全 文 ：书犇犗犐：１０．１１６８６／犮狔狓犫２０１４３７１ 犺狋狋狆：／／犮狔狓犫．犾狕狌．犲犱狌．犮狀
郑慧敏，毛培胜，黄莺．老芒麦染色体组型分析．草业学报，２０１５，２４（８）：２２５２３０．
ＺｈｅｎｇＨＭ，ＭａｏＰＳ，ＨｕａｎｇＹ．Ｋａｒｙｏｔｙｐｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｉｔｏｔｉｃｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆ犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊．ＡｃｔａＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒａｅＳｉｎｉｃａ，２０１５，２４（８）：２２５２３０．
老芒麦染色体组型分析
郑慧敏，毛培胜，黄莺
（中国农业大学动物科技学院草业科学系，草业科学北京市重点实验室，北京１００１９３）
摘要：以老芒麦种子为材料，利用酶解－火焰干燥法来分析有丝分裂中期染色体核型，为老芒麦系统分类及育种工
作提供科学依据。研究结果表明，老芒麦染色体数目为２８条，１３号染色体上有１对随体，臂比值大于２的染色体
占７．１４％，最长染色体与最短染色体比值为２．０４，核型公式是２狀＝４狓＝２８＝２４ｍ＋４ｓｍ（２ＳＡＴ），不对称类型为
２Ｂ。细胞有丝分裂呈现出间期、前期、前中期、中期、后期５个不同的时期。在分裂间期，细胞核染色均匀；到分裂
前期时可以看到纤细状的网状染色体；进入分裂前中期，可辨别单个染色体；到分裂中期，染色体高度浓缩，姊妹染
色单体及着丝点都清晰可辨；在分裂后期，姊妹染色单体分离。
关键词：老芒麦；核型；有丝分裂　　
犓犪狉狔狅狋狔狆犲犪狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犿犻狋狅狋犻犮狅犫狊犲狉狏犪狋犻狅狀狅犳犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊
ＺＨＥＮＧＨｕｉＭｉｎ，ＭＡＯＰｅｉＳｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＹｉｎｇ
犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犛犮犻犲狀犮犲，犆狅犾犾犲犵犲狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犆犺犻狀犪犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔；犅犲犻犼犻狀犵犓犲狔犔犪
犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌狉犪狊狊犾犪狀犱犛犮犻犲狀犮犲，犅犲犻犼犻狀犵１００１９３，犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｓｔｕｄｙｈａｓｂｅｅｎｕｎｄｅｒｔａｋｅｎｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｋａｒｙｏｔｙｐｅｏｆ犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ
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Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｆｉｖｅｐｈａｓｅｓ（Ｉｎｔｅｒｐｈａｓｅ，Ｐｒｏｐｈａｓｅ，Ｐｒｏｍｅｔａｐｈａｓｅ，ＭｅｔａｐｈａｓｅａｎｄＡｎａｐｈａｓｅ）ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｉ
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ｐｈａｓｅｔｈｅｃｈｒｏｍａｔｉｄｓｓｅｐａｒａｔｅｄａｎｄｍｏｖｅｄｔｏｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｐｏｌｅｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊；ｋａｒｙｏｔｙｐｅ；ｍｉｔｏｓｉｓ
老芒麦（犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊）属于小麦族禾本科披碱草属多年生疏丛型草本植物，具有抗旱、抗寒、耐盐碱及分
蘖能力强等特点，大面积应用于天然草地的恢复和人工草地的建植中［１２］。老芒麦营养物质丰富、适口性好、产量
高，是一种适合家畜食用的优良禾草［３］。
部分老芒麦具有抗小麦花叶病和抗大麦锈病等一些优良基因，可以通过杂交和转基因工程将这些基因转入
小麦族近缘种中，进而增强被转入基因物种的抗病虫害特性［４］。云锦凤等［５］通过分析杂交后代染色体，探讨了亲
第２４卷　第８期
Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．８
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
２０１５年８月
Ａｕｇ，２０１５
收稿日期：２０１４０９０２；改回日期：２０１４１０２７
基金项目：十二·五科技支撑课题（２０１１ＢＡＤ１７Ｂ０１０２）和草业科学北京市重点实验室共建项目资助。
作者简介：郑慧敏（１９９１），女，山东菏泽人，在读硕士。Ｅｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｈｕｉｍｉｎ５２１０＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅｍａｉｌ：ｍａｏｐｓ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
本的同源性及杂种优势的利用。李景环等［６］通过比较亲本与子代的染色体组型及子代花粉母细胞减数分裂行
为，鉴定了老芒麦与加拿大披碱草（犈犾狔犿狌狊犮犪狀犪犱犲狀狊犻狊）杂交后代Ｆ１ 的真伪性和不育机理。对老芒麦与近缘种
染色体同源性关系的深入研究，可以为育种工作提供大量的有用信息［７］。有丝分裂前期染色质细长，ＤＮＡ伸展
性较好，暴露的碱基对较多，该时期有利于引物原位杂交新技术探测基因位点［８］。因此，对老芒麦进行核型分析
及有丝分裂的观察可以为遗传学、染色体工程及细胞分类学等技术应用提供科学依据。
我国学者已在老芒麦品种选育、抗性、生产性能、生理特征等方面开展了相关的研究［９１２］。但是，对于老芒麦
的细胞学研究报道较少，并且结果不统一，争议性较大。陈仕勇等［１３］研究提出老芒麦的核型公式为２狀＝４狓＝２８
＝２２ｍ＋６ｓｍ（２ＳＡＴ），核型对称性类型为２Ａ。王琴等［１４］报道的老芒麦核型公式为２狀＝４狓＝２８＝２４ｍ（２ＳＡＴ）
＋４ｓｍ，核型对称性类型为２Ｂ。因此，对老芒麦染色体组型的确定有待进一步研究。
我国老芒麦野生资源丰富，广泛分布于内蒙古、青海、甘肃等地，但是对该资源的搜集及育种工作都较为滞
后，到２０１４年我国仅有８个国家审定品种。针对老芒麦进行核型分析，可以加速该资源的鉴定、保存及利用，为
育种工作提供理论基础。故本实验以老芒麦为研究对象，利用酶解－火焰干燥法进行染色体制片，分析核型并观
察有丝分裂过程，为老芒麦在披碱草属中的进化分类学地位、杂交育种研究等方面提供细胞学依据。
１　材料与方法
１．１　材料
实验材料为老芒麦种子，种子于２０１３年采集于河北省承德市鱼儿山牧场，由中国农业大学牧草种子实验室
提供。
１．２　染色体制片
按照牧草种子检验规程ＧＴ／Ｔ２９３０．４２００１的规定，设置老芒麦的生根环境［１５］。待根尖长到０．５～２．０ｃｍ
时，于培养箱中光照２～３ｈ后取材，选择生长良好的种子，剪取粗壮正常的根尖０．５ｃｍ左右。将根尖放入２
ｍｍｏｌ／Ｌ的８羟基喹啉中，２０～２５℃条件下预处理４ｈ，期间更换一次处理液。而后进行固定，先用蒸馏水清洗处
理过的根尖至少３次，再置入卡诺固定液（无水乙醇∶冰乙酸＝３∶１）中，４℃条件下固定２０～２１ｈ。再将根尖放
在０．０７５ｍｏｌ／ＬＫＣｌ溶液中，前低渗处理３０ｍｉｎ。用蒸馏水充分洗净根尖３次，置于有混合酶液（２．５％纤维素
酶＋１．２５％果胶酶）的小培养皿内，２０～２５℃下酶解２ｈ１５ｍｉｎ，酶解过程中最好轻轻摇动小培养皿几次，促使酶
解反应更加充分。用蒸馏水慢慢冲洗根尖３次，注意完全去除酶解液，再放入蒸馏水中浸泡１５ｍｉｎ，完成后低渗
过程。进行火焰干燥，清洁载玻片上放上３～５个乳白色根尖，加一滴固定液，迅速用镊子将材料捣碎，将载玻片
一端抬起轻轻吹气，使细胞分散成薄薄的一层，将制片在酒精灯上干燥。１％的吉姆萨染液滴在制片上２ｈ，之后
用蒸馏水清洗３遍，晾干。最后镜检，制好的临时玻片在生物显微镜（ＯＬＹＭＰＵＳＢＸ５３，日本株式会社）下观察
并拍照。
１．３　核型分析
参考李懋学和陈瑞阳［１６］提出的标准，选取１０２个染色体分散良好的有丝分裂细胞，统计细胞的染色体数目。
选取５个清晰的有丝分裂中期细胞，计算核型的各个参数指标，即：
染色体相对长度（％）＝染色体个体长度／染色体组总长度×１００
臂比＝长臂／短臂
染色体长度系数＝染色体个体长度／全组染色体平均长度
染色体长度比＝最长染色体长度／最短染色体长度
利用ＳＰＯＴＩｓｉｇｈｔ４．０软件分别测量染色体的长臂与短臂，利用Ｅｘｃｅｌ计算出染色体的相对长度、臂比以及
染色体长度系数等一系列核型参数。参考Ｓｔｅｂｂｉｎｓ［１７］的核型分类原则，根据染色体长度比和臂比确定核型的不
对称性程度。选取具有代表性照片一张，根据核型分析结果，利用ＶｉｄｅｏＴｅｓＴＫａｒｙｏ３．１核型分析软件剪贴染色
体，配对制成核型图。绘制出便于观察分析的核型模式图。
１．４　有丝分裂过程观察
根据高等植物有丝分裂各个时期的特点［１８２０］，观察老芒麦染色体有丝分裂不同时期的细胞，利用生物显微镜
６２２ 草　业　学　报 第２４卷
（ＯＬＹＭＰＵＳＢＸ５３，日本株式会社）拍照分析。
２　结果与分析
２．１　老芒麦根尖染色体数目的确定
根据根尖细胞染色体观察结果，染色体数目在１４～５６间（表１）。７８．４３％的细胞染色体数目为２８条，染色
体数目变化范围在２４～２９之间，并有少量单倍体和多倍体变异细胞的出现。据此认为老芒麦的染色体数目为
２８，即２狀＝２８。在染色体数目为２８的８０个细胞中，发现具有１对随体的细胞７７个，所占比例为９６％，因此确定
老芒麦染色体组含有１对随体染色体。
表１　老芒麦根尖细胞染色体数目
犜犪犫犾犲１　犆犺狉狅犿狅狊狅犿犲狀狌犿犫犲狉犻狀狋犺犲狉狅狅狋狋犻狆犮犲犾狅犳犈．狊犻犫犻狉犻犮狌狊
项目
Ｉｔｅｍ
染色体数目Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｎｕｍｂｅｒ
１４ ２４ ２５ ２６ ２７ ２８ ２９ ４２ ５６
合计
Ｔｏｔａｌ
出现次数 Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｎｕｍｂｅｒ １ ２ １ １ ２ ８０ ２ １２ １ １０２
频率Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（％） ０．９８ １．９６ ０．９８ ０．９８ １．９６ ７８．４３ １．９６ １１．７６ ０．９８ ９９．９９
２．２　核型分析
老芒麦根尖细胞染色体核型分析结果表明（图１、
表２），染色体相对长度变化范围是４．７８％～９．７３％，
由１２对中部着丝点区（ｍ）和２对亚中部着丝点区
（ｓｍ）染色体组成，具有１对随体，位于第１３号染色体
的短臂上，除第５对和第１３对染色体为亚中部着丝点
区（ｓｍ），其余均为中部着丝点区（ｍ）染色体，其核型
公式为２狀＝４狓＝２４ｍ＋４ｓｍ（２ＳＡＴ）。臂比大于２的
染色体占染色体总数的７．１４％，染色体长度比为
２．０４。根据Ｓｔｅｂｂｉｎｓ［１７］的核型分类标准，老芒麦的染
色体核型类型为２Ｂ，属于较为对称型品种（图２）。
２．３　染色体的有丝分裂过程
根据老芒麦根尖细胞染色体有丝分裂观察结果，
染色体有丝分裂包括间期、前期、前中期、中期和后期
（图３）。间期细胞核染色较为均匀，看不到染色质丝
（图３ａ）。前期隐约可见松散的染色体（图３ｂ）。进入
前中期后，染色体进一步缩短变粗，并且单个染色体逐
渐变得清晰，但是无法清晰辨别着丝点和姊妹染色单
体（图３ｃ）。
在有丝分裂中期，染色体高度螺旋化，着丝点和姊
妹染色单体都清晰可见（图３ｄ）。细胞有丝分裂中期
染色体本应排列于赤道板中，但是本实验观察到的染
色体都凌乱地分布在一个小的区域中，这是由于８羟
表２　老芒麦核型分析参数
犜犪犫犾犲２　犓犪狉狔狅狋狔狆犻犮狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犫狋犪犻狀犲犱犻狀犈．狊犻犫犻狉犻犮狌狊
染色体
序号
Ｃｈｒｏｍｏ
ｓｏｍｅ
Ｎｏ．
相对长度
Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｅｎｇｔｈ（％）
短臂
Ｓｈｏｒｔ
ａｒｍ
长臂
Ｌｏｎｇ
ａｒｍ
总长
Ｔｏｔａｌ
ｌｅｎｇｔｈ
臂比
Ａｒｍ
ｒａｔｉｏ
相对长
度指数
Ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｌｅｎｇｔｈ
ｉｎｄｅｘ
着丝点
类型
Ｔｙｐｅｏｆ
ｃｅｎｔｒｏｍｅｒｅ
１ ４．３３ ５．４０ ９．７３ １．２５ １．３６ ｍ
２ ３．９７ ４．７８ ８．７４ １．２０ １．２２ ｍ
３ ３．９２ ４．６０ ８．５３ １．１７ １．１９ ｍ
４ ３．４５ ４．６５ ８．０９ １．３５ １．１３ ｍ
５ ２．６５ ５．０２ ７．６７ １．８９ １．０７ ｓｍ
６ ３．１７ ４．３９ ７．５６ １．３９ １．０６ ｍ
７ ３．２３ ４．０３ ７．２６ １．２５ １．０２ ｍ
８ ３．２２ ３．８５ ７．０８ １．２０ ０．９９ ｍ
９ ３．００ ４．０１ ７．０１ １．３３ ０．９８ ｍ
１０ ３．０５ ３．４８ ６．５２ １．１４ ０．９１ ｍ
１１ ２．６９ ３．３２ ６．０１ １．２３ ０．８４ ｍ
１２ ２．５７ ３．１５ ５．７１ １．２３ ０．８０ ｍ
１３ １．５７ ３．７５ ５．３２ ２．３８ ０．７４ ｓｍ
１４ １．９９ ２．７８ ４．７８ １．３９ ０．６７ ｍ
　ｍ：中部着丝点区 Ｍｅｄｉａｎｒｅｇｉｏｎ；ｓｍ：近中部着丝点区Ｓｕｂｍｅｄｉａｎｒｅ
ｇｉｏｎ； 带有随体的染色体，随体不计入臂长Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｈａｓｓａｔｅｌｉｔｅ
ａｎｄｓａｔｅｌｉｔｅｗｅｒｅｎｏｔｓｕｍｍｅｄｕｐｔｏｔｈｅａｒｍｌｅｎｇｔｈ．
基喹啉的作用，妨碍了纺锤丝的形成，使染色体无法正常移动到赤道板上。细胞分裂后期，姊妹染色单体分离，但
是实验观察到的染色体没有明显的移向两极的趋势（图３ｅ），可能是试剂处理影响了纺锤丝的作用。
７２２第８期 郑慧敏　等：老芒麦染色体组型分析
图１　老芒麦染色体组型
犉犻犵．１　犓犪狉狔狅狋狔狆犲狅犳犈．狊犻犫犻狉犻犮狌狊
　
图２　老芒麦核型模式
犉犻犵．２　犐犱犻狅犵狉犪犿狅犳犈．狊犻犫犻狉犻犮狌狊
　
图３　老芒麦有丝分裂过程
犉犻犵．３　犆狔狋狅犾狅犵犻犮犪犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳
犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆犺犪狊犲狊犻狀犿犻狋狅狊犻狊
狅犳犈．狊犻犫犻狉犻犮狌狊
　
３　讨论
３．１　染色体数目
本实验中老芒麦染色体数目存在多个变量。在２４～２６之间的变化可能包含两个原因，一方面是制片时酶解
作用使细胞膜崩溃，导致少数染色体丢失；另一方面是老芒麦在生长期间发生了染色体数目的变异，该变异也可
能引起染色体数目的增多，即出现染色体数目为２９的现象。对于二倍（２狀＝２狓＝１４）体的出现，有待于进一步研
究。据刘玉红［２１］报道我国除老芒麦外，其他多数披碱草属植物属于六倍体。本实验中，六倍体（２狀＝６狓＝４２）细
胞出现的情况较多，所占比例达到１１．７％，可能是提供的材料不纯，混杂有其他六倍体的披碱草属植物。八倍体
（２狀＝８狓＝５６）细胞的存在也可能有两种原因，一是预处理液有类似于秋水仙素的作用，阻碍了纺锤丝的运动［２２］；
二是细胞膜崩溃的细胞没法给纺锤丝提供发挥作用的环境，进而使细胞的染色体加倍。由于８羟基喹啉预处理
对纺锤丝的作用机理还没有较为权威的报道［２３］，因此，对于本实验中多倍体出现的具体原因还需要进一步探
索。
８２２ 草　业　学　报 第２４卷
老芒麦核型分析中，染色体数目为２８的细胞所占比例最高，也符合前人的研究结果，因此，本实验中确定老
芒麦的染色体数目为２８［２４］。
３．２　染色体组型
我国学者从２０世纪８０年代就开始了对老芒麦核型的分析，刘玉红［２１］提出老芒麦核型公式为２狀＝４狓＝２８＝
２４ｍ＋４ｓｍ（２ＳＡＴ），一对随体位于第７号染色体，核型类别为１Ａ。王琴等［１４］提出的老芒麦核型公式为２狀＝４狓
＝２８＝２４ｍ（２ＳＡＴ）＋４ｓｍ，核型对称性类型为２Ｂ。两者随体位置和对称性类型不同。孙义凯等［２５］研究认为老
芒麦核型公式为２狀＝４狓＝２８＝２０ｍ＋８ｓｍ（４ＳＡＴ），两对随体分别位于７和１４号染色体上，核型类别为２Ａ。陈
仕勇等［１３］研究提出老芒麦的核型公式为２狀＝４狓＝２８＝２２ｍ＋６ｓｍ（２ＳＡＴ），核型对称性类型为２Ａ。多年来各学
者针对老芒麦核型分析提出的结果都有较大差异。本实验中老芒麦的核型公式为２狀＝４狓＝２８＝２４ｍ＋４ｓｍ
（２ＳＡＴ），和刘玉红［２１］提出的核型公式相同，但是核型对称性有差别。
老芒麦核型结果之间的差异性，可能与实验方法有关，也可能与测量染色体长度时存在的误差有关。严学兵
等［２６］利用微卫星分子标记技术研究提出，老芒麦的遗传特点和环境因素（经纬度、海拔等）有着密切的关系。鄢
家俊等［２７］利用ＲＡＰＤ分子标记技术提出，老芒麦的遗传分化和生态地理环境具有一定的相关性。张晓燕等［２８］
对３份不同来源偃麦草（犈犾狔狋狉犻犵狉犻犪狉犲狆犲狀狊）种子的核型分析中总结认为，３份材料之间核型都存在一定的差异
性，但是染色体数目和着丝点位置的分布比较稳定。因此，老芒麦核型多样性还可能与材料采集地点有关，核型
结果在一定的范围内是允许存在差异性的。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊：
［１］　ＷａｎｇＸＣ，ＺｈａｎｇＨＭ，ＺｈａｎｇＳＬ，犲狋犪犾．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｉｎｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆ犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊ｃｖ．Ｔｏｎｇ
ｄｅ．ＱｉｎｇｈａｉＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒｅ，２００５，１４（３）：１３１５．
［２］　ＬｉＹＨ．Ｒｅｇｉｏｎｔｒｉａｌｒｅｐｏｒｔｏｎ犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊ｃｖ．Ｔｏｎｇｄｅ．ＱｉｎｇｈａｉＰｒａｔａｃｕｌｔｕｒｅ，２００７，１６（４）：９１３，２８．
［３］　ＬｉｕＪＦ，ＷａｎｇＸＣ，ＬｉｕＷ Ｈ，犲狋犪犾．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｒｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆ犈犾狔犿狌狊ｉｎＴｏｎｇｄｅｒｅｇｉｏｎ．Ｃｈｉ
ｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄ，２０１０，３２（６）：８１８５．
［４］　ＹａｎＪＪ，ＢａｉＳＱ，ＭａＸ，犲狋犪犾．Ｇｅｎｅｔｉｃｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊ａｎｄｉｔｓｂｒｅｅｄｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ．ＣｈｉｎｅｓｅＢｕｌｅｔｉｎｏｆＢｏｔａｎｙ，
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０３２ 草　业　学　报 第２４卷