甘蔗與蔗茅雜交雙親染色體在F₁及F₂子代中的傳遞

王先宏等

摘 要 甘蔗與蔗茅雜交的后代材料抗旱、耐寒，在甘蔗抗逆育種中具有較好的應用前景，為將其有效應用于甘蔗新品種的選育及品種改良，特對甘蔗與蔗茅雜交各世代的染色體傳遞方式進行研究。采用去壁低滲法對F1、F2雜種及其親本材料的根尖體細胞染色體進行研究。結果表明：各后代材料的體細胞染色體數目均不恒定，F1材料的染色體變幅為10～11條，F2材料的變幅為6～14條；雙親染色體在F1代材料中的傳遞方式為“2n+n”，而在F2中既以“n+n”又以“2n+n”的方式進行傳遞。本研究結果可為諸類材料在甘蔗育種中的進一步利用提供細胞學依據。

關鍵詞 甘蔗；蔗茅；雜交后代；染色體數目

中圖分類號 Q23 文獻標識碼 A

Transmission of Parental Chromosomes in F1 and F2 Progenies Between Sugarcane and Erianthus fulvus

WANG Xianhong，LI Fusheng*，HE Lilian，

LOU Hongbo，YANG Qinghui，HE Shunchang

Sugarcane Research Institute，Yunnan Agricultural University，Kunming，Yunnan 650201，China

Abstract The hybrids between sugarcane and wild species Erianthus fulvus possessed ideal characteristics to resist drought and cold. To effectively using the hybrids in sugarcane breeding programs for new cultivars selection or cultivars modification，it is necessary to study the chromosomal transmission of parents in hybrids. Somatic cell chromosomes of root-tips of F1 and F2 hybrids were observed following the wall degradation hypotonic method. The result showed that all of the chromosome numbers of hybrids were variable in different somatic cells range from 10 to 11 in F1 and 6 to 14 in F2 progenies. Chromosomes of parents were transmitted by“2n+n”in F1 progenies， and by “2n+n”and “n+n”in F2 progenies，respectively. The cytological information is helpful for the further use of hybrids in sugarcane breeding.

Key words Sugarcane；E. fulvus；Hybrids；Chromosome number

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.002

蔗茅（Erianthus fulvus）是禾本科（Gramineae）甘蔗亞族（Saccharinae）蔗茅屬（Erianthus）內的一個野生種，原產于熱帶、 亞熱帶和溫帶[1]，現主要分布于中國的云南、貴州、四川、湖北、陜西、西藏等地， 印度北部、尼泊爾、巴基斯坦也有分布[1-5]。根據李富生等[6]的研究結果，蔗茅具有很多特異優良性狀，如抗旱、抗寒、耐瘠，錘度高，是其它甘蔗（Saccharum spp.）近緣野生種所不能及的，在甘蔗雜交育種方面具有重要的利用價值。為將蔗茅血緣成功引入甘蔗栽培品種，云南農業大學甘蔗研究所從2001年起致力于以昆明蔗茅為父本與甘蔗栽培品種或栽培原種進行雜交，獲得了數百份蔗茅與甘蔗的雜種后代材料[6-9]。該類子代材料能忍耐選育地——昆明試驗點的冬季低溫而存活下來，表明其具有一定的耐寒能力，同時此材料中有些還具有抗旱、蔗莖產量高及蔗糖分含量高等優良性狀[10]，有望被作為新的特異種質應用于抗逆、廣適、高產、高糖的甘蔗新品種的培育或對一些已有甘蔗品種進行改良。

甘蔗具有廣泛的種質血緣基礎，目前的栽培品種大都含有甘蔗屬3～5個種的血緣。大多數甘蔗無性系由于不易開花，花期差異大，花粉量和花粉育性等開花習性的差異及配合力等原因，致使在雜交育種常規組合選配中，可使用的親本材料少，長期近親雜交，品種間的遺傳性逐漸趨于一致，從而限制了品種生產力的進一步提高[11]。為擴大異質性，各國育種家不斷進行了甘蔗種間、近緣屬間和遠緣屬間雜交，通過染色體數目分析推斷，甘蔗遠緣雜交存在“2n+n”、 “n+n”、“n+2n”、“2n+2n”等多種類型，并且n常常不是單倍體的原來數目，常有增減，即存在“不平衡雜種”[12]。

本研究對甘蔗與蔗茅雜交獲得的部分F1、F2材料及其親本進行染色體數目研究，以期探討不同世代材料間的染色體遺傳方式，為甘蔗創新種質材料的保存及其在甘蔗育種中的應用提供細胞學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以蔗茅花粉對CP72/1210和崖城82/108（主要含熱帶種及割手密血緣的種間雜種）的雜交后代材料崖城89/9[13]進行授粉，產生的后代材料經分子標記方法鑒定為真實雜種；用于研究的材料為甘蔗與昆明蔗茅雜交親本及所獲得的F1、F2材料（表1），集中種植于云南農業大學甘蔗所甘蔗資源圃。

1.2 方法

采集盆栽種植材料的幼嫩根尖，參照陳瑞陽等[14-15]的去壁低滲法并加以改進制備染色體標本玻片： （1）取幼嫩根尖用0.04%的8-羥基喹啉于4 ℃冰箱內預處理4 h，用卡諾固定液[無水乙醇 ∶ 冰乙酸（V ∶ V）=3 ∶ 1]清洗后于4 ℃冰箱內固定72 h，用70%的酒精清洗并保存備用； （2）制片時將備用材料用水清洗1次后再用水浸泡10 min，棄水后用0.25 mol/L HCl于室溫下解離10 min，棄HCl并用水清洗及浸泡10 min后再用酶解緩沖液（將1.47 g檸檬酸鈉、1.05 g檸檬酸及2.8 g氯化鉀溶于500 mL水中，調pH至4.5）浸泡10 min； （3）切取根尖置于內盛5%纖維素酶和1%果膠酶混合酶液的小離心管中于37 ℃恒溫下酶解1.5～3 h，用水輕洗一次并轉至另一盛有水的小離心管中低滲20～60 min后以改良苯酚品紅染色壓片； （4）用德國蔡氏公司Zmager A2顯微鏡觀察，選取20個以上染色體分散好的中期分裂相拍照，取眾數進行染色體計數。

2 結果與分析

10份材料的染色體數目研究結果（圖1）表明，各材料的體細胞染色體數目均不恒定（表2），F1母本崖城89/9的染色體數目變化范圍為98至110，變幅達13條；F1子代YAU 01/47及YAU 01/120的染色體數目變幅分別為11、10條；F2父本ROC 10及崖城93/26的染色體數目變幅均為6條；F2子代YAU 04/10、YAU 04/102、YAU 04/167、YAU 04/185的染色體數目變幅分別為14、11、7及9條。

基于親本及各世代材料的染色體數目，將親本染色體在子代中的傳遞方式總結如圖2。由圖2可知，在甘蔗與蔗茅雜交時，F1子代的體細胞染色體數目遠大于雙親各自單倍的配子體染色體數目之和，雙親染色體在子代中呈“2n+n”的方式傳遞；F2子代YAU 04/10、YAU 04/102及YAU 04/167的體細胞染色體比雙親單倍的配子體染色體數目之和多，雙親的染色體在子代中應以“2n+n”的方式進行傳遞；而在YAU 04/185的體細胞中，染色體數目比雙親單倍的配子體染色體數目之和少，雙親的染色體在此材料中應以“n+n”的方式進行傳遞。

3 討論與結論

在甘蔗育種中，雙親染色體在后代材料中的傳遞方式一直是研究熱點。Bremer[16]早在1961年就對熱帶種及割手密間的雜交后代染色體傳遞方式進行研究，其結果表明雜種中的染色體數目有比預期的雙親各自單倍的配子體染色體數目之和要多的現象，并認為這種現象源于來自母本一方染色體的“二倍化”（diploidization），雖然這些多出的染色體并不嚴格等于母本單倍的配子體染色體數目（通常是比母本單倍的配子體染色體數目要少），但甘蔗育種學家仍把那些母本一方增加的染色體看作是一組額外的單倍體染色體組并認為母本染色體在子代中以“2n”的方式進行傳遞；Gill等[17]則認為甘蔗亞族（Saccharinae）內不同屬的植物間進行雜交時，雙親都可能產生未減數的配子，導致雙親的染色體在后代中可能以“n+n”、“n+2n”及“2n+2n”的方式進行傳遞；Burner等[18]和Nair[19]的研究則發現雙親的染色體在子代中嚴格以“n+n”的方式進行傳遞；而更多的研究表明雜交后代中雙親的染色體多呈不嚴格的“n+n”方式傳遞[20-24]，但也有以“2n+n”的方式進行傳遞的[21， 24-26]。

本研究中，甘蔗與蔗茅雜交F1代的體細胞染色體數目遠大于雙親各自單倍的配子體染色體數目之和， 呈“2n+n”的方式傳遞；當以F1為父本與其它栽培品種進行回交時，F2代的體細胞染色體數目雖不嚴格等于卻非常接近于雙親各自單倍的配子體染色體數目之和。其中，子代材料YAU 04/10、YAU 04/102及YAU 04/167的體細胞染色體比雙親單倍的配子體染色體數目之和多，推測其與母本一方的染色體“二倍化”有關，據此推斷雙親的染色體在子代中應以“2n+n”的方式進行傳遞；而子代材料YAU 04/185的體細胞中染色體數目比雙親單倍的配子體染色體數目之和少，雙親的染色體在這份材料中應以“n+n”的方式進行傳遞，Nair[19]的研究結果也表明子代中的染色體數目有比雙親單倍的配子體染色體數目之和少的現象，這種現象產生的原因有待于進一步研究。

綜上所述，甘蔗與蔗茅（或蔗茅雜種）雜交時，雙親的染色體在F1代中呈“2n+n”的方式傳遞，在F2中同時以“2n+n”及“n+n”的方式傳遞。

參考文獻

[1] 廣東省植物研究所. 海南植物志（第4卷）[M]. 北京： 科學出版社， 1977， 450.

[2] 李永康. 貴州植物志（第5卷）[M]. 成都： 四川省民族出版社， 1988， 579.

[3] 吳征鎰. 西藏植物志（第5卷）[M]. 北京： 科學出版社， 1987， 317.

[4] 中國科學院植物研究所. 中國高等植物圖鑒（第五冊）[M]. 北京： 科學出版社， 1976， 183.

[5] 耿以禮. 中國主要植物圖說（禾本科）[M]. 北京： 科學出版社， 1959， 748-784.

[6] 李富生， 林位夫， 何順長. 開發利用蔗茅野生種質資源的思考[J]. 生物資源， 2004， 20（4）： 266-270.

[7] Zhang H Y， Li F S， He L L， et al. Identification of sugarcane interspecies hybrids with RAPDs[J]. African Journal of Biotechnology， 2008， 7（8）： 1 072-1 074.

[8] Zhang H Y， He L L， Zhong H Q， et al. Identification of intergeneric hybrids between Saccharum spp. and Erianthus fulvus with ITSs[J]. African Journal of Biotechnology， 2009， 8（9）： 1 841-1 845.

[9] Wang X H， Yang Q H， Li F S， et al. Molecular identification of Saccharum spp.×Erianthus fulvus hybrids using sequence-characterized amplified region markers[J]. Crop science， 2009， 49（3）： 864-870.

[10] 李富生， 林位夫， 何順長. 甘蔗雜種的染色體和RAPD 鑒定研究[J]. 植物遺傳資源學報， 2005， 6（1）： 48-52.

[11] 陳如凱， 許莉萍， 林彥銓， 等. 現代甘蔗育種的理論與實踐[M]. 北京： 中國農業出版社， 2011： 20-52.

[12] Bremer G. The cytology of sugarcane-Second part： A cytological investigation of some cultivated kinds and their parents[J]. Genetica， 1924， 6（1）： 497-525.

[13] 勞方業， 劉 睿， 何慧怡， 等. 崖城系列甘蔗親本遺傳多樣性的AFLP標記分析[J]. 分子植物育種， 2008， 6（3）： 517-522.

[14] 陳瑞陽， 宋文芹， 李秀蘭， 等. 植物有絲分裂染色體標本制作的新方法[J]. 植物學報， 1979， 21（3）： 297-298.

[15] DHont A， Grivet L， Feldmann P， et al. Characterisation of the double genome structure of modern sugarcane cultivars （Saccharum spp.）by molecular cytogenetics[J]. Molecular and General Genetics， 1996， 250（4）： 405-413.

[16] Bremer G. Problems in breeding and cytology of sugar cane[J]. Euphytica， 1961， 10（1）： 59-78.

[17] Gill B S， Grassl C O. Pathways of genetic transfer in intergeneric hybrids of sugar cane[J]. Sugar Cane， 1986（2）： 2-7.

[18] Burner D M， Legendre B L. Chromosome transmission and meiotic stability of sugarcane（Saccharum spp.）hybrid derivatives[J]. Crop Science， 1993， 33（3）： 600-606.

[19] Nair N V. Production and cyto-morphological analysis of intergeneric hybrids of Sorghum×Saccharum[J]. Euphytica， 1999， 108（3）： 187-191.

[20] 蕭鳳迥， 李奇偉， 戴耀波. 甘蔗×斑茅雜種及其雙親的農藝、 工藝、植物學性狀和染色體觀察[J]. 云南農業大學學報， 1995， 10（1）： 29-34.

[21] Piperidis G， Christopher M J， Carroll B J， et al. Molecular contribution to selection of intergeneric hybrids between sugarcane and the wild species Erianthus arundinaceus[J]. Genome， 2000， 43（6）： 1 033-1 037.

[22] 劉文榮， 鄧祖湖， 張木清， 等. 甘蔗斑茅的雜交利用及其雜種后代鑒定系列研究Ⅲ. 甘蔗斑茅遠緣雜交后代細胞遺傳分析[J]. 作物學報， 2004， 30（11）： 1 093-1 096.

[23] 鄧祖湖， 李玉蟬， 劉文榮， 等. 甘蔗和斑茅遠緣雜交后代的染色體遺傳分析[J]. 熱帶作物學報， 2007， 28（3）： 62-67.

[24] 鄧祖湖， 賴麗萍， 林煒樂， 等. 甘蔗斑茅雜交后代BC1的染色體核型及染色體遺傳分析[J]. 福建農林大學學報（自然科學版）， 2007， 36（6）： 561-566.

[25] Piperidis G， Piperidis N， DHont A. Molecular cytogenetic investigation of chromosome composition and transmission in sugarcane[J]. Mol Genet Genomics， 2010， 284（1）： 65-73.

[26] Deng Z H， Zhang M Q， Lin W L， et al. Analysis of disequilibrium hybridization in hybrid and backcross progenies of Saccharum officinarum×Erianthus arundinaceus[J]. Agricultural Sciences in China， 2010， 9（9）： 1 271-1 277.

責任編輯：林海妹