6个饲用燕麦品种核型分析

穆巴拉克·库尔帮，雷映霞，汪 辉，周青平

（1.西南民族大学青藏高原研究院 / 四川省抗逆牧草种质创新及生态修复工程实验室, 四川 成都 610041；2.成都医学院, 四川 成都 610500）

普通栽培燕麦（Avena sativa)，属于禾本科，燕麦属，是世界第六大粮食作物。根据外稃特征，燕麦可以分为皮燕麦和裸燕麦。皮燕麦其籽粒被一层坚硬的外稃所包被，即使成熟时也不易脱落，是世界主栽类型。而裸燕麦外稃轻薄而柔软，容易脱落[1]。裸燕麦常被作为食物，相比其他主要粮食作物，燕麦具有更高的营养价值，其籽粒含有较高的蛋白质、膳食纤维、维生素、抗氧化活性成分含量；皮燕麦，大多饲用，其适口性好、消化率高、品质优良[1]。燕麦能够适应恶劣环境，尤其对寒冷气候与瘠薄土壤的适应性较强。燕麦的产地十分广泛，全球76 个国家中均有燕麦栽培，在中国，裸燕麦的“生长历史”更为悠久，拥有2 000 多年的栽培历史[2]。青藏高原及周边地区是我国皮燕麦的主要种植区域，也是国内优质燕麦干草的重要供应地区。

核型指物种染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体数目、大小、形态特征，是细胞遗传学的一种基本方法[3]。核型分析操作简单，且经济实惠，使其得到了广泛使用，在研究物种起源与演化、物种分类、物种之间亲缘关系以及植物远缘杂交育种中的染色体鉴别上发挥了重要的作用[4]。燕麦有二倍体（2n = 2x = 14)、四倍体（2n = 4x = 28)和六倍体（2n = 6x = 42)。不同地区分布的野燕麦（A.fatua)核型差异较大，普通栽培燕麦品种之间的染色体形态、数目及随体数目也不完全相同。王亚等[5]在研究具有抗旱、耐冷、耐瘠特性的二倍体野燕麦染色体的C-带分析时得出，二倍体野燕麦具有7 对染色体，公式为2n = 14 = 2CIT++ 2CIT + 8CI+T + 2CI+T+S，带纹有较高的稳定性。耿帆等[6]在研究高寒地区裸燕麦的核型时得出，青引3 号的染色体数目为2n =42，其核型公式为2n = 6x = 42 = 22m + 20 sm （4sat)，核型属于2B 型。刘伟等[7]采用常规压片法对砂燕麦（A.strigosa)、西班牙燕麦（A.hispanica)和短燕麦（A.brevis)进行了核型研究，得出核型公式 ∶ 砂燕麦为2n = 2x = 14 = 10m + 4sm （2sat)，西班牙燕麦为2n =2x = 14 = 10m + 4sm （2sat)，短燕麦为2n = 2x = 14 =6m + 4sm + 4st （2sat)，核型均属于2A 型，但其染色体形态有所差异，经比较认为砂燕麦相对进化，西班牙燕麦较为原始。

燕麦分布广泛，物种不同居群的核型可能存在变异。本试验研究6 个燕麦品种的核型，探讨燕麦不同品种间的核型变异，以期为燕麦种质资源鉴定和育种利用提供细胞学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为6 个皮燕麦品种，包括‘牧王’、‘枪手’、‘骏马’、‘燕王’、‘莫妮卡’和‘青海444’（表1)。

表1 供试燕麦品种来源Table 1 Cultivar source of oats evaluated

1.2 试验方法

1.2.1 染色体制片方法

取材：挑选籽粒饱满、健康的各品种燕麦种子，均匀摆在铺有两层滤纸的发芽盘中，置于20 ℃暗箱中生根。待苗期根尖长至2 cm 时，于09:00 —11:00 剪取根部0.5～1 cm 长的新生粗壮及白嫩根尖，用去离子水洗净。

预处理、固定：对洗净的根尖组织通入一氧化二氮（N2O)气体，处理2 h 后，置于卡诺氏固定液（无水乙醇 ∶ 冰醋酸 = 3 ∶ 1)中固定24 h。

染色体制片：将根尖取出立即用去离子水清洗两遍，再将恒温箱设置为37 ℃进行酶解，酶解完成后置于75%酒精中清洗两遍，第2 次清洗时留取1/4 溶液并一同捣碎，捣碎后放入室温离心机，设置转速为6 000 r·min-1，离心2 min，倒掉上清液晾干。再用28 μL 冰醋酸混匀后制片，静置至水分干透，通过显微镜对染色体制片仔细观察，并拍照记录。

1.2.2 核型分析方法

在研究分析的过程中，主要依据李懋学和陈瑞阳[8]的研究标准开展核型分析，对50 多个细胞的染色体个数进行了详细统计与分析，超过85%的细胞染色体个数完全相同，利用拍照的方式对一些染色体分散情况相对比较完整的细胞进行记录。同时，通过Nuctype 1.5 绿色版1.0 开展染色体配对、编号及排序，再用Photoshop CC 2019 软件进行绘图。按照Levan 等[9]的染色体命名方式对染色体类型进行分析，推导核型公式。另外，按照Stebbins[10]所提出的相关标准对核型进行分类处理。研究分析过程之中所涉及的有关公式如下：

结合臂比值来进一步明确着丝点位置，然后对染色体进行分类[7]，借助Stebbins[10]在研究分析过程中所应用的方式，按照长度比、臂比这两个不同的参数对核型进行分类处理，以便更好地对核型对称程度进行辨别与分析。

1.3 数据分析

基于显微镜观察所得到的图像，利用Nuctype 1.5 绿色版1.0 软件进行长短臂测量，通过Photoshop CC 2018 来进一步处理与分析染色体图片，同时借助Excel 2010 制作详细、完善的核型模式图。

2 结果与分析

2.1 染色体数目

显微镜观察结果显示，6 个燕麦品种的细胞染色体数目相同，为2n = 6X = 42，为六倍体（图1 和图2)。

图1 燕麦染色体荧光图和核型图Figure 1 The fluorescence image and the karyotype image of oat chromosomes

2.2 核型分析

6 个燕麦品种的染色体核型分析结果如下 ∶

‘牧王’ ：核型公式为2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（2sat)，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为11 对与10 对，第12、16 对染色体含随体（图1A 和图2A)。染色相对长度为3.16%～6.03%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的1.91 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有6 对，在总体中的占比为28.57%；核型属2A 型（表2 和表3)。

‘枪手’ ：核型公式为2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（4sat)，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为11 对与10 对，第14、16、20 对染色体含有随体（图1B 和图2B)。染色相对长度为2.71%～6.66%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的2.46 倍。另外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有5 对，在总体中的占比为23.81%；核型属2B 型（表2和表3)。

表2 燕麦品种核型参数Table 2 Parameters of karyotype of oat cultivars

图2 燕麦核型模式图Figure 2 The karyotype model of oat

‘骏马’：核型公式为2n = 6X = 22m （2sat) + 20sm（4sat)，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为11 对与10 对，第15、16、18 对染色体具有随体（图1C 和图2C)。染色相对长度为3.55%～6.23%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的1.75 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有4 对，在总体中的占比为19.05%；核型属2A 型（表2 和表3)。

‘燕王’ ：核型公式为2n = 6X = 26m + 16sm （6sat)，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为13 对与8 对，第14、16、19 对染色体含有随体（图1D 和图2D)。染色相对长度为2.90%～6.22%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的2.14 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有4 对，在总体中的占比为19.05%；核型属2B 型（表2 和表3)。

‘莫妮卡’：核型公式为2n = 6X = 22m + 20sm（4sat)，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为11 对与10 对，第8、14 对染色体含有随体（图1E 和图2E)。染色相对长度为2.81%～6.59%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的2.35 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有5 对，在总体中的占比为23.81%；核型属2B 型（表2 和表3)。

‘青海444’：核型公式为2n = 6X = 28m （4sat) +14sm，内部包含的中部着丝点区染色体（m)、近中部着丝点区染色体（sm)数目分别为14 对与7 对，第9、17 对染色体含有随体（图1F 和图2F)。染色相对长度为3.43%～6.17%，第1 号、第21 号分别为最长、最短染色体，1 号染色体的相对长度是21 号染色体的1.80 倍。此外，臂比高于2 ∶ 1 的染色体有一对，在总体中的占比为4.76%；核型属2A 型（表2 和表3)。

表3 燕麦品种染色体相对长度和类型Table 3 Types and relative length of chromosome of oat cultivars

3 讨论与结论

3.1 燕麦的核型特征

染色体是遗传物质的一个重要载体，染色体形态结构变异包括多方面内容，如染色体长度、随体、着丝点位置等，其具备遗传多样性的显著特征[11]。随体是位于染色体末端的圆形或圆柱形片段，主要由异染色质组成，其形态特征恒定，是辨识染色体的重要特征。许兴泽等[3]在研究不同倍性的燕麦核型分析时得出，对于六倍体燕麦品种而言，其内部包含的中部着丝点区染色体、近中部着丝点区染色体数目分别为15 对与8 对，并且有2 对带有随体。在耿帆等[6]的研究中，六倍体裸燕麦青引3 号的14 号和16 号染色体短臂末端带有随体，同样具有中部与近中部染色体。盛中飞等[12]研究葡萄牙野燕麦（A.fatua)的核型分析时认为，其染色体大部分为中部与近中部染色体并具有3 对随体。有研究指出，野生燕麦的染色体核型分析显示，该物种染色体数为2n = 42，各个染色体间形态差异明显，均含中部着丝粒染色体或近中部着丝粒染色体[13]，这与本研究结果一致且含2 对随体。Fominaya 等[14]分析了二倍体燕麦和四倍体燕麦的各对染色体得出，在显带分析中所有异臂染色体均比等臂染色体的染色较深，可以用于杂种、异源多倍体或者新物种的染色体鉴定。本研究结果表明，6 个不同品种的燕麦染色体数均为2n = 6X = 42，但是各品种所含有的随体数存在差异。所有品种均含有随体，其中，‘骏马’、‘枪手’、‘燕王’ 3 个品种含有3 对随体，‘莫妮卡’、‘牧王’、‘青海444’ 3 个品种含有2 对随体。

3.2 燕麦的核型进化

染色体倍性化在植物进化、作物品种、遗传育种、优良农艺性状利用改良上有重大作用[15]。通过对染色体的进化发展趋势分析发现，其属于一种不对称发展形态[16]。武生辉等[17]研究燕麦属不同核型分析与进化的关系结果得出，多倍化是3 个种进化重要趋势，随着倍性的增加，核型的不对称性也增加。对于中部着丝点染色体相对较多的品种来讲，其核型相对比较原始；反之，对于中部着丝点染色体相对较少的品种，其核型属于进化品种[10]。梁国玲等[18]采用同一种方法研究青燕1 号燕麦核型分析时得出，青燕1 号品种为较进化的植物类群。本研究所选取的‘骏马’、‘牧王’、‘青海444’ 3 个品种核型为较为原始的对称型，2A 型，其余3 个品种核型为2B 型，属于一种较高级的类型。造成这种差异的原因可能是染色体核型划分仅仅基于染色体长度比和臂比大于2 的比例这2 个参数，而进化指数则基于平均臂比、染色体长度比、不对称系数、臂比大于2 的比例这4 个参数。张素勤等[19]研究小麦（Triticum aestivum)与野燕麦远缘杂交亲本及后代核型分析成功获得进化程度高于其母本的普通小麦型小麦新种质。本研究认为，不同品种间造成差异的原因可能是随体作为染色体的一个重要特征，可能受到制片过程的影响，制片过程中预处理时间太长会造成染色体太短，随体不容易分辨。另外，传统压片法以及最新的酶解滴片法对染色体的物理结构影响也不同。因此，相同倍性不同品种的燕麦所具有的核型结构之间差异较大，核型分析可作为鉴定品种的可选方法之一。了解栽培燕麦品种的核型特征，可为培育优良燕麦品种及麦类作物育种提供基础[20]。