全 文 ：书基于形态性状及犃犱犺１基因序列的芒与
五节芒自然杂交现象研究
朱明东，蒋建雄，肖亮，艾辛，覃静萍，陈智勇，易自力
（湖南农业大学生物科学技术学院 芒属植物研究所，湖南 长沙４１０１２８）
摘要：本研究通过对１３份芒与五节芒１７个形态性状及犃犱犺１基因序列的分析，探讨了芒与五节芒的自然杂交现
象。形态性状聚类分析结果表明，疑似杂交种 ＡＤ４３１与五节芒类群（ＡＡ３３５和 ＡＤ６２５）聚为一类，疑似杂交种
ＡＡ３４３、ＡＤ４３１、ＡＤ６２８、ＡＤ６０７、ＡＤ６３３和ＡＤ６０６与芒类群（ＡＤ６２３、ＡＤ５１２、ＡＤ６２０、ＡＤ６１９和 ＡＤ６２７）聚为一类。
犃犱犺１基因序列聚类分析结果表明，五节芒和芒的材料分别聚成２个明显分开的分支，所有的疑似杂交种中均检测
到２种犃犱犺１基因单倍型的存在，其中１个单倍型在系统树中与芒聚为一类，另１个单倍型与五节芒聚为一类。本
研究的结果确证了ＡＤ４３１、ＡＤ４３１、ＡＤ６２８、ＡＤ６０７、ＡＤ６３３和ＡＤ６０６这６个疑似杂交种的真实性，证实了芒与五节
芒种间确实存在自然杂交现象，为进一步阐明芒和五节芒的系统进化与亲缘关系提供了重要的理论依据。
关键词：芒；五节芒；表型性状；犃犱犺１基因；自然杂交
中图分类号：Ｑ９４３．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１２）０３０１３２０６
芒（犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊）和五节芒（犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊）系禾本科芒属（犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊）的２个主要种［１］，主要分布于
东南亚地区。我国是芒和五节芒的主要分布中心，五节芒在长江中下游以南地区有着广泛分布，芒的分布范围更
广，在黄河流域以南地区和东北地区都有分布。由于芒和五节芒均为多年生Ｃ４ 草本植物，具有生物质产量高、纤
维素含量高、高热值、灰分含量低、适应性强、生长繁殖快等特点，近年来已被视为极具开发潜力的能源植物而受
到高度关注。
作为新型的能源植物资源，芒和五节芒遗传背景与亲缘关系的探讨自然是重要的研究内容。笔者在进行我
国芒属植物资源调查与遗传多样性分析中，按照经典的形态学分类依据［２］，发现在芒和五节芒的部分重叠分布区
有许多表型性状介于两者之间的中间类型存在，主要表现为其圆锥花序类似于芒，但小穗的形态则类似于五节
芒，同时开花期介于２个种之间，疑似为芒与五节芒的自然杂交产物。研究自然杂交渗透主要有３个途径，表型
分析［３５］，细胞生物学研究［６］和来自分子生物学［７１４］的证明。本研究即采用基于形态学标记和犃犱犺１基因序列标
记的系统发育分析来证实这种种间自然杂交现象的存在与否。如果芒和五节芒存在自然杂交这一现象得到证
实，不仅可以填补这一研究领域的空白，为阐明芒属植物复杂的系统发育与进化关系提供理论基础，而且还能为
芒与五节芒作为能源植物应用所需的遗传改良提供杂交育种的依据。为了阐明这一问题，笔者进行了２个方面
的研究：一是建立保存活体材料的资源圃，将不同生态来源的样本种植在同样的生态环境下，进行多年份的形态
学性状考察分析，以排除环境饰变的影响；二是通过犃犱犺１（乙醇脱氢酶）基因的序列分析来鉴定是否有种间杂种
的存在，因为犃犱犺１基因具有丰富的多态性，已被广泛应用于研究植物的遗传进化和亲缘关系，是揭示近缘种群
间遗传背景的有效方法。
１ 材料与方法
１．１ 材料与来源
本试验所用植物材料的分类名及其来源地见表１。具有中间性状的疑似杂交种采自福建南平市芒与五节芒
混生的地区。在本研究中用作外参照的芒（ＡＤ５１２）和五节芒（ＡＡ３３５）来源于湖南浏阳地区２个独立的种群。取
１３２－１３７
２０１２年６月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第２１卷 第３期
Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
收稿日期：２０１１０４０７；改回日期：２０１１１１１７
基金项目：国家自然科学基金（３０９７１８３２）和国家科技计划课题（２０１１ＡＡ１００２０９）资助。
作者简介：朱明东（１９８６），男，湖南张家界人，硕士。Ｅｍａｉｌ：ｕｈｚ＿ｕｈｚ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｙｉｚｉｌｉ８８９＠１６３．ｃｏｍ
材料的根茎，种植于湖南农业大学芒属植物资源圃。该资源圃位于湖南省长沙市东郊，北纬２８°１１′，东经
１１３°０２′，海拨８０ｍ，土壤为红壤土，肥力中等，属亚热带季风湿润气候区。栽培方式为每４ｍ３ 种植１株，按常规
方法进行一致的栽培管理。
表１ 供试材料
犜犪犫犾犲１ 犘犾犪狀狋犿犪狋犲狉犻犪犾狊犳狅狉狋犺犻狊狊狋狌犱狔
编号
ＳｅｒｉａｌＮｏ．
标本凭证（采集号）
ＶｏｕｃｈｅｒＮｏ．
材料采集地
Ｓａｍｐｌｉｎｇｌｏｃａｔｉｏｎ
分类群
Ｔａｘｏｎ
序列号
ＧｅｎＢａｎｋａｃｃｅｓｓｉｏｎＮｏ．
１ ＡＤ６２３ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 芒犕．狊犻狀犲狀狊犻狊 ＪＱ０２６９２５
２ ＡＤ６１９ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 芒犕．狊犻狀犲狀狊犻狊 ＪＱ０２６９２３
３ ＡＤ５１２ 湖南浏阳 ＨｕｎａｎＬｉｕｙａｎｇ 芒犕．狊犻狀犲狀狊犻狊 ＪＱ０２６９３７
４ ＡＤ６２０ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 芒犕．狊犻狀犲狀狊犻狊 ＪＱ０２６９２８
５ ＡＤ６２７ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 芒犕．狊犻狀犲狀狊犻狊 ＪＱ０２６９３６
６ ＡＤ６０６ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９２１；ＪＱ０２６９２２
７ ＡＤ６０７ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９２４；ＪＱ０２６９３０
８ ＡＤ６３３ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９２７；ＪＱ０２６９３５
９ ＡＤ６２８ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９３１；ＪＱ０２６９３４
１０ ＡＡ３４３ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９２９；ＪＱ０２６９３９
１１ ＡＤ４３１ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 疑似杂交种犕．狊犻狀犲狀狊犻狊×犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９２６；ＪＱ０２６９３３
１２ ＡＡ３３５ 湖南浏阳 ＨｕｎａｎＬｉｕｙａｎｇ 五节芒犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９３２
１３ ＡＤ６２５ 福建南平ＦｕｊｉａｎＮａｎｐｉｎｇ 五节芒犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊 ＪＱ０２６９３８
１．２ 表型性状分析
１．２．１ 性状测定 连续３年（２００８，２００９，２０１０）对供试材料的以下１７个性状进行了测定，１７项性状包括旗叶长
（ｆｌａｇｌｅａｆｌｅｎｇｔｈ，ＦＬＬ）、旗叶宽（ｆｌａｇｌｅａｆｗｉｄｔｈ，ＦＬＷ）、最大叶片长（ｌａｒｇｅｓｔｌｅａｆｌｅｎｇｔｈ，ＬＬＬ）、最大叶片宽
（ｌａｒｇｅｓｔｌｅａｆｗｉｄｔｈ，ＬＬＷ）、每个分蘖叶片数（ｌｅａｆｎｕｍｂｅｒｐｅｒｔｉｌｅｒ，ＬＮＴ）、株高（ｐｌａｎｔｈｅｉｇｈｔ，ＰＨ）、茎长（ｓｔｅｍ
ｈｅｉｇｈｔ，ＳＨ）、每分蘖茎节数（ｉｎｔｅｒｎｏｄｅｎｕｍｂｅｒｐｅｒｔｉｌｅｒ，ＩＮＴ）、花序长（ｐａｎｉｃｌｅｌｅｎｇｔｈ，ＰＬ）、主轴长（ｐａｎｉｃｌｅ
ｍａｉｎａｘｉｓｌｅｎｇｔｈ，ＰＭＡＬ）、主轴长／花序长（ｐａｎｉｃｌｅｍａｉｎ／ｐａｎｉｃｌｅｌｅｎｇｔｈ，ＰＭＡＬ／ＰＬ）、芒长（ａｗｎｌｅｎｇｔｈ，ＡＬ）、
基盘毛长（ｃａｌｕｓｈａｉｒｌｅｎｇｔｈ，ＣＨＬ）、小穗长柄长（ｌｏｎｇｓｔａｌｋｌｅｎｇｔｈ，ＬＳＬ）、小穗短柄长（ｓｈｏｒｔｓｔａｌｋｌｅｎｇｔｈ，
ＳＳＬ）、种子长（ｇｒａｉｎｌｅｎｇｔｈ，ＧＬ）、种子宽（ｇｒａｉｎｗｉｄｔｈ，ＧＷ）。叶片、茎秆及花序性状考察时，取生长正常、无病
变植株测量，取５次重复平均数；小花性状和种子性状考察时，分别取无病变小花２０朵和种子２０枚计平均数。
１．２．２ 性状聚类 形态性状测定结果采用ＺＳｃｏｒｅｓ进行标准化转换，计算１３个材料的欧氏距离，在 ＭＶＳＰ３．２
软件上采用Ｇｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｌｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ模型用ＵＰＧＭＡ法聚类。
１．３ 犃犱犺１基因序列分析
１．３．１ ＤＮＡ提取与扩增 基因组ＤＮＡ采用改良的ＣＴＡＢ法进行提取。基因片段的扩增使用引物犃犱犺１Ｆ
（５′ＡＴＡＧＡＧＡＧＴＧＴＴＧＧＡＧＡＧＧ３′），犃犱犺１Ｒ（５′ＧＴＴＣＴＣＣＡＴＧＣＧＧＡＴＧＡＴＧＣ３′）在 ＢｉｏｍｅｔｒｏＰＣＲ
仪器上进行。扩增用ＴａｑＤＮＡ聚合酶来自东盛生物公司，扩增条件为：９４℃预变性５ｍｉｎ；９４℃１ｍｉｎ，５６℃１
ｍｉｎ，７２℃１．５ｍｉｎ，３４次循环；７２℃延伸７ｍｉｎ。扩增体系为：Ｐｒｉｍｅｒｍｉｘ４μＬ，ＤＮＡ２μＬ，Ｐｌｕｓｍｉｘ２５μＬ，
ｄｄＨ２Ｏ补齐至５０μＬ。
１．３．２ 回收体系 ＰＣＲ产物用１．２％琼脂糖凝胶在ＴＡＥ电泳检测并回收目标片段。产物回收使用ＯＭＥＧＡ
公司生产的ＰＣＲ产物回收试剂盒（Ｅ．Ｚ．Ｎ．Ａ．ＴＭ ＧｅｌＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＫｉｔ）。纯化后的产物用ＰＧＴ５７Ｒ／Ｔ质粒（Ｆｅｒ
３３１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
ｍｅｎｔａｓ，ＩｎｓＴＡｃｌｏｎｅＴＭＰＣＲＣｌｏｎｉｎｇＫｉｔ）链接，之后转化大肠杆菌Ｔｏｐ１０，在含氨苄青霉素和５溴４氯３吲哚
βＤ半乳糖苷（Ｘｇａｌ）的ＬＢ固体培养基上进行蓝白斑筛选阳性克隆。样品送上海生工测序，测序引物使用
Ｍ１３Ｒ／Ｆ通用引物。
１．３．３ 序列分析 序列的对齐使用ＣｌｕｓｔａｌＸ１．８１［１５］程序，对齐后的序列加以人工检查。基因树的构建采用
ＭＥＧＡ４．０［１６］程序。最大简约树（ｍａｘｉｍｕｍｐａｒｓｉｍｏｎｙ，ＭＰ）的构建采用启发式搜索，树２等份再连接分支交换
（ＴＢＲ），自展检测（ｂｏｏｔｓｔｒａｐａｎａｌｙｓｉｓ）重复５００次。邻接树（ｎｅｉｇｈｂｏｒｊｏｉｎｉｎｇ，ＮＪ）的构建使用Ｋｉｍｕｒａ两参数模
型（ｋｉｍｕｒａ２ｐａｒａｍｅｔｅｒ），自展检验（ｂｏｏｔｓｔｒａｐａｎａｌｙｓｉｓ）重复１０００次。本研究中构建分子进化树所用的犃犱犺１
基因序列，除了来源于表１中所列的芒与五节芒材料之外，还从ＧｅｎｅＢａｎｋ中选用了２个五节芒（ＡＪ５１５９６１和
ＡＪ５１５９６２）和３个芒（ＡＪ５１５９６４、ＡＪ５１５９８５和 ＡＪ５１５９７３）的犃犱犺１基因序列进行分析。同时选用了玉米（犣犲犪
犿犪狔狊）（ＺＬ０８５９１和 ＭＸ０４０４９）、高粱（犛狅狉犵犺狌犿犪犿狆犾狌犿，犛狅狉犵犺狌犿犾犲犻狅犮犾犪犱狌犿）（ＤＱ０９６１７９和ＤＱ０９６１８７）、狼
尾草（犘犲狀狀犻狊犲狋狌犿犵犾犪狌犮狌犿）（Ｌ２０５７６和Ｌ２０５８２）作为构建系统树的外类群。
２ 结果与分析
２．１ 形态学聚类分析
本研究对１３份供试材料的１７个表型性状进行连续３年测定，测量均值见表２。在形态性状聚类分析中，利
用 ＭＶＳＰ３．２软件采用Ｇｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｌｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ模型进行ＵＰＧＭＡ聚类分析，形态性状聚类结果见
图１。形态学性状的聚类结果显示，芒和五节芒在聚类图中可以被完全区分开。而６份疑似杂交种则没有能够
单独聚为一类，其中疑似杂交种 ＡＤ４３１与五节芒类群（ＡＡ３３５和 ＡＤ６２５）聚为一大类，而疑似杂交种 ＡＡ３４３、
ＡＤ６２８、ＡＤ６０７、ＡＤ６３３和ＡＤ６０６与芒类群（ＡＤ６２３、ＡＤ５１２、ＡＤ６２０、ＡＤ６１９和ＡＤ６２７）聚为另一大类（图１）。这
表明形态性状聚类分析不能鉴定出杂交种的真实性。
２．２ 犃犱犺１基因序列特征及聚类分析
２．２．１ 基因序列的特征 分别从１３份供试材料扩增出的目的片段大小均为１４００ｂｐ左右，经测序后得到碱基
序列，将所测序列在ＧｅｎｅＢａｎｋ中比对证实均为犃犱犺１基因，经整理上传至ＧｅｎｅＢａｎｋ后获得序列号（表１）。
表２ １７项表型性状统计结果
犜犪犫犾犲２ １７犿狅狉狆犺狅犾狅犵犻犮犪犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊
编号
Ｐｌｏｔ
ｎｕｍｂｅｒ
旗叶长
ＦＬＬ
（ｃｍ）
旗叶宽
ＦＬＷ
（ｍｍ）
最大叶长
ＬＬＬ
（ｃｍ）
最大叶宽
ＬＬＷ
（ｍｍ）
每分蘖
叶数
ＬＮＴ
株高
ＰＨ
（ｃｍ）
茎长
ＳＨ
（ｃｍ）
分蘖
数
ＩＮＴ
种子长
ＧＬ
（ｍｍ）
种子宽
ＧＷ
（ｍｍ）
基盘毛长
ＣＨＬ
（ｍｍ）
小穗长柄
ＬＳＬ
（ｍｍ）
小穗短柄
ＳＳＬ
（ｍｍ）
芒长
ＡＬ
（ｍｍ）
花序长
ＰＬ
（ｃｍ）
主轴长
ＰＭＡＬ
（ｃｍ）
主轴／花序
ＰＡＬＭ／
ＰＬ
ＡＡ３３５１６．６７ ７．７４ １０４．００ ３４．３３ ２４．７５ ２６３．２６１７３．６７２３．１２ ３．７６ ０．６７ ５．１９ ３．０９ １．１２ ４．５７ ３６．２７３０．７０ ０．８５
ＡＡ３４３２４．１６ ６．６０ ８６．８２ １９．６０ ９．３３ ３６８．３７１４２．３８ ７．５５ ５．３４ ０．８６ ６．１５ ４．３３ １．８３ ７．５６ ６５．０２３６．０２ ０．５５
ＡＤ５１２１５．５８ １．８７ ８８．７４ ２１．０６ ８．９１ ２８４．２８１３１．６０ ８．１６ ４．５４ １．０６ ３．９１ ５．１２ ２．１２ ４．３０ ３７．０８２１．０４ ０．５６
ＡＤ４３１１７．９０ ９．４３ １０３．３３ ２１．６７ １２．０２ ２７３．２７１３９．１７１１．２２ ３．１０ ０．６０ ２．６４ ４．３４ ２．０４ ３．６５ ４２．８３３３．１７ ０．７７
ＡＤ６０６１５．２０ ２．２９ ５７．６６ １５．１２ ７．８５ ２６３．２６１１９．８６ ８．３６ ５．４６ ０．７３ ３．５０ ５．３７ ２．９８ ５．３８ ３１．５４１１．３２ ０．３６
ＡＤ６０７１６．３４ ２．５０ ７１．７８ １９．９８ ７．６４ ２２１．２２１１０．１０ ６．３２ ５．５４ ０．７５ ４．７４ ５．１５ １．７１ ６．０９ ３１．７４１４．２４ ０．４５
ＡＤ６１９３４．５４ １．８７ １１２．３０ １４．２２ ８．２７ ２６３．２６１３１．１４ ７．９６ ４．９５ ０．７４ ５．０７ ３．５９ １．５６ ５．２８ ３２．３０１７．５０ ０．５４
ＡＤ６２０２６．１８ ４．６８ ８１．９０ １９．９８ １１．２５ ２４２．２４１３６．５４１０．８１ ４．７７ ０．７７ ４．２４ ５．０９ １．９４ ５．６０ ２６．４０１２．８４ ０．４９
ＡＤ６２３１２．４４ １．４６ ７２．００ １５．３０ １１．８９ ３２６．３３１６５．７８１１．２２ ４．２４ ０．５０ ４．２２ ３．７７ １．３８ ５．６０ ３３．２４１７．８０ ０．５４
ＡＤ６２５２９．１３１３．５５ １１６．３７ ３５．１５ １２．７３ ３６８．３７１６７．９０１２．９２ ３．２４ ０．６０ ４．１２ ３．７３ １．４０ ４．２６ ４９．３３３８．５０ ０．７８
ＡＤ６２７１３．６０ ２．３９ ６８．９６ １１．７０ ７．８５ ２２１．２２１１３．５０ ６．７３ ４．３２ ０．７６ ５．７４ ４．０９ １．９２ ５．２３ ３０．９２１２．８０ ０．３８
ＡＤ６２８１４．６８ ３．４３ ６９．５８ ２０．８８ １２．９５ ３１５．３２１４９．０２１１．４２ ４．００ ０．８６ ４．６３ ３．８４ １．６２ ７．８０ ３７．７０２２．９２ ０．６１
ＡＤ６３３１３．３８ ５．５１ ６５．４８ ２１．７８ １４．０１ ２１０．２１１２１．０２１３．２６ ４．２４ １．３８ ３．７７ ０．５０ ４．２２ ５．９４ ２６．８２１２．３２ ０．４６
４３１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
图１ 基于１７个表型性状标记的聚类图
犉犻犵．１ 犆犾狌狊狋犲狉犪狀犪犾狔狊犻狊犫犪狊犲犱狅狀１７犿狅狉狆犺狅犾狅犵犻犮犪犾狋狉犪犻狋狊
在Ｓｏｆｔｂｅｒｒｙ上运用ＦＧＥＮＥＳＨ进行序列分析，结果表明芒属植物的犃犱犺１基因包括６个外显子和５个内
含子，外显子片段大小为６０～２１０ｂｐ，平均大小为１１４ｂｐ；在１３份材料用来构树的１９个序列中，序列大小为
１４１３～１４４４ｂｐ，平均大小为１４３０ｂｐ，Ａ，Ｔ，Ｃ，Ｇ碱基含量分别为２４．７％，３０．３％，２０．５％，２４．５％，序列有明
显的Ｔ碱基偏好，ＡＴ碱基含量（５５．０％）明显大于ＣＧ碱基含量（４５％）。当用ＣｌｕｓｔａｌＸ对齐２０个序列并排除空
位和多重迭代后显示序列长度为１４７３ｂｐ。颠换值为１６，转换值为２７，转换（ＳＶ）明显大于颠换（ＳＩ），转换与颠换
的比为１．７。
２．２．２ 聚类分析 序列采用ＣｌｕｓｔａｌＸ１．８１程序排除空位并对齐，用ＭＥＧＡ４．０程序构建犃犱犺１基因序列的最大
简约树（ＭＰ）和邻接树（ＮＪ），结果如图２和３所示，分支上的数值显示其自展支持率。
最大简约树和邻接树具有基本一致的拓扑结构，芒属作为单系类群能够很好地与狼尾草、玉米和高粱等外类
群区分开。在芒属分支中，芒和五节芒的材料被分别聚成可明显区分的２类。而在每一个疑似杂交种中，均检测
到有２种犃犱犺１基因单倍型的存在，其中一个为芒的单倍型，在系统树中与其他芒的犃犱犺１基因聚为一类；另一
个为五节芒的单倍型，在系统树中则与其他五节芒的犃犱犺１基因聚为一类。基于犃犱犺１基因序列的系统发育分
析表明，这些疑似杂交种确实为芒与五节芒自然杂交的产物。
３ 讨论
本研究验证了疑似杂交种的真实性，证实了芒与五节芒的种间自然杂交现象的存在。这２个物种之所以能
够产生自然杂交，可能的原因主要有如下几个方面：一是芒和五节芒亲缘关系很近，为近缘种，具有相近的遗传基
础，二倍体的染色体数目均为２ｎ＝２ｘ＝３８；二是两者的地理分布上有重叠，在野外种质资源调查中发现，在有五
节芒分布的地区，几乎也都有芒的分布，在部分地区两者甚至混生在一起；三是芒和五节芒均为较严格的自交不
亲和植物，有性生殖以异花授粉为主。据中国植物志记载，芒的开花期通常是８－１０月，而五节芒的开花期为
５－６月，两者开花期相差较大。但在研究中发现五节芒的生殖分蘖中下部的节位有时候会发生第２次抽穗开花
的现象，花期刚好与芒的花期相重叠，为两者发生自然杂交提供了花期相遇的可能。为了进一步证实芒与五节芒
的种间杂交现象，湖南农业大学芒属植物研究所开展了人工杂交试验，并成功获得了真实的杂交种，说明芒与五
节芒之间确实具有发生种间杂交的遗传基础。芒属植物不同的种群间存在的这种自然杂交现象，会使得芒属植
５３１第２１卷第３期 草业学报２０１２年
物种群内和种群间的遗传与进化关系变得更为复杂，这无疑给其经典分类学和系统学研究增加了难度。因此长
期以来，基于形态学鉴定的有关芒属的分类及其亲缘关系研究一直都存在着争议，属下等级的划分也有不同的归
并与拆分结果［１，２］。
图２ 基于犃犱犺１基因序列的最大简约树
犉犻犵．２ 犕犪狓犻犿狌犿狆犪狉狊犻犿狅狀狔（犕犘）狅犳犃犱犺１犵犲狀犲狊犲狇狌犲狀犮犲
图３ 基于犃犱犺１基因序列的邻接树
犉犻犵．３ 犖犲犻犵犺犫狅狉犼狅犻狀犻狀犵（犖犑）狅犳犃犱犺１犵犲狀犲狊犲狇狌犲狀犮犲
本研究发现，采用基于形态学性状的聚类分析并不能有效的将杂交种区分开来，而采用犃犱犺１基因序列聚类
分析则成功将杂交种鉴定出来。导致这２种聚类分析方法出现差异的本质原因在于：自然杂交所产生的杂交种，
往往会与亲本再发生回交，出现所谓的渐渗杂交（ｉｎｔｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）现象［１７］，从而导致１个种群的基因
逐渐渗入到了另１个种群的基因库中。这种种群间的基因渗透，丰富了种群内的遗传背景，增大了种群内的遗传
差异性和表型多样性，为自然选择提供了新的遗传资源，促进了物种的进化。但与此同时，种间的这种基因渗透，
则降低了种群间的遗传差异性，使得种群间的遗传背景和表型性状趋于同化，从而导致这２个种群在进化上表现
出趋近的亲缘关系。但渐渗杂交所带来的遗传物质的改变，在ＤＮＡ分子水平上都能体现出来，通过基因序列的
测定也都能够直接鉴定出来，包括内含子和外显子序列所发生的变化。从本研究的测序结果可以发现，杂交种
犃犱犺１基因的内含子和外显子碱基序列均发生了改变，外显子碱基序列的变异更为丰富；而能够反映到形态上出
现差别性状，仅仅只是那些由外显子上的显性基因所控制的少数性状，大量的中性突变在形态学上是没有反映
的。因此，基因序列聚类分析与形态性状聚类分析的结果出现差异是常见的，而基因序列聚类分析结果所反映出
的物种变化更本质、更全面、更准确，用它所鉴定出的杂交种也更可靠。
６３１ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１２） Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．３
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犖犪狋狌狉犪犾犺狔犫狉犻犱犻狕犪狋犻狅狀犫犲狋狑犲犲狀犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊犪狀犱犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊狉犲狏犲犪犾犲犱
犫狔狆犺狔犾狅犵犲狀犻犮犪狀犪犾狔狊犻狊狌狊犻狀犵犿狅狉狆犺狅犾狅犵犻犮犪犾狋狉犪犻狋狊犪狀犱犃犱犺１狊犲狇狌犲狀犮犲狊
ＺＨＵＭｉｎｇｄｏｎｇ１，ＪＩＡＮＧＪｉａｎｘｉｏｎｇ，ＸＩＡＯＬｉａｎｇ，ＡＩＸｉｎ，ＱＩＮＪｉｎｇｐｉｎｇ，ＣＨＥＮＺｈｉｙｏｎｇ，ＹＩＺｉｌｉ
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ｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｎａｔｕｒａｌｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊ａｎｄ犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊．Ｏｎｅｐｕｔａｔｉｖｅｈｙｂｒｉｄ（ＡＤ４３１）
ｃｌｕｓｔｅｒｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈ犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊ｓａｍｐｌｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｐｕｔａｔｉｖｅｈｙｂｒｉｄｓ（ＡＤ６２３，ＡＤ５１２，ＡＤ６２０，ＡＤ６１９
ａｎｄＡＤ６２７）ｇｒｏｕｐｅｄｗｉｔｈ犕．狊犻狀犲狀狊犻狊ｓａｍｐｌｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｗｏｄｉｖｅｒｇｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆ犃犱犺１ｇｅｎｅｓｅｑｕｅｎｃｅｓｗｅｒｅ
ｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎａｌｓａｍｐｌｅｓｏｆｐｕｔａｔｉｖｅｈｙｂｒｉｄｓ，ｏｎｅｏｆｗｈｉｃｈｃｌｕｓｔｅｒｅｄｗｉｔｈ犕．狊犻狀犲狀狊犻狊ｗｈｉｌｅｔｈｅｏｔｈｅｒｃｌｕｓｔｅｒｅｄ
ｗｉｔｈ犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊ｏｎｔｈｅ犃犱犺１ｐｈｙｌｏｇｅｎｙ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｙａｒｅｔｒｕｅｈｙｂｒｉｄｓｂｅｔｗｅｅｎ犕．狊犻狀犲狀狊犻狊ａｎｄ犕．
犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊．Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｂａｓｉｓｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇｅｎｅｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｗｏ犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊
ｓｐｅｃｉｅｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犕犻狊犮犪狀狋犺狌狊狊犻狀犲狀狊犻狊；犕．犳犾狅狉犻犱狌犾狌狊；ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒ；犃犱犺１ｇｅｎｅ；ｎａｔｕｒａｌｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ
７３１第２１卷第３期 草业学报２０１２年