打开文本图片集
摘要：对非洲凤仙（Impatiens walleriana Hook.f.）进行染色体研究，旨在为多倍体育种提供细胞学资料。以非洲凤仙根尖为材料，采用常规压片法制片，光学显微镜观察染色体。结果表明，根尖8：00～9：00取材、在4 ℃下0.002 mol/L的8-羟基喹啉预处理2 h的处理组合效果最佳。间期核由一些大大小小的染色较深的异染色质颗粒构成，间期核属于前染色体型。前期染色体由染色较深的异固缩节段和染色较浅的常染色质节段相间排列而成，较多地分布于细胞中央，前期染色体属于渐变型。中期染色体数目2n=16，为二倍体。核型公式为：2n=2x=16=14m+2sm，其中第一对为近中部着丝点染色体，其余均为中部着丝点染色体，未观察到随体。最长染色体与最短染色体的比值为1.56，臂比大于2的染色体占12.5%，核型属2A型，核型不对称系数为54.8%，为对称的核型。该种的核型为首次报道。
关键词：非洲凤仙（Impatiens walleriana Hook.f.）；细胞学；染色体；核型；染色体制片
中图分类号：S681.1；Q343.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5324-03
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.029
Chromosome Technique of Root Tips and Cytological Study
in Impatiens walleriana Hook.f.
KONG Hong，WANG Bao-zeng，MA Jian-jun，YAO Hong，JI Xin-rui
（College of Life Sciences， Langfang Normal University， Langfang 065000， Hebei， China）
Abstract：In order to provide necessary cytology information on polyploid breeding，the cytology of Impatiens walleriana Hook.f. had been studied by the conventional squashing method. The results showed that the optional root sampling time was 8：00～9：00， 0.002 mol/L 8-Hydroxyquinoline for 2 h at 4 ℃ had better effect； the interphase nuclei and prophase chromosomes were found to be of the prochromosome type and the interstitial type， respectively. The number of the somatic chromosome was 16， and it was diploid. The karyotype formulae was 2n=2x=16=14m+2sm. The first pair of chromosomes were submetacentric， and others were metacentric， there was no observed satellite. The ratio of chromosome length， i.e.， ratio of the length of the longest chromosome to that of the shortest one was 1.56. The percentage of chromosome with arm ratio beyond 2 was 12.5%. The karyotype was 2A and the AsK was 54.8%. The karyotype was reported for the first time.
Key words：Impatiens walleriana Hook.f.； cytology； chromosome； karyotype； preparation of chromosome
非洲凤仙（Impatiens walleriana Hook.f.）为凤仙花科凤仙花属植物，原产于非洲东部热带地区。非洲凤仙茎秆透明、叶片亮绿、繁花满株、色彩绚丽，全年开花不断，是著名的装饰性盆花，在国际上十分流行。非洲凤仙传入中国时间不长，由于品种少、抗性差，发展缓慢，且种子依赖国外进口，价格昂贵，种子繁育成本较高也限制了其在中国的发展。因此，尽快培育中国具有自主知识产权的非洲凤仙新品种尤为重要。目前，国内有关非洲凤仙的研究资料较少[1-4]，未见有细胞学方面的研究报道，国外关于细胞学方面相继报道了有关染色体数目[5-13]的研究，核型研究尚未见报道。为此，对非洲凤仙进行染色体研究，旨在为新品种的培育提供必要的细胞学依据。
1 材料与方法
试验材料非洲凤仙盆花购于河北廊坊花卉市场。
剪取非洲凤仙植株长约8 cm的当年生嫩枝，去掉下部叶片，保留顶端3片小叶，浸入清水中置于24 ℃培养室水培，待不定根长出约1 cm后， 选取生长正常的根尖，用0.002 mol/L的8-羟基喹啉处理2 h，卡诺Ⅰ固定液（无水乙醇：冰醋酸=3∶1，V∶V）固定4～24 h，1 mol/L盐酸常温下解离3 min，卡宝品红染色10 min，常规压片法制片，选择分散良好的染色体装片冰冻揭盖片，自然干燥，中性树胶封片制成永久装片[14]。永久装片保存于廊坊师范学院生命科学学院植物实验室。
在Olympus显微镜下镜检，Olympus DP25拍照， 测量染色体长度，计算相对长度（染色体长度/全组染色体长度）、臂比（长臂/短臂）、染色体长度比（最长染色体/最短染色体）、核型不对称系数（长臂总长/全组染色体总长）[15]。间期核和有丝分裂前期染色体的形态划分按Tanaka[16，17]的标准进行，核型分析按全国第一次植物染色体学术讨论会建议的标准[15]进行， 核型分类按Stebbins[18]的标准进行。
2 结果与分析
2.1 制片技术
1）取材。非洲凤仙种子非常小，1 g约1 750粒，种子萌发的根很细，压片难度较大而且不易观察。而非洲凤仙植株当年生嫩枝的内源生长素含量高，细胞分生能力强，在约24 ℃的培养条件下水培10 d左右即可大量萌发出不定根，取材方便，且比种子萌发的根稍粗，适合作为压片材料。反复试验证明，非洲凤仙根尖的取材时间选择8：00～9：00时，处于中期分裂相的细胞最多，效果最好。
2）预处理。8-羟基喹啉是常用的预处理药物，价格不贵。试验采用0.001、0.002、0.003 mol/L的8-羟基喹啉在4 ℃下分别处理非洲凤仙根尖1、2、3 h。观察结果显示，0.002 mol/L的8-羟基喹啉处理2 h的效果最好。预处理温度固定在4 ℃，可避免由于预处理的季节和时间的不同使温度出现差异，给预处理带来不稳定的效果。
2.2 间期核和前期染色体
间期核由一些大大小小的染色较深的异染色质颗粒构成（图1A）。前期染色体由染色较深的异固缩节段和染色较浅的常染色质节段相间排列而成，较多地分布于细胞中央（图1B）。按照Tanaka[16，17]的标准，间期核属于前染色体型，前期染色体属于渐变型。
2.3 中期染色体
根尖细胞有丝分裂中期染色体数目见图1C， 核型图见图2，核型模式图见图3，核型分析数据见表1。
观察了非洲凤仙的30个分裂中期细胞，染色体数均为2n=16，为二倍体。根据核型分析数据可知，核型公式为2n=2x=16=14m+2sm，其中第1对为近中部着丝点染色体，其余均为中部着丝点染色体。最长染色体与最短染色体的比值为1.56，臂比大于2∶1的染色体比例为12.5%，核型属2A型。核型不对称系数为54.8%，臂指数NF值为32。
3 小结与讨论
关于凤仙花属植物的细胞学研究，国内外学者[5-14，19]先后报道了凤仙花属植物的染色体数目，揭示了该属植物的染色体数目存在很大的可变性，单倍染色体数目在n=3至n=33之间，其中n=7、n=8、 n=9、n=10是该属中最常见的类型[20，21]。因此，大多数种类的染色体基数x=7、x=8、x=9和x=10，染色体基数x=8、x=9或x=10都有可能是凤仙花属染色体基数的原始类型[20]。非洲地区该属植物染色体基数x=7、x=8，而x=8最常见[10，11]。非洲凤仙原产于非洲东部热带地区。本研究表明，该种的染色体数目2n=16，染色体基数x=8，可见属于原始的染色体基数类型。
凤仙花属植物的核型研究很少，孔红等[14]报道了凤仙的核型2n=2x=14=4m+10sm，其中有两对为中部着丝点染色体，其余5对均为近中部着丝点染色体。本研究中非洲凤仙的核型公式为2n=2x=16=14m+2sm，其中有7对为中部着丝点染色体，只有1对为近中部着丝点染色体。前苏联核型比较形态学派的代表Levitzky[22]曾指出，所谓对称的核型是其中所有染色体大小几乎一致，而且都具有中部和近中部着丝粒。着丝粒位置从中部移向近端部或端部，可以导致不对称性的加强，不对称性的不断增强是有花植物核型进化的主要趋势。由此可见，非洲凤仙和凤仙的核型都只具有中部和近中部着丝点染色体，均为对称的核型类型，但非洲凤仙的核型比凤仙的核型对称性更强。Stebbins[18]认为，核型对称性程度越高的生物，其染色体变异越小，进化程度也越低。本研究中非洲凤仙的核型比凤仙的核型对称性高，进化程度低，核型类型更加原始。
多倍体植株一般茎粗壮，叶片增厚、增大，颜色加深，花朵大，花瓣较多，花色加深或改变，花期延长，抗逆性和适应性加强。染色体倍数较低且染色体数目较少的植物进行多倍体育种易获得成功[23]。非洲凤仙的染色体倍数较低且染色体数目较少，适合进行多倍体育种。因此，对其进行多倍体育种是改进其观赏品质、培育中国具有自主知识产权新品种的有效途径之一。
参考文献：
[1] 王晶晶，蔡 赫，李然红，等.非洲凤仙花细胞悬浮培养条件的优化[J].牡丹江师范学院学报（自然科学版），2009（3）：13-14.
[2] 顾亚东，张华丽，张西西.非洲凤仙花粉萌发条件及花粉活力研究[J].北方园艺，2011（6）：65-67.
[3] 周满宏，姜 翌，何雪峰，等.非洲凤仙花生产栽培技术[J].农业科技与信息，2011（4）：21-22.
[4] 刘泽静，张 玲.盐胁迫对非洲凤仙花实生苗细胞膜透性和丙二醛含量的影响[J].现代农业科技，2012（21）：186，192.
[5] SMITH F H. Prochromosomes and chromosome structure in Impatiens[J]. American Philosophical Society，1934，74（2）：193-215.
[6] KHOSHOOC T N. Cytology of Impatiens[J]. Current Science， 1955，24：423-424.
[7] KHOSHOOC T N. Cytology of some Impatiens species[J].Caryologia， 1957，10（1）：55-72.
[8] KHOSHOOC T N. Cytology of pollen with particular reference to Impatiens and Allieae[J]. Proceedings of the Indian Academy of Sciences，Section B， 1966，63（1）：35-45.
[9] RAO R V S. Further studies on the cytology of South Indian Balsaminaceae[J].Proceedings of 60th Indian Science Congress， 1973，3：317.
[10] GILL L S， CHINNAPPS C C. Chromosome numbers from herbarium sheets in some Tanzanian Impatiens L.（Balsaminaceae）[J]. Caryologia，1977，30：375-379.
[11] ZINOV’EVA-STAHEVITCH A E， GRANT W F. Chromosome numbers in Impatiens（Balsaminaceae）[J]. Can J Bot，1984， 62（12）：2630-2635.
[12] AKIYAMA S，OHBA H. Iflorecences of the Himalayan species of Impatiens（Balsaminaceae）[J]. J Jap Bot， 2000，75（4）：226-240.
[13] SONG Y，YUAN Y M，KUPFER P. Chromosomal evolution in Balsaminaceae with cytological observations on 45 species from Southeast Asia[J]. Caryologia，2003，56（4）：463-481.
[14] 孔 红，李云青.凤仙的核型研究[J].江苏农业科学，2008（6）：158-159.
[15] 李懋学，陈瑞阳.关于植物核型分析的标准化问题[J].武汉植物学研究，1985，3（4）：297-302.
[16] TANAKA R. Types of resting nuclei in Orchidaceae[J]. Bot Mag（Tokyo）， 1971， 84：118-122.
[17] TANAKA R. Recent karyotype studies[A]. OGAWA K. Plant Cytology[M]. Tokyo：Asakura Shoten， 1977.
[18] STEBBINS G L. Chromosomal evolution in higher plants[J]. London：Edward Aronld， 1971.
[19] 陈瑞阳，宋文芹，李秀兰，等.中国主要经济植物基因组染色体图谱（第三册）[M].北京：科学出版社，2009.
[20] 蔡秀珍.中国凤仙花属Impatiens L.一些系统学问题的研究[D].长沙：湖南师范大学， 2008.
[21] 王 越.凤仙花属部分植物种质资源收集与保存研究[D].北京：北京林业大学，2008.
[22] LEVITZKY G A. The “Karyotype” in systematics[J]. Bull Appl Bot Genet Plant Breed，1931，27：220-240.
[23] 程金水.园林植物遗传育种学[M].北京：中国林业出版社，2000.