我国牧草种质资源遗传多样性研究进展杨家华,纪亚君　(青海大学,青海西宁810016)摘要　从形态学水平、细胞学水平、生化水平,尤其从分子水平对我国牧草种质资源遗传多样性的研究进行了综述,为该领域的研究工作提供借鉴与参考。

关键词　牧草种质资源;遗传多样性;形态学;细胞学;生化;分子中图分类号　S543+.9 文献标识码　A 文章编号　0517-6611(2009)02-00554-03Research Progress on Heredity D i versity of Forage Germ pla s m Resources i n Chi n a YANG J i a 2hua et a l (Q inghai University,Xining,Q inghai 810016)Abstract The paper reviewed researches on heredity diversity of forage ger mp las m res ources in China fr om different levels including morphol 2ogy,cytology,bi ochem istry and particularly molecule,to p rovide reference for the study work in the field .Key words Forage ger mp las m res ources;Heredity diversity;Morphol ogy;Cytology;B iochem istry;Molecule作者简介　杨家华(1965-),女,湖南永顺人,副教授,从事生物与环境科学方面的教学和研究工作。

收稿日期　2008211218 牧草种质资源(Forage ger mp las m res ources )是长期演化过程中,由于突变、基因交流和生态遗传分化,经自然选择和人工选择而形成的[1],是决定各种遗传性状的基因资源,是用以筛选优良栽培草种和选育新品种的原始材料,又叫牧草遗传资源或牧草品种资源。

遗传多样性是指同一种内不同种间或同一种群内不同个体的遗传变异。

遗传变异水平的高低是遗传多样性最直接形式的表现[2]。

生物的遗传多样性是生物多样性的重要组成内容,是物种多样性和生态系统多样性的基础。

遗传多样性是一个物种对人为干扰进行成功反映的决定性因素,种内的遗传变异程度也决定其进化的潜势[3]。

在某种意义上,一个物种就是一个独特的基因库,任何物种都具有独特的基因库和遗传组织形式,而且在同一种群内不同个体之间又存在一定差异。

因此,物种的多样性也就显示了基因的多样性[4]。

野生牧草有丰富的遗传多样性,野生性状明显[5]。

侵占性和抗逆性强的野生牧草通常作为牧草育种的珍贵原始材料和培育优良栽培牧草新类型的天然基因库。

所以,收集野生牧草种质并对其培养进行分析、鉴定,找出种群遗传结构特点,可以丰富牧草种质资源,为牧草种质资源的开发利用奠定基础[2]。

检测遗传多样性的方法是随着生物学研究层次的提高和实验手段的不断改进而逐步发展起来的,从形态学水平、细胞学水平、生化水平直至目前的分子水平[6]。

其目的都是为了揭示遗传物质的变异,建立在不同水平上的检测方法都各有优缺点,各种方法都能从各自的角度提供有价值的信息,都有助于人们认识遗传多样性及其生物学意义。

为此,笔者就我国牧草种质资源多样性研究进展进行了综述。

1　形态学研究进展形态学研究是根据牧草的外部特征、结构的差异来研究生物的遗传变异,是最直接也是最简便易行的方法。

虽然形态学性状易受环境和人为因素的影响,但在同一生境下,对不同种质材料或居群进行形态学性状的评价,在一定程度上可以快速地分析其遗传变异。

严学兵研究发现,在老芒麦的发芽、出苗期间,芽或细弱幼苗茎秆的颜色表现出白色、绿色和红褐色等多种表型;而叶片、叶鞘绒毛有无和叶鞘的颜色也有很大差异;对叶片、穗和茎秆等28个形态学性状的聚类和主要成分分析同样显示出老芒麦在形态学上具有丰富的多样性[7]。

胡宝忠等通过光镜和电镜对不同土壤条件下7个羊草种群营养结构(根、茎、叶)进行了形态解剖观察,指出7个羊草种群间的遗传差异[8]。

表型性状经常会受环境因素的影响而发生变化,有的形态特征并非稳定遗传的。

刘建秀等近年研究中国华东地区的野生狗牙根时指出:在物种水平,随着纬度增加,日照时数增长,≥10℃的积温降低,狗牙根愈显粗壮、直立,色泽趋于浅淡,地下茎愈深,生殖枝高,花序渐长[9-10]。

不同的基因型在同一情况下表现出不同的形态特征。

在较凉爽的气候条件下,地中海基因型的黑麦草比北欧基因型的黑麦草表现出更快的生长速率[11]。

2　细胞学研究进展染色体是遗传物质的载体,是基因的携带者,染色体的变异必然导致遗传变异的发生,染色体的多样性———数目、形态和行为能反映遗传多样性的本质。

细胞学水平研究主要以染色体为标记,包括染色体核型分析、带型分析、染色体结构数目变异分析和染色体组分析等。

阎贵兴对中国草地饲用植物染色体的研究进行统计,共确认染色体数目的草地饲用植物有20科91属254种,其中有8科37属172种的饲用植物作过核型分析[12]。

杨瑞武等分析了披碱草属模式种(E .sibiricus )、鹅观草属模式种(Roegneria caucasica )和猬草属模式种(Hystrix patula )3个小麦族物种的染色体在Gie m saC 带带型上的差异,结果表明,这3个属模式种染色体的Gi 2e m sa C 带带型存在明显的差异,说明C 带能够揭示这3个属模式种的种间特异性,从而支持这3个属可以相互独立[13]。

自然界分布的鸭茅在染色体数目上有四倍体和二倍体之分。

周自玮等对云南野生鸭茅(D actylis glo m erata linn .)的核型分析研究指出,野生鸭茅都是二倍体(2n =14),但有2A 和2B 二种类型[14]。

张新全等对我国西南地区鸭茅野生种质资源的研究发现,除分布有四倍体外,尚有二倍体鸭茅广泛分布[15]。

L indner 等对四倍体和二倍体染色体的研究发现,二倍体核型的中间着丝粒染色体配对比例高于四倍体,而且发现同源四倍体鸭茅亚种(Izcoi )居群的染色体存在变异,一部分四倍体属于同源四倍体,一部分四倍体是通过与其他亚种杂交而获得[16]。

冯霞等报道,多年生黑麦草的核型公式为:2n =2x =14=2s m +12m (2S AT ),核型分类为1A;核型不对责任编辑　姜丽　责任校对　李洪安徽农业科学,Journal of Anhui Agri .Sci .2009,37(2):554-556称系数为60.78[17]。

杨起简等对新麦草(Psathyrostachys pe2 rennis Keng cv.shandan)核型的分析表明,新麦草染色体数目2n=14,核型公式为2n=2x=14=2s m+12m(2S AT)[18]。

3　生化研究进展生化标记(即蛋白质标记)主要有同工酶(is ozy me,含等位酶all ozy me)和种子贮藏蛋白,它们是基因表达的直接产物,经淀粉凝胶或聚丙烯酰胺凝胶电泳后的蛋白质谱带能从一定程度上反映植物的遗传变异。

杨瑞武等对E.sibiricus、R.caucasica和H.patula的酯酶同工酶研究发现,这3个种在酶带数目、酶带迁移率和酶带着色强度等方面都有明显的变异,而在E.sibiricus的不同居群之间没有表现出差异[19]。

刘明秀等利用同工酶研究发现,长江2号多花黑麦草出现了其亲本没有的条带,是双亲遗传物质发生基因重组而产生的,从而表现出双亲不具有的酶带。

目前,等位基因分析仍然是了解天然居群的遗传结构、基因丰富程度以及栽培作物种质资源遗传多样性的最重要的手段[20]。

Morales Corts等利用等位酶分析来鉴定苜蓿种,发现其可以改正利用农艺性状和形态特征鉴定的不足[21]。

崔继哲等应用等位酶分析方法测定了松嫩平原南部微生镜下羊草在绿色和黄绿色2种生态型9个种群的遗传多样性及遗传分化程度,结果表明羊草种种群和生态型水平都维持较高的遗传多样性,2种生态型之间有明显的遗传多样性差异及遗传分化[22]。

Francois Bal2 fourier等利用等位酶技术对170个1年生、多年生黑麦草的野生种群的遗传差异进行了研究[23]。

葛学军通过对欧洲及地中海地区燕麦草(A rrhenatherum elatius)多倍体复合体的等位酶多样性的研究得出,各亚种内的基因多样性主要存在于居群内,居群间分化较小,亚种间遗传分化较小[24]。

4　D NA研究进展DNA分子标记是评价遗传多样性比较新的方法,DNA 分子标记最能抓住生命的最本质的物质,不受环境制约,结果准确,显示度高,分子标记数目可以无限。

DNA分子标记包括限制性片断长度多态(RF LP)、随机扩增多态DNA (RAP D)、简单重复序列或微卫星(SS R)、简单重复序列区间(I SS R)和扩增片段长度多态(AF LP)标记。

这些标记,尤其是RAP D、SS R和I SS R3种方法已广泛应用于作物种质资源的分析利用中,但在牧草遗传学研究中的应用才刚刚开始,同时也成为牧草生物技术研究领域的热点之一。

4.1　RAP D标记　RAP D是20世纪90年代发展起来的一项新技术,具有快捷、灵敏、易检测、所需DNA样品量少、无放射性污染、可客观地揭示供试材料之间的真实差异的优点,在各种动植物的遗传多样性检测和遗传分化等方面已有广泛应用,也形成了一些对RAP D结果进行遗传分析的方法[6]。

解新明等采用RAP D技术对狼尾草属的8个品种(品系)的遗传关系进行了分析,结果表明,8个品种(品系)间有较高的遗传多样性,存在一定的遗传分化[25]。

李瑞芬等利用RAP D技术对我国沙打旺育成品种、地方材料和野生材料的遗传多样性进行了研究,表明,沙打旺野生材料的多态性明显高于育成品种和地方材料[26]。

陈志彤等应用RAP D技术对34个决明属牧草进行了分析,结果表明,筛选出的3个引物能较好地反映34个决明属品种的遗传多态性[27]。

RAP D技术能产生丰富的带型,提供大量的分子统计数据,对品种间的微小差异均能表现出较高的分辨率,适合于种间遗传多样性的研究[28]。

陈燕等利用RAP D技术对禾本科羊茅属(Festuca)、黑麦草属(Lolium)、狗牙根属(Cynodon)和结缕草属(Zoysia)共4属8个品种的草坪草进行RAP D分析,探讨了不同属间、种间及品种间的遗传多样性和彼此间的亲缘关系[29]。