重庆市缙云山黄芩属植物的核型及进化趋势分析

[摘要] 采用常规压片法，对缙云山国家级自然保护区4种黄芩属Scutellaria植物：缙云黄芩Stsinyunensis、岩藿香Sfranchetiana、韩信草Sindica和柳叶红茎黄芩Syunnanensis varsalicifolia的染色体进行核型分析，并与已报道的黄芩Sbaicalensis、阿拉善黄芩Salaschanica比较分析，以期为该属的起源与分化机制研究提供参考依据。结果显示除岩藿香的染色体为24条，其他3种黄芩属植物，染色体都为26条。4种植物都为二倍体植物，且染色体均为中部或近中部着丝点染色体，核型比较对称，属于较原始的类型。缙云黄芩的核型公式为：2n=2x=26=24m+2sm，核型为“1B”型，核型不对称系数为5528%；柳叶红茎黄芩的核型公式为：2n=2x=26=26m，核型为“1B”型，核型不对称系数为5611%；岩藿香的核型公式为：2n=2x=24=20m+4sm，核型为“2B”型，核型不对称系数为5850%；韩信草的核型公式为2n=2x=26=20m+6sm，核型为“2B”型，核型不对称系数为5841%。6种黄芩属植物中，阿拉善黄芩最为进化，缙云黄芩、柳叶红茎黄芩进化程度较低。

[关键词] 黄芩属； 染色体； 核型分析； 进化趋势

Karyotype and evolutionary trend analysis of Scutellaria

species in Jinyun mountain， Chongqing

ZONG Xiuhong， DENG Hongping*， HUANG Qin， YANG Mou， LI Yunting

（School of Life Sciences， Southwest University， Key Laboratory of Ecoenvrionments of

Three Gores Reservoir Region of Ministry of Education， Chongqing Key Laboratory of Plant

Ecology and Resources Research for Three Gorges Reservoir Region， Chongqing 400715， China）

[Abstract] Traditional squash method was used to analyze chromosome number and karyotypes of four Scutellaria species in Chongqing Jinyun Mountain Natural Reserve： Scutellaria tsinyunensis， Syunnanensis， Sfranchetiana and SindicaThe result showed that the chromosome numbers were 26 except for Sfranchetiana， which had 24 chromosomesThese species were all diploid with metacentric and submetacentric chromosomesTheir karyotypes were symmetrical and primitiveThe karyotype formula of Stsinyunensis is 2n=2x=26=24m+2sm， 1B type， Ask=5528%； the karyotype formula of Syunnanensis varsalicifolia is 2n=2x=26=26m， 1B type， Ask=5611%； the karyotype formula of Sfranchetiana is 2n=2x=24=20m+4sm， 2B type， Ask=5850%； the karyotype formula of Sindica is 2n=2x=24=20m+4sm， 2B type， Ask=5841%The results were compared with the reported data of Sbaicalensis and SalaschanicaSalaschanica is expected to be the most advanced one whereas Stsinyunensis， and Syunnanensis var salicifolia primitiveThese results are expected to provide some references to the origin and differentiation of genus Scutellaria

[Key words] Scutellaria； chromosome； karyotype analysis； evolutional trend

doi：10.4268/cjcmm20161205

黄芩属Scutellaria Linn，隶属唇形科Labiatae，属下约有300余种，广布于世界各地。该属植物已有数千年的药用历史。《中国药典》描述黄芩属植物具有清热燥湿，泻火解毒，止血，安胎的功效[1]。1889 年研究至今，已从50多种黄芩属植物中分离出多种类型的化学成分。现代药理研究表明，黄芩属植物的提取物和单体化合物还具有抗肿瘤、保肝、抗氧化、抗炎、抗惊厥、抗菌、抗病毒等作用[2]。

缙云山位于重庆市北碚区，主要分布有4种黄芩属植物：缙云黄芩Stsinyunensis CYWu et SChow，岩藿香Sfranchetiana Lévl，韩信草Sindica Linn，柳叶红茎黄芩Syunnanensis Lévlvar salicifolia Sun。其中缙云黄芩为缙云山特有植物，是重庆市珍稀濒危及特有重点保护野生植物[3]。以往对黄芩属植物做的主要为药理学[4]、解剖学、繁育系统学[5]等方面研究，有关细胞学研究较少，目前，分布于中国的黄芩属植物，有染色体报道的仅有黄芩Sbaicalensis、阿拉善黄芩Salaschanica、半枝莲Sbarbata、盔状黄芩Sgalericulata、京黄芩Spekinensis、和韩信草等[617]，而关于核型分析的报道就更少了，只有黄芩、阿拉善黄芩。本文在首次对缙云山4种黄芩属植物进行核型分析的基础上，与黄芩[6]、阿拉善黄芩[7]的核型进行比较分析，以期为该属的起源与分化机制研究提供参考依据，为黄芩属植物的开发利用、遗传育种及引种驯化提供细胞学证据。

1 材料

4种黄芩属植物分别为缙云黄芩Stsinyunensis，岩藿香Sfranchetiana，韩信草Sindica，柳叶红茎黄芩Syunnanensis var salicifolia，均采至重庆缙云山。

2 方法

21 取材与预处理 采用水培扦插法，待植物新生根长至1～2 cm时，上午6：00―10：30剪取根尖05 cm[14]，将其置于0002 mol・L-1 8羟基喹啉水溶液中，于20～25 ℃处理4 h或8 h[15]。

22 固定 将预处理好的根尖用卡诺氏固定液（无水乙醇冰乙酸3∶1）固定，置于室温保存2～24 h[16]。

23 解离 将保存的根尖取出，先用蒸馏水清洗干净，然后用解离液（浓盐酸95%乙醇1∶1），室温下解离20 min[17]。倒去解离液，用蒸馏水润洗3次。

24 染色、制片及镜检 用适量的染液（卡宝品红，Giemsa）于室温下过夜染色[18]。按照常规压片方法，用光学显微镜对制好的玻片进行观察并对染色体分散良好、着丝点清晰、处于中期的分裂相进行拍照。

25 染色体核型分析 选取30个染色体清晰且分散良好的分裂中期细胞，统计染色体数目，85%以上的细胞具有恒定一致的染色体数，即为植物染色体数目[19]。观察并选出染色体染色适度、清晰且分散良好、着丝点清晰的片子制成永久装片，进行显微拍照。分别测量和计算各对染色体长度、臂长、臂比等核型参数。根据染色体总长度的平均值，由长至短的顺序排列，并编出序号，进行同源染色体配对。根据李懋学等[20]方法进行染色体核型分析，染色体分类根据Levan等[21]的标准进行分类，核型不对称系数（AsK，%）根据Arano[16]的计算方法，核型类型分析根据Stebbins[22]的标准进行分类。

用数据统计软件DPS对核型参数进行聚类分析。参照刘慧民等[23]的方法，将字符类核型参数赋值为数值型：核型类型1A量化为 2，2A 量化为 3，3A量化为4，1B 量化为 0，2B 量化为1。参照张海洋等[24]的方法：统计 m，sm，st 染色体数的比例。采用的核型参数有：核型公式、核型类型、最长染色体相对长度、最短染色体相对长度、染色体长度比、臂比>2 的染色体比例、核型不对称系数、平均臂比。按最长距离法进行系统聚类，关系系数采用绝对值距离。聚类分析结果以树状图表表示。

3 结果与分析

31 缙云黄芩的核型分析 缙云黄芩染色体数目为26条，共13对，为二倍体植物。缙云黄芩的核型公式为2n=2x=26=24m+2sm。第7对染色体为近中部着丝点染色体（sm），其余为中部着丝点染色体（m），染色体长度范围为114～255 μm，根据Stebbins[22]的核型分析方法计算得出染色体长度比为224，介于2∶1～4∶1，属于“B”型染色体，臂比值范围为105～174，没有臂比值大于2∶1的染色体，所以染色体类型为“1B”型。核型不对称系数为5528%。染色体中期分裂相见图1，核型图见图2，核型模式图见图3，参数见表1。

32 柳叶红茎黄芩的核型分析 柳叶红茎黄芩染色体数目为26条，共13对，为二倍体植物。核型公式为2n=2x=26=26m。柳叶红茎黄芩的13对染色体全部为中部着丝点染色体（m）。染色体长度变化范围为077～285 μm。根据Stebbins[22]的核型分析方法计算得出染色体长度比为37，介于2∶1～4∶1，属于“B”型染色体，臂比值范围为103～167，没有臂比值大于2∶1染色体，所以染色体类型为“1B”型。核型不对称系数为5611%，染色体中期分裂相见图1B，核型图见图2，核型模式图见图3，参数见表1。

33 岩藿香的核型分析 岩藿香染色体数目为24条，共12对，为二倍体植物。核型公式为：2n=2x=24=20m+4sm。岩藿香的12对染色体第1，2对为近中部着丝点染色体（sm），其余为中部着丝点染色体（m）。染色体长度变化范围为079～200 μm。根据Stebbins[22]的核型分析方法计算得出染色体长度比为253，介于2∶1～4∶1，属于“B”型染色体，臂比值范围为106～300，臂比值大于2∶1的染色体占全组染色体的1667%，所以染色体类型为“2B”型。核型不对称系数为5850%，染色体中期分裂相见图1C，核型图见图2，核型模式图见图3。

34 韩信草的核型分析 韩信草染色体数目为26条，共13对，为二倍体植物。核型公式为：2n=2x=26=20m+6sm（1SAT）。岩藿香的12对染色体第1，8，9对为近中部着丝点染色体（sm），其余为中部着丝点染色体（m）；染色体长度变化范围为079～173 μm；2号染色体有随体，根据Stebbins[22]的核型分析方法计算得出染色体长度比为219，介于2∶1～4∶1，属于“B”型染色体，臂比值范围为103～219，臂比值大于2∶1的染色体占全组染色体的1538%，所以染色体类型为“2B”型。核型不对称系数为5841%，染色体中期分裂相见图1D，核型图见图2，核型模式图见图3，参数见表1。

35 6种黄芩属植物染色体核型比较分析 将本文所做的黄芩属4种植物核型参数与程志号[6] 、李红[7]研究的黄芩、阿拉善黄芩核型参数进行汇总比较，见表2。黄芩属6种植物均为二倍体，染色体数目岩藿香为24条，黄芩为18条，阿拉善黄芩为10条，其余都为26条。染色体均由中部着丝点染色体（m）、近中部着丝点染色体（sm）构成，除柳叶红茎黄芩无近中部着丝点染色体，其余5种皆含有中部和近中部着丝点染色体。所包含的4个等级的染色体对数也有一定差异，如柳叶红茎黄芩与韩信草含有较多M1类型染色体，只有一组M2类型染色体，而缙云黄芩与岩藿香则4个等级染色体分布较为均匀。核型类型以1B、2B为主，说明黄芩属植物进化程度较低，其中黄芩的进化程度最低，为1A型。6种黄芩属植物中，仅在韩信草的1号染色体上和黄芩的6号染色体上观察到随体。

36 核型不对称参数与进化关系分析 根据Stebbins的研究，植物核型进化的基本趋势是由对称变为不对称，系统演化地位比较原始的植物，大多具有较对称的核型，不对称的核型为衍生、过渡、特化及较为进化的植物所有的性状[22]。本文以核型不对称的主要指标核型不对称系数、平均臂比分析6种黄芩。根据表5统计，平均臂比长度为阿拉善黄芩>韩信草>岩藿香>黄芩>缙云黄芩>柳叶红茎黄芩。说明阿拉善黄芩进化程度最高，缙云黄芩、柳叶红茎黄芩进化程度较低。

按照核型不对称系数从高到低依次排列为阿拉善黄芩>岩藿香>韩信草>黄芩>柳叶红茎黄芩>缙云黄芩，阿拉善黄芩最为进化，缙云黄芩、柳叶红茎黄芩进化程度最低。虽与核型类型中黄芩进化程度最低有出入，但核型不对称系数、染色体平均臂比分析表明均为原始物种。

37 聚类分析 对6种黄芩属核型参数进行聚类分析，见图 4。横坐标为遗传距离，纵向为6 种黄芩属植物。缙云黄芩和柳叶红茎黄芩聚为一类，韩信草和岩藿香聚为一类，并与阿拉善黄芩亲缘关系相近，而黄芩单独成为一支。

4 讨论

根据本文4种黄芩属植物的染色体参数分析，4种黄芩属植物均为2倍体，缙云黄芩核型公式为2n=2x=26=24m+2sm，柳叶红茎黄芩核型公式2n=2x=26=26m；岩藿香的核型公式为2n=2x=24=20m+4sm，，韩信草的核型公式为2n=2x=26=20m+6sm（1SAT），核型类型为“2B”。从已有的国外黄芩属植物染色体数据报道中我国有分布的黄芩属植物，黄芩的染色体为2n=18[6]，阿拉善黄芩的染色体为2n=10[7]，沙滩黄芩[8] 、图们黄芩[9]的染色体为2n=16，异色黄芩 [10]、台湾黄芩[11] 、韩信草[11]和半枝莲[12]的染色体为2n=26，纤弱黄芩[12]、连钱黄芩[12] 、京黄芩[12]的染色体为2n=28，盔状黄芩的染色体数目为2n=28，30[13]。结果显示，韩信草的染色体数目与之前报道相同，本研究与之前报道在染色体基数及数目方面较为相似。

在植物核型的进化过程中，一般认为亚端部和端部着丝粒染色体是由中部或亚中部着丝粒染色体演化来的，在这一演化过程中，很可能与染色体的臂内倒位有关[22]，本研究中，韩信草、岩藿香、缙云黄芩、柳叶红茎黄芩、阿拉善黄芩、黄芩都只含有对称型的m和sm染色体，可见这6种黄芩属植物都较为原始。根据核型类型分析，阿拉善黄芩为3A，韩信草、岩藿香为2B型，缙云黄芩、柳叶红茎黄芩为1B型，黄芩为1A型。说明黄芩的进化程度最低。根据本文6种黄芩属植物不对称参数以及进化关系分析，阿拉善黄芩最为进化，缙云黄芩、柳叶红茎黄芩最为原始，其结果与核型类型分析中黄芩最为原始有出入。冯学锋等[25]对黄芩 13个居群遗传多样性的研究表明，黄芩居群的遗传多样性与地理距离有一定关系，距离越远遗传差异越大，且居群内也会存在差异，本文是与程志浩[6]对黄芩、李红[7]对阿拉善黄芩的研究数据作对比，生境、纬度、海拔等方面也会在差异上有影响。

按照《中国植物志》65卷中黄芩属下分类系统[26]对这6个种分类，其有各自的组内特征。除岩藿香为腋序黄芩组岩藿香系，其余皆为顶序黄芩组；顶序黄芩组中黄芩、阿拉善黄芩为狭叶黄芩亚组黄芩系，其他为宽叶黄芩亚组；缙云黄芩和柳叶红茎黄芩为宽叶黄芩下属爪哇黄芩系，而韩信草为单独的韩信草系。其亲缘关系与聚类略有差异。细胞遗传学的研究表明[27]，染色体是遗传物质的重要载体，染色体在数量或结构上的任何变化都会引起相应的遗传改变，从而改变物种的遗传多样性。根据核型参数研究植物类群的系统进化较为稳定可靠，但物种科间、属间、种间、种内染色体都有不同的变化，所以其提供的分类学意义是相对的。某些具有相似核型特征的植物，可能具有不同的形态学特征，即核型参数并不总是和形态学完全一致。因此，应更多探讨黄芩属植物分子生物学、细胞学、遗传学等各个领域，建立起一个能全面反映黄芩属物种间关系的分类系统，对黄芩属植物分类学与物种起源进化关系都有重要意义。

[参考文献]

[1] 中国药典二部[S]2010

[2] 厍士芳黄芩属植物的药用价值研究[J]中医药信息，2012，29（3）：139

[3] 张家辉，杨蕊，邓洪平缙云黄芩HPLC指纹图谱的建立及其不同部位活性成分含量研究[J]中国中药杂志，2009，34（19）：2485

[4] 卢敏慧，邓洪平，华波，等柳叶红茎黄芩不同部位中4种黄酮类活性成分质量浓度的RTHPLC法测定[J]西南师范大学学报：自然科学版，2011，36（5）：138

[5] 刘开全，邓洪平重庆特有濒危植物缙云黄芩的繁育系统研究[J]植物研究，2011，31（4）：403

[6] 程志号，蔡明历，郝大翠，等黄芩的花粉母细胞减数分裂及核型分析[J]中国野生植物资源，2010（2）：34

[7] 李红，燕玲，李佳桃，等15种珍稀濒危植物染色体数目及其核型分析[J]内蒙古农业大学学报：自然科学版，2003，24（3）：14

[8] Sawanomukai TChromosome numbers of Japanese Scutellaria （Lamiaceae）[J]J Phytogeogr Taxon， 2003， 51：131

[9] Probatova N SChromosome numbers in some representatives of t`he families Asclepiadaceae， Asteraceae， Boraginaceae， Chenopodiaceae， Lamiaceae， OleaceaeOnagraceae， Scrophulariaceae， Solanaceae， Urticaceae fron the Soviet Far East[J]Bot Zurn， 1990， 75：1619

[10] skell LveIOPB chromosome number reports LXXV[J].Taxon， 1980， 31（31）：344

[11] Hsieh T H， Huang T CNotes on the Flora of Taiwan （22）The Genus Ajuga L（Lamiaceae）[J]Taiwania， 1995， 40：157

[12] Sawanomukai TChromosome numbers of Japanese Scutellaria （Lamiaceae）[J]J Phytogeogr Taxon， 2003， 51：131

[13] Lvkvist B， Hultgrd U MChromosome numbers in South Swedish vascular plants[J]Opera Botanica， 1999（137）：1

[14] 郑乐娅，黄忠祥，吴家道，等玉米体细胞继代无性系核型分析[J]安徽农业科学， 1997，25（2）：109

[15] 熊海燕杉科五种植物染色体核型分析[M]雅安：四川农业大学，2012

[16] 武季玲， 李胜， 姜寒玉，等麻黄属植物染色体制片技术及核型分析研究[J]中国中药杂志， 2009，34（21）：2725

[17] 王跃华，马丹炜，汪苏，等喜树染色体制作与核型分析[J]成都大学学报：自然科学版， 2004，23（3）：27

[18] 吴梅，黄向旭葫芦苏铁的核型分析[J]热带亚热带植物学报，1999，7（3）：207

[19] 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

[20] 李懋学植物染色体研究技术[M]哈尔滨：东北林业大学出版社，1991：142

[21] Levan A，Fredga K，Sandberg A ANomenclature for centromere position in chromosomes[J]Hereditas，1964，52（2）：201

[22] Stebbins G LChromosome evolution in higher plants[M].London： Edward Arnold，1971：43

[23] 刘慧民，陈雅君，吕贵娥，等17种绣线菊核型特征及核型参数分析[J]园艺学报，2010（9）：1456

[24] 张海洋，苗红梅，李春，等芝麻染色体核型及似近系数分析[J]植物学报，2012，47（6）：602

[25] 冯学锋，胡世林，郭宝林，等黄芩种群遗传多样性初步研究[J]世界科学技术――中医药现代化，2002（4）：38

[26] 中国科学院中国植物志编辑委员会中国植物志[M]北京： 科学出版社，1997：124

[27] 徐炳声，洪德元细胞分类学发展的现状生物科学参考资料第22集[M]北京： 科学出版社， 1987