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棉属A染色体组的核型研究



全 文 :遗传 HEREDITAS ( Beijing ) 17 ( 4): 32— 34 1995
棉 属 A染 色 体 组 的 核 型 研 究①
王坤波 张香娣 王春英 宋国立
(中国农业科学院棉花研究所 ,河南安阳 455112)   
     李 懋 学
(北京大学生命科学学院 , 北京 100871)
摘 要 本文报道了棉属 A染色体组 3个种 (变种 )的核型 , 阿非利加棉和草棉的核型公式均为 20m+
4sm ( 2 sa t) + 2 st ( 2 sa t) , 亚洲棉的核型公式为 22 m+ 2 sm ( 2 sa t) + 2 st ( 2 sat )。平均臂比和染色体
长度比分别是: 阿非利加棉 1. 63和 1. 73, 草棉 1. 87和 1. 74, 亚洲棉 1. 58和 1. 62。其随体均大而明显 , 数目
和位置相同。3个种 (变种 )的核型同质性与其分类学上同归于 A染色体组是一致的。阿非利加棉和草棉的
亲缘关系比二者与亚洲棉的密切 , 但它们存在核型构成的差异 , 这些差异同时也证实了系统演化史上阿
非利加棉先于草棉的论点。
关键词 棉属 , A染色体组 , 核型 , 亲缘关系
Karyotype Studies on A Genome of Gossypium
Wang Kunbo  Zhang Xiangdi Wang Chunying  Song Guoli
( Cot ton Research lns titute, Chinese Academy of Ag ricultural Sciences, Anyang , Henan 455112)
Li Maoxue
( Department of Biolog y, Bei jing Univ ersi ty, Beijing 100871)
  棉属 (Gossypium) 二倍体棉种分为 A、 B、 C、 D、 E、 F和 G染色体组 ( Genome) , A染色体组包括草棉 (G.
herbaceum ) 和亚洲棉 (G. arboreum ) , 染色体组编号为 A1和 A2 , 均为旧世界栽培种。草棉变种阿非利加棉 ( G.
herbaceum var. af ricanum ) 是多年生野生类型 , 染色体编号为 A1- a。在 Johnson和 Thein 〔7〕的蛋白质及 Kadir〔8〕的
DN A研究中 , 实验材料草棉实际上是阿非利加棉 , 但在讨论时他们均为草棉 , 将二者混为一体。草棉与阿非利加棉
同为一个种 , 但有其区别 , Stewart甚至将二者置于同一分类水平〔 9〕 , 即栽培的草棉和野生的阿非利加棉各为草棉
的亚种。
对草棉和亚洲棉同时进行核型比较的先后有聂汝芝和李懋学〔2〕及宋平等〔 5〕 , 仅 Edwards在 70年代报道了阿非利
加棉的核型〔6〕 , 但失之于未提供核型照片。我们获得阿非利加棉及草棉和亚洲棉的核型 , 试图探讨 A染色体组棉种
(变种 ) 间的亲缘关系 , 并为棉属核型系统分析和棉花遗传育种提供参考。
1材 料 和 方 法
供试材料为 A染色体组的 3个棉种 (变种 ): 阿非利加棉 , (G. herbaceum var. af ricanum (Watt) Mauer, A1- a ,
2n= 2x= 26; 草棉 (金塔草棉 ) , G. herbaceum L. , A1, 2n= 2x= 26; 亚洲棉 (石系亚一号 ) , G. arboreum L. , A2 , 2n
= 2x= 26。种子采集于我所海南野生棉种植园。
染色体基本方法见王坤波等 1993年的报道〔4〕 , 其固定液采用改良的卡诺Ⅱ , 酒精 : 乙酸 : 氯仿改为 5: 3: 2,
我们称为 5- 3- 2卡诺 ( 5- 3- 2 Carnoy)。核型参数据李懋学和陈瑞阳〔 1〕推荐方法统计 , 核型重合率按王坤波和李懋
① 国家自然科学基金和科技攻关项目。
DOI : 10. 16288 /j . yczz. 1995. 04. 012
学〔3〕的方法计算。
2结 果 与 分 析
2. 1 阿非利加棉
表 1中阿非利加棉各染色体的相对长度为 19个清晰分裂相的平均值 , 最长染色体为 9. 18, 最短者为 5. 28, 长度
比是 1. 73。在 26条染色体中 , 中部着丝点区 ( m) 染色体 20条 , 近中部着丝点区 ( sm)染色体 4条 , 近端部着丝点区
( st)染色体 2条 , 没有端部着丝点区或更不对称的染色体。臂比值多在 1. 26— 1. 76之间 , 最高者达 5. 52, 平均 1. 63,
核型为 2A类型。其随体染色体区 4条 , 分别位于第 12和第 13。阿非利加棉的随体很大很明显 (图版 I, a) , 其相对长度
与所在短臂近等 (第 12号 )或多一倍 (第 13号 , 图 1及表 1)。3个种 (变种 )的中期染色体模式照片见图版 I, a— c, 核
型模式图见图 1。各序号染色体的相对长度和臂比值列于表 1, 各个种 (变种 )的主要核型参数列于表 2。现按棉种 (变
种 ) 分述。
2. 2草 棉
测计 24个细胞 , 染色体相对长度最大的为 9. 44, 最小的 5. 47, 其比值为 1. 74, 非常近似于阿非利加棉。草棉臂
比值很集中 , 多数在 1. 7以下 , m染色体为 20条。两条 sm染色体的臂比分别是 1. 74和 2. 38, 臂比值最大 ( st染色体 )
为 6. 31, 比阿非利加棉高 ; 平均臂比为 1. 87, 亦大于前一变种。随体亦非常明显而大 (图版 I, b) , 数目和位置均与前
一变种相同。从表 1和图 1可以看出 , 草棉和阿非利加棉相同序号染色体的相对长度、 着丝点位置等变化趋势是一样
的 , 这种核型的高度同质性说明二者的亲缘关系极近。草棉与阿非利加棉核型上的较明显的差别是 st染色体 , 后者
的短臂更短 , 而随体与其短臂的长度比值更大。从平均臂比和染色体长度比来比较 , 阿非利加棉的核型对称程度高
于草棉 , 说明它在系统演化上先于草棉 , 这一结论与许多学者的观点是相吻合的〔 9〕。
2. 3亚洲棉
计测细胞共 17个 , m染色体的臂比值更集中 , 高者仅 1. 63, 低者是 1. 07, 接近正中部着丝点区 ( m)染色体的标
准。st染色体的臂比值也不高 , 仅 3. 65。平均臂比值为 1. 58, 染色体长度比是 1. 62, 亦属 2A类核型。同前 2个种 (变
种 ) 一样 , 随体大而明显 (图版 I, c) , 位于最后两对染色体上 , 其长度与所在短臂的比较特征同草棉类似。
图 1  3个棉种 (变种 ) 的核型模式图
a. 阿非利加棉 ; b. 草棉 ; c. 亚洲棉。
334期          王坤波等: 棉属 A染色体组的核型研究
表 1  3个棉种 (变种 ) 各染色体相对长度及臂比
染色体
序号
阿非 利加 棉 草    棉 亚 洲 棉
短臂 长臂 全长 臂比 短臂 长臂 全长 臂比 短臂 长臂 全长 臂比
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3. 98
3. 58
9. 09
3. 74
3. 25
3. 17
3. 09
3. 25
3. 09
2. 60
2. 44
1. 46
( 1. 38)
0. 81
( 1. 63)
5. 20
4. 96
5. 45
4. 72
4. 88
4. 72
4. 55
4. 23
4. 15
4. 15
3. 98
3. 98
4. 47
9. 18
8. 54
8. 54
8. 46
8. 13
7. 89
7. 64
7. 48
7. 24
6. 75
6. 42
5. 45
5. 28
1. 31
1. 39
1. 76
1. 26
1. 50
1. 49
1. 47
1. 30
1. 34
1. 60
1. 63
2. 73
5. 52
3. 92
4. 05
3. 02
3. 71
3. 71
3. 53
2. 76
2. 67
3. 02
2. 80
2. 67
1. 72
( 1. 38)
1. 25
( 1. 81)
5. 52
5. 09
5. 26
4. 57
4. 44
4. 27
4. 57
4. 40
3. 88
4. 01
3. 66
4. 09
4. 22
9. 44
9. 14
8. 28
8. 28
8. 15
7. 80
7. 33
7. 07
6. 90
6. 81
6. 33
5. 81
5. 47
1. 41
1. 26
1. 74
1. 23
1. 20
1. 21
1. 66
1. 65
1. 28
1. 43
1. 37
2. 38
6. 31
4. 05
3. 52
3. 70
3. 96
3. 70
3. 26
3. 70
3. 43
3. 17
2. 64
2. 55
1. 58
( 1. 23)
1. 23
( 1. 67)
5. 19
5. 28
4. 49
4. 23
4. 23
4. 58
4. 05
3. 87
3. 96
4. 31
3. 61
4. 31
4. 49
9. 24
8. 80
8. 19
8. 19
7. 92
7. 83
7. 75
7. 31
7. 13
6. 95
6. 16
5. 90
5. 72
1. 28
1. 50
1. 21
1. 07
1. 14
1. 40
1. 09
1. 13
1. 25
1. 63
1. 42
2. 73
3. 65
   注: 括号为随体相对长度 , 其数值未计入该染色体全长。
亚洲棉 与前两个种 (变种 )的主要区别在于 m和 sm染色体各相差一对 , 平均臂比和染色体长度比均要低 。这
些差异远比草棉与阿非利加棉 之间的大 , 说明其亲缘关系比上述种 (变种 )之间的要远。3个棉 种 (变种 )之间的核
型重合率也说明了这一点 (表 2) , 尽管彼此之间的重合率很高 , 但亚洲棉与草棉 和阿非利加棉 的比草棉 与阿非利
加棉的约低 1个百分点。
  一般来讲 , 高等植物核型在品种之间的差异不大 , 诚如本文结果所示 , 亚种间的差异也不十分惊人。宋平等对
草棉 3个品种和亚洲棉 6个品种的核型进行了比较〔 5〕 , 结果是种内品种间存在差异 , 甚至在随体数目上有较明显的
区别。这些变异也许是长期地理隔离所形成的 , 但若深一层推测 , 若干年代或更久以后 , 这些隔离会进一步引起亚
种间 (地理宗 ) 乃至种间上的分化。是否如此 , 答案只好留待后来者了。
表 2  3个棉种 (变种 ) 的核型主要参数和彼此之间的核型重合率
材 料 细胞数 核型 公式 核型分类
随体
位置
平均
臂比
染色体
长度比
核型重合率 (% )
亚洲棉 草棉
阿非利加棉
草  棉
亚洲 棉
19
24
17
20m+ 4sm ( 2sat ) + 2st ( 2sat )
20m+ 4sm ( 2sat ) + 2st ( 2sat )
22m+ 2sm ( 2sat ) + 2st ( 2sat )
2A
2A
2A
12, 13
12, 13
12, 13
1. 63
1. 87
1. 58
1. 73
1. 74
1. 62
92. 50
92. 74
93. 60
参 考 文 献
〔1〕李懋学 , 陈瑞阳 , 1985. 武汉植物学研究 , 3 ( 4): 297— 302.
〔2〕聂汝芝 , 李懋学 , 1985. 植物学报 , 27 ( 2): 113— 121.
〔3〕王坤波 , 李懋学 , 1990. 作物学报 , 16 ( 3): 200— 207.
〔4〕王坤波 , 李懋学等 , 1993. 中国棉花 , 20 ( 1): 14— 15.
〔5〕宋 平 , 季道藩 , 许复华 , 1991. 作物学报 , 17 ( 2): 102— 106.
〔6〕 Edwards G A, 1977. Caryologia, 30: 369— 374.
〔7〕 Johnson B L, and Thein M M, 1970. Amer. J. Bot . , 57 ( 9): 1083— 1092.
〔8〕 Kadir Z B A, 1976. Ch romosoma (Berl. ) , 56: 85— 94.
〔9〕 Stewar t J McD, 1988. Beltw ide Cot to n Production Research Conference Proceeding, 95— 97.
本文于 1993年 12月 20日收到。
34 遗  传 HEREDITAS ( Beijing ) 1995              17卷
王坤波等: 棉属 A染色体组的核型研究              图版Ⅰ
棉属 A染色体组核型: a. 阿非利加棉 (Gossypium herbaceum var . afr icanum ) ; b.草棉 ( G. herbaceum );
c. 亚洲棉 ( G. arbo reum ).