七个鹅观草居群的形态学和细胞遗传学研究

【摘要】：小麦族(Triticeae)是禾本科植物中具有重要经济价值的一大植物类群,拥有大量优质及抗逆基因,在麦类作物育种、牧草选育、草坪草开发等方面具有重要的价值。鹅观草(Roegneria kamoji Ohwi)是禾本科小麦族鹅观草属(Roegneria)中的一种多年生六倍体(2n=6x=42)禾草,含StStYYHH染色体组,是优良的野生牧草资源,也是普通小麦的三级基因源。鹅观草分布广泛,我国除了西藏等少数地区以外,其他地区均有其分布,日本、朝鲜和北美爱德华王子岛等地也有分布。《中国植物志》记载鹅观草种下有两个变种,分别是鹅观草(Roegneria kamoji Ohwi var.kamoji)和细瘦鹅观草(Roegneria kamoji Ohwi var.macerrima Keng)。颜济和杨俊良(2013)将鹅观草归入含H、St、Y染色体组的曲穗草属(Campeiostachys)中,其种下有三个变种,分别为髢发曲穗草(Campeiostachys kamoji Ohwi var.kamoji)、毛叶髢发曲穗草(Campeiostachys kamoji Ohwi var.pilosiphylla)及细瘦髢发曲穗草(Campeiostachys kamoji Ohwi var.macerrima Keng),表明鹅观草具有丰富的遗传变异,其种内变异类型丰富。为探讨鹅观草不同居群间的分化程度及其演化规律,本研究对来自四川雅安、四川宜宾、青海、新疆、浙江及山东的七个鹅观草居群进行形态学、繁育学和细胞遗传学分析,主要结果如下:1.成功获得7个居群间杂种F1植株,它们都能抽穗。居群间杂交结实率变异范围为7.1%～40%,其中四川雅安与山东居群正反交的杂交结实率较低,分别为10%和13.2%;四川宜宾与浙江居群正反交的杂交结实率较高,分别为40%和30.3%。2.对亲本及杂种F1的形态特征进行了观察分析。结果显示:浙江、新疆、山东居群的株高、穗长、旗叶长、外稃长及颖长等普遍比四川、青海居群小。各居群间杂种F1的表型性状普遍优于亲本,特别是浙江和四川宜宾居群杂种F1的株高、穗长、旗叶长等性状远高于两亲本居群。但有些杂种F1的部分性状如小花数、颖宽等劣于亲本。3.对亲本及杂种F1进行花粉母细胞减数分裂染色体配对分析。结果表明:各亲本减数分裂正常,无单价体出现,大部分为环状二价体。各杂种F1染色体配对水平总体较高,但也存在差异。平均每细胞单价体数目为0.18～2.46,二价体数目为19.77～20.91,其中环状二价体频率较棒状二价体高,同时发现了一定频率的三价体和四价体。其中,浙江居群与四川宜宾居群正反交杂种F1的单价体频率较高,分别为2.14和2.46,平均每细胞交叉数分别为37.41和37.31,C-值都为0.89。四川雅安与新疆居群的杂种F1出现一定频率的三价体,平均每细胞有0.22个三价体,交叉数和C-值分别为39.5和0.94;在各居群间的杂种F1花粉母细胞减数分裂Ⅰ后期均能观察到落后染色体和染色体桥。染色体配对结果表明:鹅观草各居群间已有不同程度的分化,其中四川宜宾与浙江居群已有较大的分化,其它居群间分化程度较低。4.对亲本及杂种F1进行了繁育学分析。居群亲本的育性变异范围为89.93%～95.71%,居群间杂种F1的育性变异范围为78.9%～89.67%;亲本的自然结实率变异范围为79.21%～84.98%,杂种F1的自然结实率变异范围为43.05%～77.98%,其中浙江与四川宜宾居群的杂种F1的自然结实率最低(43.05%)。结果表明:鹅观草四川居群与新疆、青海、山东及浙江等居群已产生不同程度的分化,其中四川宜宾居群与浙江居群、四川雅安居群与山东居群之间的分化程度较大。5.综合形态学分析、染色体配对资料及繁育学资料表明:本研究的七个鹅观草居群(四川雅安、四川宜宾、青海、新疆、浙江及山东)已产生不同程度的遗传变异,其中四川宜宾与浙江居群分化程度最高,其杂种F1自然结实率低于50%,达到种内亚种的水平。