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駱駝刺(AlhagimaurorumMedil.var.sparsifolium(Shap.)Yakovl.)是豆科駱駝刺屬的半灌木,莖直立,高30-60cm,從基部多分枝,枝條平行上升。單葉互生,倒卵形,全緣,無毛,具短柄;總狀花序,腋生,花序軸邊變成堅硬的銳刺,刺長為葉的2-3倍,無毛,當年生枝條的刺上具花3-6(8)朵,老莖的刺上無花,花冠蝶形深紫紅色,果實為莢果,呈串珠狀,內含1-5粒圓形棕黑色種子[1],開花期5-7月,結果期8-10月。駱駝刺是生長于荒漠、半荒漠地區的覆沙鹽化低地上,成為該地區的建群種或優勢種。耐干旱、耐鹽堿、年降水量僅有幾十毫米時仍能生長。根系發達,深達7-8m,一般可延伸至地下水位,直接利用地下水,主根在地下水位以上強烈擴散,形成許多側根,增加吸收面積,吸收更多的水份[2、3]。有時它的根伸到30cm右或更深時便往上生長,到靠近土壤的表層處進行分枝,吸收土壤表層稀少的水分,來適應干旱環境。同時駱駝刺除龐大的根系外盡量使地面部分長得矮小,并且將枝條和花序軸退化成為針形的細刺,用以減少水分的蒸發,使駱駝刺能在干旱的沙漠中生存下來。也正因為如此,駱駝刺被人們稱為"沙漠勇士"[4、5]。駱駝刺地上分枝多,草層較高,株叢狀,具良好的防風固沙作用,一般其覆蓋率只要30%以上,沙丘即被半固定或固定。一旦被沙埋,過不了幾天,沙丘上又有新的駱駝刺的嫩芽破沙而出,繼續繁衍生長。同時駱駝刺根部可吸收積累一定量的鹽分,可以改善土壤質量。駱駝刺可以直接利用大氣中的氮元素,它是生態系統氮素循環體中的一個關鍵環節[6、7]。此外駱駝刺還可以充當護衛田園的籬笆。駱駝刺富含蛋白質,是一種優良的飼料,在畜牧業生產中占有一定的地位,草食家畜不可缺少的也無法替代的飼草種之一[8、9]。首先,駱駝刺作為飼用植物具有較好的品質。駱駝刺的葉、花、果實、刺和細枝條都富含營養物質。雖然它的粗蛋白質、粗脂肪含量相對較低,但它的無氮浸出物含量較高,且富含賴氨酸。其次,駱駝刺的產草量高,再生能力強。駱駝刺因其枝短和花序軸頂端有刺又為駱駝喜食而得名。青鮮時因其含有特殊化學物質,除駱駝四季喜食外,其他家畜很少食。牛、羊在該草春季返青時喜食,有催肥抓膘作用。特別是在秋季開花、結實后刈割駱駝刺調制成干草并制成干草粉或與其他草類混合飼喂,家畜更喜歡采食,特別是作為沙漠地區牛、羊、驢、馬等食草家畜冬季飼草更為理想。另外駱駝刺也是一種很好的蜜源植物[10]和藥用植物,它的花兒釀制出來的蜜糖,無異味,特別甜,種子入藥可治胃病[11]。世界上共有5種駱駝刺,主要分布于歐亞及北非荒漠區(俄羅斯、蒙古、埃及等國)。我國只有1種,主要分布于西北的寧夏、甘肅、新疆及內蒙古。對分布于區外的駱駝刺解剖學、細胞學、生態學方面的研究有報道。但未見對分布于內蒙古地區駱駝刺細胞學的研究報道。文中對內蒙古阿拉善盟荒漠地區分布的駱駝刺染色體和核型進行研究,確定駱駝刺染色體數目及核型類型,為駱駝刺的開發利用提供一定的細胞遺傳學依據。
1試驗材料及方法
1.1試驗材料
供試材料為采自阿拉善盟吉蘭太荒漠區顆粒飽滿的野生駱駝刺成熟種子,種子自然風干后,用紙袋封存,置于通風蔭涼處備用。
1.2試驗方法
1.2.1根尖制片采用植物染色體常規根尖壓片法[12]。(1)種子的萌發與取材:把選好的飽滿駱駝刺種子放入鋪有濾紙的培養皿里,在智能培養箱中培養,溫度設置為25℃,1-2天后即可長出幼根。當幼根長至0.5-1cm時,于上午9:30-9:40之間取材(取整體或切取長為0.3-0.5cm的根尖部分)。(2)預處理與固定:把材料放入裝有濃度為0.002mol/L8-羥基喹啉溶液的小瓶中進行預處理1小時。然后把預處理好的材料用卡諾固定液進行固定2-24小時。(3)解離染色:這是不可缺少的重要步驟,不經解離的材料不僅不易壓片,而且染色不清楚。將固定后的根用蒸餾水反復沖洗數次,轉移到1N的鹽酸中室溫下處理1-2小時。解離后的材料經蒸餾水沖洗數次,便可將材料移至裝好苯酚品紅染色液的小瓶中染色4小時。(4)軟化壓片:在載玻片上滴1滴45%的冰醋酸軟化材料1小時。用刀片切取根尖先端2-3mm的小段,蓋上蓋玻片,用食指和拇指把蓋玻片壓住,用鉛筆末端輕敲,將根尖壓成均勻、單層細胞的薄層。然后顯微鏡下觀察所有切片,選擇敲片薄且細胞分散好的、中期分裂相多的、染色體形態清晰的制片準備封片。(5)封片觀察:用指甲油將蓋玻片四周封好,將封好的片子風干后放入盛有潮濕濾紙的培養皿內,在冷藏狀態下保存,備于觀察顯微照相用。
1.2.2染色體數目的確定與核型分析在光學顯微鏡下統計50-100個細胞的染色體數目,以此來分析植物染色體的倍性,其中85%以上的細胞具有恒定的染色體數目,即可認為是該植物的染色體數目。選擇染色體分散好,形態清晰的5-10細胞在Olympus顯微鏡下拍照,同時測量計算其染色體長短臂長度,取其平均值進行染色體配對和核型分析,最后繪制核型模式圖。
2結果與分析
2.1染色體形態、數目及倍性分析
按照李懋學和陳瑞陽[13]1985年提出的標準,選取分裂中期相的79個細胞,進行了詳細觀察和統計駱駝刺的染色體形態、染色體數目統計及倍性分析等(圖1和表1)。結果,79個細胞中68個細胞染色體數目為16條,占計數細胞的86%。各細胞的16條染色體均可配成8對同源染色體,表明為二倍體,具有2個染色體表1駱駝刺染色體數目不同的細胞出現率Tab.1TheproportionofthecellswithdifferentnumberofchromosomesinAlhagimaurorumvar.var.sparsifolium觀察細胞總數染色體數細胞數出現率%14677916688618343223組,染色體基數為x=8,無隨體。除此之外還有14、18、32條染色體的細胞,由此看出駱駝刺細胞染色體基數有著不同的變化,且有四倍體現象,出現染色體數目增多和減少的情況,可能是在減數分裂時染色體分裂異常變異的緣故。
2.2染色體核型分析
按照Leven等[14]對染色體的分類標準,計算染色體的相對長度、臂比、染色體類型等。結果顯示,駱駝刺體細胞染色體數目為16條,其中染色體相對長度的變異范圍在19.42%-9.14%之間,最長與最短染色體之比為2.13,相鄰染色體間長度變化不明顯。其中第1、2、3、5、6、8號染色體為中部著絲點染色體,第4、7號染色體為近中部著絲點染色體(表2)。染色體由6對中部著絲點染色體(m)和2對近中部著絲點染色體(sm)組成。染色體長臂總長度為10.76μm,染色體總長度為18.28μm,平均長度為2.29μm,根據Stebbins[15]的核型對稱性分類標準,核型公式為2n=2x=16=12m+4sm(表3)。根據Ara-no[16]的計算方法計算染色體核型不對稱系數為58.86%,屬于較對稱的2B核型。染色體配對情況和核型模式圖(圖2)。
3討論
(1)在研究過程中發現取材時間是關鍵,駱駝刺細胞分裂時期及高峰期主要在上午9:30-9:40時間。對材料進行預處理是為了使染色體縮短變粗,并使之分散,便于觀察,因此預處理時間的長短影響制片的效果。由于駱駝刺染色體屬于小染色體,預處理時間不宜過長,為1個小時左右較好。解離時間的長短也非常重要,室溫下解離1小時細胞分散效果比較好。冰凍制成永久片時蓋玻片與載玻片不易復位,導致細胞疊置嚴重或染色體有丟失現象。因此,采用了指甲油封片法。結果表明:指甲油臨時封片在冷藏狀態下能保存4-5天,統計、測量和照相效果較好[17、18]。
(2)駱駝刺細胞染色體基數有不同變化,且有四倍體現象,可能是在減數分裂時染色體分裂異常變異的緣故,有待于進一步研究驗證。這對探索駱駝刺遺傳多樣性以及對它的保護和開發利用具有一定的理論意義。
(3)染色體核型是物種特有的染色體信息之一,相對具有很高的穩定性和再現性,可為研究物種間的遺傳距離和親緣關系提可靠依據,還可以推測物種在進化過程中彼此的分化歷程。文中研究表明,分布在阿拉善荒漠地區的野生駱駝刺染色體基數為x=8,并無隨體等特征,雖然與陳荃等人[8]對原產寧夏的駱駝刺染色體研究結果一致,而其核型2n=2x=16=12m+4sm,核型分類屬于2B型,與陳荃研究結果2n=2x=16=8sm+8st,較進化的4B核型有差異。分布于不同地區的駱駝刺核型分析結果存在差異,是否遺傳特性或環境條件所致有待于進一步研究探討。
4小結
根據Stebbins的分類標準,核型的不對稱程度可分為12個等級,"1A"型為最對稱型,"4C"型為最不對稱型。一般認為,染色體核型進化的基本趨勢是由對稱向不對稱方向發展的,系統演化上處于比較古老或原始的植物,大多具有較對稱的核型,而不對稱的核型則常見于衍生或進化程度較高級的植物中。文中研究的駱駝刺核型公式為2n=2x=16=12m+4sm,由此可見駱駝刺的染色體有16條,染色體基數x=8,為二倍體;其16條染色體由6對中部著絲點染色體(m)和2對近中部著絲點染色體(sm)組成,核型類型為2B型,屬于較對稱的核型類型;按照Arano[16]的計算方法計算,其染色體長臂總長度為10.76μm,染色體總長度為18.28μm,核型不對稱系數為58.86%,表現出較高的對稱性。因此駱駝刺在系統演化上可能屬于較原始的種類。這一細胞學研究結果可為該種的起源、演化和遺傳育種及開發利用等方面提供理論參考依據。