番红花染色体核型分析

摘要： 通过对番红花根尖细胞进行染色体常规制片，并进行核型分析。结果显示，番红花为2倍体（2n=2x=24）植物，核型公式为K(2n)=2x=24=2t+2st+8sm+12m, 其中，中部着丝粒染色体(m)6对，近中部着丝粒染色体(sm)4对，近端着丝粒染色体（st）1对，端着丝粒染色体（t）1对。核型类型为2B，并且倍性不是造成番红花不结实的主要原因。

关键词： 番红花；染色体；核型

中图分类号： Q 343.2； Q 949.71文献标识码： A

文章编号： 1009-5500(2011)03-0032-03

番红花(Crocus sativus)系鸢尾科番红花属植物。原产于地中海沿岸，目前伊朗、希腊与西班牙等地种植面积较大，我国也有多个省区引种番红花。番红花是名贵中药，中药材名为西红花，在《本草品汇精要》、《本草纲目》和《本草纲目拾遗》等古代文献中有相关记载[1,2]。番红花主要以干燥柱头入药，含有类胡萝卜素类、挥发油类和胡萝卜素等物质。现代药理学研究表明，番红花具有活血化瘀、凉血解毒、解郁安神、散郁开结等功效[3]，最近又发现有良好的抗癌作用[2]。染色体核型分析是细胞遗传学、染色体工程、现代分类学和进化理论的重要研究手段[4]。通过研究番红花染色体数目、核型和染色体组组成，可为其鉴定、起源、演化、育种培育等提供必要的细胞学资料。番红花引种到我国后，不结实现象成为导致番红花栽培成本高，推广面积小的重要原因。以番红花染色体为研究对象，通过核型分析，确定其倍性，以期为进一步探索番红花不结实的原因提供细胞学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

番红花球茎由山西省太谷县农利药材专业合作社提供。经山西农业大学牛颜冰教授鉴定。

1.2 试验方法

番红花球茎解除休眠后，剥去膜质包被，将球茎浸泡于有浅层水的培养皿，置于20～25 ℃的环境促使生根。当根长至0.5～1.0 cm，于上午8:00～9:00切取根尖，用饱和对二氯苯溶液在4 ℃下预处理4 h，蒸馏水清洗后加入新配制的固定液(冰醋酸∶无水乙醇=1∶3)，固定24 h，将材料清洗后，用1 mol/L HCl在室温条件解离10 min，洗掉HCl后用卡宝品红染色并进行常规压片，利用冰冻法揭片，干燥后用中性树胶封片。

根尖压片制好后，通过镜检找到染色清晰而且分散良好的染色体中期分裂相，用OLYMPUS BX51显微镜观察、照相，利用VIDEOTEST-KARYO 3.0自动核型分析软件进行核型分析。核型分析参照文献[5]的标准。核型分类以参考文献[6]的方法进行。并参考文献[7]的方法利用染色体相对长度的参数在Excel中绘出核型模式图。

2 结果与分析

2.1 染色体数目

对根尖染色体制片进行镜检，选择30个染色体分散良好的中期分裂相观察并进行染色体计数，所有观察统计的细胞染色体数目均为2n=24，未发现染色体数目变异的细胞。

2.2 核型分析

选取染色体分散良好，着丝粒清晰，处于有丝分裂中期的分裂相（图1）进行染色体分析配对，测量和计算染色体的绝对长度、相对长度、着丝粒指数与臂比，并根据臂比确定染色体类型（表1），最后根据核型参数，绘制番红花染色体核型模式图。

Fig.1 Karyotype and ideogram of Crocus sativus

番红花有2个染色体组，属同源2倍体。在12对染色体中，6对为中部着丝粒染色体(m)，4对近中部着丝粒染色体(sm)，1对近端着丝粒染色体（st）,1对端着丝染色体（t）,未发现随体，确定其核型公式为K(2n)=2x=24=2t+2st+8sm+12m。

2.3 核型类型

Stebbins[6]参照生物界现有的核型资料，根据核型中染色体长度比和臂比两项主要特征，用以区分核型的对称和不对称程度，并将其分为12种类型，1A型最对称，4C为最不对称。一般认为，核型进化的基本趋势是由对称向不对称发展，系统演化上处于比较古老或原始的植物，大多具有较对称的核型，不对称核型则常见于进化程度较高级的植物。根据番红花核型，最长染色体比最短染色体为3.52（属于B级），臂比大于2∶1的染色体为41.7%（属于等级2），依据Stebbins的标准，番红花核型为2B型，属于中等不对称型。

3 讨论

番红花引入中药可上溯到唐代中期，但在我国真正大规模引种栽培是从1965年开始，现已在上海、浙江、河南、北京、山西等20多个省市引种成功。番红花引入我国后，根据我国的气候条件创造出室内开花，室外繁殖的栽培方法，这种栽培方法集约化程度大大提高，产量与质量均较大田栽培要好。目前栽培中面临的主要问题是繁殖系数低，种球成本高，而且由于产量低导致栽培成本较高，风险较大。原产地番红花为大田栽培，开花后结蒴果，内有多数圆球形种子，种皮革质[8]。但番红花在我国引种栽培多年，未见结实，均以球茎作为无性繁殖材料。连续多年无性繁殖，材料易退化，如果栽培措施不当球茎会越来越小，目前番红花的繁殖系数为2。而且无性繁殖也使番红花的优良基因不能通过有性繁殖的方式重组。单一的繁殖方式制约了番红花的栽培面积与新品种选育。

关于番红花不结实的原因，Darlington等[9]认为番红花是3倍体植物（2n=3x=24），由于减数分裂不正常，不能产生正常配子从而导致不育。张汉明等[10]利用光学显微镜和扫描电镜对番红花花粉的形态特征进行了观察和描述，并用染色法和花粉萌发试验法评价了番红花的花粉活力。结果显示，番红花花粉粒形状和大小很不一致，染色法显示花粉可育率在70%以上，但花粉萌发率仅为1.24%，张汉明等[10]对番红花的花粉形态、活力以及花粉管萌发等的研究结果进一步支持了番红花为3倍体植物理论。王景林等[11]通过组织胚胎学手段观察研究了番红花的不育现象，发现番红花雌配子体发育正常，雄配子体有部分不育现象（可育花粉占55%），可育花粉可以在柱头上正常萌发，但因花粉管不能伸入到花柱和子房而无法完成受精过程，从而导致不能结实。

由以上资料可见，番红花是2倍体还是3倍体植物成为问题的焦点。染色体核型分析是以染色体形态为依据的研究，研究结果显示，番红花为2倍体植物（2n=2x=24），染色体数与前人资料一致[9,12]，核型公式为K(2n)=2x=24=2t+2st+8sm+12m，其中，中部着丝粒染色体(m)6对，近中部着丝粒染色体(sm)4对，近端着丝粒染色体（st）1对，端着丝粒染色体（t）1对。今后将通过观察减数分裂和组织胚胎学等手段对番红花不育的原因进行进一步研究。

参考文献：

[1] 王莉，李毅，张宝琛. 藏红花的研究进展[J]. 青海科技，2001，8(2)：18-21.

[2] 邓颖，郭志刚，曾兆麟，等. 藏红花的药理研究进展[J]. 中国中药杂志，2001，27(8)：565-568.

[3] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典(2005年版)[M]. 北京：化学工业出版社，2005.

[4] 宋芸，乔永刚，赵龙波. 串叶松香草染色体核型分析[J]. 草原与草坪，2009，136(5)：20-22.

[5] 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.