破坏作用且可使染色体均匀缩短。使用化学药剂如0.05%～0.1%秋水仙素水溶液 ，对二氯苯饱和溶液等可使纺锤丝断裂，增加中期分裂相，便于找到适于核型分析的细胞图像。而在本次试验中我采用对二氯苯饱和溶液低温处理的方法即将两种方法结合使用，可提高前处理效果。处理时间4～6h,温度4℃。

2.4 固定[10]

固定是指用化学药剂将细胞迅速杀死的过程。固定的目的是为了把细胞真实的生活状态保存下来，避免细胞在实验过程当中生活状态的改变。实验使用Carnoy固定剂(无水乙醇∶冰乙酸=3∶1配制而成，乙醇是脱水剂可使细胞脱水变形；冰乙酸又是膨胀剂可使细胞膨胀。把这2种药品按此比例配置使用后即能迅速杀死细胞又能保持其生活状态)，固定时间12h。固定后不能立即进行下一步操作时， 将根尖放于60%乙醇中冷藏待用。

2.5 解离[11]

解离目的是破坏分生组织细胞之间的果胶质和纤维素，促进细胞分散，还可软化细胞壁利于压片。解离方法采用酸解法，用95%乙醇∶浓HCL=1∶1配置成的溶液浸泡13min。若解离不充分可在适当延长解离时间，直到解离充分为止。

2.6 水洗与低渗

操作方法是将解离后的根尖用清水或蒸馏水洗3～5次(水洗一定要洗净，否则染色较浅且有油滴状物质存在影响观察。)，洗完后在水中浸泡10～15min。操作目的是清除残留在根尖上的解离液并产生低渗效果使得压片时染色体充分分散。

2.7 染色与压片

剪取根尖先端分生组织(即根尖先端乳白色区域)[12]置于载玻片上，先将根尖用镊子将分生组织碾碎尽量铺开，滴上改良石炭酸品红染色液，进行染色30min。染色后在组织所在处盖上盖玻片，用几层滤纸包裹载玻片，按住材料所在位置(注意不要移动)适当用力压片。再用剪刀手柄处轻敲几下，使得装片尽量薄一些。

2.8 镜检

压好的装片放到显微镜下进行镜检。先在低倍镜下观察找到中期分裂相后在转用高倍镜观察，必要时还可借助油镜观察。

2.9 永久装片的制作

在显微镜下找到适于核型分析的图像后，将该装片贴好标签，立即放于冰箱中，将载玻片冰冻24h，冰冻时间不宜过长，否则会冻裂细胞。取出冰冻好的装片，迅速用单面刀片揭开盖片，放于一侧，注意不要破坏材料面。置于空气中自然干燥后，用中性树胶封片。封片时树胶不宜过多，以树胶既能达到盖片边缘又没有多余是最适量的。一般用牙签取一小滴即可。待自然干燥后，进行拍照获得染色体中期分裂相照片。

2.10 核型配对[13]

将拍摄到的照片先采用美图秀秀软件将杂质处理干净，在利用photoshop软件进行染色体测量与配对，最后获得染色体核型图。

3 实验结果与分析[14]

3.1 洋葱染色体结果及分析

图1 洋葱中期染色体图像

图2 洋葱染色体核型图

表1 洋葱核型分析参考数据表

如图1、图2和表1数据可知，洋葱的8对染色体中，有6对(第1、2、3、4、6、7对)染色体，臂比在1.01～1.70之间，为中部着丝点染色体。2对(第5、8对)染色体，臂比在1.71～3.0之间，为近端部着丝点染色体。所以洋葱染色体的核型公式为 2n=2x=16=12m+2sm。最长染色体(相对长度)是最短染色体(相对长度)的1.63倍。臂比大于2.0的染色体占12.5%。依据STEBBINS理论的核型分类标准，洋葱的染色体核型在遗传进化上为进化程度较低的2A型。[16]

3.2 耐寒铁岭葱王的染色体结果及分析

图3 耐寒铁岭葱王中期染色体图像

图4 耐寒铁岭葱王的染色体核型图

表2 耐寒铁岭葱王染色体相对长度、臂比及类型

由图3、图4和表2数据可知，耐寒铁岭葱王8对染色体有7对(第1～3、5～7对)染色体臂比在1.01～1.70之间，为中部着丝点染色体，1对(第4对)臂比为4.15，为端部着丝点染色体；其染色体核型公式为2n=16=14m+2st;最长染色体(相对长度)是最短染色体(相对长度)的1.49倍，臂比大于2.0的染色体占12.5%。依据STEBBIN的核型分类标准，耐寒铁岭葱王的染色体核型在遗传进化上为进化程度较低的2A型。[17]

3.3 大蒜的染色体结果及分析

图5 大蒜中期染色体图像图

图6 大蒜染色体核型图

表3 大蒜染色体相对长度、臂比及类型

由图5、图6和表3数据可知，大蒜的8对染色体，有6对(第1～6对)，染色体臂比为在1.01～1.70之间，为中部着丝点染色体；有2对(第7,8对)染色体臂比大于3.00，是近端部着丝点。核型公式2n=2x=16=4M+8m+4st。最长染色体(相对长度)是最短染色体(相对长度)的2.17倍。臂比大于2.0的染色体占25%。由此可见大蒜的染色体核型为2B型，进化程度高于洋葱和耐寒铁岭葱王。[18-19]

3.4 小根蒜染色体结果及分析

图7 小根蒜中期染色体图像

图8 小根蒜染色体桥

由图7可知，小根蒜的细胞中染色体数目为2n=32条，经过简单测量配对和翻阅资料[20]得知小根蒜染色体数目为2n=4x=32，为典型的四倍体染色体。据STEBBIN (1971)的核型分类标准，小根蒜在进化上属于2A型。在这次试验中发现了染色体桥(如图8所示)，这一现象证明，小根蒜的染色体结构会发生变异，它的细胞中核型存在多态性。这种变异导致了小根蒜种内发生明显的核型分化。

3.5 核型比较

由以上结果可见，洋葱、耐寒铁岭葱王、大蒜、小根蒜具有共同的染色体基数，均为x=8。根据STEBBIN的核型分类标准，在生物的进化过程中，染色体核型是按照对称程度的高低，分为12种类型(1A-4A,1B-4B,1C-4C)。核型对称性程度高的生物，其染色体变异就越大，进化程度就越高。依据这一标准，洋葱、耐寒铁岭葱王、小根蒜核型为2A型，应属于进化程度较低的种类，大蒜核型为2B，进化程度比前三者要高一些。说明了洋葱、耐寒铁岭葱王、小根蒜的亲缘关系比较接近，而大蒜与他们的亲缘关系相对较远。但洋葱、耐寒铁岭葱王的染色体具有很强的保守性，而小根蒜的染色体存在着结构上的变异，有明显的核型分化。根据张成合、中书兴、王梅等对大蒜染色体联会行为观察及核型分析的报导得知，大蒜的核型也存在着染色体的结构变异。这种结果表明，染色体的结构变异在进化和品种的演化中可能起着十分重要的作用。[21]

[1]李懋学，张学方.植物染色体研究技术[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1991：3.

[2]王晓军.数码摄影入门与解析[M].北京：人民邮电出版社，2008：17-32.

[3]王全喜,张小平.植物学[M]. 北京：科学出版社，2004：393-395.

[4]http://zhidao.baidu.com/question/26673778.html.

[5]张香美，刘月英，贾月梅,等.小根蒜研究现状及其开发利用[J].2006，34(9)：1764-1765.

[6]http://zhidao.baidu.com.

[7]梁艳荣，姜伟，张颖力,等.大葱种质资源研究及利用发展[J].2006，22(9)：302-305.

[8]田秋元，杨约田.洋葱核型分析及有关制片方法的探讨[J].安徽农业科学，2009，37(25)：12341-12343.

[9]李凤霞.遗传学实验指导[M].长春：吉林人民出版社，2006：2.

[10]戴小红，牛立新，张延龙.百合科三种品系代表植物的核型分析[J].西北林学院学报，2006，21(4)：59.

[11]李国泰.轮叶百合染色体核型分析[J].通化师范学院学报，2004，25(2)：14.

[12]陆时万，徐祥生，沈敏健.植物学[M].北京：高等教育出版社，1991：88.

[13]杨大翔.用Adobe Photoshop 进行核型分析[J].农业网络信息，2005：45-46.

[14]李懋学，陈瑞阳. 关于植物核型分析的标准化问题[J].武汉植物研究，1985，3(4)：297.

[15]周广泰. 染色体的Levan氏命名法及染色体在生物演化中的变化[J].青海师范大学学报，1989(1)：34.

[16]CHENLei.WANGJun.Karyotype Comparison And Analysison Differrent Kinds Of Onions. Agricultural Biotechnology[J].2011，12(12)：1807-1809.

[17]刘良科，赵丽娟，熊飞.大葱的CPD染色及核型分析[J].安徽农业科学，2011，39(1)：35-36.

[18]张成合、中书兴、王梅,等.对大蒜染色体联会行为观察及核型分析[J].园艺学报，1999，26(4)：268-270.

[19]王彦芹，朱天生，魏凌基,等.大蒜染色体的核型分析[J].塔里木农垦大学学报，2003，15(4)：29-31.

[20]朱世梅，许介梅.葱属薤白的核型分化[J].植物分类学报，1999，37(3)：268-278.

[21]张惠英，李晓峰，赵倩,等.几种葱属植物的核型分析与比较[J].河北农业大学学报，2006，29(2)：40.

TheLiliaceaeFourPlantChromosomeKaryotypeAnalysis

Li Guotai

(College of Science,Tonghua Normal University,Tonghua,Jilin 134002)

The plant chromosome conventional pressure plate method,combined with microscopic photography,Liliaceae onions are all kinds of four plants:Alliumcepa,A.Sativum,BulbusAllii,A.fistulosumkaryotype analysis. The results are as follows: onions,garlic,cold Tieling onion king of chromosome number is 2n = 2x = 16. The karyotype formula was 2n = 2x = 16 = 12m +2sm,2n = 2x = 4M+ 8m+4st,2n = 2x = 14m+ 2st. Small root garlic chromosome number of 2n = 4x = 32,typical tetraploid. Onion,to cold Tieling onion king,root garlic karyotype similar are the evolution of less2A type. Garlic karyotype and their differences are more pronounced for the evolution of higher levels of type 2B.

Liliaceae；Allium；Chromosomes；Karyotype analysis

2017-06-01

李国泰(1965-)，男，副教授，从事遗传学教学及长白同山区药用植物的核型研究，E-mail:836202528@qq.com。

DOI.∶10.13268/j.cnki.fbsic.2017.06.005

Q243

A