全 文 ：武汉植物学研究 2003, 21 (3) : 198～ 202
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
秤锤树的核型研究及其减数分裂过程的观察
王恒昌, 何子灿, 李建强Ξ , 孟爱平
(中国科学院武汉植物研究所ö武汉植物园, 武汉　430074)
摘　要: 观察研究了秤锤树有丝分裂和减数分裂的细胞学特征。秤锤树核型为 2n= 2x = 24= 4 m + 7 sm (2SA T ) +
1 st, 属于较为原始的 2A 型。有丝分裂间期核为复杂染色中心型, 前期出现B 染色体, 中期染色体中等大小。减数
分裂中期具 12 对正常的二价体, 但后期É 和后期Ê 均有染色体异常现象发生。统计断片、落后染色体和染色体桥
出现的比例与花粉粒败育性比例比较一致, 表明秤锤树的小孢子在发生和发育过程中较高频率的败育现象可能存
在一定的细胞学原因。
关键词: 秤锤树; 核型; 减数分裂; 花粉育性
中图分类号: Q 942　　　　　文献标识码: A 　　　　　文章编号: 10002470X (2003) 0320198205
Stud ies on Karyotype of S inoj ack ia xy loca rp a Hu and Observa tion s
on ItsM e ios is of Pollen M other Cell
W AN G H eng2Chang, H E Zi2Can, L I J ian2Q iangΞ , M EN G A i2P ing
(W uhan B otan ica l Gard enöW uhan Institu te of B otany , T he Ch inese A cad emy of S ciences, W uhan　430074, Ch ina)
Abstract: T he cyto logica l characters of S inojack ia xy loca rp a H u in m ito sis and m eio sis w ere in2
vest iga ted. Its karyo type cou ld be fo rm u la ted as 2n= 2x = 24= 4 m + 7 sm (2SA T ) + 1 st, belong2
ing to Stebb in s’s 2A type. T he m ito t ic rest ing nucleu s show ed the comp lex ch romocen tre type,
and at p rophase there w ere B 2ch romo som es ex isted. T he ch romo som es w ere modera te size. A t
m eio t ic m etaphase the configu ra t ion s of 12 pairs of b ivalen ts w ere almo st common, w h ile a t
anaphase I and anaphase II occu rred variou s k inds of abno rm ality of ch romo som al behaviou r in2
cluding fragm en t, lagging ch romo som e o r ch romo som al b ridge. Sta t ist ic data show ed that there
w as a rela t ively congruen t occu rrence betw een the abno rm al ch romo som e p ropo rt ion and the
abo rt ive po llen p ropo rt ion, it seem ed to reveal tha t there w ere som e cyto logica l facto rs compan ied
w ith the h igher po llen sterility and low er seed germ inat ion of S. xy loca rp a How ever, the fu rther
research based on mo lecu lar genet ics and po llina t ion b io logy to the endangered m echan ism of S.
xy loca rp a rem ained to be done.
Key words: S inojack ia xy loca rp a; Karyo type; M eio sis; Po llen fert ility
　　秤锤树 S inojack ia xy loca rp a H u 隶属安息香科
Styracaceae 秤锤树属 S inojack ia H u, 为我国北亚热
带东部特有树种, 其花和果均具较高的观赏价值, 属
国家重点保护的二级濒危植物[1, 2 ] , 现原产地已很难
找到。据称, 20 世纪 70 年代末经多次调查, 在南京
和江苏其它地区再未找到其野生种群, 在 1999 年的
调查中也未找到, 秤锤树在江苏几为野生灭绝种[3 ]。
自 1928 年胡先马肃描述和发表秤锤树以来[4 ] , 国Ξ 收稿日期: 2003204215, 修回日期: 2002206205。基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向性项目 (KSCX22SW 2104) ; 中国科学院武汉植物研究所创新工程所长基金 (01035108,01015110)资助。作者简介: 王恒昌 (1967- ) , 男, 在读博士研究生, 主要从事植物系统分类学研究。通讯作者 (E2m ail: jianqiangl@ho tm ail. com )。
内外学者开展了一系列的工作, 如花粉的形态[5 ]、花
粉的超低温储藏[6 ]、植物地理分布[7 ]、叶片脉序比
较[8 ]、生物学特性与繁殖[9 ]、种子休眠与萌发[10 ] , 以
及分子手段探讨其系统学位置等[11 ] , 积累了不少资
料。细胞学方面, 洪德元[12 ]根据资料提及秤锤树属
染色体 n= 12, 徐炳声等[13 ]通过实验证实了秤锤树
染色体数目 (n= 12)。笔者旨在通过对秤锤树有丝
分裂和减数分裂过程中染色体形态和行为特征的观
察和描述, 及对花粉粒活性的研究, 为秤锤树的系统
进化和保育遗传学研究提供参考资料。
1　材料和方法
1. 1　材料来源
实验材料取自栽培在中国科学院武汉植物园内
的 5 株成年秤锤树植株。凭证标本保存在中国科学
院武汉植物研究所标本馆 (H IB )。
1. 2　实验方法
于 2003 年 3 月上旬取秤锤树幼嫩枝芽若干, 取
出茎尖顶端分生组织在 011% 的秋水仙碱和 82羟基
喹啉的混合液中预处理 3 h, 卡诺液 (冰醋酸∶纯酒
精= 1∶3)固定 1 h 。于 2 月末至 3 月初选幼嫩花蕾
若干, 先剥去花蕾苞片, 取出幼小花药用卡诺液固定
015 h。染色体制备采用去壁低渗法, 火焰干燥制
片[14 ] , Giem sa 染色,L eitz 显微镜观察, 镜检, 并进行
染色体计数和拍照。核型分析的项目、标准和方法参
照常规的植物核型分析方法[15 ]。核型不对称程度,
还采用着丝点端化值参数, 即着丝点端化值% (T.
C. % ) = (染色体长臂ö染色体总长度) 100% [16 ]。核
型的不对称分类按 Stebb in s[17 ]的方法。花粉用醋酸
洋红溶液染色, 统计可育性。
2　结果与讨论
(1) 实验中观察到秤锤树体细胞染色体数目和
花粉母细胞染色体数目均为 2n= 2x = 24。这与洪德
元[12 ]和徐炳声[13 ]提及的资料一致。染色体为中等大
小。最大与最小染色体的长度比为 1156。核型公式
为: 2n= 2x = 24= 4 m + 7 sm (2SA T ) + 1 st。其中,
第 1、4、10、12 对染色体为中部着丝点染色体, 第 2、
5、6、7、8、9、11 对为近中部着丝点染色体, 第 3 对为
近端部着丝点染色体, 第 6 对染色体具随体 (见表
1)。着丝点端化值为 6515%。最长染色体与最短染
色体比值为 1156, 臂比大于 2∶1 的染色体的百分
比为 3313% , 核型属较为原始的 2A 型 (图版É: 1)。
(2) 根据 T anaka [18 ]的分类标准, 秤锤树有丝分
裂间期核为复杂染色中心型 (Comp lex ch romocen2
ter type)。在间期核中, 可见异染色质形成很多染色
较深、形状不规则、扩散分布全核的染色中央微粒
(图版É: 2)。
表 1　秤锤树的染色体核型参数
T able 1　T he karyomo rpho logical param eters
of S inojack ia xy locarp a
序号
Pair no.
相对长度 (% )
R elat ive length
臂比值
A rm ratio
染色体类型
C lassificat ion
1 10. 39 1. 27 m
2 9. 69 1. 95 sm
3 9. 18 3. 10 st
4 8. 85 1. 41 m
5 8. 43 1. 91 sm
63 8. 42 2. 26 sm
7 8. 29 2. 96 sm
8 8. 00 2. 57 sm
9 7. 82 1. 87 sm
10 7. 49 1. 62 m
11 6. 79 1. 72 sm
12 6. 64 1. 27 m
注: 表中参数取自5个细胞的平均值; 3 代表具随体染色体。
N o tes: T he value is based on the m eans of m easurem ents of
the best five cells; 3 ch romo som e w ith satellite.
(3) 有丝分裂前中期, 有些细胞中可看到颗粒
状的B 染色体的存在, 它们染色较深 (图版É: 3, 箭
头所示)。B 染色体积累到一定数量时也可能降低能
育性[12, 19 ]。其中期染色体中等大小, 呈棒状, 2n= 24
(图版É: 4)。
( 4) 在减数分裂前期, 染色体细长和相互缠
绕、折叠而不易区分 (图版É: 5)。在减数分裂中期É , 染色体为 12 对联会的较规则的二价体, 二价体
大多为棒状, 较少为环状, 其中有一对同源染色体呈
较早分离的趋势 (图版É: 6)。在减数分裂后期É , 24
条染色体移向两极, 在两端分别可见清晰的 12 条染
色体, 单倍体数 n= 12 (图版É: 7)。在后期É , 观察了
40 个细胞, 其中 26 个为正常, 8 个细胞中出现少量
断片或落后染色体 (图版É: 8, 9, 箭头所示) , 6 个细
胞中出现染色体桥 (图版É: 8, 箭头所示) , 畸形率约
为 35% ; 在后期Ê , 观察了 16 个细胞, 其中 12 个为
正常, 4 个细胞中出现少量断片和染色体桥 (图版É:
11, 箭头所示) , 畸形率约为 25%。在减数分裂后期Ê , 每条染色体的 2 条染色单体随着着丝点的分裂
而彼此分开 (图版É: 10)。染色单体开始移向两极。
(5) 朱湄[20 ]、石荫坪[21 ]、何子灿等[22 ]在不同的
研究中, 曾多次注意到减数分裂时染色体的异常现
象, 他们的研究对象多为杂种愈伤组织再生植株,
991　第 3 期　　　　　　　　　　　　王恒昌等: 秤锤树的核型研究及其减数分裂过程的观察
或三倍体。王新宇、郑国　[23 ]认为, 额外的染色体断
片是染色体直接断裂的产物, 染色体桥是染色体断
裂的间接产物。潘泽惠等[24 ]在观察伞形科植物减数
分裂时认为, 一些种类的染色体发生杂合性结构差
异, 致使减数分裂时产生双着丝点染色体, 在后期 I
形成染色体桥和断片。无疑, 染色体断片、落后染色
体和染色体桥造成了染色体的不均匀分配, 导致了
减数分裂的一些异常结果, 形成有遗传组成不平衡
的配子, 产生不同遗传组成的花粉粒, 这是导致秤锤
树花粉败育的重要原因之一。另一方面, 秤锤树中较
大比例的落后染色体的存在, 可能源于某些染色体
同源化程度不高的原因。
(6) 花粉粒的育性。选取不同生长发育时段的
两组略微开放的花, 对花粉粒随机观察。正常ö空壳
花粉粒的比例分别为: 77ö89, 败育率约为 5316% ;
187ö63, 败育率约为 2512%。可能不同时期, 不同枝
间 其育性存在一定差别。败育率平均值约为
3615% , 这与减数分裂后期É 观察到细胞中出现断
片、落后染色体或染色体桥造成的畸形率 (35% ) 较
为一致, 而略高于后期Ê 的畸形率 (25% )。这些结果
表明秤锤树的小孢子在发生和发育过程中具有较高
频率的败育率是与其细胞学行为相关联的, 可能存
在一定的细胞学原因。秤锤树虽然结果较多, 但内果
皮大多为木质部成分, 初步观察统计, 其种子出现大
量的糜烂、空心, 自然发芽率也非常低, 其近缘种长
果秤锤树中也有类似情况[25 ]。
秤锤树属含 5～ 6 种[7, 8 ] , 在系统学上属于位置
比较孤立的少种属[3, 7 ]。局限于华东地区分布的珍稀
濒危古老成分还有小叶银缕梅 P a rrotia subae2
qua lis, 明党参 Chang ium sm y rn ioid es, 天目木兰
M ag nolia am eona , 短穗竹 B rachy stachy um d ensi2
f lorum , 琅琊瑜U lm us chenm ou i 和中华水韭 Isotes
sinensis 等, 反映其残遗地区区系起源的古老性[3 ]。
另一方面, 由于人为或自然因素导致的生境改变, 其
环境条件已相对非常脆弱。历史上秤锤树在南京幕
府山、江浦老山和句容宝华山有分布, 河南新县黄毛
尖、商城黄柏山偶见其零星植株[26 ] , 说明尽管分布
狭窄, 但在这些区域曾存在着广泛的基因交流, 只是
其生境的破坏加上可能的遗传学原因导致了其分布
区的更进一步萎缩, 乃至到现在的濒危状态。本文的
材料, 系中国科学院武汉植物园栽培的少量个体, 研
究结果只能提供一些初步的细胞学资料。秤锤树的
濒危机制和遗传保育有待在居群的分子水平以及传
粉生物学方面进一步研究。
参考文献:
[ 1 ]　傅立国主编. 中国植物红皮书——稀有濒危植物 (第
1 册) [M ]. 北京: 科学出版社, 1992. 640.
[ 2 ]　傅立国主编. 国家重点保护野生植物名录 (第一批)
[J ]. 植物杂志, 1999, 5: 4 11.
[ 3 ]　郝日明, 黄致远, 刘兴剑, 等. 中国珍稀濒危保护植物
在江苏省的自然分布及其特点 [J ]. 生物多样性,
2000, 8 (2) : 153 162.
[ 4 ]　H u H H. S inojack ia, new genus of Styracaceae from
southeastern Ch ina [J ]. J A rn A rb, 1929, Ñ : 130
131.
[ 5 ]　梁元徽, 喻诚鸿. 安息香科的花粉形态及其在分类上
的意义[J ]. 植物分类学报, 1985, 23 (2) : 81 90.
[ 6 ]　陈品良, 贺善安, 金炜, 等. 秤锤树花粉的超低温储藏
研究[J ]. 植物学报, 1990, 32 (4) : 288 291.
[ 7 ]　陈涛, 陈忠毅. 安息香科植物地理分布研究 [J ]. 植物
研究, 1996, 16 (1) : 58 66.
[ 8 ]　杨庆锋, 蔡雪珍, 陈涛. 长果安息香属和秤锤树属植物
叶片脉序研究[J ]. 广西植物, 1997, 17 (2) : 145 148.
[ 9 ]　黄致远, 朱小毅. 秤锤树生态地理分布, 生物学特性与
繁殖的初步研究 [J ]. 江苏林业科技, 1998, 25 (2) :
15 18.
[10 ]　史晓华, 黎念林, 金铃, 等. 秤锤树种子休眠与萌发的
初步研究 [J ]. 浙江林学院学报, 1999, 16 (3) : 228
233.
[11 ]　F ritsch P W ,M o rton C M , Chen T , et a l. Phylogeny
of the Styracaceae based on mo rpho logy and mo lecu2
lar data [J ]. In t J P lan t S ci, 2001, 162: 95 116.
[12 ]　洪德元. 植物细胞分类学 [M ]. 北京: 科学出版社,
1990. 318.
[13 ]　徐炳声, 翁若芬, 栗田子郎. 东亚植物区系中若干双子
叶植物的染色体新计数及其系统学和进化意义 [J ].
植物分类学报, 1994, 32 (5) : 411 418.
[14 ]　陈瑞阳. 植物有丝分裂染色体标本制片的新方法[J ].
植物学报, 1979, 21 (3) : 297 298.
[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 ]　谢晓阳, 顾志建, 武全安. 豹子花属及近缘属细胞学研
究[J ]. 植物分类学报, 1992, 30 (6) : 489.
[17 ]　Stebb ins G L. Ch romo som al Evo lu tion in H igher
P lan ts[M ]. L ondon: A rno ld E L td, 1971.
[18 ]　T anaka R. T ypes of rest ing nuclei in O rch idaceae[J ].
B ot M ag (Tokyo) , 1971, 84: 118 132.
[19 ]　Jones R N , R ees H. B ch romo som es[M ]. N ew Yo rk:
A cadem ic P ress, 1982.
[20 ]　朱湄, 李浚明, 蔡体树. 大麦×小麦杂种愈伤组织及再
生植株的细胞学观察 [J ]. 武汉植物学研究, 1985, 3
(4) : 357 362.
002 武 汉 植 物 学 研 究　 　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷　
[21 ]　石荫坪, 王强生, 贾元淑, 等. 枣胚乳三倍体的细胞学
[J ]. 武汉植物学研究, 1985, 3 (4) : 390 395.
[22 ]　何子灿, 蔡起贵, 钱迎倩, 等. 美味猕猴桃原生质体再
生植株细胞遗传学研究. Ê . 性别性状变异和小孢子
发生及发育命运 [J ]. 武汉植物研究, 1997, 15 (3) :
199 207.
[23 ]　王新宇, 郑国　. 蚕豆花粉母细胞染色体畸变同染色
质胞质转移的关系[J ]. 植物学报, 1985, 27 (2) : 141
146.
[24 ]　潘泽惠, 秦慧贞, 吴竹君, 等. 伞形科植物染色体数目
报告[J ]. 植物分类学报, 1985, 23 (2) : 97 102.
[25 ]　叶其刚, 王诗云, 徐惠珠, 等. 长果秤锤树保护现状的
初步研究[J ]. 生物多样性, 1996, 4 (3) : 135 138.
[26 ]　卢炯林, 王磐基. 河南省珍稀濒危保护植物 [M ]. 开
封, 河南大学出版社, 1990. 117 118.
图 版 说 明
图版É: 1. 秤锤树染色体核型图, 2n= 2x = 24= 4 m + 7 sm + 1 st (1SA T )。2～ 4. 秤锤树体细胞有丝分裂: 2. 间期核; 3. 前中期
染色体 (箭头示B 染色体) ; 4. 中期染色体。5～ 11. 秤锤树小孢子母细胞减数分裂: 5. 前期É ; 6. 中期É 染色体, 示 12 对二价体;
7. 后期É , 示 12 条同源染色体分别移向细胞两极; 8. 后期É , 示无自由断片的染色体桥; 9. 后期É , 示断片和落后染色体;
10. 后期Ê ; 11. 在后期Ê , 示有一个自由断片的染色体桥 (所有照片放大倍数为 1 450 倍)
Explana tion of pla te
Plate É: 1. T he karyo type of S inojack ia xy locarp a H u. , 2n= 2x = 24= 4 m + 7 sm + 1 st (1SA T ). 2- 4. M ito sis of som atic ch ro2
mo som es of shoo t apex in S. xy locarp a: 2. R esting nucleus; 3. P ro2m etaphase ch romo som es (T he arrow s show ing th ree B 2
ch romo som es) ; 4. M etaphase ch romo som es, 2n = 2x = 24. 5- 11. M eio sis stages of S. xy locarp a: 5. P rophase; 6. M etaphase I
ch romo som es ( show ing 12 pairs of b ivalen ts ) ; 7. A naphase I ( show ing 12 homo logues moved po lew ard, respectively ) ;
8. A naphase I (T he arrow s show ing ch romo som e bridge of w ithou t free fragm ents) ; 9. A naphase I (T he sho rter arrow show 2
ing fragm ents and the longer lagging ch romo som e) ; 10. A naphase Ê ; 11. A naphase Ê (T he arrow s show ing the ch romo som e
bridge of w ith one free fragm ent) (A ll pho to s w ere en larged by×1 450)
102　第 3 期　　　　　　　　　　　　王恒昌等: 秤锤树的核型研究及其减数分裂过程的观察
　　王恒昌等: 图版É W AN G H eng2Chang et a l. : P la te É 　　
202 武 汉 植 物 学 研 究　 　　　　　　　　　　　　　　　　第 21 卷