紫薇属植物染色体倍性鉴定研究进展

李振芳 彭婵 黄国伟 马林江 柯尊发 杨彦伶

摘 要： 紫薇属植物的倍性研究是其遗传育种工作的基础，本文从直接鉴定、间接鉴定两个方面进行了阐述和总结，包括染色体计数、流式细胞仪、分子标记法、形态学鉴定和生理生化指标等方法，以期为紫薇育种和染色体倍性研究工作提供理论依据和实践参考。

关键词： 紫薇;染色体;倍性;流式细胞仪

中图分类号：S685.99   文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2021）02-0014-05

Research Progress on Chromosome Ploidy Identification of Lagerstroemia

Li Zhenfang（1） Peng Chan（1） Huang Guowei（1） Ma Linjiang（1） Ke Zunfa（2） Yang Yanling（1）

（1.Hubei Academy of Forestry Wuhan 430075;2.Taizi Mountain Management Bureau of Hubei Province Jingshan 448000）

Abstract： The ploidy study of Lagerstroemia is the basis of its genetic breeding work. The authors expounds and summarizes the direct identification and indirect identification，including chromosome counting，flow cytometry，molecular marker method，morphological identification and physiological and biochemical indexes，in order to provide theoretical basis and practical reference for Lagerstroemia breeding and chromosome ploidy study.

Key words： Lagerstroemia;chromosome;ploidy;flow cytometry

紫薇属植物多为落叶或常绿灌木或乔木，分布于亚洲东部、东南部、南部的热带、亚热带等地区，全世界约55种，其中中国原产16种，引入栽培2种：大花紫薇Lagerstroemia speciosa和南洋紫薇L.siamica，是中国优良的夏季园林观花树种[1-3]。目前紫薇育种主要是通过与现有种或品种杂交来培育新品種[4-7]，紫薇L.indica、屋久岛紫薇L.fauriei、福建紫薇L.limii和南紫薇L.subcostata的种间杂交表现出良好的种间亲和性[8-10]，而紫薇与尾叶紫薇L.caudata的部分杂交组合不能结果或结果率很低[11]，紫薇与大花紫薇杂交产生了大量不育后代[12，13]，表明紫薇不同种的细胞遗传分化可能会造成种间育性差异。染色体是遗传物资的载体，其倍性研究是开展遗传育种工作的基础，紫薇属植物因染色体小且数量众多，制片难、不易分辨，染色体研究较其它植物落后较多，过去的研究报道观点不一[2，14，15]，本文对紫薇属种质资源的染色体倍性研究进行阐述和总结，以期为紫薇育种和染色体倍性研究工作提供理论依据和实践参考。

1 直接鉴定法

直接鉴定法也称染色体计数法，是鉴定植物倍性最直接、最准确的方法[16]。目前，紫薇染色体标本制备的基本方法有压片法[14，17，18]和去壁低渗火焰干燥法[14，17]，在合适的材料、适宜的处理条件和熟练的技术条件下2种方法都能得到较好的染色体制片[14]，后者效果优于前者，但这对细胞学操作技术要求高，而且对材料的状态要求严格，只有处于旺盛分裂期的组织才能用于染色体计数，费时费工[19]。制片取材部位可以是根尖、茎尖和幼叶，童俊[20]等选取切取幼嫩根尖在常规压片基础上增加了前低渗和后低渗进行制片，提高了制片质量;宋平[16]在进行紫薇倍性鉴定时发现嫩叶比根尖压片效果好;陈瑞阳[21]以紫薇幼叶为材料，获得较好的制片效果，并得到了紫薇核型公式;杨冰洁等[14，22]认为紫薇新萌发的茎尖比根尖效果好。

紫薇属植物的染色体很小、染色体数目较大，使其制片难度大，染色体常不能分散在同一个平面上，报道的染色体数目较为混乱[2，12]。1967～1981年公开发表的紫薇属7个种的染色体数目：n=22，24，25，44，46，64;2n=16，18，44，46，48，50[40]。另外，紫薇、小叶紫薇、大花紫薇、多花紫薇、尾叶紫薇、屋久岛紫薇、福建紫薇、南紫薇等紫薇属植物公开发表的染色体数目见表1，紫薇、大花紫薇、多花紫薇这3个种的研究较多，染色体数目且都以2n=48居多，认为这个结果是准确的，可以推断表1中7个紫薇种的染色体数目应均为2n=48，其可靠性有待在未来研究中进一步验证。宋平[31]计数紫薇、南紫薇染色体在42～50之间，2n=48占比53%～60%;杨冰洁[14]计数紫薇、福建紫薇、屋久岛紫薇的染色体数目在46～50之间，2n=48占比80%～90%。刘婷婷等[41]首次报道了黄薇属植物黄薇Heimia myrtifolia、柳叶黄薇H salicifolia、千屈菜属的千屈菜Lythrum salicaria的核型公式，并根据黄薇属（2种）、千屈菜属（1种）和紫薇属（10种）植物的基因组大小，认为3个属植物均为二倍体，且染色体数目黄薇属（2n=16）<紫薇属<千屈菜属（2n=54）。

染色体计数法也常用来鉴别紫薇人工多倍体植株的真实性，目前已鉴定了授权的四倍体紫薇新品种‘四海升平‘紫馨‘银蝶染色体为2n=96[17，18，27，42]，以及未授权紫薇四倍体染色体为2n=96[17，19，28，29，31]、六倍体染色体为2n=144[42]，聂硕等[18]对二倍体与四倍体的F1杂种代植株进行压片，未能找到准确、清晰的三倍体染色体条数图片，还需进一步制片验证。

2 间接鉴定法

2.1 分子水平鉴定

2.1.1 流式细胞仪鉴定法

流式细胞仪是对细胞进行自动分析和分选的设备，20世纪80年代以来已广泛应用于植物细胞学、分类学、遗传学、免疫学、生物学、生态学等方面的研究中[43-46]，在大批量植物种质资源鉴定、倍性测定等相关研究中有着得天独厚的优势[47]。近年来，流式细胞仪已成为植物鉴定倍性的首要选择，是目前最高效、快速、可靠、相对便宜的倍性鉴定方法[46，48-50]。而且不受植物体取材部位和数量、细胞时期的局限，可测定样品来源多样，包括新鲜植物组织、二氧化硅干燥植物组织、冻干植物组织、愈伤组织、活原生质体、干燥成熟种子、标本等材料，其中以新鲜组织的效果最佳[50]。

紫薇叶片等组织中含有较多的蛋白质、糖类和酚类化合物[16]，目前不同学者已用新鲜幼叶[16-19，27，28，41]、组培苗鲜叶[28，29]、二氧化硅干燥叶片[2]、新鲜茎尖[42]等材料，分别采取不同处理方式和提取液都可以取得较好的结果。刘亚琼[2]用流式细胞仪鉴定紫薇属16个种的倍性：紫薇、光紫薇、尾叶紫薇、广东紫薇、福建紫薇、毛紫薇、川黔紫薇、小花紫薇、南紫薇、网脉紫薇、狭瓣紫薇等11个种为二倍体，桂林紫薇为四倍体，云南紫薇、西双紫薇和大花紫薇为六倍体，毛萼紫薇为非整倍体（2X-4X）;刘婷婷等[41]测定紫薇属10个种或品种的基因组大小：尾叶紫薇、屋久岛紫薇、南洋紫薇、网脉紫薇、川黔紫薇、桂林紫薇、紫薇、大花紫薇、紫薇‘粉精灵、紫薇‘Pocomoke值都在341.00±2.00～370.00±8.89 Mbp之間，其流式细胞分析结果显示为二倍体。桂林紫薇、大花紫薇2个种的倍性结果不一致，刘亚琼采用干燥叶片测定分别为四倍体、六倍体，刘婷婷采用新鲜叶片测定均为二倍体，有可能是因为干燥对DNA染色带来了不确定的影响[50]。

流式细胞仪也应用在紫薇人工多倍体的倍性鉴别上，鉴定了紫薇三倍体植株[51]、授权的四倍体紫薇新品种‘四海升平‘紫馨‘银蝶[17，18，27]，以及未授权的紫薇和南紫薇四倍体植株[17，19，28，29，31，52，53]、紫薇疑似八倍体植株[54]、紫薇以及南紫薇嵌合体植株[16，17，19，27-29]。此方法相较染色体计数法更为简便，大批量样本检测时尤为适用。宋平等[16]认为流式细胞仪很容易区分嵌合体和纯四倍体，是鉴定紫薇和南紫薇多倍体的理想方法。宋新红等[42]得到的紫薇二倍体与人工诱导四倍体植株流式细胞仪检测结果显示都有3个峰且二者第1个峰位置相同，认为有核内多倍性发生，该四倍体疑是二倍体的内多倍化，同时认为前人研究中的嵌合体或混倍体植株可能是内多倍化结果。Sliwinska等[55]认为对于一些非整倍体植物，应结合染色体计数来确定其倍性，结果会更准确[55]。

2.1.2 分子标记鉴定法

分子标记鉴定也是一种快速、准确的方法，主要是通过RFLP、AFLP、RAPD、SSR、SNP、指纹图谱、FISH及GISH等技术进行倍性鉴定[56]。王晶等[15]首次获得了基于FISH技术的紫薇、尾叶紫薇、屋久岛紫薇和福建紫薇的染色体核型图，并分析了45SrDNA在4种紫薇属植物中期染色体上数量和分布特点，核型公式分别为2n=48=2 M+24 m+22 sm、2n=48=30 m+18 sm、2n=48=2 M+20 m+26 sm和2n=48=2 M+32 m+14 sm，均为2A型。同时，该技术还可用来鉴定种间、种内杂交子代真实性，杨冰洁[22]应用GISH技术在紫薇与尾叶紫薇种间杂种子代染色体上发现了紫薇和尾叶紫薇的杂交信号，鉴定为真杂种。近年来随着分子生物学的飞速发展，其鉴定速度更快、成本更低、分辨率更高了，而且相较流式细胞仪不能准确检测非整倍体，依据分子标记却能得到可靠的鉴定结果，也为植物倍性的鉴定提供了全新的途径[57]。

2.2 形态学鉴定法

包括植物形态学鉴定、细胞形态学鉴定以及梢端组织鉴定法等，紫薇属植物目前主要采用了植株形态[17，27，28，51]、叶片形态解剖特征（气孔大小、保卫细胞叶绿体数目、气孔指数等）[19，28，29，31，42，51，58]、花粉粒[17，27，42]等方法来鉴定杂交子代、多倍体诱变植株的倍性，其中植物形态学鉴定较为简便但准确性不高;叶片解剖特征、花粉粒等细胞形态学鉴定结果比较可靠，但操作过程复杂且较难区分非整倍体和嵌合体[59]，可作为倍性判定的初选标准;梢端组织鉴定法能准确鉴定嵌合体[60]，目前未见在紫薇属植物上应用的报道。

2.3 生理生化指标鉴定法

除了上述方法，生理生化指标也可用来鉴定植物倍性，于永畅等[61]比较研究了二倍体紫薇与四倍体紫薇的光合特性差异，结果表明四倍体紫薇的光合利用能力强于二倍体紫薇。但采用生理生化指标鉴定步骤繁琐，仅能在一些特定植物的特定指标上进行初步判断[56]。

3 讨论

紫薇属植物的染色体倍性鉴定是新品种培育的重要基础，有利于种间、种内杂交育种工作的顺利开展，增加新品种的遗传多样性。植物染色体倍性鉴定方法选取原则：尽早筛选、破坏性小、准确度高、因陋就简[56]。染色体计数虽然准确性高但技术要求也高，只适合检测少量样品;流式细胞仪法快速准确可靠，仅需少量材料、适合大批量筛查，但不能准确判定非整倍体;分子标记快速准确，成本相对较高;形态学鉴定法适合初步判断;生理生化指标测定步骤繁琐，仅适合初步判断，可根据实际情况选择合适的方法，尽可能地缩短育种时间、节约育种成本、加速育种进程。紫薇属于染色体数量多、染色体小的物种，且叶片等组织内富含多酚多糖类物质，倍性鉴定相对困难，为得到准确可靠的结果，建议先简后繁，必要时可将各种方法的综合运用，相互印证。

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（责任编辑：郑京津）

收稿日期：2021-02-23

基金项目：湖北省知识创新专项（自然科学基金一般面上）资助项目“紫薇与大花紫薇F1代植株败育机理研究”（2018CFB703）。

杨彦伶为通讯作者。