全 文 ：Vol.30 , No.11
pp.1093-1096　Nov., 2004
作　物　学　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 11期
2004年 11 月　1093～ 1096 页
甘蔗斑茅的杂交利用及其杂种后代鉴定系列研究
　Ⅲ.甘蔗斑茅远缘杂交后代细胞遗传分析
刘文荣1　邓祖湖1　张木清1, ＊　卓晓蕾1　符　成2　张垂明2
(1 福建农林大学农业部甘蔗生理生态与遗传改良重点实验室 ,福建福州 350002;2 广州甘蔗糖业研究所 ,广东广州 510642)
摘　要　以甘蔗与斑茅杂交和回交后代为供试材料 ,进行染色体计数与核型分析 , 结果表明 ,在 5 个供试材料中 , 海南斑
茅 92-105 的体细胞染色体数2n=60=60m , 属原始的 1A 型染色体 , 其他材料的核型均属 2B 型。 以拔地拉(2n =80=
70m+10sm)为母本 、海南斑茅 92-105为父本的杂交后代崖城 96-66 的体细胞染色体数目为 2n =70=68m+2sm;以崖城
96-66 为母本 、CP84-1198(2n =120=114m+6sm)为父本杂交的后代崖城 01-3 的体细胞染色体数为 2n =105=95m+10sm。
结果说明甘蔗斑茅杂交后代染色体以 n +n 的方式进行传递。
关键词　甘蔗;斑茅;属间杂交;细胞遗传
中图分类号:S566
Use and Characterization of the Genuine Intergeneric Hybrids from the Cross of
Saccharum spp.and E.arundinaceum Retz.
　Ⅲ.Cytogenetic Analysis for the Hybrid and Backcross Progeny of S.officinarum
L.and Erianthus sect.Ripidium
LIU Wen-Rong1 , DENG Zu-Hu1 , ZHANG Mu-Qing1 , ＊ , ZHUO Xiao-Lei1 , FU Cheng2 , ZHANG Chui-Ming2
(1Key Laboratory of Eco-physiology &Genetic Improvement for Sugarcane , Ministry of Agriculture , Fujian Agriculture and Forestry University , Fuzhou 350002 , Fu-
jian;2Guangzhou Sugarcane Industry Institute , Guangzhou 510316 , Guangdong , China)
Abstract　The cytogenetic analyses for the hybrid and backcross from the cross of S .officinarum L.with E.arundinace-
um Retz showed that the karyotype of Erianthus Hainan 92-105 was 1A , belonging to the primitive type;while the karyo-
type of the other four tested cultivars belonged to the type of 2B.The somatic chromosome number of the hybrid Yacheng
96-66 from the cross of Badila (female parent , 2 n =80=70m+10sm )and Erianthus Hainan 92-105 (male parent ,
2n=60=60m)was 70 (2n=70=68m+2sm), and that of the hybrid Yacheng 01-3 from the cross of Yacheng 96-66
(female parent)and CP84-1198(male parent)was 105(2n=105=95m+10sm).The results demonstrated that the hy-
brids between the Saccharum and Erianthus probably inherited in the way of n +n .
Key words　Saccharum;Erithanus;Intergeneric crossing;Cytogenetic analysis
　　通过扩大开发甘蔗种质及其近缘植物的利用 ,
提高糖料甘蔗的产量 、糖分和生活力并加速实施再
生能源甘蔗育种计划 ,是当前世界甘蔗育种的一个
重要课题。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 ,陆续报道育成了一些有希望的含斑茅血缘的甘
蔗无性系[ 1] 。但是 ,对甘蔗与斑茅远缘杂交后代的
鉴别 、分析 、研究尚少 ,尤其在染色体遗传方面鲜见
报道[ 2 ～ 4] 。
1915年Kuwada首先报道了来自日本的一个割
手密野生种的染色体数(2n =68),随后各国学者分
别用不同的方法和材料对甘蔗染色体进行了研究。
然而 ,由于甘蔗细胞的多倍性和异质性 ,染色体数目
基金项目:国家“ 863”计划课题糖料新品种选育(2001AA241191)和国家自然科学基金(30170590)。
作者简介:刘文荣(1981-),男 ,福建安溪人。福建农林大学在读硕士生 ,研究方向:作物生理遗传与分子育种。
＊　通讯作者(Author for correspondence):张木清(1966-),男 ,福建周宁人 ,汉族 ,博士 、博士生导师 、研究员 ,主要研究方向:作物
生理遗传与分子育种。通讯地址:福州金山福建农林大学甘蔗综合研究所 ,邮编 350002。 E-mai l:zmuqing@163.com
Received(收稿日期):2003-07-08 ,Accepted(接受日期):2004-02-26.
多 、体积小 、形态较相似 ,要获得大量中期分裂相较
困难;加上染色体处理 、分析程序比较复杂 ,使得核
型分析较难进行 ,因而甘蔗细胞学研究进展缓慢 ,国
内外多数研究仅停留在染色体数目变异方面 ,有关
核型报道的文献极少 。
本系列研究利用现代生物技术 、细胞遗传学和
生理生化技术对全国各地收集的 30个斑茅无性系
进行分子多样性分析[ 5] ,利用分子标记鉴定甘蔗与
斑茅的真实杂种[ 6] ,探讨斑茅杂交后代的细胞学遗
传行为 ,并测定斑茅在水分胁迫和 NaCl胁迫下的一
些生理生化反应以评价其抗逆性 ,为我国斑茅在甘
蔗杂交育种上的利用提供可借鉴的依据 。本文为系
列研究之三 ,主要通过海南斑茅与热带种拔地拉杂
交 ,对其后代与商业栽培种 CP84-1198回交的后代
无性系进行系统的染色体核型分析 ,旨在了解甘蔗
与斑茅杂交后代的染色体行为 ,以期为斑茅在甘蔗
育种上的利用提供一定的细胞学理论依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料
　　选取保育在福建农林大学甘蔗综合研究所资源
圃 ,经 ITS 分子标记证实为甘蔗斑茅真实杂种的崖
城96-66 、崖城 01-3及其亲本海南斑茅 92-105 、拔地
拉和 CP84-1198。系谱图如下:
拔地拉×海南斑茅 92-105
↑
崖城 96-66×CP84-1198
↑
崖城01-3
1.2　研究方法
1.2.1　甘蔗斑茅杂种真实性鉴定　　根据已报道
的 ITS区保守序列设计两对 ITS区特异引物(EF1 和
ER1;EF2 和 ER2)对崖城 96-66的亲本及其与 CP84-
1198的后代进行真实性鉴定;PCR扩增反应在 Ep-
pendorf Mastercycler Gradient扩增仪上进行 ,扩增程序
为95℃预变性 5 min ,93℃变性 50 s , 52℃退火 20 s ,
72℃延伸 40 s ,共 30个循环 ,最后 72℃保温 5 min;
电泳和凝胶成像分析方法同余爱丽等[ 7] 。
1.2.2　染色体核型分析　　蔗茎(斑茅用基部)在
适温(25 ～ 28℃)保湿条件下促根 ,根长 1 ～ 2 cm 时
剪取根尖 1 ～ 2 mm ,于饱和α-溴萘溶液进行预处理 4
h ,甲醇-冰乙酸(3∶1)溶液固定 12 h以上 ,然后采用
去壁低渗-火焰干燥法[ 8] 制备染色体玻片 。镜检时
每个样品取15个完整细胞在1 000倍显微镜下进行
染色体计数 ,选取分散性好的细胞拍照。在放大的
照片上剪取染色体 ,根据染色体形态特征及分析的
数据进行同源配对 ,排成核型图。核型分析按李懋
学等[ 9] 的标准经适当修改后进行[染色体相对长度=
(某号染色体长度 全部染色体总长度)×100] 。
2　结果与分析
2.1　甘蔗斑茅远缘杂交后代杂种真实性鉴定
　　利用福建农林大学建立的甘蔗斑茅真实杂种鉴
定技术对甘蔗(拔地拉 ,热带种)和斑茅(海南 92-
105)的杂种崖城 96-66 , 及其与商业栽培种(CP84-
1198)回交的后代(崖城 01-3)进行真实杂种的分子
鉴定 ,结果显示 ,以 EF1 和 ER1(图 1-A)、EF2 和 ER2
(图 1-B)为引物 ,只有斑茅 、崖城 96-66 和崖城 01-3
扩增出 317 bp(图 1-A)和 350 bp的特异条带(图 1-
B),而拔地拉和CP84-1198没有相应条带 ,说明崖城
96-66和崖城 01-3 为甘蔗斑茅的真实杂种 ,拟进一
步进行细胞遗传学分析 。
图 1 甘蔗斑茅杂种分子鉴定
Fig.1 The molecular identification of the hybrid
and backcross progeny from the cross between S.
officinarum L.and E.arundinaceum Retz.
1:拔地拉;2:斑茅;3:崖城 96-66;
4:CP84-1198;5:崖城 01-3;6:Marker
1:Badi la;2:Erithanus;3:Yacheng 96-66;
4:CP84-1198;5:Yacheng 01-3;6:Marker
2.2　甘蔗斑茅远缘杂交后代杂种细胞遗传学分析
甘蔗热带种(拔地拉)与斑茅杂交及其回交后代
1094 　　　作　　物　　学　　报 30 卷　
的染色体计数与核型分析结果(表 1和图版)显示 ,
热带种拔地拉的体细胞染色体数为 2n =80 ,绝对长
度3.31 ～ 6.76μm ,其中 1 、3 、4 、6 、7号染色体臂比介
于1.71 ～ 3.00 ,为亚中部着丝点染色体(sm), 其余
35对染色体臂比 1.01 ～ 1.70 ,为中部着丝点染色体
(m)。最长与最短染色体的长度比为 2.04 ,平均臂
比1.38 ,核型公式为 2 n=80=70m+10sm ,染色体
属 2B型(图版 Ⅰ-A1和 A2);海南斑茅 92-105 的体
细胞染色体数为 2n=60(58 ～ 60),绝对长度 3.85 ～
6.79μm ,染色体臂比均介于 1.01 ～ 1.70之间 ,30对
染色体全部为中部着丝点染色体(m)。最长与最短
染色体的长度比为 1.77 ,平均臂比 1.27 ,核型公式
为2 n=60=60m ,染色体属 1A 型(图版 Ⅰ-B1 和
B2)。以这两个材料为亲本杂交的后代崖城 96-66体
细胞染色体数为 2n =70(68 ～ 70),绝对长度2.79 ～
6.70μm ,除 26号染色体臂比介于 1.71 ～ 3.00 ,为亚
中部着丝点染色体(sm)外 , 其余 34 对染色体臂比
1.01 ～ 1.70 ,为中部着丝点染色体(m)。最长与最短
染色体的长度比为 2.40 ,平均臂比 1.30 ,核型公式
为2 n=70=68m+2sm ,染色体属 2B型(图版 Ⅰ-C1
和 C2),上述结果表明甘蔗斑茅杂交后代染色体以
n+n 的方式进行传递 。
以崖城 96-66为母本 、CP84-1198为父本杂交的
染色体核型分析同样表明以 n+n 的方式进行染色
体传递。CP84-1198的体细胞染色体数为 2n =120
(117 ～ 120),绝对长度 3.22 ～ 4.06μm ,其中 2 、33 、39
号染色体臂比介于 1.71 ～ 3.00 ,为亚中部着丝点染
色体(sm),其余 57 对染色体臂比为 1.01 ～ 1.70 ,为
中部着丝点染色体(m),而且部分染色体有随体(第
28和 39号),最长与最短染色体的长度比为 1.33 ,
平均臂比 1.35 ,核型公式为 2n =120=114m +6sm
(4SAT),染色体属 2B 型(图版 Ⅱ-D1 和 D2)。它与
崖城 96-66 杂交后代崖城 01-3体细胞染色体数为
2n=105(102 ～ 108),绝对长度 1.90 ～ 7.44μm ,其中
4 、7 、22 、29 、44号染色体臂比介于 1.71 ～ 3.00 ,为亚
中部着丝点染色体(sm),其余 48对染色体臂比为
1.01 ～ 1.70 ,为中部着丝点染色体(m)。最长与最短
染色体的长度比为 3.91 ,平均臂比 1.30 ,核型公式
为 2n=105=95m +10sm ,染色体属 2B 型(图版 Ⅱ-
E1和 E2)。
表 1 甘蔗斑茅杂交及其后代的染色体核型分析结果
Table 1 The results of karyotypic analysis on sugarcane , Erianthus and their hybrids
供试材料
Sample
染色体数
Chr.number(2n)
染色体长度
Chr.length(μm)
染色体相对长度
Chr.relative length
最长和最短
染色体长度比
The longest chr.
the shortest chr.
平均臂比
Average
arm ratio
核型公式
Karyotypic
formula
类型
Type
备注
Remark
拔地拉
Badila
80 3.31-6.76 1.66-3.39 2.04 1.38 70m+10sm 2B
海南 92-105
Hainan 92-105 60 3.85-6.79 2.58-4.55 1.77 1.27 60m 1A
崖城 96-66
Yacheng 96-66
70
(68-70) 2.79-6.70 1.67-4.07 2.40 1.30 68m+2sm 2B
CP84-1198 120(117-120) 3.22-4.06 1.08-3.16 1.33 1.35
114m+6sm
(4SAT) 2B 随体
崖城 01-3
Yacheng 01-3
105
(102-108) 1.90-7.44 0.88-3.46 3.91 1.30 95m+10sm 2B
　　综合以上结果分析表明 ,甘蔗及其近缘属植物
斑茅染色体长度为 1.90 ～ 7.44μm ,属小型染色体 。
除海南斑茅全部具有中部着丝点 、核型属 1A 型外 ,
其他的甘蔗品种及其与斑茅杂交后代都在不同程度
上具亚中部着丝点染色体 ,为 2B型染色体;从平均
臂比看 ,依次为:拔地拉 >CP84-1198 >崖城 96-66
和崖城01-3 >海南斑茅;CP84-1198具 4条随体。
3　讨论
多种甘蔗属间杂种的细胞学研究表明 ,各种杂
种按 n +n 、2n +n 、n +2n 、2n+2n 的配子类型结
合 ,尽管倍数水平不同 ,但杂种的配对仍以同源联合
的形式进行 ,并且大多为二价体 ,因此在属间杂交和
甘蔗育种中 ,可利用染色体数目不减半的配子和同
源染色体的配对 ,进行有效的基因转移[ 10 ～ 12] 。吴能
奕等[ 13] 、D Hont[ 14 ～ 16] 、戴艺民[ 17] 等以不同材料进行
研究发现 ,甘蔗与斑茅有性杂交的 F1 染色体配对方
式为 n+n 。关于斑茅 F2 代染色体遗传行为至今未
见相关报道。从本研究结果看出 ,海南斑茅 92-105
染色体数目为 2n=60 ,拔地拉的 2n =80 ,其杂种崖
1095　11 期 刘文荣等:甘蔗斑茅的杂交利用及其杂种后代鉴定系列研究Ⅲ. 　　　
城96-66的 2n =70 ,因此可以推断拔地拉×海南斑
茅92-105的染色体配对方式为 n +n 。而崖城 96-
66×CP84-1198杂交后代崖城 01-3的体细胞染色体
数为 2n=105 ,比其理论染色体数目 2n=95多了 10
条 ,我们亦初步推断崖城 96-66×CP84-1198 杂交后
代的染色体配对方式仍为 n +n 。Bremer[ 18] 对同源
配对的深入研究表明 ,公式中的 n 并不是一倍体的
原来数目 ,常有增减 ,他称这种后代为“不平衡杂
种” 。如 POJ2878与POJ2725是同一交配组合的 F1 ,
前者 2n=117 ～ 121 ,后者 2n=107 ,相差 10 ～ 14 个
染色体之多 ,超过一个基因组(假定 x =10)以上 。
品种 B3711(2n =106)是 B3365(2n =100)×B603
(2n=80)的杂种 ,比其染色体理论值增加了 16条 。
本研究认为 ,崖城 96-66×CP84-1198在其杂种体细
胞染色体配合上也出现类似的不平衡现象。上述结
果表明 ,甘蔗斑茅杂交后代不仅 F1 代而且其 F2 代
染色体均以 n +n 的配对方式进行遗传。
当然 ,由于甘蔗染色体的异质性和多倍性 ,染色
体数目又多 ,减数分裂时会出现各种不规则的分裂 ,
给甘蔗的细胞遗传学研究带来很大难度 。因此 ,单
纯从细胞学水平的计数和核型分析不一定都能准确
阐明甘蔗斑茅远缘杂交后代染色体的遗传行为 ,借
助基因组原位杂交技术则能很大提高研究的准
确性 。
本研究还表明 ,除海南斑茅 92-105 核型属 1A
型外 ,其余供试材料的核型均属 2B型 。Stebbins[ 19]
曾指出 ,在系统演化上 ,处于较古老或原始的植物具
有较对称核型 ,而不对称核型往往出现在进化水平
较高或特化的植物中 ,亲缘关系较近的物种往往具
有较相似的核型 。由此可见 ,斑茅是较原始的类型 。
References
[ 1] Shen W-K(沈万宽).Discussion of the value of intergeneric crosses of
Saccharum × Erianthus.Sugarcane(甘蔗), 2002, 9(3):1-5
[ 2] Wen J-C(文建成), Cai Q(蔡青), Fan Y-H(范源洪), ZhangM(张
明), Chen H(陈辉).Studies on the chromosome numbers of Saccha-
rum pontaneum and related plants—Sclerostachya narenga in China.
Sugarcane(甘蔗), 2001, 3:12-15
[ 3] Yang Q-H(杨清辉), Li F-S(李富生).Studies on the chromosomes
and botanical characters of Erianthus arundinaceum (Retz.) Jeswiet.
Journal ofYunnan AgriculturalUniversity(云南农业大学学报), 1997 ,
12(4):253-256
[ 4] Zheng C-M(郑成木).Karyotypes and variations of chromosome number
in sugarcane.Chinese Journal of Tropical Crops(热带作物学报),
1993 , 14(1):47-51
[ 5] Hong Y-X(洪艺 ),ZhangM-Q(张木清), Li J-W(李奇伟), Liu S-M
(刘少谋), Zhang C-M(张垂明), Yang R-Z(杨荣仲).Molecular
polymorphic analyses for the germplasms of Erianthus arundinaceus col-
lected in China.Journal of Plant Resources and Environment(植物资源
与环境学报), 2004, 13(1):1-6
[ 6] Zheng X-F(郑雪芳), ZhangM-Q(张木清), Li J-W(李奇伟), Lao F-Y
(劳方业), Deng Z-H(邓祖湖), Chen R-K(陈如凯), Yang Y-H(杨业
后).Molecular identification of genuine hybrid from the cross of Saccha-
rum and E.arundianceum.Molecular Plant Breeding(分子植物育
种), 2004 ,2(1):35-42
[ 7] Yu A-L(余爱丽),ZhangM-Q(张木清), Chen R-K(陈如凯).Appli-
cability of inter-simple sequence repeat polymorphisms in sugarcane and
its related genera as DNA makers.Journal of Fujian Agriculture and Fo-
restry University(福建农林大学学报),2002 , 31(4):484-489
[ 8] Li G-Z(李国珍).The Study and Research Technology on Chromosomes
(染色体研究及其技术).Beijing:Science Press , 1985(in Chinese)
[ 9] Li M-X(李懋学).The Research Techniques of the Plant Chromosomes
(植物染色体研究技术).Harbin:Northeast Forestry University Press ,
1991(in Chinese)
[ 10] Gill B S.Gan H-P(甘海鹏)translated.The transfer ways of chromo-
somes between the intergeneric hybrids of sugarcanes.Foreign Agricul-
ture__Sugarcane (国外农学———甘蔗), 1987 , 2:1-7(in Chinese)
[ 11] Sreenivasan T A , Sreenivasan J.Chromosome numbers of Saccharum
and related grasses from India.Sugar-Cane , 1994, 1:16-22
[ 12] Burner D M , Legendre B L.Chromosome transmission and meiotic sta-
bility of sugarcane(Saccharum spp.)hybrid derivatives.CropScience ,
1993, 33(3):600-606
[ 13] Wu N-Y(吴能奕), Qi J-W(戚经文).The discriminal of the hybrid
progenies of Saccharum × Erianthus.Journal of South China Agricul-
tural University(华南农业大学学报), 1987 , 8(2):28-31
[ 14] D Hont A , Rao P S , FeldmannP , Berding N , Glaszmann J C.Identi-
fication and characterization of intergeneric hybrids , Saccharum officina-
rum × Erianthus arundinaceus , with molecular markers and in situ hy-
bridization.Theor Appl Genet , 1995 , 91:320-326
[ 15] D Hont A , Grivet L , FeldmannP , Rao S , Berding N , Glaszmann J C.
Characterization of the double genome structure of modern sugarcane cul-
tivars(Saccharum spp.)by molecular cytogenetics.Molecular and
General Genetics , 1996, 250(4):405-413
[ 16] D Hont A , Ison D , Allix K.Determination of basic chromosome num-
bers in the genus Saccharum by physical mapping of ribosomal RNA
genes.Genome , 1998, 41(2):221-225
[ 17] Dai Y-M(戴艺民).The karyotype analysis of the hybrid progenies of
Saccharum ×Erianthus.Fuzhou:FujianAgriculture and Forestry Uni-
versity , 2000(in Chinese)
[ 18] Bremer G.The cytology of sugarcane.A cytological investigation of
some cultivated kinds and their parents.Genetica(The Hague), 1924 ,
6:497-525
[ 19] Stebbins G L.Chromosmal evolution in higher plants.London:Edward
Arnold, 1971
1096 　　　作　　物　　学　　报 30 卷