柑桔屬30個分類群體核型及進化研究

柑桔屬30個分類群體核型及進化研究

柑橘是世界上經(jīng)濟價值很高的果樹，是中國柑橘植物的主要生產(chǎn)區(qū)之一。資源豐富。無論是種植品種、品種還是野生品種、半野生品種、自然或人工種植的混合種類，同時還有許多相鄰植物。柑桔類主要包括枳屬(PoncirusRaf.)、金柑屬(FortunellaSwingle)和柑桔屬(CitrusL.)。由于柑桔類植物具有多胚性,種屬間易雜交和芽變繁雜等特點,致使植株形態(tài)多樣,親緣關(guān)系較復(fù)雜,是分類學(xué)上較困難的類群,而其中又以柑桔屬最為復(fù)雜。長期以來,人們對柑桔分類問題進行了許多研究,由于分類標準不一,分歧很大。在具深遠影響的兩大分類系統(tǒng)中Swingle承認16個種,而Tanaka卻承認162個種。近來不少學(xué)者在生物化學(xué)[6,10,11,16,17,25,31,38]、孢粉學(xué)及數(shù)值分類等方而對柑桔類進行了廣泛研究,并提出了許多新見解,但至今仍缺乏較統(tǒng)一的看法。關(guān)于柑桔屬植物的染色體研究,據(jù)報道已有58個種作過染色體計數(shù),一些學(xué)者在部分分類群的倍性變異、粗線期染色體的形態(tài)以及減數(shù)分裂染色體的行為[18,23,24,26,27,32]等方面進行了觀察。我國在這方面的研究還比較薄弱。作者擬對柑桔類植物逐步開展細胞分類學(xué)的研究,以期對該類植物的分類提供細胞學(xué)方面的資料。本文首篇報道柑桔屬30個分類群的核型及進化。種子萌發(fā)和新方法供試的30個分類群由中國農(nóng)科院柑桔研究所資源室提供,種子萌發(fā)取根,室溫下用0.002M8-羥基喹林處理3小時,植物有絲分裂染色體標本制備新方法制片,核型分析按李懋學(xué)等報道的標準,核型類別按Stebbins的分類。分類群的染色體雜合性柑桔屬30個分類群的染色體數(shù)目、形態(tài)和核型如圖版Ⅰ-Ⅴ所示,核型模式圖見圖1,核型的主要特征列于表1,現(xiàn)分述如下:染色體數(shù)目Strasburger認為甜橙和酸橙的單倍染色體數(shù)為n=8。但Longley與Frost在同一年(1925)對柑桔屬9個種的觀察,發(fā)現(xiàn)其單倍染色體數(shù)是n=9,后來的觀察都清楚地表明x=9是柑桔屬植物的染色體基數(shù)。本文的觀察結(jié)果,其體細胞染色體數(shù)目均為2n=18,未發(fā)現(xiàn)多倍體和非整倍體。盡管偶爾也能看到個別非整倍體的細胞,但聽占比例極小。從已有的報道來看,有三倍體(2n=3x=27)、四倍體(2n=4x=36)、五倍體(2n=5x=45)及六倍體(2n=6x=54)四種倍性,但均屬種類多倍體(約占26%),無一為多倍體種?？梢?多倍體未成為柑桔屬進化的主要趨勢,而可能是在二倍體水平上。近年來,柑桔育種者已廣泛利用多倍體來開辟其育種途徑,進展較快。核型所觀察30個分類群的核型共同特征是:染色體長度屬小染色體類型(1—3微米),均由中部著絲粒染色體(m)和近中部著絲粒染色體(sm)組成,具有2—4個隨體且都連接在短臂上,最長與最短染色體之比小于2,染色體相對長度變異不大。核型的相似性說明各分類群的親緣關(guān)系密切,這也正是種類間易雜交的細胞學(xué)基礎(chǔ)。而各分類群核型的差別主要表現(xiàn)在:1.隨體的數(shù)目、大小及形態(tài)上的明顯不同(下詳);2.盡管核型根據(jù)Stebbins的分類屬2A,即較對稱的核型,但在具中著絲粒位置多少及平均臂比值上表現(xiàn)出一定的差異,尤力克檸檬(C.limon)的中部著絲粒染色體最少(6m),而平均臂比值又最高(1.98),以甜橙(C.sinensis)、香園(C.wilsonii)和除皺皮柑(C.vessucosa)外的寬皮柑桔(C.reticulata)的中部著絲粒染色體最多(12m),其平均臂比值僅在1.59—1.48范圍內(nèi);3.某些分類群的核型可明顯看到部分同源染色體在長度和臂比值上表現(xiàn)出不同程度的雜合現(xiàn)象:一種是臂比值有差異,分屬m和sm染色體。如紅黎檬(C.limonia)第2號染色體,皺皮柑的第3號,尤力克檸檬及改良橙(C.sinensis)的第4號,鄧肯葡萄柚(C.paraddisi)及三寶柑(C.sulcaata)的第6號,雪柑(C.sinensis)的第8號,土檸檬(C.limon)、克里曼丁(C.clementina)及金桔(C.mandurensis)的第9號均屬這一類型,另一種是長度有差異,如錦橙(C.sinensis)的第1號,鄧肯葡萄柚的第2號,紅桔(C.tangerinna)的第3號,血橙(C.sinensis)的第7號,細葉薄皮橙(Csinensis)、栟柑(C.poonensis)、土桔(C.chuana)及克里曼丁桔的第9號,威爾金桔(C.reticulata)的第1、9號屬這一類型。這種染色體結(jié)構(gòu)雜合性,據(jù)對一些分類群的染色體行為觀察,發(fā)現(xiàn)染色體的異常十分普遍,認為該屬的物種形成涉及到染色體的倒位和易位等結(jié)構(gòu)變化,然而作者認為除了染色體的結(jié)構(gòu)重組外,染色體結(jié)構(gòu)不同的種、品種之間的天然雜交也起著重要的作用。由于有共同的基數(shù)x=9,染色體大小和類型的趨異不懸殊,表明它們有著不同程度的同質(zhì)性,致使種類間的基因隔離十分微弱。此外,雜種又因珠心胚優(yōu)勢及營養(yǎng)繁殖方式,在無有性生殖的情況下,致使雜合性得以長期保存,屬間雜種枳橙(Poncirustrifoliata×C.sinensis)就是一個例證。這樣的結(jié)果必然導(dǎo)致某些種類間呈現(xiàn)出復(fù)雜的細胞遺傳學(xué)聯(lián)系,在形態(tài)上表現(xiàn)出既有區(qū)別,又有交替,無疑會造成分類學(xué)上的障礙。隨體柑桔屬的隨體很特殊,在數(shù)目、大小及形態(tài)上表現(xiàn)出明顯的不同。比較隨體及與之相連的短臂,作者將隨體分為:顯著大于短臂的大隨體(Largesatellite),與短臂相近的中隨體(Mediumsatellite)及小于短臂的小隨體(Smallsatellite)三類,從表1的分析結(jié)果可看出,柚(C.grandis)的6個品種其隨體表現(xiàn)出高度的一致性,均為2對大隨體;而屬于寬皮柑桔的8個分類群中,隨體數(shù)變化于2—4之間,涉及大中小三種類型且具一定程度的雜合現(xiàn)象。作者認為隨體這一明顯標志,對探討該屬物種的形成及進化具有極其重要的價值。Swingle[推測黎檬是檸檬和寬皮柑桔的天然雜種。本文觀察的紅黎檬從核型組成中無大隨體及果實所特有的紅色上,認為寬皮柑桔是其親本之一。葡萄柚(C.paradisi)認為是柚與甜橙的雜種,從鄧肯葡萄柚具有的三個大隨體這一現(xiàn)象看,無疑具有柚的血緣。據(jù)推測甜橙和酸橙(C.aurantium)均為柚與寬皮柑桔的雜種,Scora等則進一步認為甜橙來源于柚與含萜(Sabinene)較高的寬皮柑桔類的雜交,而酸橙則來自柚與含萜較低的寬皮柑桔類的雜交。盡管不知萜含量高低在寬皮柑桔類核型上的表現(xiàn),但甜橙和酸橙所具有的大隨體很可能來自柚。此外,作者還認為三寶柑和香園的大隨體,其柚是最大的可能供體。根據(jù)隨體的雜合程度,將寬皮柑桔分為兩類:一類為無大隨體的紅桔、年桔、克里曼丁桔和甌柑;另一類為含有大隨體的栟柑、土桔、威爾金桔和皺皮柑,此類與甜橙的核型特征十分相似,可能為雜種的不同起源。由上可見,寬皮柑桔類型較復(fù)雜,正如形態(tài)、孢粉學(xué)及生化的研究一樣。本文的8個分類群,Swingle僅以C.reticulata就予以籠統(tǒng)概括,而Tanaka定出7個種又顯得有些繁鎖,這也正是該屬分類學(xué)上的主要分歧和混亂之處,有待進一步研究。隨體的這一現(xiàn)象,在蔥屬(Allium)和百合屬(Lilium)、日本柳杉(CryptomerriaD.)、禿杉(Tawaniafluusiana)及草木犀屬(Melilotus)等植物中都曾有過報道,認為隨體染色體的數(shù)目及形態(tài),一般具有種的特異性,Scora首先提出柑桔屬具有三個基本種:枸櫞(C.medica)、柚(C.grandis)和寬皮柑桔(C.reticulata),而其余的種都是由這三個基本種衍生而來。Barrett等利用146個性狀對43個分類群的數(shù)量分類研究,其結(jié)果與Scora的觀點一致,并認為三個基本種是真正的種(Goodspecies)。這以后,不斷得到其它研究結(jié)果的支持。本文從30個分類群的核型比較中,特別是隨體這一顯著特征上,認為柚的高度同源染色體對以及2對大隨體的核型是該屬的一個原始基本核型,贊同將其作為基本種之一。寬皮柑桔各分類群核型變異較大,目前還難找出其原始基本核型,但不會超出具中型或小型隨體為標志的較為對稱的核型,還有待從野生類型中去發(fā)掘。本文將排除Handa把克里曼丁桔作為具寬皮柑桔基本種特性的這種可能性。從核型變異探討植物進化途徑時,影響最大的是Stebbins的理論,他指出整個植物界的核型進化的主要趨勢是由對稱向不對稱發(fā)展,系統(tǒng)演化上處于古老或原始的植物,大多具有較對稱的核型,而極不對稱的核型則主要存在于進化較高級的植物中。但人們也在一些科屬中發(fā)現(xiàn)出相反的趨勢。本文參照外部形態(tài)、孢粉學(xué)及生物化學(xué)的系統(tǒng)研究結(jié)果,認為柑桔屬的核型是從不對稱向?qū)ΨQ方向演化的。Matsuarra照射處理Trilliumkamtschaticum后,認為隨體染色體的起