川产贝母属植物的染色体核型研究
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摘要：采用根尖压片法确定川产贝母的染色体数目，并分析其染色体核型，以探讨其进化趋势和系统演化关系。结果表明，川产7种、2变种共10个居群贝母属（Fritillaria L.）植物的染色体数目均为24条，核型公式如下：川贝母（Fritillaria cirrhosa D. DON）2n=24=2m+2sm+10st+10t；梭砂贝母（F. delavayi Franch.）2n=24=2m+2sm+10st+10t（SAT）；暗紫贝母（折多山居群，F. unibracteata Hsiao & K. C. Hsia）2n=24=4m+6st+14t（SAT）；暗紫贝母（茂县居群）2n=24=2m+2sm+10st+10t（SAT）；瓦布贝母（Fritillaria wabunesis S. Y. Tang & S. C. Yueh）2n=24=2m+2sm+8st+12t（SAT）；甘肃贝母（F. przewalskii Maxim. & Batal.）2n=24=2m+2sm+6st+14t（SAT）；湖北贝母（F. hupehesis Hsiao & K. C. Hsia）2n=24=2m+2sm+12st+8t（SAT）；康定贝母（F. cirrhosa D. DON var. ecirrhosa Franch.）2n=24=4m+12st+8t（2SAT）；长腺贝母（F. unibracteata Hsiao & K. C. Hsia var. longinectarea S. Y. Tang & S. C. Yueh）2n=24=4m+8st+12t（SAT）；短丝贝母（F. dajinensis S. C. Chen）2n=24=4m+6st+14t。其中6种（变种）染色体核型为首次报道。通过染色体核型分析，认为该属染色体核型向对称性减弱的方向发展，推测系统演化上该地理分布的贝母属植物比较原始。
关键词：贝母属（Fritillaria L.）；染色体；核型；四川省
中图分类号：S567.23+1.2+2（271） 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4224-06
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.039
贝母为百合科（Liliaceae）贝母属（Fritillaria L.）多年生草本植物，全球有130种，主要分布在北半球南温带地区，尤以地中海沿岸、亚洲东部至中部和北美洲的种类为多；中国的四川省还具有一些保持较多原始性状的种类[1]。近年来，中国发表了大量的贝母新种和新变种，这些新种的出现对中药贝母的质量控制和应用等方面造成了困惑[2]。过去，有关贝母属植物的分类学研究主要集中在形态解剖学[3，4]、化学分类学[5]、同工酶技术[6]等方面；在细胞学方面，也有学者对安徽省所产贝母、湖北省所产贝母和新疆维吾尔自治区所产贝母进行过研究[7-11]，而对川产贝母细胞核型的报道较少[12，13]。染色体数目与核型是深入分析物种遗传特点和系统进化的基础，为此，课题组收集了主要产于四川省的贝母物种，并对其核型进行了分析，包括文献[14]规定的4种川贝母药材原植物种在内的川产7种2变种10个居群的贝母材料，采用根尖压片法确定其细胞染色体数目，通过分析其染色体核型来探讨其进化趋势和系统演化关系，从而为川贝母种质资源的鉴定和系统演化提供细胞学资料。
1 材料与方法
1.1 材料
供试植物材料均采自成都恩威投资集团有限公司甘孜藏族自治州折多山贝母基地，由四川农业大学植物教研室杨光辉老师鉴定，凭证标本保存于四川农业大学小麦研究所标本室（SAUT）；材料基本信息见表1。
1.2 方法
供试所用每个材料的根尖分别取自2～3个植株，每个植株分别取根尖5～8个，取新生材料的根尖，用饱和对二氯苯溶液预处理5 h后，转入卡诺氏（冰醋酸∶乙醇=3∶1）固定液中固定24 h，然后在1 mol/L盐酸里于60 ℃恒温水浴中解离8 min，醋酸洋红液染色、压片。用Olympus BX51显微镜观察，Spot Insight Color成像系统成像。以5个有丝分裂相分散状况良好的细胞、按文献[15]的方法计算核型平均值，核型不对称系数（As.K%）按文献[16]的方法计算，核型类型按文献[17]的标准划分。
2 结果与分析
川产7种2变种10个居群的贝母染色体核型形态分别见图l、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10，染色体核型比较见表2，染色体参数见表3。从图l、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、表2、表3可见，川产7种2变种10个居群的贝母染色体数均为二倍体；核型类型除暗紫贝母（茂县居群）、甘肃贝母和长腺贝母外，其余种（变种）的核型均为3A型；川贝母、梭砂贝母和短丝贝母未见随体染色体，其他均有随体染色体；参试贝母材料的核型不对称系数较高，为80.54%～82.58%。核型差异主要表现在染色体类型、次缢痕数目和位置、染色体臂比、平均臂比和不对称系数等性状上。此外，随体染色体数目和位置等方面在种间也存在明显差异，如仅在梭砂贝母第二对染色体长臂上发现有次缢痕，其他贝母此处没有；康定贝母第一、第二对染色体短臂上均有随体染色体，并且第12对“st”型同源染色体的长度不等，构成了杂合现象等。
3 讨论
试验观察的川产7种和2变种10个居群的贝母属植物的染色体数目均为2n=24，与已报道的贝母属植物的染色体数目相同。此外，这些材料具有一些共同的核型结构，即有2对具中部（m）或亚中部（sm）着丝点的较长染色体，其余10对稍短，并为具近端（st）至端部（t）着丝点染色体。染色体平均臂比范围为6.06～7.59，最长染色体/最短染色体范围为1.75～2.27，都具有较高的核型不对称系数（80.54%～82.58%）。从核型类型来看，除暗紫贝母（茂县居群）、甘肃贝母和长腺贝母的核型属于3B核型外，其余种（变种）的核型均为3A型。曾有报道川贝母的核型公式为2n=24=2m+2sm+8st+12t[12]，本试验的川贝母核型公式、染色体长度比和不对称系数与其研究结果也有一定相似性；说明川产7种和2变种贝母属植物的核型具有一致性。
但川产7种和2变种贝母属植物的核型也有一定的相异性，对川产7种和2变种的贝母属植物核型进行比较后发现，尽管其核型有一定的相似性，但是在sm、st和t染色体的增减、次缢痕数目及其位置、核型不对称程度、最长染色体长度/最短染色体长度、核型构成上各自还是存在一定的差异，甚至贝母属同一植物种不同居群的核型也存在一定差异，尽管不同居群暗紫贝母的植株形态和生物学特性很相似，其6～12对染色体上均有次缢痕，但次缢痕的位置和数目存在一定的差异，核型类型也不同，表现出明显的多态性。同时，谢晓阳等[12]曾报道川贝母的核型在第11和第12对染色体上具有次缢痕，为3B型；而本试验的川贝母出现了更多的次缢痕，核型类别也有差异。王淑芬等[13]报道了茂县居群瓦布贝母在第六、第九、第十、第12对染色体上具有次缢痕，染色体长度比为2.39，不对称系数为92.88%，为2B型，与本试验的瓦布贝母核型研究结果存在较大的差异。造成差异的原因可能与试验材料的来源、试验时生物个体的生理、生化状态和试验所采用的方法以及试验误差有关。为此，下一步将采集更多的川贝母资源进行分析，并加以论证。
肖培根等[2]从进化生物学角度考虑，认为川贝母复合群体可能处在一个比较年轻的、并且处于激烈分化的物种形成阶段。罗毅波等[18]提出，引种栽培使不同的贝母种植在一起，对这种兼以种子和鳞茎繁殖的植物来说，不同种间可能出现异花授粉结实，并会以营养繁殖的方式保存下来；对贝母属植物的引种和栽培，将导致众多变异个体的出现，栽培种与野生种染色体也就可能出现差异。本试验发现，康定贝母在核型分析时不能顺利进行人为的同源染色体配对，具有明显的杂合性，这在一定程度上支持了上述观点。
物种进化的趋势是生物体结构体制的提高，从原始的生物类型逐渐发展到比较进化的类型，从简单到复杂，由低等到高等。这种变化趋势联系着染色体的数目、臂比、大小和形态的变化[19]。有学者认为短臂上具小随体是贝母属中旧大陆种的特征之一[20]。本试验除川贝母、梭砂贝母和短丝贝母未见短臂上的随体染色体外，其他的均在短臂上有随体染色体。翟诗虹等[11]对新疆维吾尔自治区所产贝母属植物核型进行研究后认为，贝母属的核型结构是高度不对称的，它的进一步变异可能是主要向相反的方向发展，即“增加核型对称性”。而王影等[7]在对安徽省所贝母属植物的研究中，比较了安徽省所产贝母的核型结果，发现每一种“t”染色体数目均明显增加，核型不对称系数在增大，不对称性增加，认为贝母属的核型是朝着不对称性的方向发展的。Stebbins[17]认为最长染色体和最短染色体之间的长度比是衡量核型对称程度的一个重要特征，本试验中最长染色体和最短染色体比值最高的是长腺贝母，为2.27；较低的是梭砂贝母和瓦布贝母，分别为1.75和1.82；可见长腺贝母的核型是更为不对称的类型，而梭砂贝母和瓦布贝母的核型则相对对称。梭砂贝母的茎较粗、叶片肥厚宽大，瓦布贝母下面叶通常对生，上面叶轮生兼互生，一般认为是比较原始的类群；而长腺贝母茎生叶互生，少有对生，一般认为是比较进化的类群。长腺贝母和康定贝母的最长染色体和最短染色体的长度比均高于其对应的原种暗紫贝母和川贝母，长腺贝母和康定贝母的核型不对称性也高于其对应的原种暗紫贝母和川贝母。可见，贝母属的核型是朝着不对称性的方向发展的；这与李玉峰等[21]运用RAPD分析得到的与川贝母亲缘关系较近的依次为康定贝母、瓦布贝母和梭砂贝母的结果是一致的。
翟诗虹等[11]所研究的新疆产7种贝母属植物有3种为3A型，其他4种为3B型；而王影等[7]比较了9种安徽产贝母属植物的染色体核型资料，发现除窄叶小贝母（F. xiaobeimu Y.K. Yang，J.Z.Shao et M.M.Fang）为3C型外，其他安徽产贝母属植物的核型均为3B型。但张定成等[9]报道窄叶小贝母为3A型。本试验结果显示，川产贝母核型类型除暗紫贝母（茂县居群）、甘肃贝母和长腺贝母属于3B核型外，其余种（变种）的核型均为3A型。可见四川省所产贝母属植物的对称性较高，系统演化上处于比较古老的类群。总之，通过分析川产7种和2变种贝母属植物的核型形态变化，认为川产贝母属染色体核型向着对称性减弱的方向发展，推测系统演化上该地域分布的贝母属植物比较原始。
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