天目地黄4个变异株形态观测及倍性鉴定

摘要 在连续开展3年多的地黄属植物收集选育工作过程中，发现了4株表观形态有所变化的不同变异株，编号分别为T-1、T-2、T-3、T-4，对其形态指标进行测量统计及数据分析后发现，与天目地黄相比形态差异明显。具体差异表现为：T-1主茎明显短缩；T-2柱头外露于花瓣，叶片长宽比变小；T-3柱头外漏于花瓣，主茎明显短缩；T-4单叶叶面积增大近3倍，主茎明显短缩近无。为明确变异株染色体倍性，用流式细胞仪进行倍性检测分析，结果显示T-1、T-2、T-3峰值均与原株一致，鉴定为2倍体，T-4峰值约为原株的2倍，鉴定为4倍体。

关键词 天目地黄；地黄属；变异单株；柱头外露；倍性检测

中图分类号 Q 944 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）16-0107-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.16.022

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Morphological Observation and Ploidy Identification of 4 Mutant Strains of Rehmannia chingii

SONG Li-na，ZHANG Hua-li，YI Cai-jie et al

（Bejing Key Laboratory of Greening Plants Breeding/Beijing Academy of Forestry and Landscape Architecture，Beijing 100102）

Abstract In the process of collecting and breeding Rehmannia for more than three years，four single plants with apparent morphological variation were found，numbered as T-1，T-2，T-3 and T-4，respectively.The plant morphological indexes were measured and the results showed that the differences of morphological indexes were obvious compared with the original species.The main stem of T-1 was obviously shortened.The stigma of T-2 was exposed to the petals and the length-to-width ratio of the leaves was smaller.The stigma of T-3 was exposed to the petals and the main stem was obviously shortened.The single leaf area of T-4 was increased by nearly 3 times and the main stem was significantly shortened.In order to clarify the chromosome ploidy of the mutant plants，the flow cytometry was used for ploidy identification.The results showed that T-1，T-2 and T-3 were identified as diploid，but T-4 was identified as tetraploid.

Key words Rehmannia chingii;Rehmannia;Variants;Stigma exsertion;Ploidy detection

基金项目 北京市公园管理中心科技课题（ZX2021）。

作者简介 宋利娜（1981—），女，内蒙古赤峰人，高级工程师，硕士，从事园林植物选育及应用研究。*通信作者，高级工程师，硕士，从事园林植物选育及应用研究。

收稿日期 2023-10-13

天目地黄（Rehmannia chingii）为列当科地黄属草本植物，株高30～60 cm。同时具基生叶及茎生叶^［1］。基生叶莲座状排列，茎生叶向上逐渐变小，二者形态一致。总状花序顶生或单生叶腋，花大，花冠筒微弯，花色紫红色，为地黄属中花色最为亮丽的种。自然花期为4—5月，温室养护，常年花期不断。天目地黄原产浙江及安徽地区，喜凉爽湿润环境^［2-4］。该试验从原产地引入天目地黄，经过3年多的适应性栽培试验，发现天目地黄在北京地区表现良好，即可适应遮阴环境，也耐夏季高温，少有病虫害发生，耐粗放管理，且绿期较长，可作为北京地区优良的地被植物进行推广应用。

植物染色体倍性鉴定在植物遗传育种、改良植物品质中具有重要作用。多倍体植物在自然界中广泛存在，是物种进化的途径之一^［5］。文献记载，天目地黄属于2倍体植物，2n=28^［1］。在发现的4个变异株中有1株单叶叶片面积明显增大，花径与花冠筒长度都有增加，为掌握变异株的染色体倍性，通过流式细胞仪对其进行鉴定。因此，笔者以天目地黄为试验材料，对栽培过程中发现的4个优良变异单株进行性状观测及倍性分析，以期丰富天目地黄的种内资源及明确变异材料染色体倍性，为北京地区地被植物的筛选提供更多的植物材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为天目地黄4个变异单株。原始材料为2020年3月初从浙江台州引进的200株天目地黄小苗，植株状态为3～4片基生叶，未开花。收到苗子后，上盆至17 cm×17 cm的塑料盆内，置于园科院4号温室内养护。温室条件为普通日光温室，夏季有降温设施，冬季有加温设施，可保证天目地黄正常生长。2020年3月底有植株开花，4月中旬全部植株均进入开花状态，6月中旬发现3个变异单株，1株特点为主茎明显短缩近无，编号为T-1；1株特点是柱头从花冠未展开至完全展开始终外露于花冠外，同时叶片的长宽比变小，编号为T-2；另1株特点为柱头外露，同时主茎极度短缩，编号为T-3。同时对3个变异单株进行分株扩繁，目前已获得单株株系每种300余株，且性状稳定。

2020年4—5月进行了异花授粉试验，授粉45 d后种子成熟。2020年11月中旬，将种子播于温室养护，在种苗生长过程中发现1株变异单株，叶片明显增大，2021年2月中旬上盆于同温室养护，开花后发现其花径变大、主茎短缩，编号为T-4。同时对该变异单株进行分株扩繁，目前已获得单株株系200余株，且性状稳定。

1.2 试验方法

1.2.1 变异株形态观测。

2023年4月，对4个变异株的无性扩繁后代进行形态观测，主要形态指标有株高、花径、花冠筒长、萼片长、萼片宽、叶片长、叶片宽、主茎粗，以上指标的测定时间均在盛花期，测量部位均为该植株的最大值。每个数据3个处理，每个处理选取10个单株。

1.2.2 变异株倍性研究。

使用剃须刀片在1 mL LB01缓冲液（15 mmol/L Tris、2 mmol/L Na₂EDTA、0.5 mmol/L精胺四氯化氢、80 mmol/L KCl、20 mmol/L NaCl、0.1%（V/V）Triton X-100）中切碎20～50 mg新鲜组织。用1 mol/L氢氧化钠将pH调节至7.5，加入b-巯基乙醇至15 mmol/L。通过轻轻移液收集细胞培养物，并通过400目尼龙滤网过滤。在使用MoFlo XDP流式细胞仪（Beckman）进行分析之前，样品在冰浴中用100 μg/mL PI和100 μg/mL RNase同时染色10 min。

使用MoFlo XDP高速流式细胞仪（美国贝克曼-库尔特股份有限公司）和70 μm陶瓷喷嘴，在60 psi鞘压下测量核荧光。用固态激光器（488 nm）进行PI荧光，并用625-/26-nm HQ带通滤波器进行检测。FL3 Height＼SSC Height gate方法用于清除碎片、细胞碎片和死细胞。通过使用FL3 Height/FL3 Area来区分单细胞和双细胞。

2 结果与分析

2.1 变异株形态观测

从表1和图1～4可见，4个变异株形态各异，与天目地黄原株差异明显。T-1除主茎长度明显短缩至2.5 cm，仅为原株的8.8%，其余指标均与原株相差不大。与原株相比，T-2的叶长明显变短，叶宽增加，花冠筒长变短，其余指标与原株无明显差异。除上述指标外，T-2的另一明显变异特征为柱头外露于花冠。T-3的主茎长显著短于原株，与T-1相近，叶长显著长于原株，叶宽也显著增加，叶长/叶宽显著变小，与T-2相近，花冠筒长显著变短。T-4的指标均与原株有显著差异，主茎已短缩至无，叶长增加20.9 cm，叶长/叶宽增加近1.4倍，花径、花冠筒长、萼片长、萼片宽显著增加。

2.2 变异株倍性

从表2、图5可见，原株、T-1、T-2、T-3的DNA含量峰值在49.36～56.98，其中天目地黄原株为56.98，T-1、T-3相近，分别为51.58、51.31，T-2最低，仅49.36。T-4的峰值增加为95.30，变异系数在2.64%～4.53%，均低于5%。查阅文献可知，天目地黄原株为2倍体，由此可以鉴定T-1、T-2、T-3为2倍体，T-4为4倍体。

3 讨论与结论

目前对地黄属的研究多集中于地黄的药用价值方面，对于其他种的研究较少^［6］。天目地黄原产我国浙江，生境凉爽湿润，同时花色艳丽，植株低矮，为优良的林下地被材料。该种质资源较少，李根有等^［7］在浙江临安发现了2个天目地黄新变型，与原变型的区别是花冠为白色，一种喉部为淡黄色，另一种喉部具紫色斑点，关于天目地黄育种及新品种方面的报道较少。为丰富天目地黄资源，该试验筛选了4个变异单株，与原株形态差异显著，在原株的生长应用过程中，随着主茎的增加，会出现弯曲倒伏现象，而T-1 、T-3主茎明显短缩，不足3.0 cm，T-4主茎近无，避免了弯曲倒伏情况发生，更利于应用及观赏。

除了株高外，柱头外露也是植物所具有的明显形态特征，作为提高作物异交结实率的重要性状，在杂种优势利用中得到了广泛应用^［8］。天目地黄为自交不亲和植物，原株的柱头长度低于花冠筒长度，不易接触到外界花粉，自然条件下，使得天目地黄很难收到种子。T-2虽主茎高度与原株相近，但柱头外露现象明显，从花苞形成至花瓣脱落，柱头都外露于花冠，大大增加了接收外界花粉的机会，可明显提高异花授粉结实率，更利于资源的扩繁及保存。关于柱头外露现象，在番茄、水稻、小麦的育种方面有许多的研究及报道^［9-12］，而在天目地黄以及地黄属的研究领域鲜见报道，因此在今后的试验过程中还需进一步研究。

植物的DNA含量和倍性水平是植物学研究中的基础指标，植物染色体组加倍后，植物的形态和生理也会发生变化^［13］，使植株的生长速度提高，遗传品质得以改善，代谢物含量增加^［14］。从前人报道可知，天目地黄为2倍体。该试验中，T-1、T-2、T-3虽然植株形态与原株有明显区别，但试验结果表明，3者均为2倍体，与原株一致。T-4的叶长、叶宽显著增加，花径及花冠筒长也明显增大，结果显示其为4倍体，可作为优良的倍性育种材料应用。