植物染色体研究进展--启林站长网

植物染色体技术的研究进展

琼州学院生物科学与技术学院海南三亚 572000

摘要：染色体是遗传信息的载体，通过对植物染色体技术的研究，包括分带技术、核型分析，荧光原位杂交技术、光谱核型等，对于植物分类、进化过程、以及属种间关系具有重要的应用价值。

关键词：植物；染色体；分带技术；核型分析

Research Progress in Plant Chromosome Technology School ofBiological Science and Technology, QiongZhou University,Sanya Hainan,

572000 China

Abstract：Chromosomes are the carrier of genetic information, through the study of plant chromosome technology, including banding, karyotype analysis, fluorescence in situ hybridization, spectral karyotyping,It also has a great application value in the research of plants taxonomy，evolution and the relationship of different genus. Keywords：Plant；Chromosome；Banding；Karyotype analysis

染色体最早是由德国生物学家弗莱明在1879年发现的，但它的正式命名是在1888年由瓦尔德第一次提出。对于当时的技术，人们并不确定染色体的具体结构与功能，在之前的1883年，美国学者也只是提出了遗传基因在染色体上的学说。而1902年美国生物学家沃尔特·萨顿和鲍维里通过观察发现细胞的减数分裂时染色体与基因具有明显的平行关系，也只是推测基因位于染色体上。直到1928年摩尔根通过果蝇杂交实验，才最终证实了染色体是基因的载体，他也因此获得了生理医学诺贝尔奖。

染色体在显微镜下呈圆柱状或杆状，主要由脱氧核糖核酸和蛋白质组成，在细胞发生有丝分裂时期容易被碱性染料着色，如龙胆紫和醋酸洋红。染色体是遗传物质的载体，它具有贮存和传递DNA、控制基因活动和调节基因重组的作用，研究染色体的形态、结构是基因定位与基因图谱研究的基础工作[1]。

1 常规制片技术

1.1 取材

制片多以初生根的根尖为材料，因为根尖分生区的细胞分裂旺盛、集中、容

易辨别，也有少数实验取植物的花粉母细胞[2]、花蕾、愈伤组织[3]、次生根[4]或幼嫩的叶片等，这些取材部位要根据所进行的研究对象要在充分了解其组织结构和生长发育规律的基础上, 有针对性地取样才能获得合适的材料[5]。另外注意的一点就是取样时间，一般选在细胞分裂中期最为合适，研究表明，植物细胞分裂中期高峰一般出现在上午8:30-11:30。

1.2 预处理

合理的预处理能得到分裂相高，形态好的中期染色体。实际操作中常用的方法有物理方法和化学方法[6]。物理方法是用低温对植物材料进行预处理，处理温度一般在0～8℃，或用冰水混合物直接对材料进行预处理[7]。化学方法预处理常用的试剂有：秋水仙素、对二氯苯、8-羟喹啉、α-溴荼和风油精等。根据不同的材料选择合适的试剂，秋水仙素毒性较强，价格较高，处理效果好，但处理时间不能过长；对二氯苯预处理的效果与秋水仙素相当，也具有较强的毒性，价格较低；8-羟喹啉较适宜处理较大染色体的植物；α-溴荼对禾本科和水生植物的非离体材料处理效果较好；风油精处理的特点是经济、安全[6]。为了使不同方法的优点结合起来，有些实验采用复合方法, 如用秋水仙素和8-羟基喹啉溶液对材料进行预处理[8]。

1.3 固定

固定的目的是用渗透力强的固定液将材料迅速杀死，使蛋白质沉淀，并尽量使其保持原有状态。通常用卡诺液无水(酒精:冰醋酸 = 3:1) 对材料固定24h左右。也有人用甲醇冰醋酸溶液(甲醇B:冰醋酸 =3:1) 来固定材料，但此方法极少使用[5]。

1.4 解离

材料解离方法有酶解法和酸解法。酶解法是用低浓度的果胶酶(1%～2%) 和纤维素酶（1%～5%）的混合液解离材料, 解离时间一般在室温下2～5h。酸解法一般是将材料放入预热60℃的1mol/L HCl 中解离, 解离时间视不同的材料而定, 一般为几分钟到十几分钟或更长[9]。

1.5 制片染色

染色体制片方法主要有常规压片法和去壁低渗火焰干燥法[10]。常用的染色剂有醋酸洋红、改良石碳酸品、红铁矾-苏木精、Schiff试剂、品红、改良的卡宝品红等，染色时根据不同的材料选择合适的染色剂, 但染色时要保证细胞质不染色或染色浅, 以免影响观察效果[11]。

2分带技术

染色体分带是一项用特殊的染料经一定程序对不同染色体染色，使其出现深浅不一的带纹的技术。特定的染色体有特定的条纹，因此分带技术可作为鉴别染色体组和单个染色体的手段，从而可以深入认识染色体结构成分和遗传的关系。显带技术主要包括荧光显带技术和Giemsa显带技术。

2.1Q -带

Q-带指的是动植物的染色体经染料芥子喹丫咽或喹丫咽处理分裂中期的染色体，在荧光下会出现特异的明暗带或带区。Q-带技术是在1968年由T．O．Casperson 发明的，并用这一方法检测了多种豆科植物的有丝分裂情况[12]。

2. 2 C-带

Pardue和Gall在1970年利用小鼠DNA分子进行原位杂交以探测随体DNA 的尝试中发现, 在染色体的着丝粒部位Giemsa染色很深, 这一染色技术就被称为C 分带[13]。C-带技术可以广泛的用于单倍体、二倍体、几多倍体等染色体组型的分析研究, 使其用于物种进化方面的研究成为可能。

2. 3G-带

相对于C-带，G-带携带的信息多，其分布在整条染色体上，如徐进等[14]就利用色霉素A 和DAP I 对马尾松进行了荧光带型的研究，得到了不同的荧光带型，它们之间存在较大的差异。日本广岛大学原校长田中隆庄教授对植物染色体G-带研究的评价：“陈瑞阳先生的植物染色体G-带图像清晰鲜明，而且重复性高，可以说达到了植物染色体G-带分析的国际水平。”[15]但是，在植物中进行G-显带比较困难，这可能与动植物细胞的结构差异有关。

2. 4 R-带

R-带是G-带的相反带，该技术较为简单，主要将完全干燥的样本染色体片子置于pH6.5 的柠檬酸溶液中，于86～87℃下处理10 分钟，流水冲洗后用Giemsa 染色，由于R-带是G-带的反带，则R-带在反映染色体纵向分化的信息上同样是很有价值的。

2. 5N-带

1973 年，佐佐木创造了植物染色体N-带技术，它使染色体核仁组织区(NOR) 特异着色，也称银染色，着色的为与rDNA 转录有关的酸性蛋白，即显示的是具有转录活性的核仁形成区，故用于研究rDNA 的初态变化，N-带技术有效的用于识别许多动植物的染色体的核仁组织中心，显示N-带的部位主要是

次缢痕、随体、着丝粒、端粒和其它一些异染区。后来还发现，有些植物染色体的NOR 区不表现专一性，Gerlach将这种方法应用到小麦属(Triticum) 和山羊草属( Aegilops) 的染色体研究中，成功地鉴别了B 组染色体[16]。

3 核型和核型分析

一个物种的核型能够反映其染色体水平的整体特征，因此研究比较物种的核型可以为判断分析物种间的亲缘关系提供一定的理论依据，揭示遗传进化的过程和机制[17]。

染色体核型分析主要包括植物染色体数目、染色体形态、染色体的“解剖学”特征、分子特征，其中染色体数目和形态包括长度、着丝粒的位置、随体及次缢痕的数目、大小、位置，以及异染色质和常染色质在染色体上的分布、染色体分带类型等。“解剖学”特征指在一般光学显微镜下可观察到的染色体内部结构特征，主要指分带特征。分子特征包括DNA的数量和质量，每一细胞核、染色体组乃至每一染色体的DNA含量都不同；质量指的是DNA中重复和非重复序列的比例。

在以前只能采用传统手工分析，即费时又不准确，近年来出现了Photoshop 软件分析和自动核型分析[18]，Photoshop软件分析可清除原照片中的斑点、划痕、调整亮度、对比度，对交叉重叠的染色体臂进行修整等，使分析结果更方便、快捷，准确性也更高[10]。

4 荧光原位杂交技术

1969年Gall和Pardue最先用放射性标记的RNA探针定位特定的靶DNA 序列, 从而开创了RNA-DNA原位杂交技术。荧光原位杂交是一项分子生物学与细胞学相结合的技术，它是用特异性的核酸重复序列作为探针, 用一定方法将其进行荧光标记, 然后与被测目标进行杂交, 通过荧光显微镜下可以观察到特异的荧光信号, 从而对其进行分析处理[19]。荧光原位杂交技术可应用亲缘关系的鉴定及多倍体的起源研究；其次,在同源和异源多倍体的研究中得到很好地应用；将荧光原位杂交技术与分带技术结合能够对于植物中的易位系做到更加全面的鉴定,并且没有易位片段的长度的限制；它还可应用于转基因植物外源基因的检测染色体识别。

5 光谱核型

1996 年, Schroch等首次描述了SKY 技术，它是将Fourier 分光镜、CCD 成像和光学显微镜相结合, 在可见光谱和近红外光谱范围内, 同时在标本发射光谱所有点进行测量的光谱成像方法。光谱核型分析技术可揭示G、R、Q带通

常无法检测到的染色体结构上的细微变异, 已成为染色体核型分析的一种精确、灵敏和可靠的检测手段。它具有高度的敏感性和特异性, 使细胞遗传学向分子领域发展, 并在临床、辐射损伤和科研等工作中得到广泛应用[20]。

展望

近年来，人类对植物的染色体研究技术获得了飞速发展，但还是存在弊端，如我们对于植物染色体研究的范围还不够广泛，仅集中于对染色体形态的研究，如能借鉴动物学和病理学的研究方法，将染色体形态与基因的结构、功能结合进行研究，从而应用于诸如濒危植物保护、转基因植物中，对于植物染色体核型研究范围的扩展具有重大意义[17]。

参考文献：

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