（作物栽培学与耕作学专业论文）甘蔗斑茅杂交后代染色体遗传分析及品质抗性鉴定.pdf

福建农林大学硕士学位论文 摘要 斑茅是甘蔗的近缘属植物之一，具有许多优异的性状，如抗旱、抗病、适应性广等 多种优点，是甘蔗育种中具有较大潜在利用价值的重要资源。我国有丰富的斑茅资源， 为了更好的利用斑茅资源，本文通过对斑茅和甘蔗杂交后代f 。、b c 。和b c ：进行了杂种真实 性的i t s 检验，并通过细胞遗传学对斑茅的b c 。和b c 。染色体遗传特性进行了初步分析，并 对斑茅和甘蔗的杂种进行了耐早性、抗黑穗病性和品质性状进行鉴定。主要结果以下： ( 1 ) 崖城0 卜6 9 、崖城0 1 - 1 3 4 、崖城0 1 - 11 6 、崖城0 1 - 3 6 、崖城0 3 - 0 6 及崖城0 5 - 1 7 9 在2 条引物都出现了斑茅特异条带，这些供试材料都是甘蔗斑茅的真实杂种。崖城0 1 - 2 1 在e f l 和e r l 中扩增出了特异条带，但在e f 2 和e r 2 中未扩增出条带，因此尚难断定崖 城0 1 2 1 是否为斑茅的真实杂种。结合染色体分析认为该材料也是斑茅真实杂种后代。 ( 2 ) 核型分析研究表明：崖城0 1 - 6 9 核型公式为2 n = 9 4 = 9 4 m ，染色体属1 b 型；崖 城0 1 - 1 3 4 核型公式为2 n = 1 1 4 - - 1 1 4 m ，染色体属1 b 型；崖城0 1 - 1 1 6 核型公式为2 n = 9 2 = 9 0 m + 2 s m ，染色体属l b 型：崖城0 1 - 2 1 核型公式为2 n = 1 0 4 = 1 0 0 m + 4 s m ( 4 s a t ) ，染色体属2 c 型；崖城0 卜3 6 为2 n - - - - 1 3 2 ，染色体属2 b 型，核型公式为2 n = 1 3 2 = 1 3 0 m + 2 s m ；崖城0 3 - 0 6 核型公式为2 n - - - - 1 0 8 = 1 0 6 m + 2 s m ，染色体属2 b 型；崖城0 5 - 1 7 9 为核型公式为2 n - - - - 1 1 0 = l l o m ，染色体属1 b 型。内江5 7 4 1 6 核型公式为2 n - - 1 l o = 9 8 m + 1 2 s m ，染色体属2 b 型。甘 蔗斑茅杂交后代的b c 。和b c 。中，崖城0 1 - 3 6 染色体以2 n + n 的配对方式进行遗传，其余的以 n + n 的配对方式进行遗传，并且杂种染色体配对出现了不平衡的现象。 ( 3 ) 各材料光合作用参数对水分胁迫的响应分为三个阶段。只是不同基因型的反 应时间不同。在干旱胁迫下，植物气孔关闭，使c 0 ：摄取量减小，光合作用迅速下降。斑 茅杂种后代崖城9 6 - 4 0 在同等断水情况下，其光合能力、蒸腾速率、气孔导度都比其亲 本及其它材料高，且p n 、t r 、g s 、c i 四个指标的变化趋势相同，表明p n 的下降还主要是 以气孔因素为主。因此可认为崖城9 6 - 4 0 的抗旱能力较强。严重水分胁迫下，供试材料 中拔地拉及崖城0 卜0 3 的m d a 含量、质膜透性增加幅度较大，而海南9 2 - 1 0 5 、海南9 2 - 7 7 及斑茅f l 崖城9 6 6 6 的m d a 含量、质膜透性增幅较小，崖城0 卜2 1 与崖城9 6 - 4 0 增幅低于 c p 8 4 11 9 8 或相当，说明斑茅及其后代具较强的耐旱性，但并不是所有斑茅后代都能遗 传到斑茅的优良抗旱性状。抗旱性较强的品种能维持较高的净光合速率。 ( 4 ) 崖城9 6 6 6 、崖城o 卜3 6 、崖城9 6 4 0 和崖城0 1 - 2 1 都高抗甘蔗黑穗病。斑茅能 较好地把抗黑穗病性状遗传给后代，因此，它将成为甘蔗抗黑穗病性育种的一个重要抗 福建农林大学硕士学位论文 源。斑茅及其f t 的蔗糖分含量很低，但经过回交改良后能显著提高，其遗传方式近似中 亲遗传，这可能与染色体遗传方式相关。 关键词：斑茅；核型分析；染色体遗传；耐旱性；抗黑穗病性；品质性状 福建农林大学硕士学位论文 g e n e t l c sa n a 上y s l s0 5c l t r o m o s o m ea n d1 d e n t l t l c a t l o no tq u a l l t y 一 1， ，1 a n dr e s i s t a n c ef o rt h eh y b r i da n db a c k c r o s sp r o g e n i e so f s a c c h a r t u n0 f f i c i n a r u ma n de r i a n t h u sa r u n d i n a c e u s a b s t r a c t e r i a n t h u s 口，“以砌口c p z 岱，w i t hm a n yo u t s t a n d i n gt r a i t ss u c ha sd r o u g h tt o l e r a n c e ，d i s e a s e r e s i s t a n c ea n ds u p e r i o r i t ya d a p t a b i l i t y , i sar e l a t e dg e n e r ap l a n to fs a c c h a r u ml i ti sa l s oa p r o m i s i n gg e r m p l a s mf o rs u g a r c a n eb r e e d i n g t h e r e i sa b u n d a n tg e r m p l a s mo fe a r u n d i n a c e u si nc h i n a i no r d e rt om a k eb e t t e ru t i l i z a t i o nt h eg e r m p l a s m ，w ec a r r i e do u tt h e e x p e r i m e n t so ft h ec a l c u l a t i o no fc h r o m o s o m en u m b e r , k a r y o t y p ea n a l y s i sa n di t sm a r k e rf o r h y b r i d ，i d e n t i f i c a t i o no fd r o u g h tt o l e r a n c ea n dd i s e a s er e s i s t a n c ea n ds u c r o s ec o n t e n ta n a l y s i s o nt h eb e ：a n db c 2o f s o f f i c i n a r u ml a n dea r u n d i n a c e u s t h er e s u l t so fi t sm a r k e rs h o w e dt h a tt h eb a n d s w i t hs i z e so f2 5 0 5 0 0 b pb yt w op r i m e r c o m b i n a t i o n so fe f i e r la n de f 2 e r 2 ，s p e c i f i ct oea r u n d i n a c e u sw a so b s e r v e di ns i x g e n o t y p e so f y c 0 1 6 9 ，y c 0 1 1 3 4 ，y c 0 1 11 6 ，y c 0 1 3 6 ，y c 0 3 0 6a n dy c 0 5 1 7 9 i ts u g g e s t s t h a ta l lo ft h e mw e r eg e n u i n ep r o g e n i e so fe a r u n d i n a c e u sa n ds o 够c i n a r u m s o m e d i f f e r e n c e sw e r eo b s e r v e di ny c o1 - 21w h e na m p l i f i e db yp r i m e rc o m b i n a t i o n so fe f 1 e r i a n de f 2 e r 2 f o re f ：e r l ，t h es p e c i f i cb a n dw a so b s e r v e db u tn o tf o re f 2 e r 2 y c0 1 21 w a sa tl a s ti d e n t i f i e da st h ep r o g e n yo fe a r u n d i n a c e u sb yk a r y o t y p e sa n a l y s i s t h er e s u l t so fc h r o m o s o m en u m b e rc a l c u l a t i o na n dk a r y o t y p ea n a l y s i ss h o wt h a tt h e s o m a t i cc h r o m o s o m e sn u m b e ro f n e i j i a n 9 5 7 - 4 1 6i s2 n - - 1 1 0 = 9 8 m + 1 2 s ma n db e l o n g st o2 b t y p e ，y a 0 1 6 9i s2 n = 9 4 - - - 9 4 ma n db e l o n g st o1 bt y p e ，y a 0 1 1 3 4i s2 n = 1 1 4 = 1 1 4 ma n d b e l o n g st o 1 bt y p e ，y a 0 1 1 1 6i s2 n - 9 2 - 9 0 m + 2 s ma n db e l o n g st o1 bt y p e ，y a 0 1 2 1i s 2 n = 1 0 4 = 1 0 0 m + 4 s m ( 4 s a t ) a n db e l o n g st o2 ct y p e ，y a 0 1 - 3 6i s2 n - - 1 3 2 = 1 3 0 m + 2 s ma n d b e l o n g st o1 bt y p ty a 0 3 0 6i s2 n = 1 0 8 = 1 0 6 m + 2 s ma n db e l o n g st o2 bt y p e ，y a 0 5 1 7 9i s2 n = 1 1 0 = 1 1 0 ma n db e l o n g st o1 bt y p e t h ep r o g e n i e sb c ia n db c 2o f e a r u n d i n a c e u ma n d & o 够c i n a r u ma l w a y sf o l l o wt h ec h r o m o s o m eg e n e t i cl a wo f n + n , o n l yo n eo f t h ep r o g e n i e so f e a r u n d i n a c e u ma n d & o f f i c i n a r u mn a m e dy c 0 1 - 3 6f o l l o w s2 n + na n dt h ep h e n o m e n ao f n o t b a l a n c e c h r o m o s o m ep a i r i n gb e i n go b s e r v e d t h er e s p o n s e so fp h o t o s y n t h e t i cp a r a m e t e r st od r o u g h ts t r e s sa r ed i v i d e di n t ot h r e ep h a s e s i h 福建农林大学硕士学位论文 a n dd i f f e r e n c ei nr e a c t i o nt k n ef o rd i f f e r e n c eg e n o t y p e s t h er e a c t i o n si n c l u d es t o m ac l o s eu p ， l e s sc 0 2t a k i n ga n dp h o t o s y n t h e s i sa b i l i t yd e c r e a s eu n d e rd r o u g h ts t r e s s i nt h es a m ec o n d i t i o n , p h o t o s y n t h e s i sp a r a m e t e r s0 fp n ，t r , g sa n dc if o ro n e o ft h ep r o g e n i e so fe a r u n d i n a c e u m y c 9 6 - 4 0a r eh i 曲e s ti na l lt e s t e dg e n o t y p e si n c l u d i n gi t sp a r e n t sa n dt h eo t h e rp r o g e n i e s a n d t h ec h a n g eo ft h e s ef o u rp a r a m e t e r sa p p e a r e dt h es i m i l a rt r e n d s i ti n d i c a t e st h ed e c r e a s eo fp n i sm a i n l yd u et ot h ec l o s eu po fs t o m a i ts u g g e s t sy c 9 6 4 0w i t hs t r o n gd r o u g h tt o l e r a n c e u n d e rt h es e r i o u sd r o u g h ts t r e s s ，b a d i l aa n dy c o1 0 3i n c r e a s e dg r e a t l yi nt h ec o n t e n to f m d aa n dp l a s m am e m b r a n ep e r m e a b i l i t y ( p m p ) c o m p a r e dt ot h eo t h e rg e n o t y p e s t h e s m a l l e ri n c r e m e n ti nt h ec o n t e n t so fm d aa n dp m pw e r eo b s e r v e di nh n l 0 5 ，h n 9 2 - 7 7a n d y c 9 6 6 6 ，o n eo ff 1m a t e r i a lo fe a r u n d i n a c e u m t h ei n c r e m e n t so fm d a a n dp m pi n y c 01 21a n dy c 9 6 - 4 0w e r el e s st h a no re q u a lt oc p 8 4 - 119 8 i ts u g g e s t se a r u n d i n a c e u m a n di t sp r o g e n i e sh a v eas t r o n gd r o u g h tt o l e r a n c e ，b u tn o ta l lh y b r i dp r o g e n i e sw i l li n h e r i tt h i s c h a r a c t e r y c 9 6 6 6 ，y c 0 1 - - 3 6 ，y c 9 6 - 4 0a n dy c 0 1 - 2 1a r eh i g h l yr e s i s t a n tt os u g a r c a n es m u t c a u s e d b yu s t i l a g os c i t a m i n e as y d t h i ss u g g e s t st h a ts m u tr e s i s t a n c ef o re a r u n d i n a c e u mc a l l t r a n s m i t t e dt oi t sp r o g e n i e s t h u s ，e a r u n d i n a c e u mw i l lb ea ni m p o r t a n tr e s i s t a n c es o u r c ei n s u g a r c a n eb r e e d i n g l o ws u c r o s ec o n t e n ti so b s e r v e di ne a r u n d i n a c e u ma n d i t sf ih y b r i d s ， b u ti tc a l lb es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e db yb a c k c r o s sm o d i f i c a t i o n t h eh e r e d i t yo fs u c r o s e c o n t e n tc h a r a c t e ra p p e a r st ob en e a rm i d p a r e n th e r e d i t y i tm a yb er e l a t e dt ot h em o d eo f c h r o m o s o m eh e r e d i t y k e yw o r d s ：e r i a n t h u sa r u n d i n a c e u m ；k a r y o t y p ea n a l y s i s ；c h r o m o s o m eh e r e d i t y ；d r o u g h t t o l e r a n c e ；s m u tr e s i s t a n c e ；q u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c s i v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完成的研 究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作了答谢的地方 外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做出贡献的同志， 都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯他人知识产权的行为，由本人 承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：畸峰籁 日期： 矽舌“仞 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学校有权 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。酉 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：呻卞脚球 日期：吕厶，矽 指导教师亲笔签名： 解 日期：2 以参加 福建农林大学硕士学位论文 j 。 1 日n 吾 甘蔗是一种重要的糖料作物，原产于热带，但是，经过多年品种的改良，甘蔗的种 植区已从热带地区扩大到亚热带、甚至温带地区。世界蔗糖产量占食糖总产量的6 5 ， 蔗糖占我国食糖总产的9 0 左右，是我国优势农产品。甘蔗是一种高光效作物，不仅 是食糖工业的重要原料，而且是能源、纤维、糖基化工和饲料的原料，尤其是作为可再 生能源作物利用，甘蔗有很大的潜力，是第一代以淀粉质和糖质为原料生产燃料乙醇最 有竞争力的作物。这些均给甘蔗产业的发展提供了良好的机遇，同时给甘蔗育种研究者 也带来了严峻的挑战。 1 1 甘蔗种质资源及特性概述 甘蔗的起源有三说，一是起源于印度，二是起源于南太平洋新几内亚，三是起源于 中国，至今尚无统一的结论旺1 。甘蔗分类地位是l i n n a e u s 在1 7 5 3 年提出的，经过许多 分类学家不断完善，根据甘蔗的形态特征，花序结构，糖分及纤维含量，染色体分带和 毛群的不同，提出蔗属( s a c c h a r u ms p p ) 含6 个种：割手密( & s p o n t a n e u m l ) ，印 度种( sb a r e r ij e s w ) j 热带种( 金o f f i c i n a r u ml ) ，中国种( & s i n e n s er o x b ) 大茎野生种( s r o b u s t u mb r a n d e sa n dj e s w i e te xg r a s s l l ) 和肉质花穗野生种( s e d u l e h a s s k ) ，前5 个种在甘蔗育种中起着重要的作用，目前栽培甘蔗大多含有前5 个种的3 个以上的血缘口1 。 热带种原产于南太平洋、大洋州诸岛，我国南方也有分布。热带种不同无性系的糖 分差异很大，有的无性系糖分高，而有些则较低，其抗逆性表现差，分蘖力弱，适宜在 热带和亚热带地区种植。现代甘蔗品种的高糖基因主要来自于高贵热带种，其主要的天 然品种有黑车里本( b c h e r i b o n ) 、斑札马新黑潭( b h i t a m ) 、拉海那( l a h a i n a ) 等。其中 b l a c kc h e r i b o n 是甘蔗育种最成功的母本，目前世界蔗糖业的原料蔗，十之八九含有 b l a c kc h e r i b o n 血缘，在我国海南甘蔗育种场，对热带种的开发利用主要通过诱导 b a d i l a 开花，作为高贵化亲本与野生种杂交或回交。 中国种主要分布于中国的南方、印度北部、伊朗和马来西亚。中国种糖分较高，抗 逆性强，对萎缩病免疫，抗根腐病和花叶病，但容易感染赤腐病和赤纹病，大多数无性 系感黑穗病，其中最有代表性的是竹蔗、芦蔗和育巴( u b a ) 印度种主要分布在印度恒河流域地区，在亚热带和温带均有种植。印度种宿根性好、 早熟、耐寒、耐瘠、抗多种病害，但易感花叶病和黑穗病。印度种中春尼在甘蔗育种 上利用效果最为显著。 割手密生长于南纬8 0 一4 0 0 的热带和亚热带地区。割手密的适应性强，能在极恶劣的 l 福建农林大学硕士学位论文 环境条件下生长，耐早、耐盐，是现代甘蔗抗逆基因的重要来源。我国的割手密资源丰 富，云南国家甘蔗种质资源圃保育了2 4 7 份该种质，这为我国的甘蔗育种提供了大量材 料。 大茎野生种生长于南太平洋的新几内亚一带，具有抗风、抗虫、宿根性好等特点。 但含糖量低，且易感病。 1 2 甘蔗种质资源的开发利用成就与存在问题 通过选育优良的品种来提高甘蔗的产量是甘蔗高产的重要手段，据统计品种的贡 献率达6 0 。优良的甘蔗品种要求是高产、高糖、中大茎、直立不易倒伏、易剥叶，宿 根性好、抗各种病害的能力强，抗旱性强，适应各种土壤条件种植等1 。甘蔗生产上为 无性繁殖作物，变异小。 1 8 8 7 - 1 8 8 8 年，荷兰人s o t w e d e lf 在爪哇，及英国人h a r r i s i o nj 与b o y e l lj r 在巴巴多斯岛几乎同时发现了甘蔗的天然实生苗，开始甘蔗杂交育种的新纪元，有性杂 交育种成为改良甘蔗品种的主要方法，尤其以种间杂交更为重要，创造出许多优良品种。 “高贵化 是杂交育种中野生资源利用的重要方法，它是指利用野生蔗或其它属植物与 甘蔗“高贵种 杂交，以高贵种为回交亲本，借回交方法累积杂种体中高贵种的优良血 统，削弱野生蔗( 或其它种) 的不良血统，以达到结合不同种优良性状之目的。在1 9 2 1 年利用已育成的p 0 2 3 6 4 ( g l a g a h 回交f 2 ) 再回交e k 2 8 ( 即回交f 3 ) 通过这种方式用热 带种进行三次“高贵化”，经过选择育成了p o j 2 8 7 8 、p o j 2 7 2 5 、p o j 2 7 1 4 和p o j 2 8 8 3 。其 中p o j 2 8 7 8 不但抗当时当地危害非常严重的“香茅病”( 一种病毒性病害) ，且在蔗茎、 蔗糖产量方面表现非常优越，被誉为第一代“蔗王。1 9 2 9 年该品种种植面积达爪哇植 蔗总面积的9 5 ，几乎遍及爪哇蔗区。p o j 2 8 7 8 是甘蔗种间杂交最成功的范例，是甘蔗 育种突破传统种内杂交的开端。 根据v e nk a t r a m a n 的“三元杂种 理论育成的c 0 2 1 3 、c 0 2 8 1 、c 0 2 9 0 均为p o j 2 1 3 的后代，具有c h e r i b o n 、c h u n n e e 及印度细茎野生蔗的三“种 血缘，它们将三个种的 基因集合在一个品种上，具有抗病、耐瘠、高产、高糖等多种特性，是甘蔗改良上的又 一次突破，被誉为第二代蔗王的n c 0 3 1 0 就是三“种杂种。 m o n g e l s d o f 的“熔炉杂交技术 能加速测定父本和母本交配的亲和力，减少个别测 定。h 3 2 - 8 5 6 0 就是采用“熔炉杂交法育成的含有大茎野生种、印度种、割手密野生种 和热带种血统的四“种 杂种。 由于p o j 2 8 7 8 、c 0 2 8 1 和c 0 2 9 0 在较长一段时期都作为重要杂交亲本，世界上绝大 多数品种均有它们的血缘，并都可追溯到b c h e r i b o n 、g l a g a h s 、c h u n n e e 等3 个始祖1 。 2 福建农林久掌颐士掌位沱文 由于市场经济迫切需要优良甘蔗商业栽培种，不少育种家也急于求成，只利用少数亲本， 造成“种”的血缘狭窄，品种的近交系数大，品种间的遗传性逐渐趋于一致，以其为亲 本，期望在这个基础上产生新的变异的机率也趋于减小，而且距离野生种的代数越来越 远，从而导致育成品种生活力、适应性、抗逆性、宿根性普遍下降，致使近3 0 年来甘 蔗育种在产量、糖分和抗性等方面一直难有较大突破，已经造成育种群体遗传变异严重 不足。所以育种家继续不断寻找新的种质资源，通过“新高贵化育种”以创造新变异， 育成更多的品种。 我国台湾1 9 4 6 年发现发现大茎野生种f ：的p t 4 3 5 2 具有特强的抗风性能后，利用 p t 4 3 - 5 2 同n c 0 3 1 0 杂交，育成了f 1 4 6 、f 1 5 2 、f 1 6 0 等良种，使品种的异质性大大增强， 打破了p o j 血缘的局限性，扭转了台湾省过去长期依赖爪哇蔗的局面，开辟了一条适合 台湾自然环境的独立育种途径。而后又采用f 系列品种间杂交，育成r o c l 至r o c 2 7 ，其 中r o c i 、r o c 5 、r o c i o 、r o c l 6 、r o c 2 0 曾在台湾和我国大面积种植，并且也是我国各育 种单位常用的亲本。而现今在我国大陆推广面积最大的r 0 c 1 6 和r o c 2 2 都是大茎野生种 的f 。 1 9 5 3 年我国大陆在海南建立甘蔗育种场，在海南割手密杂交利用的基础上，1 9 7 4 年 以b a d i l a 与大茎野生种杂交获得成功，选育出崖城7 5 - 2 8 0 、7 5 - 2 8 1 等品系口3 。1 9 9 6 年广 西甘蔗研究所采集甘蔗属种及其近缘植物花粉经低温贮藏后，与人工控制开花的甘蔗进 行甘蔗近缘属间、种间的远缘杂交，获得杂交组合8 2 个，培育实生苗1 4 7 9 株。入选和保 育了8 6 个f 。代无性系。成功地获得了甘蔗与割手密、斑茅( ea r u n d i n a c e u s ( r e t z ) j e s w i e t ) 、河八王( n a r e n g ap o r p h y r o c o m a ( h a n c e ) b o r ) 、芒属( m i s c a n t h u ss i n e n s i s ) 、 滇蔗茅( er o c k i ik e n g ) 的杂种后代，创造一批新的遗传种质，但这些杂种f 。代后代开 花而无花粉( 或发育不健全) 叫。因此，这些后代在育种上的进一步利用也受到限制。 1 3 斑茅在甘蔗育种上的应用前景和现状 斑茅为甘蔗的近缘属植物，因其具有许多的优异性状，如抗旱、抗病、抗虫、耐瘠、 耐涝、分蘖力强、生势旺盛，宿根性好和适应性广等特性，常在割手密难以生长的瘠瘦 山坡地发现斑茅的群落叭删，这些优异特性对甘蔗种质的创新与优良品种的育成很有意 义m “铂。斑茅的分类地位曾存在分歧，国内的彭绍光等把它归人甘蔗属，国外育种家们 一般把它归入蔗茅属，有人甚至提出另立斑茅属n 引，目前作为蔗茅属得到了更多人的认 同。正因斑茅的优异特性及其分类上的特殊性，世界各国育种者对甘蔗的近缘属植物斑 茅的开发利用产生极大兴趣，开展甘蔗与斑茅的远缘杂交，期望把斑茅种质资源中的这 些优异特性导入甘蔗中，国外最早在1 8 8 5 年就尝试了斑茅与甘蔗的杂交，但未能成功。 3 襁建农林丈学硕上学位论文 近十几年来，世界各国的甘蔗育种者通过国际合作在甘蔗斑茅杂交利用上取得了初步进 展。海南甘蔗育种场于1 9 5 6 年起进行斑茅与甘蔗杂交的研究。1 9 5 7 年、1 9 7 2 年海南分 别以c p 3 4 - 1 2 0 、b a d i l a 和粤糖5 7 - 4 2 3 与斑茅杂交，分别选育得崖城5 7 - 2 5 、崖城7 3 5 1 2 和崖城7 3 - 5 5 ，并作为亲本选育出一批高代材料或品种n 引。但是同工酶分析、染色体分 析及a f l p 特异条带的s o u t h e r n 杂交分析的结果均表明，崖城5 7 - 2 5 ( 2 n - - 1 1 7 - 1 2 0 ) 、 崖城7 3 - 5 1 2 并不是斑茅的后代n 5 1 射，因此，崖城5 7 - 2 5 及崖城7 3 - 5 1 2 的后代也就不可 能是斑茅后代。1 9 7 2 - 1 9 7 5 年间，海南甘蔗育种场以栽培品种和b a d i l a 、b l a c kc h e r i b o n 为母本与斑茅杂交，共入选1 4 个后代，其中，崖城7 3 - 0 7 、崖城7 3 - 0 9 、崖城7 5 - 2 8 3 、 崖城7 5 - 2 8 4 和崖城7 5 - 4 3 6 等5 个品系经同工酶或体细胞染色体数鉴定确认为真杂种。 因此海南甘蔗育种场首次育成斑茅f 。真杂种是1 9 7 3 年育成的崖城7 3 - 0 7 n 钔。长期以来， 斑茅利用只停留在育成杂种一代的水平上，一直未能获得斑茅第2 代杂种。主要原因是 斑茅与甘蔗杂交产生的第1 代杂种( f ，) 不育。海南甘蔗育种场在总结过去斑茅杂交利用 经验的基础上，对技术路线作了一些改变，把重点放在现有鉴定为斑茅f 。真杂种的材料 的回交利用上，利用甘蔗斑茅杂种品系做母本与栽培型品种配制杂交组合，选育一批斑 茅第二代杂种及第三代无性系。这些无性系在茎径、锤度等农艺性状上有很大进展，且 在花粉育性方面有所恢复，但至今尚未选到经鉴定为斑茅真实杂种的可供生产或育种应 用的品种或亲本材料。 1 4 核型研究的进展 染色体是遗传信息的携带者，最早是由h o f m e i s t e r 于1 8 4 8 年从紫鸭跖草的小孢子母 细胞中发现的，但是，直至u 1 8 8 8 年才由w a l d e y e r 定名为染色体汹1 。一个物种的染色体具 有特定的形态结构和一定的数目，具有自我复制能力，能出现连续而有规律的变化，作 为一种比较性的资料在分类学中也起着特殊的作用，由于植物属间、种间、甚至种内， 染色体常有不同程度的分化，这为探讨属间和种间的进化关系以及种内的变异提供重要 的依据口。 核型( k a r y o t y p e ) 一词首先由前苏联学者t a 列维茨基等在2 0 世纪2 0 年代提出，又 叫做染色体组型，通常指体细胞染色体所有可测定的表性特征的总称。核型分析是指对 细胞染色体的数目、形态、长度、带型和着丝粒位置等内容的分析研究。不仅有助于了 解生物的遗传组成、遗传变异规律和发育机制，而且对预测鉴定种间杂交和多倍体育种 的结果、了解性别遗传机理以及基因组数、物种起源、进化和种族关系的鉴定都具有重 要的参考价值1 。核型分析的发展有3 项技术起了很重要的促进作用。一是1 9 5 2 年细胞 学家徐道觉发现的低渗处理技术，使中期细胞的染色体分散良好，便于观察；二是t j i o 4 福建农林大学硕士学位论文 发现秋水仙素预处理便于富集中期细胞分裂相；三是植物血球凝集素( p h a ) ，可使淋巴 细胞转化为淋巴母细胞，并呈分裂状态，使以血培养方法观察动物及人的染色体成为可 能3 。核型的分类最早是由l e v i t z k y 于1 9 3 1 提出了核型对称与不对称的概念。此后， s t e b b i n s 对此加以丰富和发展，根据核型中最长与最短染色体的比值和臂比值两项特 征，将核型分为1 2 种类型，以此来区分核型对称与不对称的程度。 传统的染色体鉴别方法是基于染色体的形态和结构特征，随着染色体数目的增多， 仅仅依靠形态学特征将他们一一区分开几乎是不可能的。1 9 7 0 年，显带技术的问世标志 着细胞遗传学进入了显带时期乜们。显带是指通过分布在染色体特定部位的不同类型的染 色质来鉴别一组染色体内的个别染色体。特别是7 0 年代中期以后，细胞同步化和显带技 术的改进使得人们已能得到更长和带纹更加丰富的染色体，这种染色体被称为高分辨显 带染色体。常用的显带核型有q 带、c 带、g 带等汹1 。1 9 9 6 年，s c h r o c k 等汹3 首次描述了s i ( y ( 光谱核型分析) 技术，它是将f o u r i e r 分光镜、c c d 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。它可 以检n n l 5 m b 的碱基转位，但是这种技术所观察到的染色体每一条都是一种颜色。所 以，它必须和g 显带技术相结合才能确定具体的区带位置，而且设备和试剂都很昂贵， 这也限制了它的应用范围。 1 5 甘蔗及其近缘属植物染色体遗传研究 基本种的染色体组称为基本染色体组，常用符号x 来表示，它所包含的染色体数称 为染色体基数。关于甘蔗染色体基数，有不同的观点，至今尚未达成共识。b u r n e r 曾指 出，甘蔗属各个种有三个基本染色体组，畏p x = 6 ，x - - 8 和x = 1 0 ，也有人提出甘蔗属的 染色体基数为x = 5 及x = 1 2 的。但甘蔗属的染色体基数究竟是多少，尚需进一步研究。 综合有关染色体组型分析表明，在甘蔗属中，中国种2 n = 1 1 6 - - - 1 2 3 、热带种2 n = 8 0 、大茎 野生种2 n = 8 0 或6 0 、割手密野生种2 n = 4 0 - - - 1 2 8 、印度种2 n = 8 1 - - - 1 2 4 ，甘蔗近缘属植物中， 白茅( i m p e r a t ac y l i n d r i c a ) 2 n = 2 0 、蔗茅( e r i a n t h u s m l c h x s e c t r i p i d l u i b h e n r a r d ) 2 n = 4 0 、6 0 或8 0 、芒s i n e n s i s ) 2 n = 3 8 、河八王2 n = 3 0 嘲- 3 u 。斑茅的染色体数2 n = 4 0 和 6 0 翊。也有报道2 n = 2 0 嘲。 甘蔗育种的选择效率受染色体传递方式不同的影响m 1 ，因此有必要研究甘蔗染色体 遗传规律。在甘蔗有性杂交育种过程中，亲子代染色体传递往往不符合经典的细胞遗传 学，减数分裂很不规则，例如染色体提早进入中期，推迟进入后期，在末期和四分体即 形成核仁，小孢子染色体数无规则，形成非整倍体后代。1 9 2 2 年，b r e m e r 提出，甘蔗种 间杂交染色体传递呈2 n 十n 的方式，并用以解释高贵化进程畸3 。甘蔗野生种染色体数 5 福建农林大学硕士学位论文 ( 2 n = 6 4 - - 一9 2 ) 普遍少于杂交培育的栽培种，栽培种染色体数目一般在9 0 1 2 0 之间。栽培 品种正是由于杂交种中热带种高贵基因组增加，因而增加了高糖、高产等有利基因，同 时又综合了野生种的抗病、抗逆等有利基因，使其成为优良的栽培品种。随着研究的深 入，陆续报道了n + n 、n + 2 n 、2 n + 2 n 等多种类型。并且n 常常不是一倍体的原来数目，常 有增减，即存在“不平衡杂种”。刘文荣等采用核型分析方法，研究了一个完整系谱的 甘蔗与斑茅属间远缘杂交f 。、b c 。亲代与子代的染色体间的遗传关系，分析表明海南斑茅 9 2 1 0 5 ( 2 n = 6 0 ) ，属原始的l a 型染色体，拔地拉( 2 n = 8 0 ) 属2 b 型、其f 。崖城9 6 - 6 6 ( 2 n = 7 0 ) 也属2 b 型，并按n + n 方式传递。而且，其f 。( 崖城9 6 6 6 ，2 n = 7 0 ) 与甘蔗( c p 8 4 - 1 1 9 8 ，2 n = 1 2 0 ) 回交后代b c ，( 崖城0 1 - 3 ，2 n = 1 0 5 ) 也是按n + n 方式传递。 1 6 甘蔗与斑茅杂交后代真实性鉴定研究 甘蔗杂交育种中，可能存在母本自交的情况。因此，从杂交后代中甄别出真正的属 间或种间杂种并剔除母本的自交后代( 自交的f 。代) ，是提高甘蔗杂交育种效率的重要措 施。甘蔗杂种真实性鉴定经历了由生物学的形态标记( m o r p h o l o g i c a lm a r k e r s ) 鉴定、 细胞学标记( c y t o l o g i c a lm a r k e r s ) 鉴定、生化标记( b i o c h e m i c a lm a r k e r s ) 鉴定，到目 前比较先进的分子标记( m o l e c u l a rm a r k e r s ) 鉴定啪1 。形态学标记鉴定主要是靠田间观 察，这不仅费时，而且标记数量少，可鉴别标记基因有限，多态性差，易受外部环境条 件、生育期等因素的影响，甘蔗形态性状复杂多样，仅根据形态来标记，真假杂种难以 区分，只有经验丰富的育种人员才有可能在田间较准确地辨认出真假杂种。所以单纯依 靠形态学方法进行杂种研究还远远不够。随着细胞遗传学的诞生以及显微技术的改进。 细胞学得到不断的发展。细胞学标记克服了形态标记易受环境影响的缺点，该技术是借 助染色体数量、染色体核型( 染色体数目、大小、随体和着丝点位置等) 分析和带型( c 带、 n 带、g 带等) 技术口7 1 来辨别后代。邓祖湖对斑茅、b a d i l a 及甘蔗与斑茅杂交后代进行染 色体计数与核型分析，认为甘蔗斑茅杂交后代染色体以n + n 的方式进行遗传侧。同工酶 ( i s o z y m e ) 分析是生化标记的一个重要方法，在亲子关系真实性鉴定中具有简便、清晰、 可靠、酶带易于分析判断等优点。w a l d r o n 和g l a s z i o u 应用酯酶、酸性磷酸酯酶和亮氨 酸非氨肽酶同工酶进行甘蔗品种鉴定汹1 ，r u i z 和m a r i b o n a 提出以过氧化物酶同工酶作为 品种鉴定的方法，并指出过氧化物酶具有多态性丰富和稳定性汹1 。国内，福建农林大学 甘蔗综合研究所郑德森等是我国最早以甘蔗为材料研究同工酶的学者，并做了大量工作 m 1 。近来杨业后等以斑茅f 。品系崖城9 6 - 6 6 x c p 8 4 - 1 1 9 8 杂交后代为材料，进行过氧化物 酶和酯酶同工酶分析，并与父母本酶带作比较，研究发现崖城0 1 - 6 3 、崖城o 卜7 7 、 崖 城0 1 - 6 9 、等1 2 个株系既有斑茅的特征酶带，也有父本c p 8 4 一l1 9 8 所具有的p x s 8 酶带，初 6 福建农林大学硕士学位论文 步认为这些株系是崖城9 6 - 6 6 与c p 8 4 - 11 9 8 的后代h 引。 斑茅杂交后代真实性的分子标记鉴定方法很多，如r a p d m 蝴、s s r 、i s s r n 、i t s 、 5 s r d n a 、a l u - i i k e 1 。福建农林大学郑雪芳等通过引物筛选和扩增条件的优化，建立了 以引物e f 。e r 。，和e f ：e r 。的甘蔗斑茅真实杂种鉴定技术，获得了专利授权，用这两对引 物对甘蔗与斑茅杂交的9 个f 。和4 8 个b c 。个体进行真实性鉴定，结果表明，其中斑茅9 个f 。 中有7 个为斑茅真实杂种，1 5 个曾被认为具有斑茅血缘的品系大部分品系为假杂种n 刀。 庄南生等应用2 个a f l p 特异片段( f 0 8 ，f 1 6 ) 为探针对参试的3 0 份甘蔗种质进行了进行斑 点杂交与s o u t h e r n 杂交分析，其中崖城7 3 5 1 2 、崖城5 7 - 2 5 和崖城6 2 - 7 0 含甘蔗属血缘， 但不含斑茅血缘m 1 。此外，通过分子原位杂交可以准确、直观地查明染色体或片断的来 源。d h o n t 等分别用分子标记和原位杂交技术鉴定& o f f i c i n a r u mxea r u n d i n a c e u s 的属间杂种f 。的真实性，在杂种细胞中可以发现许多来源于父本的r f l p 谱带旧1 。原位杂 交还可揭示杂种中分别由双亲贡献的染色体。 1 7 甘蔗斑茅抗旱性研究 我国蔗区