【畢業(yè)學(xué)位論文】盧披堿草屬穗型下垂類種質(zhì)的分類鑒定及其遺傳變異分析碩士論文

密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 披堿草屬穗型下垂類種質(zhì)的分類鑒定 及其遺傳變異分析 士研究生：盧 紅 雙 指 導(dǎo) 教 師：徐 柱 申請(qǐng)學(xué)位類別：農(nóng) 學(xué) 碩 士 專 業(yè)：草 業(yè) 科 學(xué) 研 究 方 向：牧草種質(zhì)資源 培 養(yǎng) 單 位：中國(guó)農(nóng)科院研究生院 草原研究所 提交日期 2007年 6月 s. 2007 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名： 時(shí)間： 年 月 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議) 論文作者簽名： 時(shí)間： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 時(shí)間： 年 月 日 論文評(píng)閱人、答辯委員名單 （此頁請(qǐng)復(fù)印論文答辯會(huì)上專家簽名的一份!） I 摘 要 對(duì)采自8個(gè)不同地區(qū)的49份穗型下垂類披堿草屬種質(zhì)材料進(jìn)行了形態(tài)學(xué)分類鑒定。并利用25個(gè)形態(tài)學(xué)特征對(duì)這些種質(zhì)進(jìn)行了主成分分析和聚類分析、利用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳（其中的 37份材料進(jìn)行了醇溶蛋白遺傳多樣性分析、9份材料進(jìn)行了染色體數(shù)目的觀察、1份材料進(jìn)行了核型分析。 鑒定結(jié)果表明，49份材料共包括老芒麥（ 垂穗披堿草(短芒披堿草(個(gè)種。在鑒定過程中發(fā)現(xiàn)，這些種質(zhì)的形態(tài)學(xué)性狀在種間及種內(nèi)不同居群(都存在較大的變異。根據(jù)這些形態(tài)變異和聚類結(jié)果，可將垂穗披堿草分為典型垂穗披堿草、高大多小穗垂穗披堿草和分枝型垂穗披堿草 3 種變異類型；老芒麥分為典型老芒麥、粗壯多花老芒麥、分枝型老芒麥和密穗老芒麥 4 種變異類群，其中密穗老芒麥與垂穗披堿草的形態(tài)學(xué)性狀存在很多交叉。 37份供試材料包括21份老芒麥（ 15份垂穗披堿草（1 份短芒披堿草（醇溶蛋白多樣性分析結(jié)果表明，各材料間具有較高水平的醇溶蛋白多態(tài)性。37份材料共分離出42條不同的帶紋，多態(tài)率達(dá)100%。均 得提出的是，唯一的一份短芒披堿草穗披堿草）具有完全相同的醇溶蛋白圖譜，而這兩份材料在外稃芒長(zhǎng)上具有明顯的不同。 對(duì) 9 份材料進(jìn)行的染色體數(shù)觀察結(jié)果表明，典型老芒麥和典型垂穗披堿草染色體數(shù)目與前人觀察結(jié)果相同，粗壯多花老芒麥和分枝老芒麥具有與典型老芒麥相同的染色體數(shù)。但是，密穗老芒麥 個(gè)根尖細(xì)胞中的染色體數(shù)目是 42條，與前人對(duì)老芒麥染色體數(shù)目的報(bào)導(dǎo)并不相符。對(duì)這份材料進(jìn)行的核型分析結(jié)果顯示，根尖細(xì)胞染色體數(shù)目為 42。核型公式為 2n=6x=42=34s+8色體總長(zhǎng)度為 前人對(duì)垂穗披堿草核型分析研究結(jié)果相似。認(rèn)為這份材料歸為垂穗披堿草居群更為合理。 關(guān)鍵詞 披堿草屬 穗型下垂 分類鑒定 醇溶蛋白 染色體數(shù)目 n we 9 of 7 of We of . of 9 to of of to of of we is of of 42 7 00%. eis It is to be it is in of We on of of of of of by of of in of of 2. to of by we to of of 2。n=6x=42=34s+8sm，of we is of 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述.堿草屬植物的分類歷史和地理分布.堿草屬植物的形態(tài)特征.堿草屬植物的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展. 形態(tài)學(xué)水平的研究. 細(xì)胞學(xué)水平的研究. 生化水平的研究. .堿草屬植物遺傳多樣性研究存在問題與展望.究?jī)?nèi)容.究的目的意義.術(shù)路線.二章 披堿草屬植物的分類鑒定及其形態(tài)學(xué)變異分析 .料與方法. 試驗(yàn)材料與小區(qū)自然概況. 試驗(yàn)方法. 數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)處理.果與分析. 種質(zhì)鑒定. 形態(tài)學(xué)特征的基本統(tǒng)計(jì)分析. 主成分分析. 系統(tǒng)聚類分析.定義書簽。 論.三章 披堿草屬植物的醇溶蛋白分析 .料與方法. 材料來源. 試驗(yàn)方法.果與分析. 數(shù)據(jù)處理. 結(jié)果分析.論. 實(shí)驗(yàn)方法與操作須注意問題. 醇溶蛋白電泳分析披堿草屬種植遺傳多樣性的可行性.四章 部分種質(zhì)材料的染色體觀察 .驗(yàn)材料與方法. 材料來源. 試驗(yàn)方法.果與分析. 染色體數(shù)目的觀察. .論.五章 全文結(jié)論.態(tài)學(xué)鑒定及其聚類分析.溶蛋白多樣性分析.胞學(xué)水平的研究 .議.考文獻(xiàn). 謝. 者 簡(jiǎn) 歷.錄1 部分材料照片.錄2 部分材料的染色體照片.V 英文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 性聚丙烯酰胺凝膠電泳 單重復(fù)序列間擴(kuò)增 機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性增片段長(zhǎng)度多態(tài)性 制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性 衛(wèi)星分子標(biāo)記 H 因多樣性指數(shù) 氏距離系數(shù) P of 態(tài)為點(diǎn)比例 傳相似系數(shù) 加權(quán)算數(shù)平均對(duì)群法 D 國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 堿草屬植物的分類歷史和地理分布 披堿草屬（.）是禾本科 屬植物僅含多倍體物種，其倍性范圍在四倍體（2n=4x=28）到八倍體（2n=8x=56）之間。對(duì)于披堿草屬的分類處理，自林奈（1753）建立該屬以來曾有過多次大的變動(dòng)，其分屬界限也有很大的差異。按歷史上不同分類學(xué)家的處理，披堿草曾經(jīng)包含了冰草屬草屬 .、棱軸草屬觀草屬 草屬 ，1868； S，1951， W，1947；,1753；,1981）。該屬也曾被處理為只含幾個(gè)種的小屬（ A, 1934）。目前分歧較大的分類處理仍然是將披堿草屬與鵝觀草屬合并為一個(gè)屬（即：還是將其劃分為兩個(gè)獨(dú)立的屬（ R , L,1991；,1984；耿以禮，陳守良，1963）。不同分類處理的主要分歧在于形態(tài)學(xué)上披堿草屬的每穗軸節(jié)含 2至多個(gè)小穗，而鵝觀草屬的每穗軸節(jié)上僅著生一個(gè)小穗。但試驗(yàn)已證明每穗軸節(jié)上著生小穗的數(shù)目與其親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近并不相關(guān)。因此，按照目前廣為接受的 984）和984）基于染色體組系統(tǒng)的分類處理披堿草屬包括了在形態(tài)上每穗軸節(jié)含一至多個(gè)小穗，穎呈披針形或卵狀披針形，每小穗含多枚小花的多年生物種。廣義的披堿草屬在全世界共有150 余種，而我國(guó)約有80余種（包括鵝觀草屬），是小麥族中最大的一個(gè)屬。廣泛分布于溫帶地區(qū)，特別是北半球的溫帶地區(qū)。狹義的披堿草屬，含有 40多種，分布于北半球溫寒地帶，東亞和北美各占一半，僅少數(shù)種類分布至歐洲。 按照中國(guó)植物志第九卷第三分冊(cè)記載（郭本兆，1987），披堿草屬植物在我國(guó)大約有12種、1個(gè)變種，根據(jù)其形態(tài)特征分為花序直立和花序下垂兩部分?；ㄐ蛑绷⒌陌?6 個(gè)種、1 個(gè)變種，其中披堿草、肥披堿草、麥賓草、圓柱披堿草的外部形態(tài)特征和地理分布比較相近，很多研究者一般將其歸為 H, L et R. 1993, . et 在形態(tài)學(xué)水平上很難區(qū)分，經(jīng)常造成標(biāo)本的錯(cuò)誤鑒定。也有部分學(xué)者曾建議將麥賓草作為肥披堿草的變種處理，而圓柱披堿草只是披堿草的一種特殊類型（吳征鎰，陳書坤，2003）；青紫披堿草是披堿草的變種，僅以植株基部葉鞘密被長(zhǎng)柔毛，穎脈上粗糙、疏被短硬毛與披堿草相區(qū)別。毛披堿草和青紫披堿草特產(chǎn)于我國(guó)內(nèi)蒙古大青山（徐柱，2004），與其他種具有較為明顯的形態(tài)學(xué)區(qū)分特征。花序下垂的包括6個(gè)種，其中短芒披堿草，無芒披堿草和黑紫披堿草因地理分布有限，又具有較為明中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 2 顯的形態(tài)特征，比較容易區(qū)分；加拿大披堿草原產(chǎn)北美，為我國(guó)北京地區(qū)栽培種。老芒麥和垂穗披堿草在我國(guó)分布甚為廣泛，這兩個(gè)種由于各自存在不同的生態(tài)型而在形態(tài)特征上具有較多的性狀交叉，中國(guó)植物志和一些地方植物志（楊錫麟，1989；吳征鎰，陳書坤，2003；郭本兆，1987）對(duì)這兩個(gè)種形態(tài)特征的描述也有出入（ 表 物志名稱 種名 株高(葉長(zhǎng)(葉寬(穗長(zhǎng)(穎長(zhǎng)(第一外稃長(zhǎng)(of of 國(guó)植物志 005 內(nèi)蒙植物志 020 云南植物志 000) 45 810 中國(guó)植物志 00 內(nèi)蒙植物志 03)2) 3) 7 云南植物志 060 38 24 412 約 5 約 10 植物志名稱 種名 芒長(zhǎng)(葉鞘是否具毛 是否具小穗柄 of wn of 國(guó)植物志 5滑無毛 無 蒙植物志 滑無毛 沒記載 no 南植物志 3滑無毛，分蘗者常被柔毛 常具1短柄 mm 國(guó)植物志 2部和根出的葉鞘具柔毛 近于無柄或具極短的柄 on no or 內(nèi)蒙植物志 0鞘無毛或基部和根出葉鞘具柔毛 沒記載 no or on of no 南植物志 2鞘無毛或基部者有時(shí)被疏柔毛 沒記載 no or on of no 此造成了不少學(xué)者對(duì) 個(gè)種的錯(cuò)誤鑒定， 2n=4x=28和 2n=6x=42(964；盧寶榮等，1990)。此外，土壤瘠薄和干旱的環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)每穗軸節(jié)小穗單生的情況。地方植物志也有披堿草屬植物另外新種記錄，如青海植物志的青中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 3 國(guó)披堿草屬植物僅包含有 色體組。在各省均有分布，主要以西部和北部地區(qū)為披堿草屬植物的多樣性分布中心。隨著披堿草屬分類研究的深入，分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方法不斷運(yùn)用到分類學(xué)的研究之中，越來越多學(xué)者接受廣義披堿草的概念（徐柱，1997，1999；006；周永紅，1990）。實(shí)驗(yàn)表明僅僅以形態(tài)特征為依據(jù)而建立的要接受現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)分類學(xué)，包括細(xì)胞學(xué)、化學(xué)分析和分子遺傳學(xué)研究結(jié)果的驗(yàn)證。 堿草屬植物的形態(tài)特征 披堿草屬植物為多年生叢生草本。無根莖或稀具短根莖。桿起立，叢生、偶單生，下部多有崎嶇。葉鞘通常無毛；葉舌膜質(zhì)；葉片扁平或內(nèi)卷。穗狀花序頂生，直立或下垂；穗軸成熟時(shí)不碎斷，棱邊粗糙或具纖毛，小穗常24（6）枚同生于穗軸的每節(jié)，或在上、下兩端每節(jié)可有單生者，含 37小花；穎近于長(zhǎng)圓形、披針形或條狀披針形，先端尖以至形成長(zhǎng)芒，具 35（7）脈，脈明顯而粗糙；外稃披針形，無毛或密生絨毛，先端延伸成長(zhǎng)芒或短芒以至無芒，芒直伸或多少反曲，內(nèi)稃常與外稃近等長(zhǎng)，頂端鈍尖或平截，脊上常具纖毛；花藥黃色或紫色，短小。潁果長(zhǎng)圓形，頂生茸毛。模式種：堿草屬植物的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 披堿草屬（.）屬植物不僅包括老芒麥、披堿草、垂穗披堿草等優(yōu)良的牧草，是建立人工草地，打草場(chǎng)和天然草地不可替代的組成部分，而且其中的很多野生種均含有抗普通小麥（大麥等栽培品種病蟲害和抗逆境的優(yōu)良基因，如抗大麥黃矮?。?C, S, 1984）、抗大麥銹?。?et 1991）和抗鹽（ ,1981）等，可以通過遠(yuǎn)緣雜交，染色體工程和基因工程等技術(shù)將這些抗性基因轉(zhuǎn)移到具有高產(chǎn)特性的優(yōu)良牧草種質(zhì)的遺傳背景中，豐富了小麥族野生近緣種遺傳多樣性的基因資源庫(kù)，具有較高的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)披堿草屬植物的引種、育種（劉育萍，1994、云錦鳳，王照蘭，杜建才，1997； R, 1989，1990）種質(zhì)資源的收集、鑒定、分類（張正茂，王睿輝，李立會(huì)等 2003；陳守良，徐克學(xué)，1989）、評(píng)價(jià)（陳功，賀蘭芳,2004；于卓，002；毛培勝，韓建國(guó)，2004；王世金，李健華，1993； H, L,2000）、利用（,，1982）以及系統(tǒng)學(xué)意義（郭延平，郭本兆，1991）等方面已中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 4 經(jīng)有了很多研究報(bào)道。而對(duì)披堿草屬植物遺傳變異的研究主要是從形態(tài)學(xué)水平、細(xì)胞學(xué)水平、生化水平和同一水平下的不同方法也很多。目前，任何檢測(cè)遺傳變異的方法，在理論上或?qū)嶋H應(yīng)用中都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性，還不能找到一種能完全取代其他方法的技術(shù)。 態(tài)學(xué)水平的研究 形態(tài)學(xué)研究是檢測(cè)植物遺傳變異最簡(jiǎn)便易行的方法，也是植物分類鑒定最古老、最經(jīng)典的方法。長(zhǎng)期以來，種質(zhì)資源的分類、鑒定及育種材料的選擇通常都是依據(jù)表型性狀來進(jìn)行的。通常進(jìn)行披堿草屬植物形態(tài)學(xué)研究所利用的表型形狀主要有兩類：一是符合孟德爾遺傳規(guī)律的單基因性狀。如葉片顏色、絨毛分級(jí)、穗顏色、穗形狀等質(zhì)量性狀指標(biāo)的觀測(cè)。另一類是根據(jù)多基因決定的數(shù)量性狀。如調(diào)查成熟期植株的表型性狀：葉片數(shù)、穗長(zhǎng)、穗寬、穗節(jié)數(shù)等數(shù)量性狀指標(biāo)。 陳守良等（1989）研究了全世界鵝觀草屬. 草屬 堿草屬 麥草屬 外部形態(tài)、解剖、細(xì)胞等 30 個(gè)性狀，應(yīng)用相關(guān)系數(shù)或距離系數(shù)以及各種聚類方法組合所得出的樹系圖，均明確顯示出鵝觀草屬應(yīng)歸入披堿草屬。郭延平、郭本兆（1991）以花序、小穗、小花三級(jí)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的觀點(diǎn)結(jié)合葉表皮及成熟胚的解剖結(jié)構(gòu)分析了小麥族花序的形態(tài)演化，論述了小麥族下各屬的親緣關(guān)系，提出了本族植物的系統(tǒng)演化樹系圖。袁慶華、張吉宇等（2003）以十三個(gè)田間農(nóng)藝生物學(xué)性狀為基本數(shù)據(jù)分析了披堿草和老芒麥各野生居群間的生物多樣性，結(jié)果表明，披堿草和老芒麥野生居群間表形差異明顯，多樣性豐富。嚴(yán)學(xué)兵、周禾等（2005） 以我國(guó)9種披堿草屬植物的 40 個(gè)居群為材料，對(duì) 28 個(gè)形態(tài)特征進(jìn)行了聚類和遺傳變異分析，結(jié)果表明，披堿草屬植物在種間和種內(nèi)都具有較高的遺傳多樣性。由于形態(tài)標(biāo)記簡(jiǎn)單直觀，容易觀察記載，尤其是當(dāng)需要在短期內(nèi)對(duì)變異性有所了解或在其它生化方法無法開展之時(shí)，形態(tài)學(xué)手段不失為一種有價(jià)值的選擇。此外，形態(tài)標(biāo)記結(jié)合主成分分析，也是種質(zhì)遺傳多樣性評(píng)價(jià)和優(yōu)良種質(zhì)篩選的一種重要手段（胡延吉和趙檀方，1994；吳舒致賀藜裕，1997；王述民等，2002）。但是形態(tài)學(xué)標(biāo)記很有限，而且數(shù)量性狀較多，由于植物受不同環(huán)境的影響，產(chǎn)生不同的生態(tài)類型，這在很大程度上限制了形態(tài)標(biāo)記的使用，所以要更準(zhǔn)確、細(xì)致的了解居群的遺傳變異情況，就必須進(jìn)行更深層次的研究，并與表型性狀比較和驗(yàn)證。 胞學(xué)水平的研究 細(xì)胞學(xué)標(biāo)記主要指染色體核型和帶型（染色體核中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 5 型是指某種生物個(gè)體或某一分類群（種、亞種或變種、居群）的染色體的數(shù)目、大小、隨體、著絲點(diǎn)位置等，是染色體分析中的一個(gè)基本方法。染色體帶型是一種用染料對(duì)染色體進(jìn)行分化染色，使染色體顯現(xiàn)出深淺不同的帶紋，是鑒別染色體和染色體結(jié)構(gòu)變異常規(guī)而經(jīng)典的技術(shù)。 披堿草屬植物有三個(gè)倍性水平，即2n=28、42、56，含有S、H、或中染色體組來自芒麥草屬先屬于大麥屬），目前983）狹義的披堿草屬植物全世界約有40種以上，中國(guó)有12種1變種（包括引進(jìn)種加拿大披堿草）。且均有過核型分析報(bào)道。（王克平，1981；閻貴興等，1985，1991；劉玉紅，1985；李永干，閆貴興，1985；蔡聯(lián)炳，馮海生，1997），國(guó)披堿草屬染色休數(shù)目及核型總的特征為: 中老芒麥為2n=28的四倍體，其余11種披堿草(包括1變種)均為2n=42的六倍體。 2. 披堿草屬植物核型由種有1間差異主要表現(xiàn)在體數(shù)目和位置。 核型由對(duì)稱向不對(duì)稱方向演化的趨向不明顯。 數(shù)種略有出入。 染色體組分析法是通過衡量染色體的同源程度來研究物種與物種之間，以及屬與屬之間的親緣關(guān)系和演化規(guī)律，從而建立以不同染色體組構(gòu)成為基礎(chǔ)的分類單位屬。具體地說，染色體組分析法是用一個(gè)已知染色體組成的物種稱為“分析種”(與一個(gè)未知染色體組成的物種進(jìn)行種間雜交，得到種間雜種察分析雜種果在減數(shù)分裂中期觀察到正常的染色體配對(duì)或很高的染色體配對(duì)數(shù)染色體同源(表明兩親本具有相同的染色體組成;如果染色體配對(duì)數(shù)較低而且染色體之間的聯(lián)合狀況較差一一染色體部分同源(表明兩親本的染色體組成有部分的相似性；如果雜種色體沒有同源關(guān)系(則表明兩親本的染色體組成完全不同。另外，與染色體配對(duì)行為分析相結(jié)合，對(duì)于雜種:花粉育性、結(jié)實(shí)率等的觀察統(tǒng)計(jì)，雜種與親本種之間的形態(tài)特征的比較等，也用來作為估計(jì)親本種之間親緣關(guān)系的補(bǔ)充指標(biāo)(盧寶榮，劉繼紅，1992；周永紅，2001)。 在小麥族的染色體組分析研究中，擬鵝觀草屬植物的二倍體種常被作為“分析種”。Lu et 1991)現(xiàn)u(1994)析種”，雜種色體配對(duì)行為進(jìn)行分析，國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 文獻(xiàn)綜述 6 表 我國(guó)披堿草屬植物染色體和核型特征 in 名 型公式 色體總長(zhǎng)度 of m) 絕對(duì)長(zhǎng)度范圍 m) 相對(duì)長(zhǎng)度范圍 o