5种水仙属植物的核型分析

刘 洋, 李全超, 肖瑶宇, 李 琳, 何炎森, 陈晓静

(1.福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；2.福建省农业科学院亚热带农业研究所，福建 漳州 363000)

水仙属(Narcissus)植物，分布于中欧、地中海、西亚和北非，有25～30种原始物种[1]，经过几千年的自然杂交，形成复杂的杂交群体.水仙属植物染色体数目和倍性复杂，至今亲缘关系仍不够明晰.关于水仙细胞学方面的研究已有一些报道[1-17]，染色体基数有x=7、10和11等3种基本类型，也有一些染色体基数为x=5[3]、12和14[17]的报道，体细胞染色体数目为10～56[3,6,12]，在自然环境中普遍存在三倍体和非整倍体.多花水仙染色体基数有x=10和11两种，体细胞染色体数目为20～34[2,5].中国水仙(NarcissustazettaL. var.chinensisRoem.)是多花水仙变种，主要栽培品种的染色体数目大多为2n=30的三倍体不育类型[4,7,10-13,15,18]，因此，通过有性杂交很难获得杂种后代.

传统的分类方法主要是基于形态特征，由于天然杂交的频繁发生，难以准确描述水仙物种间的界限和亲缘关系.核型分析可以为水仙的进化、地理分布和形态分化提供更为准确的信息.近年来，陆续从国外引进一些水仙品种类型，并进行了小范围的栽培试验，但这些材料能否作为水仙新品种选育的亲本资源，需要从形态学、细胞学以及分子生物学等方面加以评价.本试验选取5种国外引进的水仙进行了染色体数目和核型分析，旨在明确其分类地位，并对其在育种上的利用提供指导.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为‘舒雅’(‘Replete’)、‘小燕子’(‘Swallow’)、‘普韦布洛’(‘Pueblo’)、‘胡德山’(‘Mount Hood’)、‘温斯特丘吉尔’(‘Sir Winston Churchill’)等5个品种，种球均来源于福建省农业科学院亚热带农业研究所.

1.2 方法

1.2.1 根系诱导 2017年11月底，选取健康的水仙鳞茎，每个品种选取5～8个，剥去外层褐色干皮膜，去除鳞茎盘下的枯根和包泥，洗净后放置于玻璃瓶中水培，每天更换1次清水，经3～5 d待根长1 cm左右时取用.

1.2.2 染色体标本的制备 参考陈晓静[11]的方法并经优化后的方案.待根长达到1 cm左右时，于中午11:00—12:00切取根尖，室温下用0.2%秋水仙素预处理4 h以上，然后转入卡诺氏固定液(无水乙醇∶冰醋酸=3∶1)中固定24 h，在70%乙醇中保存备用.制片前，用蒸馏水洗净根尖，转入1 mol·L-1盐酸，于60 ℃水浴解离15 min，用蒸馏水漂洗数遍后，切取1～2 mm根尖置于载玻片上，用丙酸—水合氯醛—铁矾—苏木精染色并将其捣碎，盖上盖玻片压片.

1.2.3 核型分析 制备好的样片用Nikon E200生物显微镜进行观察和拍照.每个品种选取30个染色体清晰、分散良好的中期分裂相计数，选取10个最佳分裂相于400倍下摄影，各品种选取10张照片，按李懋学等[19]的核型标准分析，其中，核型不对称系数(As·k)按Arano[20]的方法计算.

2 结果与分析

2.1 核型分析

2.1.1 ‘舒雅’的核型 体细胞染色体数2n=28，由于28条染色体根据大小和形态特征可以四四归组匹配，推测该品种为x=7的同源四倍体.核型公式为：2n=4x=28=8m+16sm+4st，在本试验条件下未观察到随体染色体.染色体实际长度为5.54～13.11 μm，相对长度为8.29%～17.49%，最长染色体与最短染色体的比值为2.37，臂比(长臂/短臂)为1.40～3.62，臂比>2的染色体占46.43%，着丝粒指数为21.65%～42.43%，核型不对称系数为67.85%，其核型属于2B型(表1，图1 A1、1 A2).

表1 5种水仙的体细胞染色体参数Table 1 Parameters of the chromosomes of five Narcissus cultivars

2.1.2 ‘小燕子’的核型 体细胞染色体数2n=30，根据染色体的大小和形态特征有20条可以两两匹配，另外10条为1个异源染色体组，推测该品种为x=10的异源三倍体.核型公式为：2n=3x=30=7m+17sm+5st+1t，在本试验条件下未观察到随体染色体.染色体实际长度为4.02～16.21 μm，相对长度为1.79%～8.99%，最长染色体与最短染色体的比值为4.03，臂比为1.28～10.74，臂比>2的染色体占40.00%，着丝粒指数为8.52%～44.72%，核型不对称系数为66.49%，其核型属于2C型(表1，图1 B1、1B2).

2.1.3 ‘普韦布洛’的核型 体细胞染色体数2n=21，根据染色体的大小和形态特征有7对为同源染色体，另外7条为1个异源染色体组，推测该品种为x=7的异源三倍体.核型公式为：2n=3x=21=4m+13sm+4st，在本试验条件下未观察到随体染色体.染色体实际长度为5.74～17.08 μm，相对长度为2.51%～7.48%，最长染色体与最短染色体的比值为2.98，臂比为1.27～4.20，臂比>2的染色体占71.43%，着丝粒指数为19.21%～44.06%，核型不对称系数为68.95%，其核型属于3B型(表1，图1 C1、1C2).

2.1.4 ‘胡德山’的核型 体细胞染色体数2n=28，根据染色体的大小和形态特征有21条可以三三归组匹配，另外7条为1个异源染色体组，推测该品种为x=7的异源四倍体.核型公式为：2n=4x=28=8m+15sm+4st+1t，在本试验条件下未观察到随体染色体.染色体实际长度为3.47～16.91 μm，相对长度为1.08%～13.97%，最长染色体与最短染色体的比值为4.87，臂比为1.06～7.26，臂比>2的染色体占46.43%，着丝粒指数为12.10%～48.44%，核型不对称系数为67.56%，其核型属于2C型(表1，图1 D1、1D2).

2.1.5 ‘温斯特丘吉尔’的核型 体细胞染色体数2n=17，根据染色体数目可判定为染色体基数为x=10和x=7组成的异源二倍体.核型公式为：2n=2x=17=1m+9sm+7st(SAT)，在本试验条件下观察到14号染色体上有随体染色体(图1 E1中红色剪头标示).染色体实际长度为4.18～13.24 μm，相对长度为2.56～8.09，最长染色体与最短染色体的比值为3.12，臂比为1.35～5.50，臂比>2的染色体占76.47%，着丝粒指数为15.39%～42.57%，核型不对称系数为73.30%，其核型属于3B型(表1，图1 E1、1E2).

2.2 核型比较

对5种水仙的核型进行比较的结果(表1、图1)表明：5种水仙材料的体细胞染色体数目为17～30条，最少的是‘温斯特丘吉尔’，为17条，最多的是‘小燕子’，为30条；5种水仙中有二倍体材料1个，三倍体和四倍体各2个.根据核型公式，5种水仙体细胞中均含有中部着丝粒染色体(m)、近中部着丝粒染色体(sm)和近端部着丝粒染色体(st)3种，均以sm染色体为主.其中，‘小燕子’和‘胡德山’体细胞中各自有1条端部着丝粒染色体(t)，未发现正中部着丝粒染色体(M)和端粒染色体(T)；最长染色体与最短染色体的比值均大于2；臂比大于2的比率除‘普韦布洛’和‘温斯特丘吉尔’高于50%外，其余3个品种均低于50%.核型不对称系数由小到大排列为：‘小燕子’(66.49%、2C)、‘胡德山’(67.56%、2C)、‘舒雅’(67.85%、2B)、‘普韦布洛’(68.95%、3B)、‘温斯特丘吉尔’(73.30%、3B).在本试验条件下，仅在‘温斯特丘吉尔’发现了随体染色体，其余4种均未发现.

3 讨论

水仙属植物的亲缘关系复杂，分类仍不够完善，充实水仙细胞学和分子生物学的相关背景资料，为水仙的分类提供科学依据是很有必要的.本试验中，5种水仙均含有m、sm和st等3种染色体类型，仅‘小燕子’和‘胡德山’中含t染色体.‘舒雅’的核型为2B，在水仙属植物中，该类核型报道甚少；‘小燕子’和‘胡德山’的核型为2C，与‘Ice Folliess’、‘Parisienne’[16]的核型相同；‘普韦布洛’和‘温斯特丘吉尔’的核型为3B，与‘哈韦拉’、‘面对面’、‘快活’[14]、崇明水仙[15]和福建3个产地水仙[11]的核型相同.核型不对称系数为66.49%～73.30%，最大的是‘温斯特丘吉尔’，为73.30%.根据Stebbins[21]的进化理论：核型不对称系数越高，染色体变异越大，进化程度越高，因此，‘温斯特丘吉尔’在5种水仙中属于相对比较进化的类型.

形态学观察显示，‘小燕子’的花瓣和副冠均为黄色，每支花葶着生数朵小花，单瓣花，花粉败育，不结籽，是x=10的异源三倍体，属于多花水仙.‘舒雅’每支花葶着生1朵花，花朵大，重瓣类型，无花粉，不结籽，是x=7的同源四倍体，属于洋水仙，推测该水仙是由2n=2x=14的二倍体通过染色体加倍获得.‘普韦布洛’每支花葶着生1朵花，单瓣花，花粉败育，不结籽，是x=7的异源三倍体，属于洋水仙.‘胡德山’每支花葶着生1朵花，单瓣花，花粉败育，不结籽，是x=7的异源四倍体，属于洋水仙.‘温斯特丘吉尔’部分花葶着生2～3朵花，重瓣类型，无花粉，不能结籽，是x=7和x=10组成的异源二倍体，属于洋水仙，推测该水仙是由2n=2x=14的二倍体与2n=2x=20的二倍体杂交而来，可以通过染色体加倍获得异源四倍体，此类型水仙的染色体数目与‘仙客来’水仙品种群‘Cyclataz’(2n=17)[22]相似，它们的亲缘关系是否相近有待进一步研究.

目前，国内水仙花新品种选育多集中在多花水仙上，并取得了一定的成果，如‘云香’[23]、‘黄花2号’[24]、‘金玉’[25]等多花水仙新品种，但对洋水仙的研究相对较少，能否利用洋水仙的不同品种类型与现有的多花水仙进行种间杂交，可作为今后一个有意义的探索.以上5种水仙的研究，既为水仙属相关植物的分类和亲缘关系研究提供一定参考，也为其在育种上的利用提供相应的依据.