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横断山区特有植物康滇假合头菊的细胞地理学研究



全 文 :云南师范大学学报(自然科学版)
2016年9月36卷5期(Vol.36No.5)
Journal of Yunnan Normal University
DOI:10.7699/j.ynnu.ns-2016-067
横断山区特有植物康滇假合头菊的细胞地理学研究

戴学勤, 苏富明, 张传信, 李志敏
(云南师范大学 生命科学学院,云南 昆明 650500)
摘 要: 采用细胞学常规压片的方法,对来自云南、四川及西藏9个居群的康滇假合头菊
(Parasyncalathium souliei Franchet)进行染色体数目、核型类型以及细胞地理学分析,其中四川和西藏
的8个居群都是首次报道.所有居群的染色体数目均为2n=2x=16,染色体基数为x=8.对实验中的9
个居群进行细胞地理学分析,结果表明:分布于四川的居群较为原始,而位于西藏和云南的居群为较进
化的类群.结合已报道的关于合头菊属(Syncalathium)的细胞遗传学资料进行初步分析表明:康滇假合
头菊的核型与狭义的合头菊属核型存在较大的差异,支持康滇假合头菊独立成属.此外,对云南、四川及
西藏地区不同居群核型分析显示康滇假合头菊种间具有较大的差异.实验结果能为该属在横断山区的
系统演化提供一些细胞地理学资料.
关键词: 康滇假合头菊;核型;细胞地理学;横断山区
中图分类号: Q949.783.5  文献标志码: A  文章编号: 1007-9793(2016)05-0050-06
  横断山区的地理范围北起甘肃西南部和青海
东南部,经过四川西部和西藏东至东南部,一直延
伸到云南西北部[1],是青藏高原的一个组成部分,
方圆约50万平方千米,是我国东太平洋带和西部
古地中海带的中间过渡地带[2].横断山区是我国
物种丰富的一个自然植物区,由于其错综复杂的
山区环境和特殊的气候,使得该地区具有许多特
有属和特有种.
康滇假合头菊(Parasyncalathium souliei
Franchet)主要分布于云南的贡山、丽江、德钦和
中甸,四川的康定、稻城、道孚、甘孜和乡城以及西
藏的察隅、八宿、左贡和林芝等地.其生境为高海
拔的草甸、碎石地和流石坡[3].康滇假合头菊为莲
座状的多年生草本植物,植物体高度不高,为2~
3cm,只有少数植株最高的能长到19cm[3].其花
色为蓝色或蓝紫色,而菊科合头菊属大多数种植
株花色为黄色或紫色[4].康滇假合头菊 (P.
souliei)是喜马拉雅-横断山区特有种,属于菊科
(Asteraceae)假合头菊属 (Parasyncalathium).
假合头菊属由Zhang等人通过细胞学、形态学以
及分子生物学等证据证明其独立成属[5-6],但缺少
更深入的细胞遗传学资料对该结论进行验证支
持,因此本研究对假合头菊属的康滇假合头菊进
行细胞遗传学研究,希望从细胞遗传学角度找到
支持其独立成属的证据.实验材料来自9个不同
地区的康滇假合头菊聚集地,且都位于横断山区,
本研究重点分析了康滇假合头菊9个居群的核
型,讨论了该种核型与细胞地理学分化,并初步探
讨了该种在横断山区的演化方向.
1 材料和方法
材料采自横断山区,采集信息见表1,采集地
点见图1.凭证标本馆藏于中国科学院昆明植物
研究所标本馆(KUN).采集得到的成熟种子先自
然风干或晒干,发种前挑取饱满无虫蛀的种子进
行预实验.实验种子于22~25℃恒温箱中进行萌
发,待根尖长至1~2cm 后取下根尖,于0.003
mol/L的8-羟基喹啉中避光预处理10~12h,
蒸馏水清理3次后用卡诺氏固定液(冰醋酸∶无
* 收稿日期:2016-04-25
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31360049);云南师范大学大学生科研训练基金资助项目(Ky2014-147).
作者简介:戴学勤(1996-),女,白族,云南洱源人,主要从事植物学方面研究.
通信作者:李志敏.E-mail:Lizhimin@163.com.
水乙醇=1∶3)于4℃冰箱中固定3~12h,固定
后用蒸馏水清洗,置于60℃水浴锅中用1mol/L
盐酸解离13min~13min 30s,解离完成后用卡
宝品红染液染色.采用常规压片法进行镜检,挑取
形态较好,较分散的中期细胞进行染色体观察、拍
照.
表1 康滇假合头菊9个居群的采集信息
Table 1 Resource of the nine population P.souliei
居群序号 种名 采集地 经纬度 海拔/m 凭证标本
1 康滇假合头菊 四川稻城县枯鲁柯山 29°07′N,100°01′E  4 465 Zhang JW-887
2 康滇假合头菊 四川稻城县波瓦山 28°57′N,100°16′E  3 950
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-264
3 康滇假合头菊 四川雅江县剪子弯山 29°58′N,100°50′E  4 530
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-122
4 康滇假合头菊 四川白玉县安孜乡 31°07′N,99°22′E  3 876
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-180
5 康滇假合头菊 西藏贡觉县阿旺乡 31°31′N,98°30′E  4 075
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-215
6 康滇假合头菊 西藏贡觉县拉妥乡 31°31′N,98°30′E  4 076
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-216
7 康滇假合头菊 西藏芒康县昂多乡 29°57′N,98°31′E  4 500
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-219
8 康滇假合头菊 西藏芒康县拉乌山 29°41′N,98°30′E  4 290
Zhang JW,Zhang YH,Gong
QB-234
9 康滇假合头菊 云南中甸瀑勇 28°24′N,99°55′E  4 620 Peng DL-005
图1 康滇假合头菊采集地点
Fig.1 The localities of P.souliei
  选取来自不同植株,不同根尖的
30个以上中期细胞进行染色体数目
的确定,其中85%以上细胞的染色体
数目恒定并且一致即可为该居群的染
色体数目[7];选取7个测量细胞进行
各项染色体系数和核型分析.细胞间
期核和染色体中期形态划分以Tana-
ka的分类标准[8-9]为标准.中期染色
体核型按同源性进行配对,染色体核
型分析按照Stebbins[10]的对称性标
准.核型分析主要用到以下参数:染色
体总长(TL)、染色体内不对称系数
(A1)、染色体间不对称系数(A2)、平
均着丝粒系数(CI)、着丝粒指数变异
系数(CVCL)、染色体长度变异系数
(CVCI)及不对称系数(AI=CVCL×
CVCI/100).确定核型演化主要依据不对称系数(AI),其中,CVCL体现染色体长度的相对变异,CVC I体
现着丝粒系数的相对变异[11].
用SPSS 17.0软件以实际长度为基础对以下数据进行聚类分析[12]:染色体总长(TL)、染色体相对
·15· 第5期         戴学勤,等: 横断山区特有植物康滇假合头菊的细胞地理学研究
长度(relative length)、染色体数(chromosomes)、染色体倍性水平(ploidy level)、染色体臂比(arm re-
tio)和不对称系数(AI).
2 结果与分析
2.1 染色体类型、染色体数目和核型分析
观察康滇假合头菊有丝分裂间期核和前期核,间期核染色质均匀分布,前期核染色体着色较深且均
匀,无明显的异染色质和常染色质片段,根据Tanaka的分类标准[8-9]可得出康滇假合头菊的间期核为
扩散型(图2a),前期核为中间型(图2b).在观察9个居群(统计细胞数目60或60个以上)的中期细胞
核中,每个居群均有90%以上的细胞染色体为16条,可确定为二倍体,为2n=16,X=8,未见非倍性体
细胞及B染色体,其中有四个居群有随体,标号为d、g、h、k均有一对随体(图2).表2中核型参数表明,
康滇假合头菊染色体存在中部着丝粒和近中部着丝粒,核型不对称性为1A、2A、3A,核型为2n=2x=
16=2m+14sm、2n=2x=16=14m(2sat)+2sm、2n=2x=16=4m+12sm(2sat)、2n=2x=6m+10sm
(2sat)四种,而狭义合头菊属(Syncalathium)核型不对称性为1A,且核型公式为2n=2x=16=16m[13].
从核型及核型不对称性比较分析可得出:康滇假合头菊(P.souliei)与合头菊属(Syncalathium)差异较
大,从细胞遗传学角度支持康滇假合头菊独立成属.
从核型参数(表2和表3)分析可得出康滇假合头菊种内差异较大,其中染色体绝对长度范围为
2.60~6.67μm,四川白玉县安孜乡居群的染色体长度比其他居群短;平均着丝粒系数CI值的范围为
32.29~43.31,西藏芒康县拉乌山的CI值最小,四川白玉县安孜乡的CI值最大;不对称系数AI值范围
为1.13~2.62.由于染色体的不对称系数 KA不能很准确的展现染色体的不对称性,因此采用Pasz-
ko[14]提出的更为精确的不对称系数AI,AI值越大,染色体越不对称.依据染色体不对称系数AI得出
康滇假合头菊在云南、四川和西藏的进化地位为:分布于四川的居群比西藏和云南的居群原始,分布于
西藏和云南的居群具有相同的进化地位.
 a.有丝分裂间期核 b.有丝分裂前期核 c.四川稻城县枯鲁柯山 d.四川稻城县波瓦山
 e.四川雅江县剪子弯山 f.四川白玉县安孜乡 g.西藏贡觉县阿旺乡 h.西藏贡觉县拉
 妥乡i.西藏芒康县昂多乡j.西藏芒康县拉乌山 k.云南中甸瀑勇(标尺:5μm)
图2 康滇假合头菊九个居群有丝分裂间期、前期和中期染色体形态图
Fig.2 The interphase,prophase and metaphase of nine population of P.souliei
·25· 云南师范大学学报(自然科学版)               第36卷 
2.2 聚类分析
利用SPSS软件对康滇假合头菊九个居群的细胞学参数染色体总长、染色体相对长度、染色体数、
染色体倍性水平、染色体臂比、不对称系数进行聚类分析,结果(图3)表明:康滇假合头菊以四川为较原
始的发源地向西藏和云南两个地区进行演化.
表2 康滇假合头菊九个居群的核型参数表(x±SD)
Table 2 Karyotype data of nine population of P.souliei
采集地 核型公式 短臂/μm 长臂/μm 总长/μm 核型类型
四川稻城县枯鲁柯山 2n=2x=16=2m+14sm  1.87±0.22  3.88±0.83  5.75±0.95  3A
四川稻城县波瓦山 2n=2x=16=2m+14sm(2sat) 1.59±0.21  3.04±0.40  4.62±0.31  2A
四川雅江县剪子弯山 2n=2x=16=2m+14sm  1.71±0.19  3.60±0.70  6.25±0.99  3A
四川白玉县安孜乡 2n=2x=16=14m(2sat)+2sm  1.12±0.18  1.47±0.21  2.60±0.32  1A
西藏贡觉县阿旺乡 2n=2x=16=4m+12sm(2sat) 1.83±0.17  3.60±0.54  5.43±0.42  3A
西藏贡觉县拉妥乡 2n=2x=16=2m+14sm  1.70±0.22  3.46±0.59  5.16±0.69  3A
西藏芒康县昂多乡 2n=2x=16=2m+14sm  1.72±0.18  3.51±0.22  5.23±0.76  3A
西藏芒康县拉乌山 2n=2x=16=2m+14sm  1.86±0.26  3.95±0.78  5.81±0.99  3A
云南中甸瀑勇 2n=2x=6m+10sm(2sat) 2.32±0.19  4.35±0.76  6.67±0.80  2A
表3 康滇假合头菊九个居群七个核型参数表
Table 3 Seven cytological characteristics of nine population of P.souliei
采集地
染色体内不
对称系数
染色体间不
对称系数
平均着丝
粒系数(x±SD)
着丝粒指数
变异系数
染色体长度
变异系数
不对称
系数
平均着丝粒
不对称系数
四川稻城县枯鲁柯山 0.49  0.17  33.11±5.25  16.52  15.86  2.62  33.79
四川稻城县波瓦山 0.46  0.07  34.59±5.59  6.71  16.16  1.08  31.44
四川雅江县剪子弯山 0.51  0.16  32.66±3.38  15.84  10.35  1.63  34.67
四川白玉县安孜乡 0.23  0.12  43.31±4.00  12.31  9.24  1.13  13.37
西藏贡觉县阿旺乡 0.47  0.08  34.33±5.36  7.73  15.61  1.20  32.48
西藏贡觉县拉妥乡 0.49  0.13  33.28±4.33  13.37  13.01  1.73  33.43
西藏芒康县昂多乡 0.49  0.15  33.40±4.03  14.53  12.07  1.75  33.19
西藏芒康县拉乌山 0.52  0.17  32.29±3.44  17.04  10.65  1.81  35.42
云南中甸瀑勇 0.45  0.12  35.15±4.36  11.99  12.4  1.48  30.54
图3 康滇假合头菊 (P.souliei)九个居群聚类图
Fig.3 The cluster of 9populations in P.souliei
·35· 第5期         戴学勤,等: 横断山区特有植物康滇假合头菊的细胞地理学研究
3 讨论与总结
报道了康滇假合头菊(P.souliei)9个居群的核型数据,结果表明:依据不对称系数,分布于四川的
居群可能为较原始的类群,而位于西藏和云南的居群为较进化的类群.在这9个居群中,有8个居群的
核型与狭义的合头菊(Syncalathium)常见的核型完全不同,只有四川白玉县安孜乡居群的核型与合头
菊属一些种的核型相似,但不是完全相同,细胞学的数据支持康滇假合头菊独立成属.其中云南瀑勇居
群的核型与之前孙航等报道的核型[13]一致.但是本研究发现该居群具有一对随体,这是之前未报道过
的.就本文以及之前报道结果看来,康滇假合头菊的染色体基数为x=8,染色体数目均为2n=16,植株
为二倍体,未出现多倍化现象,这可能是由于康滇假合头菊在经历冰期时处于横断山区的避难所,二倍
体得以很好的保存,这在青藏高原植物长花马先蒿[12]中也有类似现象.在康滇假合头菊的核型研究中
发现种内核型差异较大,可能是由于气候或者其他因素造成的,但还需要深入研究其他细胞学证据来解
释造成这一差异的原因.
对不同聚居地的植物进行染色体研究可以为该物种的演化和系统发育提供一些有用的信息[15-16].
本文对康滇假合头菊进行染色体研究使用的方法是细胞学常规的压片法,该方法在研究植物染色体的
数目和核型分析中得到广泛应用,在确定植物亲缘关系和植物分类中具有重要的作用[17].但常规压片
法耗时长且预处理试剂8-羟基喹啉对植物染色体低毒性问题还未得到有效的解决,在今后需要更多
的研究来缩短实验时长以及寻找低毒的替代性试剂[18-19].本文得到的康滇假合头菊在云南、四川和西藏
三个地区的演化方向只是在细胞地理学水平得出的结论,期望可以为研究康滇假合头菊在横断山区演
化方向提供一些线索,但验证该结论是否精确还需要对更多居群进行研究以及在分子水平进行论证.
致谢:感谢导师李志敏教授和实验室师兄师姐在实验和生活上给我的帮助,感谢昆明植物研究所种
子库为此实验提供的优良种子.
参 考 文 献:
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Cytogeography of the Endemic Plant Parasyncalathium souliei
Franchet in Hengduan Mountains
DAI Xue-qin,SU Fu-ming,ZHANG Chuan-xin,LI Zhi-min
(School of Life Science,Yunnan Normal University,Kunming 650500,China)
Abstract:  The chromosome number,karyotype and cytogeography of nine populations of
Parasyncalathium souliei Franchet from Yunnan,Sichuan and Tibet were analyzed by cytological
squash method and eight populations from which were demonstrated at the first time.Al of the
populations have similar chromesome number 2n=16and the basic number X=8.Studies on the
nine populations showed that the populations from Tibet is more primitive than that from Yun-
nan and Sichuan.Furthermore,our data demonstrated that there is a great cytogenetic difference
between P.souliei and the species in narrow Syncalathium,supporting that P.souliei can been spe-
rated as a new genus.In addition,the karyotypes among nine populations from Yunnan,Sichuan and
Tibet showed a significant difference.In conclusion,our results provide cytogeographic evidence in
the evolution of P.souliei in Hengduan Mountains.
Keywords: The P.souliei;Karyotype;Cytogeography;Hengduan Moutains
·55· 第5期         戴学勤,等: 横断山区特有植物康滇假合头菊的细胞地理学研究