 Botanical Research 植物学研究, 2013, 2, 51-55 http://dx.doi.org/10.12677/br.2013.22009 Published Online April 2013 (http://www.hanspub.org/journal/br.html) Karyotype Analysis of 3 Varieties of Carthamus tinctorius L. Shuai Yue, Hong Liu, Gang Li, Rui Qin, Hanyu Gong* Engineering Research Center of Protection and Utilization for Biological Resources in Minority Regions, South-Central University for Nationalities, Wuhan Email: adolfyue@126.com, *gonghanyu@mail.scuec.edu.cn Received: Mar. 1st, 2013; revised: M ar. 14th, 2013; accepted: Mar. 24th, 2013 Copyright © 2013 Shuai Yue et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the origin al w ork is properly cited. Abstract: Karyotypes of 3 different Carthamus tincto rius L. varieties ( Xinj ian g, Ku ch e; Anhu i; Yunhong 3#- XJ, AH, YH3#) were investigated. The number of chromosomes in Carthamus tinctorius L. was calculated by the method of flame-dying protocol after enzyme digestion of cell wall was used to prepare chromosome. Results showed that the number of chromosomes of XJ was 24. Its Karyotype was formulated as 2n = 2x = 24 = 22sm + 2st which indicated Stebbins’ 3B type. As. K% = 68.82%. The number of chromosomes of AH was 24. Its Karyotype was formulated as 2n = 2x = 24 = 18sm + 4m + 2st which indicated Stebbins’ 2B type. As. K% = 67.57%. The number of chromosomes of YH3# was 24. Its Karyotype was formulated as 2n = 2x = 24 = 10 m + 10sm + 2st + 2m which indicated Stebbins’s 2B type, As. K% = 60.24%. Keywords: Carthamus tinctorius L.; Chromosome ; Karyotype 红花三个品种的核型比较分析 岳 帅，刘 虹，李 刚，覃 瑞，龚汉雨* 中南民族大学南方少数民族地区生物资源保护及综合利用工程中心，武汉 Email: adolfyue@126.com, *gonghanyu@mail.scuec.edu.cn 收稿日期：2013 年3月1日；修回日期：2013 年3月14 日；录用日期：2013 年3月24 日 摘 要：对3个品种的红花(新疆库车无刺红花、安徽红花、云红 3号红花)的核型进行研究。采用酶 解去壁低渗火焰干燥法进行染色体制片确定其染色体数目。结果表明：新疆库车无刺红花细胞染色体 数目为 24 条，核型公式为 2n = 2x = 24 = 22sm + 2st，属于 3B 型。核型不对称系数为 68.82%。安徽红 花的染色体数目为 2n = 24。核型公式为 2n = 2x = 24 = 18sm + 4m + 2st。属于 2B 类型，不对称系数为 67.57%。云红 3号红花染色体数目为 2n = 24。核型公式为 2n = 2x = 24 = 10m + 10sm + 2st + 2 M。属 于2B 类型，核型不对称系数为 60.24%。 关键词：红花；染色体；核型 1. 引言 菊科[1]。红花是一种古老的经济作物，在古埃及已有 4000 年的历史，在我国有2100 多年的栽培和药用史 [2]。现在公认的红花属有 20~25 个种，红花是红花属 中唯一的栽培种，在黑龙江、辽宁、吉林、河北、山 红花，菊科红花属，学名Carthamus tinctorius L.， 双子叶植物，木兰植物门，木兰纲，菊亚纲，菊目， *通讯作者。 Copyright © 2013 Hanspub 51  红花三个品种的核型比较分析 西、内蒙古、陕西、甘肃、青海、山东、浙江、贵州、 四川、西藏，特别是新疆都广有栽培[1]。红花有效药 用成分为红花黄色素和红花红色素，具有活血通经、 去瘀疗伤、宣毒透疹等功效。临床上常用来治疗子宫 充血、心血管、血栓形成等疾病，也用作止痛，消炎 剂等[2-4]。红花对人体有抗癌、杀菌、解毒、降压及护 肤的功效[2-4]，在医药特别是民族药业中得到了广泛的 应用。红花种子富含不饱和脂肪酸，是高质食用油， 尤其是亚油酸含量很高，且油质好，堪称“亚油酸之 王”[5]，在食品工业和化工方面常用来制作油漆、染 料、食品添加剂、高档化妆品、纺织品的染色剂和饲 料等。此外，红花还具有适应性强、抗旱、抗寒、耐 盐碱和贫瘠等生物学特点[6]，使这一经济用途广泛的 作物具有较强的基础研究价值，为更好地开发利用红 花，有必要对其进行系统进化研究，为深入研究其生 物学机理和进一步开发其经济价值奠定基础。染色体 研究可以为植物分类和进化研究提供有价值的信息 [7]。不同物种的染色体有着各自特定的形态结构(包括 染色体的长度、着丝点位置、臂比、随体大小等)特征， 而且这种形态特征是相对稳定的。因此，染色体核型 分析是植物种质资源遗传学研究的重要内容，是物种 进化关系和系统分类的重要参考标准[8]。植物的染色 体数目与核型是对染色体特征进行定性和定量描述 的一种基本方法，对研究植物系统演化、物种之间的 亲缘关系、起源、进化与分类，远缘杂交及遗传工程 中的染色体鉴别具有重要意义[9]。近年来，国内关于 红花染色体核型分析的研究已有报道[10-12]，但均采取 常规制片方法，且未报道红花的具体品种，分析的结 果也不一致。本实验采用酶解法，相对于常用的酸解 法，酶解法对细胞的处理更加温和，对染色体形态的 影响较小，同时使染色体周围不带有或带有少量的细 胞质，有利于后期对染色体的观察。另外，我们采用 DAPI 染色，使得在荧光显微 镜下 观察 染色 体时 有极 高的识别率。 本文对三个品种的红花进行常规核型分析，以期 为以后红花属的起源和演化、鉴定和系统分类、遗传 育种、种质资源保存及利用、确立红花标准核型、基 因和分子水平的研究提供细胞学资料。 2. 实验材料 材料为中国农科院油料所严兴初老师提供的红 花种子(新疆库车无刺红花、安徽红花、云红 3号)。 3. 实验方法 将红花种子埋在盛有沙土的小花盆中，保持土壤 湿润。在 30℃的培养箱中培养 2天，取出已长出根尖 的种子，用蒸馏水洗净泥土，然后截取长约 5 mm的 根尖，立即置于新鲜配制的卡诺氏固定液(V 甲醇:V 冰乙酸 = 3:1)存放于 0℃的冰箱固定 24 h。固定后的 材料用无菌水洗 5次，再用 0.075 M KCL低渗30 min， 然后加入等量的 2%果胶酶和 2%纤维素酶于 28℃酶 解2 h。酶解后加入新鲜配制的固定液固定 5 min，再 用无菌水洗 5次，最后火焰干燥法制片。制好的片子 用OLYMPUS BX61显微镜镜检，选取染色体分散较 好的细胞，再用 Case Data Manager Expo 2. 1. 1图象系 统Cool-1300QS CCD(VDS, Germany)拍摄图片。最后 使用 FISH View EXPO 2.0软件处理图片并进行核型 分析，SPOT Advanced软件测量染色体长度。核型分 析参照李懋学等(1985)确定的标准[12]，染色体的相对 长度、臂比及类型按Leven 等(1964)命名系统[13]进行 分析，核型类型参照 Stebbins(1971)标准[14]划分，核 型不对称系数(As. K% ) 的计算用 Arano[15]的方法。 4. 结果与分析 实验结果表明：新疆库车无刺红花的染色体数目 为2n = 24，12对染色体中除了第 12 号染色体为近端 部着丝粒外其它都为近中部着丝粒。染色体相对长度 变化范围为 5.46~11.30，臂比变化范围为 1.95~3.07， 核型公式为 2n = 2x = 24 = 22sm + 2st，最长染色体和 最短染色体之比为 2.07。其中臂比值大于2:1 的染色 体占全部染色体的比例为83%，属于 3B 类型。按照 Aranol 的核型不对称系数(长臂总长/染色体组总长)公 式计算(As. K%)为68.82%，观察到 2对随体(见表 1， 图1：a1，a2)。 安徽红花的染色体数目为 2n = 24，12对染色体 中除了第 2号为近端部着丝粒、第 8号和第 12 号为 中部着丝粒，其它都为近中部着丝粒。染色体相对长 度变化范围为6.41~11.23，臂比变化范围为1.23~3.39， 核型公式为 2n = 2x = 24 = 18sm + 4m + 2st，最长染色 体和最短染色体之比为1.75。其中臂比大于 2:1 的染 色体占全部染色体比例为50%，属于 2B 类型。核型 Copyright © 2013 Hanspub 52  红花三个品种的核型比较分析 Copyright © 2013 Hanspub 53 Table 1. The parameters of chromosomes in 3 varieties in Carthamus tinctorius L. 表1. 三个品种红花的染色体核型分析数据表 品种 Varieties 染色体编号 Chromosome Pair No. 相对长度 Relative Length 臂比 Arm Ratio 类型 Classification 新疆库车无刺红花 1 11.30 1.97 sm 2 9.30 2.55 sm 3 9.22 2.49 sm 4 8.47 2.17 sm 5 8.28 2.19 sm 6 8.14 2.45 sm 7 8.09 2.09 sm 8 8.04 2.04 sm 9 8.01 2.05 sm 10 7.88 2.02 sm 11 7.81 1.95 sm 12 5.46 3.07 st 安徽红花 1 11.23 1.90 sm 2 12.11 3.39 st 3 9.87 1.85 sm 4 8.65 2.36 sm 5 8.46 1.83 sm 6 8.18 2.25 sm 7 8.02 2.49 sm 8 7.96 1.55 m 9 7.89 2.64 sm 10 6.72 2.32 sm 11 6.51 1.89 sm 12 6.41 1.23 m 云红 3号 1 23.21 1.02 m 2 20.97 1.54 m 3 18.59 1.04 m 4 17.48 1.60 m 5 17.08 3.15 st 6 16.86 1.01 m 7 14.12 1.82 sm 8 13.6 1.72 sm 9 12.95 2.05 sm 10 12.72 1.84 sm 11 12.37 2.00 sm 12 8.94 1.00 m  红花三个品种的核型比较分析 体和最短染色体之比为2.60，臂比大于2:1 的染色体 占全部染色体比例为 41.67%，属于 2B 类型。核型不 对称系数为 60.24%。观察到 1对随体(见表 1，图 1： c1，c2)。 Figure 1 . Metaphase and karyotype m aps of 3 varieties in Carthamus tinctorius L.: a1, a 2 : Metaphase and karyotype maps of XJ; b1, b2: Metaphase and karyotype maps of AH; c1, c2: Metaphase and karyotype maps of YH3# 5. 讨论 本研究在 Ren[16]等人的方法上稍作修改，从而能 更准确的反映了染色体的真实形态[8]。本研究通过对 三个红花品种的染色体常规核型进行了分析，确定 了三者的染色体数目均为 2n = 2x = 24，但它们具体 核型参数有所不同。 本研究的基本核型分析结果表明新疆库车无刺 红花核型不对称系数(As. K%)为68.82%；安徽红花 核型不对称系数(As. K%)为67.57%；云红 3号核型 不对称系数(As. K%)为60.24%，三者的对称程度都 很高，与牛力涛等人[6]、赵桦等人[10]和杨九艳等人[11] 关于红花核型的研究结果相一致。根据 Stebb ins[17] 等的观点：高等植物核型进化的基本趋势是由对称 向不对称方向发展，由此推测红花在进化过程中处 于较为原始的地位。 国内红花核型研究已有报道，但本实验首次同 时对 3个品种的红花材料进行核型分析，且采用酶 解法和 DAPI染色以及荧光显微镜拍照，使实验的准 确性得到很大提高，从而更好地显示了不同地域红 花品种的核型。本实验结果对红花品种间的鉴定、 亲缘关系的确定、培育和开发优质品种等方面具有 重要的意义，并为进一步深入研究其内在的生物学 机理和开发利用其经济价值奠定基础。 图1. 三个品种红花的分裂相及核型图：a1, a2：新疆库车无刺红花 分裂相及核型图；b1, b2：安徽红花分裂相及核型图；c1, c2：云红 3号红花分裂相及核型图 参考文献 (References) [1] 中科院中国植物志编辑委员会. 中国植物志(第78 卷, 第1分 册)[M]. 北京: 科学出版社, 1987: 187-18 8 . 不对称系数为 67.57%，观察到 4对随体(见表 1，图 1： b1，b2)。 [2] 杨玉霞, 吴卫, 郑有良. 红花研究进展[J]. 四川农业大学学 报, 2004, 22(4) : 3 65 -369. [3] D. Li, M. Zhou and V. R. Rao. Characterization and evaluation of safflower germplasm. Beijing: Chinese Press of Science and Technology, 1993. 云红 3号红花染色体数目为 2n = 24，12 对染色 体中的 1、2、3、4和6号为中部着丝粒，7、8、9、 10 和11 号为近中部着丝粒，第 5号为近端部着丝粒， 12 号为正中部着丝粒。染色体相对长度变化范围为 8.94~23.21，臂比变化范围为1.00~3.15，核型公式为 2n = 2x = 24 = 10m + 10s m + 2s t + 2M ，其中最长染色 [4] D. Li, H. H. Mundel. Safflower, Carthamus tinctorius L. 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