马绍鋆

摘 要：该文从染色体制片技术、核型分析、原位杂交和倍性鉴定等方面系统总结了国内外关于西瓜染色体的研究进展，并对今后的研究方向进行了展望，以期为西瓜细胞遗传学和染色体工程的研究提供基础。

关键词：西瓜；染色体；细胞遗传学

中图分类号 S651 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）08-0025-03

Abstract：This paper systematically summarized the research achievements of chromosome in watermelon，including chromosome section，karyotype analysis，FISH and ploidy determination and also suggested some future directions which could provide valuable reference for the research of cell genetics and chromosome engineering.

Key words：Watermelon；Chromosome；Cell Genetics

西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.）Matsum.et Nakai，2n=2x=22]属于葫芦科西瓜属，是世界重要的经济作物，也是我国栽培面积最大的主要瓜类作物。生产优质高产，具有综合抗性的西瓜是农民实现增产增收的重要渠道。西瓜染色体很小，不易观察，对染色体进行细胞学研究可为亲本的选配和新品种的选育提供细胞学依据。本文从染色体制片技术、核型分析、原位杂交和倍性鉴定等方面系统总结了国内外关于西瓜染色体的研究进展，并对今后的研究方向进行了展望，以期为西瓜细胞遗传学和染色体工程的研究提供基础。

1 染色体制片技术

染色体制片是从事细胞遗传学研究的基础，在遗传育种中具有重要作用。高质量的染色体制片是核型分析和原位杂交的首要条件[1]。刘丹等[2]通过解析植物染色体制片效果影响因素，发现预处理是关键环节，能影响制片的优劣。薛志强[3]建立了少籽西瓜材料F011染色体最佳制片方案，于5月上中旬晴天上午8：30—8：50，采集1.2～1.8mm的西瓜雄花花蕾置于卡诺固定液固定24～48h后，于60℃水浴中用1mol·L-1盐酸解离3～5min，之后用改良品红直接染色压片进行观察，压片成功率达到65%。李桂芬等[4]通过改良四倍体西瓜染色体标本制片技术，提高了染色体中期分裂相的获得率，且染色体数目完整、分散状态较好、长短臂和着丝点形态清晰可见，制片效果良好，制片效率得到有效提高，可用于染色体分析研究，与传统的方法相比，该方法简化了氯化钾前、后低渗处理和卡诺固定液再固定等3个步骤。顾卫红[5]研究发现，“蜜宝”和“琼露”两个品种西瓜的根尖体细胞24h内有4次有丝分裂高峰期，以胚根长度为1.0～1.5cm时的根尖细胞分裂相最多，同时发现晴天上午7：30—8：30是西瓜花粉母细胞减数分裂的最适取样时间，铁明矾—苏木精染色观察效果最佳，建立了一套比较系统的观察西瓜有丝分裂与减数分裂过程中染色体形态变化的方法。徐道娜等[6]通过对西瓜染色体压片技术的改进，发现西瓜根尖为1.0～1.5cm时，染色体制片成功率为92%，饱和对二氯苯处理3～3.5h，根尖解离时间8min，以改良品红染色效果最佳。吳国江[7]认为西瓜细胞制片预处理以0.05%～0.1%的秋水仙素，于0～4℃的低温下处理10～12h为最佳。

2 染色体核型分析

核型能反映一个物种在其染色体水平的整体特征，核型分析可为细胞遗传学奠定基础，其基本方法是基于染色体长度、臂比和核型不对称系数等进行[8]，依据Stebbins[9]核型分类标准进行判断，为物种分类、亲缘关系研究及品种鉴定提供依据。西瓜染色体很小，染色体制片难度大，做核型分析存在一定难度，因而关于西瓜染色体制片和核型分析研究较少。

郭德栋等[10]从形态上鉴定了西瓜全部11条粗线期染色体，建立了粗线期标准核型，并根据染色体长度（由长至短）对每个粗线期染色体对进行编号（1—11号），结果表明西瓜粗线期染色体的染色粒呈近中分布类型，异染色区均定位于着丝点附近，染色体组由2个亚中着丝点（sm）染色体（1号与10号）和9个中部着丝点（m）染色体（2—9号、11号）构成，粗线期染色体长度在25.01～50.02μm变化。此外，西瓜粗线期全部染色体均有明显的端粒，有利于识别每条染色体的长度。

李琦等[11]对西瓜进行核型分析发现，核型为2n=2x=22=20m+2sm，为1A型，同时发现7号染色体为近中着丝粒染色体，而陈瑞阳等[12]认为第9号染色体为近中着丝粒染色体。袁建民等[13]通过对二倍体及同源四倍体西瓜进行核型分析发现，二倍体小果型西瓜的11对染色体全部为中部着丝点（m）染色体，核型为2n=2x=22=22m，属1A型，而四倍体西瓜的11对染色体也均为中部着丝点（m）染色体，核型为2n=4x=44=44m，也属1A型，表明该四倍体西瓜为同源四倍体。吴国江[7]研究发现，“金夏”西瓜的核型为2n=2x=20m+2sm，染色体长度在1.98～3.31μm变化，除第二对染色体为次中部着丝点（sm）染色体外，其余均为中部着丝点染色体。张志忠等[14]采用玻璃针分离法，成功获得了西瓜的第一染色单体并进行扩增，构建了西瓜第一染色单体DNA文库，为进一步完善遗传图谱的构建奠定基础。

3 染色体原位杂交

染色体原位杂交技术是生命科学领域的重要组成部分，也是分子细胞遗传学的研究基础。荧光原位杂交（FISH）技术和基因组原位杂交（GISH）技术是应用较多、比较成熟的分子细胞遗传学研究手段。FISH技术可用于染色体的识别、物种间亲缘关系的研究、准确鉴定植物染色体、构建高效准确物理图谱以及外源染色质检测等。李琦等[11]利用FISH技术将45S rDNA和5S rDNA定位在西瓜的中期染色体上，研究表明西瓜具有两对45S rDNA杂交信号和一对5S rDNA杂交信号，前者位于2号染色体短臂末端和4号染色体短臂中部，后者位于7号染色体短臂近着丝粒处。江姣等[15]应用双色荧光原位杂交技术，通过对核糖体45S rDNA和5S rDNA在普通西瓜3个变种（栽培变种、Egusi变种和Citroides变种）有丝分裂中期染色体上的定位研究，发现普通西瓜种3个变种内部各基因型间的45S rDNA和5S rDNA分布模式是相同的，栽培变种和Egusi变种均含有2对45S rDNA位点和一对5S rDNA位点，而Citroides变种含有一对45S rDNA位点和两对5S rDNA位点，表明栽培变种与Egusi变种之间具有更近的亲缘关系，这与赵泓等[16]利用FISH技术对rDNA在22份西瓜染色体上的定位结果是一致的，在某种程度上支持了现有的西瓜分类。

GISH具有操作简易、准确直观等特性，能反映重复序列的信号分布特征，可用于染色体重复序列结构分析，构建西瓜变种间核型。常珂玮等[17]利用cGISH技术对西瓜与近缘种亲缘关系进行分析发现，与西瓜属中西瓜亲缘关系由近至远依次为缺须西瓜与热迷西瓜、药西瓜、诺丹西瓜，普通西瓜与缺须西瓜的亲缘关系比其与热迷西瓜的关系更近。同时证实诺丹西瓜（2n=24）不属于西瓜属，与甜瓜之间具有非常近的亲缘关系，但其归属问题有待于进一步研究。

4 染色体倍性鉴定

西瓜植株染色体倍性鉴定可分为形态鉴定和细胞学鉴定。形态鉴定可依据种子大小、种仁饱满程度、茎粗细、叶片大小、花色深浅、果实大小等指标进行，Sari N等[18]通过调查2个品种西瓜二倍体和单倍体植株的田间性状，发现二倍体西瓜植株的叶面积、茎长、茎粗以及雌雄花大小均优于单倍体，且单倍体植株的雄花无花粉粒。细胞学鉴定可弥补形态鉴定周期较长的缺点，染色体计数法是目前最准确、直接的倍性鉴定方法，但染色体制片对细胞学水平有较高要求。刘文革等[19]采用F-BSG法和去壁低渗法能较好地观察西瓜染色体。Sari N等[18]研究发现西瓜叶片保卫细胞叶绿体数目与植株的倍性表现为正相关，可以作为快速有效鉴定西瓜植株倍性的方法。王羡雪[20]建立了西瓜染色体倍数性的简易测定方法，认为叶片气孔叶绿体计数鉴定西瓜倍数性是可行的。西瓜二倍体（2n=2x=22）、三倍体（2n=3x=33）与四倍体（2n=4x=44）的叶片保卫细胞叶绿体的比例与染色体的比例相同，均为1∶1.5∶2。阎志红等[21]利用胺磺灵、氟乐灵、二甲戊乐灵3种除草剂对西瓜子叶离体诱导四倍体后，采用FDA（二乙酸荧光素）荧光鉴定法统计西瓜试管苗叶片下表皮保卫细胞叶绿体个数，对四倍体变异进行早期鉴定，其准确率达90%以上，该方法成本低、简单易行、结果可靠，是快速有效进行西瓜倍性鉴定的一种方法。采用去壁低渗法对西瓜根尖细胞染色体数目进行鉴定也可作为倍性鉴定的一种方法。此外，流式细胞仪[22]可迅速确定西瓜细胞的倍性进而鉴定出植株的倍性，但成本高，不利于广泛应用。

5 问题与展望

近年来，西瓜染色体细胞遗传学研究虽取得一些进展，但以下问题有待于进一步研究：

（1）高质量的染色体制片是原位杂交的前提，西瓜细胞有细胞壁包裹且染色体很小，不易获得优良的染色体制片，因此需进一步完善染色体制片技术，为亲缘关系的深入研究提供基础。

（2）染色体制片过程中预处理时间较长和试剂毒性较大的问题，需进一步优化预处理方案，缩短预处理时间，使用低毒试剂。

（3）形态学、细胞学鉴定法以及染色体计数法均达不到早期快速鉴定染色体倍性目的，而流式细胞仪价格昂贵，不利于广泛应用。因此，探索快速、高效、简易的早期鉴定群体倍性的方法势在必行。

参考文献

[1]李懋学，张杶方.植物染色体研究技术[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1991：1-20.

[2]刘丹，夏雪，吴益梅，等.植物染色体制片效果影响因素的解析[J].浙江农业科学，2015，56（10）：1654-1657.

[3]薛志强.西瓜（Citrullus lanatus）种质材料F011少籽机理研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2007.

[4]李桂芬，洪日新，李天艳，等.改良四倍体西瓜染色体标本制备技术研究[J].中国瓜菜，2014，27（增刊）：85.

[5]顾卫红.西瓜染色体的细胞学观念初报[J].北方园艺，1995，5：9-12.

[6]徐道娜，薛志强，李世栋，等.西瓜染色体压片技术改进研究[J].西北农业学，2007，16（6）：301-304.

[7]吴国江.西瓜染色体组型分析的研究[J].八一农学院学报，1988（04）：74.

[8]李建军，杨影丽，范念斯，等.雪莲果染色体数目及核型分析[J].河南师范大学学报：自然科学版，2011，39（2）：131-134.

[9]Stebbins G L.Chromosomal evolution inhigher plant[M].London：Edward Arnold：1971：216.

[10]郭德栋，李山源，马正谭，等.西瓜（Citrullus vulgaris）粗线期染色体形态[J].齐齐哈尔师范学院学报（自然科学版），1982，（2）：81-87.

[11]李琦，马璐，黄婧，等.西瓜、苦瓜與罗汉果染色体的rDNA定位及其核型分析[J].武汉大学学报（理学版），2007，53（4）：449-456.

[12]陈瑞阳，林盛华，宋文芹，等.中国主要经济植物染色体图谱[M].北京：万国学术出版社，1993：325-328.

[13]袁建民，党选民，詹园凤，等.二倍体及同源四倍体小果型西瓜核型分析[J].北方园艺，2013（23）：40-43.

[14]张志忠，吕柳新.西瓜第一染色体显微分离及其特异文库的构建[J].热带作物学报，2009，30（12）：1803-1807.

[15]江姣，张海英，郭绍贵，等.普通西瓜3个变种45SrDNA和5SrDNA的染色体定位[J].果树 学报，2012，29（5）：764-769.

[16]赵泓，张海英，江娇，等.西瓜核糖体基因的多态性[C]//全国植物生物学研讨会.2011.

[17]常珂玮，沈君君，李宗芸，等.西瓜与近缘种亲缘关系的比较基因组原位杂交分析[J].植物科学学报，2012，30（4）：402-406.

[18]Sair N，Abak K.Comparison of ploidy level screening methods in watermelon：Citrulius lanatus（Thunb）[J].Scientia horticulturae，1999，82：265-277.

[19]刘文革，王鸣.西瓜甜瓜育种中的染色体倍性操作及倍性鉴定[J].果树学报，2002，19：132-135.

[20]王羡雪.西瓜染色体倍数性的简易测定法[J].贵州农业科学，1980，3：36-37.

[21]阎志红，刘文革，赵胜杰，等.利用二硝基苯胺类除草剂离体诱导西瓜四倍体[J].园艺学报，2008，35（11）：1621-1626.

[22]Zhang X P，Rhodes B B，et al.Determination of watermelon ploidy level using flow cytometre[J].Cucurbit Genet Coop Rep，1994，17：102-105. （责编：张宏民）