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紫锥菊(Echinacea purpurea L.)是北美原产的一种菊科松果菊属多年生宿根草本植物,具有重要的药用和观赏价值。目前,紫锥菊仍以传统方式进行商业化种植生产,不仅产量低,质量的稳定性也难以得到保证。为了解决这些问题,提高紫锥菊产业的经济效益和作为药材的有效性,本研究在如下方面开展了实验并取得了较好的结果。1,紫锥菊Giemsa C-分带染色技术的确立。紫锥菊的11对染色体在通常的根尖细胞压片上难以依据形态进行区分,这种染色体极端相似的情况成了开展紫锥菊非整倍体育种以及利用非整倍体开展细胞遗传学研究的一大障碍。本研究以二倍体紫锥菊种子实生苗为出发材料,通过各实验步骤的优化,建立起了紫锥菊Giemsa C-分带染色技术。应用本技术可在紫锥菊原有染色体分类的基础上,进一步将紫锥菊的染色体分为着丝点带、端带和中间带3种类型的染色体。其中着丝点带和端带较为普遍,绝大部分染色体的长短臂上均有分布;中间带主要分布在染色体的长臂上。根据紫锥菊的核型和Giemsa C-分带条带的分布特点,确定了紫锥菊染色体相互区别的个体特征,可据此区分出每一条染色体。本技术的确立,为后续紫锥菊非整倍体中特定染色体的鉴定提供了可能性。2,非整倍体的筛选以及核型的确定。采用常规染色体计数方法对二倍体和四倍体杂交种子进行倍性鉴定,筛选出染色体数目少于或多于三倍体(2n=33)的31、32、34条染色体的非整倍个体,并从中随机选取5个株系进行Giemsa-C分带染色和核型分析,确定了这5个株系的核型:D12-1(2n=32)株系2n=11m+9sm+12st、T2-2(2n=32)株系2n=10m+7sm+15st、D12-14(2n=31)株系2n=11m+7sm+13st、D12-13(2n=31)株系2n=9m+9sm+13st和D12-8(2n=34)株系2n=12m+11sm+11st。通过核型结合C-条带分布特点分析认为,这5个株系在染色体结构上也存在着异常情况。3,不同倍性细胞减数分裂过程中染色体行为的观察。通过对二倍体、三倍体以及3个不同染色体数目构成的近三倍非整倍体的减数分裂过程的观察比较,发现三倍体和非整倍体的染色体在减数分裂中存在较高比例的行为异常现象。常见的异常包括染色体落后和断片、染色体桥以及多分体和微核等。花粉活力检测结果表明,三倍体D12-12株系的花粉活力较高,可达64%的可染率;三个非整倍体相对较低,均不到30%;意外的是,本实验中的二倍体株系的花粉活力极度低下,仅为9%,这可能是二倍体群体中存在较多低育性基因型的反映。此外,具有偏高花粉育性的三倍体D12-12将可作为花药培养的理想供体株系。4,三倍体和近三倍非整倍体的花药培养。三倍体和近三倍非整倍体都可能通过减数分裂形成非整倍体小孢子,离体培养花药中的这些小孢子将有可能获得非整倍体植株。本部分以三倍体D12-12株系的花药培养为主,通过实验确定了愈伤组织诱导的最佳培养基配方1/2MS+0.5mg/L BA+0.5mg/L TDZ+0.2mg/L NAA+0.3mg/L Ag NO3+100mg/L肌醇+50g/L蔗糖+4.5g/L琼脂,以及愈伤组织再生植株的最佳培养基配方MS+0.5mg/L BA+0.5mg/L ZT+0.05mg/L NAA+100mg/L肌醇+30g/L蔗糖+4.5g/L琼脂。取再生植株根尖进行压片和染色体Giemsa C-带核型分析,确定再生非整倍体D12-12a(2n=34)株系的核型为34=2n=12m+10sm+12st。据此核型分析,该株系或由n=17=6m+5sm+6st的小孢子在离体培养过程中自发加倍而来,或由减数分裂过程中出现的核融合和纺锤丝形成异常而导致染色体不能正常分裂等现象形成的小孢子发育而来。另一再生非整倍体D12-8a(2n=35)株系的核型为35=2n=12m+10sm+13st,据此推测该株系可能是由减数分裂过程中发生核融合的小孢子发育而来。5,各倍性株系大田性状表型的观察和测定。对二倍体、三倍体、四倍体和部分非整倍体进行大田种植,发现近六倍非整倍体不仅物候期普遍延迟,植株矮小,大田栽培环境的适应能力衰弱,部分株系难以存活;营养生长期和花期的长短存在显著差异,和核型有较为密切的相关性;非整倍体D12-1和D12-8株系的舌状花颜色鲜艳,花瓣较大,株型矮壮,花期较长,具有较高的观赏价值。组织细胞学观察发现单位叶面积气孔数随着倍性的增高而减少,气孔大小和保卫细胞内叶绿体数量随倍性的升高而增加;紫锥菊叶片、栅栏组织以及海绵组织的厚度都随倍性的升高而增大;各倍性叶片细胞色素的含量随倍性的升高而增加,提示基因型和核型均对细胞色素含量产生影响。6,各倍性株系药用成分含量的测定和评价。测定了5种主要药用成分含量,发现菊苣酸在各倍性植株中含量均最高,绿原酸、1,3-二咖啡酰奎宁酸、松果菊苷以及咖啡酸的含量依次降低,其中松果菊苷和咖啡酸的含量极少,部分株系未能检测到存在;株系核型倍性、基因型、栽种时间长短、采收期、测定器官部位等因素均对该5种药用成分的含量产生影响;以全株药用成分含量的高低为主要指标,确定了两个最有栽培推广价值的株系D12-12和T2-1。