蔬菜染色体核型研究进展

邱正明 周洁 符家平

摘要：蔬菜植物的染色体核型研究对蔬菜遗传育种有重要的指导意义。对国内蔬菜染色体核型的研究现状进行了概述，并对染色体核型研究技术进行了探讨，期望为深入开展蔬菜染色体核型研究提供借鉴。

关键词：蔬菜;染色体;核型;研究进展

中图分类号：S63-3         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）23-0011-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.002           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

染色体是遗传信息的载体，对生物繁殖和遗传信息的传递具有重要意义。核型体现了染色体水平的整体特征，通过对染色体核型进行分析，可确定与其他物种亲缘关系的远近，揭示遗传进化的过程和机制[1]。对蔬菜植物进行核型分析研究，不仅可获得大量的关于蔬菜作物染色体方面的基础信息，对蔬菜遗传育种有重要的指导意义;而且，染色体资料对染色体基因定位、原位杂交和DNA序列的研究等都将起到重要作用。本研究根据已有的文献报道，对国内蔬菜植物染色体核型的研究现状进行了概述，以期为今后的深入研究提供帮助。

1  中国蔬菜核型研究现状

1.1  百合科

中国是世界百合遗传资源最重要的产地之一，百合野生资源非常丰富。2010年，刘华敏等[2]对南川百合、青岛百合、山丹和岷江百合等4种野生百合进行了染色体数目观察和核型分析。结果表明，核型除山丹为3A外，其余3种材料核型均为3B，核型不对称系数分别是81.68%、76.09%、80.34%和82.26%。这4种野生百合的染色体数目及核型与已有的研究结果基本一致，即百合属植物中的染色体多为大型，染色体基数为12，二倍体居多，目前仅在卷丹、川百合等少数种中发现有三倍体。李璇等[3]对云南省境内的12个泸定百合野生居群进行了核型分析。结果表明，12个泸定百合野生居群均为二倍体，染色体基数为12，共有24条染色体，无B染色体，核型类型全部为3A，第1、2对染色体均为具中部（m）或近中部（sm）着丝点的大型染色体，第1对染色体上均具有随体，12个居群的核型不对称系数较高，在78.66%～82.05%，说明泸定百合的核型对称性低，进化程度较高。根据核型不对称系数分析，认为12个泸定百合野生居群的进化程度从高到低为：马关居群-石坎居群-龙陵居群-旧城居群-石林居群-泸西居群-双河居群-西畴居群-師宗居群-大关居群-文山居群-扎西居群。谢晓君等[1]对“红霸天”百合的根尖进行核型分析后发现，“红霸天”百合的染色体数目为2n=3x=36，属于异源三倍体。大部分百合属于异源三倍体，源于有性或无性多倍体化，异源三倍体由四倍体和二倍体回交产生，回交过程中也产生均衡的单倍体、二倍体和三倍体配子，同时，产生不均衡的非整倍性的配子。百合研究表明，异源三倍体可以产生可育的非整倍体和整倍体配子，进而产生大量倍性不一的杂交后代个体，并且非整倍体的花粉是可育的[4]。虽然异源三倍体通常雄性不育，但可作母本与二倍体或四倍体百合杂交，利用所产生的非整倍体配子和基因组间的染色体重组进行百合种质渗入育种[5]。霍辰思等[6]对来自荷兰的8个LA百合品种进行了核型分析，结果表明，大多数LA百合杂种系都含有基因组重组染色体，染色体的随体、次缢痕的特征可作为杂交后代早期鉴定的依据。

核型分析是百合科葱属植物新种报道的重要内容之一。中国约有70%的葱属植物进行了核型分析[7]。杨天灵等[8]对健蒜、多籽蒜和新疆蒜3种5居群进行了核型分析，首次发现三倍体。葱属植物的不同种、同种不同居群或同种同一居群内有二倍体、三倍体、四倍体、五倍体、六倍体、八倍体及九倍体和十倍体的多倍化现象，还有非整倍体存在[8]。健蒜、多籽蒜和新疆蒜国内仅分布在新疆霍城、青河、塔城和新源等地背阴山坡、草地灌木和干旱坡地。研究表明该3种5居群的大蒜染色体基数有x=8和x=10，共2种。这为大蒜进行遗传改良、诱变育种和抗性育种时的亲本选择提供了细胞学参考[8]。李晓玲等[9]对三峡紫皮大蒜和百合大蒜进行了染色体核型研究，分析表明三峡紫皮大蒜和百合大蒜在进化过程中属于比较原始的物种，百合大蒜的进化程度稍高于三峡紫皮大蒜，两者核型结果表明亲缘关系比较近，可能二者基因交流比较频繁。杨天灵等[10]对新疆不同地理分布区的大蒜核型进行了分析。大蒜染色体包含正中部着丝点染色体（M）、中部着丝点染色体（m）、近中部着丝点染色体（sm）和亚端部着丝点染色体（st）。被研究的6个材料中没有发现四倍体细胞，但都有15条染色体的细胞，昭苏六瓣红还有2n=12，14的细胞，阿合奇大蒜和皮山大蒜均有2n=14的细胞，吉木萨尔白皮蒜有2n=18的细胞。大蒜染色体短臂上的随体位置和数目各有不同。该试验中的大蒜都存在着染色体的杂合性，表现为长度相近的同源染色体臂比和类型差别大，这些结构变化是否是大蒜长期进化和适应环境发生变异的物质基础，并且，同源染色体的随体成单现象是否与大蒜的不育有关，还有待进一步研究。

田秋元等[11]对洋葱核型进行了探索，结果发现，洋葱根尖较好的预处理时间为30 h，染液为碱性品红染液，在此基础上，对洋葱根尖细胞染色体核型分析，发现试验洋葱的染色体数为2n=2x=16。在洋葱的16条染色体上没有发现具有随体的染色体，却发现有端部着丝点染色体。该结果对洋葱品种资源的鉴定具有一定的参考价值。

1.2  十字花科

不结球白菜属于小染色体作物，预处理后的中期染色体长度在1.5～3.5 μm，故在细胞遗传学方面研究滞后。20世纪80～90年代，采用不同的制片技术，应用手工测量法，王业进等[12]、曹家树等[13]和李懋学等[14]报道的不结球白菜的核型差异很大。郑金双等[15]采用核型分析软件，以二倍体不结球白菜及其同源四倍体为材料，运用常规染色压片法进行核型分析。结果表明，四倍体核型与二倍体基本一致，仅染色体长度变异范围比二倍体略大，表明四倍体不结球白菜是由二倍体加倍得到的，为同源四倍体。对于小染色体作物来说，采用核型分析软件结果更可靠。

宋廷宇等[16]采用根尖压片法对薹菜进行了染色体核型分析。薹菜又称芸薹菜、油菜薹，是十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种的一个变种。薹菜原产于中国，为黄河流域和淮河流域的地方特产蔬菜之一，尤以山东、江苏等地种植较多。试验结果表明，薹菜为二倍体，染色体数2n=20，核型公式为K（2n）=2x=20=7m+2t+st，染色体组型为2A型。这一结果充分反映了薹菜与菜薹在细胞学水平上的差异，说明薹菜的进化程度明显低于菜薹。吴春红等[17]利用rDNA及C0t-1 DNA的荧光原位杂交技术，结合C0t-1DNA与25SrDNA荧光原位杂交和传统的染色体形态学标记方法，构建了一个早熟白菜苔的精确核型。

许江等[18]以红皮红心、绿皮红心、红皮白心和白皮白心4种不同肉质颜色的32份萝卜品种为试材，镜检观测不同颜色肉质萝卜的核型。分析结果表明，不同颜色肉质萝卜具有相同的染色体数目，染色体结构均较对称，多数染色体为中部着丝点染色体，染色体长度差异不明显，都没有随体。所有材料的对称性都较强，说明它们属于进化上比较原始的类型，但白色肉质萝卜相对红色肉质萝卜具有更强的对称性。从核型上分析，红色肉质萝卜比白色肉质萝卜进化程度更高。

许冬梅等[19]对茎瘤芥、笋子芥和抱子芥不同类型茎用芥菜的染色体核型进行了研究，结果表明，不同类型茎用芥菜的染色体数目均为36，属于小染色体，没有观察到随体，多数染色体为中间着丝粒染色体。3种类型的茎用芥菜核型较相似，它们之间没有出现染色体条数的变化，仅在染色体长短、着丝点位置等方面有细微的差异，表明不同类型茎用芥菜具有相似的遗传特性，它们在起源和进化过程中保持了很好的亲缘关系。方平等[20]研究大叶芥、小叶芥和白花芥的染色体核型表明，3种不同类型叶用芥菜染色体数目没有变化，都属于小染色体，大多染色体为中部着丝点，只在染色体长度、着丝点位置、核不对称系数等方面有差异，该研究结果支持了童南奎[21]、王建波等[22]和付杰等[23]的观点，认为小叶芥是较原始的芥菜品种，大叶芥和白花芥相对来说是较进化的品种。

1.3  葫芦科

荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization，FISH）技术是20世纪80年代在放射性原位杂交技术基础上发展起来的一种非放射性细胞遗传学研究技术，具有快速、安全、灵敏度高及探针可长期保存等优点。FISH在现代科学研究中被广泛应用，运用FISH技术可以直接观察到染色体在分裂周期各阶段的行为机制，还可直观反应染色体的异常情况，如丢失，重组，缺失及易位等。陆井元[24]运用FISH技术研究了黄瓜近交系9930细胞分裂中期染色体的形态，进一步以Typel，Type3串联重复序列为探针，绘制了一张完整的黄瓜核型图。张云霞等[25]利用基因组荧光原位杂交（Genomic in situ hybridization，GISH）技术，对黄瓜种内的两个变种进行了中期染色体分析，建立了黄瓜变种染色体核型的快速分析方法。

西瓜属于小染色体作物，染色体制片难度较大，很少得到理想的结果，所以核型分析存在一定难度。袁建民等[26]以二倍体小果型西瓜及其同源四倍体为试材，进行了核型分析。得到了二倍体及同源四倍体西瓜的核型公式。与二倍体比较，同源四倍体染色体在绝对长度、相对长度、臂比值、相对长度系数等方面存在细微差异，染色体组总长度、最长与最短染色体比值、核不对称系数等也存在一定差异。上述差异可能由预处理、制片方法或测量工具等造成，也可能由染色体处于不同时期，凝缩程度有所不同造成。综上所述，二倍体及同源四倍体西瓜的核型差异不明显。

1.4  茄科

茄子、番茄和辣椒是茄科中的重要蔬菜作物，在起源、分类、遗传育种及栽培生理等方面均有较深入的研究。而有关染色体核型分析却仅限于个别品种或类型，缺少种间及野生种与栽培种之间的核型分析。祝海燕等[27]对牛角辣椒、朝天椒、小果番茄、圆形茄和野生茄的染色体核型进行了比较分析。3种茄果类蔬菜虽然在植株形态上表现各异，在分类上又属于不同的种，但各自染色体数目非常稳定一致，均为2n=2x=24，表明它們有共同的染色体基数（x=12）和较高的遗传稳定性。在马铃薯核型分析方面，张自强等[28]对马铃薯杂种F1优良无性株系A1和A3及同母异父F1优良无性株系C2的染色体核型进行了研究。结果表明，马铃薯杂交种不同株系的染色体结构产生了一定程度的变异，株系A1和株系A3的染色体核型公式相同，株系C2的核型公式不同于株系A1和株系A3。马铃薯不同品系在DNA水平遗传距离的大小能够体现其亲缘关系的远近，在杂交育种时可作为亲本选配的参考。

1.5  其他科

油麦菜、叶用莴苣、苦荬菜和苦苣属菊科为常见蔬菜作物。乔海云等[29]以菊科蔬菜中5个不同类型的栽培品种为试材，对染色体核型进行分析。试验中，染色体基数均为x=9的几种菊科蔬菜作物，花叶苦苣核型为1A，纯香油麦菜和大速生的核型为2A，八甲唛和花芽甜唛菜的核型为3A，八甲唛和花芽甜唛菜的进化程度最高，其次是纯香油麦菜和大速生，花叶苦苣的进化程度最低。红凤菜、白凤菜为菊科菊三七属植物，两者营养丰富，有一定的药用价值，口感较好，在中国部分地区有一定面积的栽培，并作为日常蔬菜食用。吴天姣等[30]以白凤菜和红凤菜的茎尖为试材，对其进行核型分析。2个材料染色体数目均为20，且核型都为较为对称的1A型。据现有资料报道，多数菊三七属植物染色体数目为20，部分为36，60，且核型较对称。上述试验结果与现有报道较一致。

菜用大黄是蓼科大黄属多年生草本植物，叶柄粗大多汁，营养丰富，气味清新芬芳，风味独特，口感微酸，属理想的芳香保健类蔬菜。任文娟等[31]利用菜用大黄根尖为材料，对2个菜用大黄品种RAMB和RO进行了核型研究。2个菜用大黄品种核型不对称系数分别为57.46%和58.60%，接近50%，具有较大的对称性;核型均为1B型，说明菜用大黄在进化类型上属于原始类型。

芹菜为伞型花科芹属二年生草本植物，又称旱芹，药芹。原产于地中海沿岸，中国已有2000多年的栽培历史，全国各地均有栽培。陈瑞娇等[32]以芹菜根尖为材料，采用常规压片法对其进行染色体核型分析。芹菜体细胞染色体数目为2n=22，核型公式为K（2n）=2x=2m+18st+2t，核型为3A型。与其他研究者所得到的核型公式和核型类型差异较大，是否是研究的的芹菜品种不同所致有待于进一步探讨。此外，康利平[33]对唇形科多年生草本植物地笋（野生蔬菜）进行了核型分析，其核型分类为2C型。周翼虎等[34]以薯蓣科的河南铁棍山药根尖为材料，对染色体数目及核型进行了分析，结果表明，河南铁棍山药的染色体数目为120，核型公式为 2n=120=96m（6SAT）+18sm（4SAT）+4st+2t。孙勃等[35]对落葵科的木耳菜进行了染色体核型分析，并依据核型的对称性，推测了不同木耳菜品种的进化程度。不同科的蔬菜品种之间，或者是同科内的不同蔬菜品种之间，其染色体数目和核型公式差异较大。

2  蔬菜核型研究技术

2.1  染色体制备

目前植物染色体制片技术主要有常规压片法和去壁低渗法两种。常规压片法于1921年由Belling创立，是最传统的制片方法，对植物染色体研究起了至关重要的作用。去壁低渗法由Kurata于1978年提出，并获得了清晰的水稻染色体制片[36]。最近，通过改进后的蔬菜根尖染色体滴片法效果也比较好[37]。准确取材是染色体制片成功的关键。用于染色体制片的材料有植物的根尖、茎尖、幼叶、幼小花蕾及愈伤组织等。由于根尖取材方便、分生区集中，并且不受季节影响，被认为是最好的制片材料[38]。染色体制片过程中要达到分裂相多、染色体长短适宜且分散良好，关键是预处理液的选择和预处理时间的掌握。由于多数蔬菜植物的纤维含量很高，通过预处理及固定后，可适当进行酸解与酶解的处理，再进行染色、制片等，这样可获得更好的分裂相。

2.2  核型差异分析

无论是种间还是种内，核型之间存在一定的区别和联系。例如，同一物种不同倍性水平的材料进行核型分析，与二倍体相比，同源四倍体不结球白菜染色体变异范围稍大些[14]。另外，试验过程中会出现细胞染色体数目与基数存在差异的现象，造成的原因可能是在染色体制片、配对与数据分析过程中，由于分析技术不同或某些人为因素导致，例如，镜检时染色体易发生重叠或者多个细胞染色体组合在一起等问题，都会造成细胞染色体数目不同，标本的取样数量、时间和地点等也可能是重要的误差源。

2.3  核型分析技术发展

长期以来，染色体核型分析的步骤是显微摄影、放大、剪裁分组、排列、粘贴、复制成核型照片，该方法耗时比较长且容易出错。对于不结球白菜等小染色体作物来说，采用核型分析软件，結果更可靠[14]。目前，荧光原位杂交技术已被广泛应用于细胞遗传学、基因定位、基因作图、基因扩增、转基因鉴定、染色体结构和功能研究、物种间亲缘关系及物种进化等研究领域。陆井元[24]运用FISH技术绘制了一张完整的黄瓜核型分析图。近10年来，由于标记、制片技术和观察设备的不断改进及相关细胞遗传学技术和分子生物学技术的发展，FISH技术得到迅速发展，主要包括多色荧光原位杂交、DNA纤维荧光原位杂交、荧光免疫核型分析和间期细胞遗传学、酪胺信号放大-FISH、原位PCR-FISH、细菌（酵母）人工染色体-FISH、多肽核酸-FISH、锁链探针-FISH、超伸展的流式分拣植物染色体高分辨FISH技术等。这些技术的运用将为蔬菜核型研究提供新的途径。

3  展望

染色体研究已经为蔬菜遗传育种提供了理论依据和实践指导。根据染色体形态进行染色体核型分析，还存在许多局限性，如对形态相似、大小相近、染色体较小等不好区分。因此，在蔬菜植物的核型分析中可以应用荧光原位杂交技术进行基因定位、染色体变异及种间与种内杂交研究，还可以开展多倍体研究来指导蔬菜育种。由于多倍体的生长优势、适应能力、群体产量及抗病力等各方面都明显比二倍体具有优势，多倍体研究对蔬菜品种选育具有重要意义。

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