全 文 ：基金项目:广西自然科学基金(桂科基 0448045)资助。
作者简介:谢莉(1981-),女 ,在读硕士 ,主要从事分子遗传学研究。 ＊通讯作者　　收稿日期:2008-06-13
栽培高粱 、甜高粱和拟高粱前中期染色体 DAPI显带核型
谢　莉 1　曾艳华1　李冬郁 2　韩永华 1, 3＊
(1广西师范大学生命科学学院 ,广西桂林　 541004;2广西畜牧研究所 , 广西南宁　 530001;
3中国农业大学国家玉米改良中心 ,北京　100094)
摘　要:本研究利用二脒基苯基吲哚(DAPI)荧光染色的方法分析了栽培高粱 、甜高粱和拟高粱的 DAPI带型 , 根据前
中期染色体上(从短臂到长臂)荧光强度的变化 , 结合染色体的相对长度和臂比作为辅助参数 , 构建了它们的前中期
染色体核型图 , 其结果能准确识别栽培高粱 、甜高粱和拟高粱基因组中每条染色体 ,为高粱属的细胞遗传学研究提供
一定依据。
关键词:栽培高粱;甜高粱;拟高粱;DAPI带
中图分类号　S343.22;S514　　　文献标识码　A　　　文章编号　1007-7731(2008)15-48-03
DAPIBandedKaryotypeofPrometaphaseChromosomesinS.bicolor, S.dochnaandS.propinqu-
um
XieLi1 etal.　(1CollegeofLifeSciences, GuangxiNormalUniversity, Guilin541004;2 GuangxiInstituteofAnimalSci-
ences, Nanning530001;3NationalMaizeImprovementCenterofChina, ChinaAgriculturalUniversity, Beijing100094)
Abstract:Inthispaper, theintenselyandfaintlystainedregionsorbandsonchromosomesafterDAPIfluorescencestain
wereanalysedandthepremetaphasechromosomemapswereconstructedinS.bicolor, S.dochnaandS.propinquum.The
karyotypeshaveprovidedthebasisforthecytogeneticresearchofSorghum.
Keywords:S.bicolor;S.dochna;S.propinquum;DAPIband
　　高粱属(Sorghum)是禾木科(Gramineae)中的一个多
型性的大属 ,属内分类系统是一个尚有争议的问题 。目
前 ,最常用的是 DeWet[ 1]的分类系统 , DeWet把该属分为
5个亚属 ,即 Chaeotosorghum、Heterosorghum、Parasorghum、
Stiposorghum和 Sorghum。高粱亚属(Sectionsorghum)又分
为 3个种 ,即 S.halepense、 S.propinquum、 S.bicolor。 S
.bicolor为栽培种的高粱 ,甜高粱(S.dochna)是栽培高粱
(S.bicolor)的一个变种 ,因其含糖量高而得名 [ 2] , S.pro-
pinquum为野生种 ,中文名为拟高粱。栽培种的高粱是世
界上最重要的禾谷类作物之一 ,具有抗旱性强 、适应性广
的特点 ,广泛种植于干旱 、半干旱地区 ,是非州和亚州部分
地区人们的主要能量来源 ,也是美国 、墨西哥 、澳大利亚和
南非等国家主要的饲料来源。
高粱属植物染色体组中各对染色体特别是相邻的染
色体之间具有很大的相似性 ,其细胞遗传学研究方面 ,有
许多问题有待解决 ,特别是对染色体组中各条染色体标准
化的问题方面 。如何采用一定的方法和方式可以使染色
体组中的每对染色体具有自己的特异性 ,建立一种可信
的 、容易识别的染色体的技术是非常重要的。而生物前中
期的染色体相对较长 ,经 DAPI等染料染色后染色体上显
示明显不同的深染区和浅染区 ,深染区和浅染区的大小和
分布在不同染色体上互有差别 ,这可以作为识别特定染色
体的重要标志 ,也可避免识别同源染色体的麻烦 [ 3] 。并且
同种材料有丝分裂前中期染色体的这种特征是稳定的 ,日
本科学家依据生物前中期染色体浓缩程度的不同 ,利用染
色体图象自动分析软件(CHIASBIchromosomeimageanaly-
zingsystem)来分析前中期染色体 ,对不同染色体的特征进
行描述 ,获得了较为可靠的染色体相对长度 、臂比等核型
结果 [ 4] ,这对于提高生物染色体识别的能力具有很大的帮
助。
目前 ,人们对栽培高粱中期染色体核型研究已有较多
报道 [ 5, 6, 7] ,但是对其早中期染色体核型研究未见报道 ,对
甜高粱和拟高粱的早中期染色体核型研究也未见报道 。
本研究采用 DAPI染色构建了栽培高粱 、甜高粱和拟高粱
的前中期染色体核型图 ,可为它们的染色体识别提供依
据。
1　材料和方法
1.1　植物材料和染色体制片　供试材料栽培高粱(S.bi-
color, 2n=20)、甜高粱(S.dochna, 2n=20 )、拟高粱(S.
propinquum, 2n=20),均由广西畜牧研究所李冬郁提供。
染色体制片采用去壁低渗火焰干燥法 [ 8] 。
1.2　荧光染色 　每张制片加 40 μl含 20%抗瘁灭剂
(Vectashield)的 DAPI(4 6-diamidino-2 -phenylindole
)复染(1μg/mlDAPI溶于含 20%抗猝灭剂的 1 ×PBS
中);盖 24mm×50 mm的盖玻片 。
1.3　图像分析　制片在 OlympusBX51荧光显微镜下 ,用
UV滤光片观察 ,利用 DP70成像系统和 DPControler、DP-
Manager软件合成照片 。Photoshop软件进行图片处理。
48 安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2008, 14(15)
DOI :10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2008.15.042
2　结果与分析
图 1为栽培高粱 、甜高粱 、拟高粱前中期染色体经
DAPI染色后的结果以及它们的核型 。这三个高粱品种的
染色体数均为 2n=20。由于有丝分裂前中期染色体相对
较长 ,经过荧光染料 DAPI染色后 ,染色体不同区域 DAPI
荧光的强弱显示明显的不同 ,荧光信号强和信号弱的区域
分别相当于染色体上染色质纤维较浓缩和较伸展的区域
或染色体 DNA碱基中 AT含量多和少的区域(图 1:a、c、
e)。供试材料的每一对染色体着丝粒两侧均显 DAPI强
荧光。荧光强弱还反映染色质纤维的浓缩程度 ,同源染色
体上的荧光强弱基本一致 ,可准确进行配对 ,不同染色体
上的 DAPI荧光的分布不同。从荧光分布的特征看 ,在着
丝粒附近荧光强度较强 ,而着丝粒远端荧光较弱 ,表明着
丝粒附近染色质浓缩程度较高 ,异染色质的分布较多 。根
据每个分裂相中各条染色体的荧光强弱 、形状和长短不
同 ,按照从长到短的顺序排列 ,建立它们的核型图(图 1:
b、d、f)。结合染色体的长度和臂比作为辅助参数(表 1),
建立它们的核型模式图((a、b、c)图 2)。其中 ,栽培高粱
第 2号染色体为近端着丝粒染色体 ,第 8号染色体为亚中
着丝粒染色体 ,其余为中着丝粒染色体 ,核型公式为 2n=
20=16m+2sm+2st。甜高粱第 5号染色体为亚中着丝粒
染色体 ,其余为中着丝粒染色体 ,核型公式为 2n=20=18m
+2sm。拟高粱第 1、3、5号染色体为亚中着丝粒染色体 ,其余
为中着丝粒染色体 ,核型公式为 2n=20=14m+6sm。
图 1　经 DAPI染色的栽培高粱 、甜高粱 、
拟高粱的前中期染色体图
a-b:栽培高粱前中期染色体 、核型
c-d:甜高粱前中期染色体 、核型
e-f:拟高粱前中期染色体 、核型
3　讨论
在对栽培高粱 、甜高粱和拟高粱的染色体计数发现它
们的染色体数均为 2n=20,不存在多倍体现象 ,与前人的
研究结果一致 。
表 1　栽培高粱 、甜高粱 、拟高粱的前中期染色体核型参数
材料 染色体编号
相对长度
(mean±S.D.)
臂比(L/S)
(mean±S.D.) 类型
栽培高粱
S.bicolor
1 17.41±3.56 1.01±0.24 m
2 14.94±2.33 5.33±0.04 st
3 13.03±2.15 1.52±0.06 m
4 12.02±1.34 1.12±0.23 m
5 9.1±2.26 1.05±0.15 m
6 7.87±1.03 1.11±0.53 m
7 7.19±1.14 1.62±0.06 m
8 6.63±2.57 1.78±0.25 sm
9 6.29±2.32 1.53±0.30 m
10 5.51±2.06 1.85±0.18 m
甜高粱
S.dochna
1 15.08±3.46 1.56±0.25 m
2 13.57±2.27 1.25±0.12 m
3 12.76±2.41 1.37±0.64 m
4 11.95±2.22 1.23±0.05 m
5 9.63±2.05 1.76±0.14 sm
6 8.82±3.03 1.65±0.08 m
7 7.89±2.17 1.52±0.32 m
8 7.31±2.12 1.22±0.02 m
9 6.73±1.08 1.35±0.06 m
10 6.26±1.05 1.08±0.16 m
拟高粱
S.propinquum
1 16.31±3.16 1.78±0.05 sm
2 14.31±2.22 1.25±0.33 m
3 11.16±2.17 1.89±0.08 sm
4 10.73±1.35 1.13±0.05 m
5 10.16±2.33 1.82±0.03 sm
6 8.73±1.03 1.43±0.15 m
7 8.30±2.12 1.38±0.02 m
8 7.30±2.38 1.12±0.14 m
9 7.01±2.81 1.25±0.09 m
10 6.00±1.05 1.52±0.12 m
　　S.D.:标准误;m:中着丝粒;sm:亚中着丝粒;st:近端着丝粒
c　拟高粱前中期染色体核型模式图
图 2　核型模式图
依据细胞学技术对染色体进行研究 ,有利于对种质资
源利用和基因组研究 ,但在大多数植物中还缺少详细的细
胞遗传学框架 ,这一框架的建立将加速植物基因组的研究
进展 。被人们广泛应用的 G-显带技术在植物细胞中的
应用要比动物细胞难得多 ,目前在植物染色体分析中还未
建立起令人满意的 G-带技术 。DAPI是一种灵敏度高 、
49安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2008, 14(15)
特异性强的 DNA荧光染料 ,与 DNA作用至少有两种不同
的机制 ,在 AT碱基对富集区域 , DAPI与双链的小沟结合 ,
其结合量大 ,发出较强的荧光。在 GC富集区域 , DAPI则
插入双链的 DNA之间而产生较弱的荧光或不发荧光 [ 9] 。
在我们的研究中 , DAPI的荧光强度在着丝粒附近显示强
荧光 ,在着丝粒处和染色体长 、短臂末端显示弱荧光 ,说明
着丝粒附近富含 AT碱基 ,而着丝粒处和染色体长 、短臂
末端可能富含 GC碱基。另外 ,由于 DAPI的结合也可能
影响蛋白质结构从而产生染色体带 ,同时染色质浓缩程度
也会影响到荧光的强弱。利用 DAPI对早中期染色体不同
区域染色形成的深染区和浅染区的大小和分布差异 ,可推
断染色质的浓缩程度 ,作为识别特定染色体的指标。荧光
染色技术流程简单 ,减少了实验操作过程对染色体形态的
破坏。但是 ,其缺点是染色体标本不易保留 ,荧光信号容
易猝灭 ,我们在染色液中加入一定的抗瘁灭剂(Vectash-
ield)避免了荧光猝灭。利用 DAPI染色已经构建了薏
苡 [ 10] 、小麦 [ 11] 、蕹菜 [ 12]等植物的染色体图。在动物染色
体方面 , DAPI显示了如濑鱼 [ 13] 、河豚 [ 14] 、鳙鱼 [ 15]等不同
类型的鱼类中异染色质的存在区域 , Dai等 [ 16]构建了类似
G-带效果的老鼠中期染色体核型。 Liu等 [ 17]用于人类染
色体结构异常的研究 ,成功分析了 5例染色体结构异常
(如:易位 、缺失)的患者。这一技术在细胞遗传学研究中
具有非常重要的意义。
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69:65-71 (责编:张琪琪)
(上接 88页)玛纳斯火电厂供水 。该枢纽 1958年底动工 ,
1959年底竣工并投入使用 ,主要由泄洪闸 、进水闸 、上下
游河道整治段 、溢流侧堰四部分组成。玛河红山嘴渠首从
建成至今为流域内经济建设和社会发展作出了巨大贡献 ,
充分体现了水利基础产业和基础设施的功能。但在经过
50年的超负荷运行后 ,该工程为 “三边 ”工程 ,基础资料系
列短 ,工程设计标准偏低 ,水闸闸墩砼碳化 、闸门主梁弯
曲 、变形等一系列问题 ,给渠首的正常运行造成了严重的
影响 ,出现了不同的病险问题 ,急需改建 。 2005年我处委
托新疆生产建设兵团勘测设计院和新疆水利水电科学院
对枢纽水闸进行了安全鉴定和检测 ,同年自治区水利厅对
安全鉴定报告进行了审批 ,鉴定结果为三类水闸。
本次工程改造均是在现有工程的基础上进行改造 ,通
过对红山嘴渠首泄洪冲沙闸 、进水闸 、溢流堰等建筑物的
改造 、加固 ,提高渠首建筑物的泄洪能力 ,以保证整个枢纽
的安全 、可靠 ,从而提高灌溉引水保证率 ,促进玛河灌区经
济可持续发展。故本期工程的进水闸规模仍沿用原规模 ,
即控制灌溉面积 21.09万 hm2 ,设计引水流量 105m3 /s,加
大引水流量 140m3 /s。但枢纽的防洪标准根据现行规范
有所改变。红山嘴渠首建设初期是根据 1953年 -1958年
红山嘴站 6年的洪峰流量资料进行频率分析 ,按当时的标
准采用百年一遇的设计洪水 650m3 /s,千年一遇的校核洪
水 1060m3 /s。根据现行 《水利水电工程等级划分及洪水
标准 》(SL252-2000)的规定 ,工程等别为大(1)型 Ⅰ等工
程 ,主要建筑物为 1级 ,设计洪水标准为 100年一遇 ,流量
为 1283m3 /s, 校核洪水标准为 300 年一遇 , 流量为
1664m3 /s。
(责编:张琪琪)
50 安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2008, 14(15)