全 文 ：第 2 期
N o
.
2
草 地 学 报
AC T A A G R EST IA SIN ICA
1 9 9 9
J
u n e
年 6 月
1 9 9 9
无芒仲彬草与鹅观草杂种的细胞学和形态学研究 ’
张新全 ‘ 伍碧华2 杨俊 良2 颜济 2 郑有 良2
(‘四川农业大学草业科学系 , 雅安 6 2 5 0 1 4 )
(
’四川农业大学小麦研究所 , 都江堰 6 1 1 8 3 0 )
摘要 : 无芒仲彬草分布于我国西部 , 属多年生六倍体植物 , 将其与鹅观草(2 n ~ 42 , S H -
H Y Y )进行杂交 , 对亲本及杂种 F , 代花粉母细胞减数分裂中期 I 染色体配对行为及形态学进行
研究 。 结果表明 , 杂种 F : 减数分裂染色体配对平均构型为 : 无芒仲彬草 x 鹅观草 21 . “ I + 10 .
1 3 1 + 0
.
06 . (c
一值 = 。. 3 4 ) , 双亲有两个染色体组 , 其中一组具有较高的同源性 , 另一组亲缘关
系较远 , 杂种穗部特征一般介于双亲之间 。
关健词 : 无芒仲彬草 ; 鹅观草 ; 属间杂种 ; 染色体配对 ; 形态学
1 前言
小麦族 (T 月tl’“ae Du m or t . )种 、属间远缘杂交不仅广泛地用于导入外源有益基因改良
牧草和麦类作物品种 , 而且对于种 、属间杂种 F : 代减数分裂中期 I 染色体配对行为的分析 ,
也被普遍用来确定物种的染色体组组成及物种间亲缘关系 (De w ey 1 98 4 ; Ki har a 1 9 3 0 ) 。
仲彬草属 (K en gy ilt’“ Yen e t Y an g )是近年来在小麦族生物系统学研究中建立的(颜济
等 , 19 9 0 ; Y e n 等 , 1 9 9 0 ) 。 据调查 K e n舒ilia 属的种大多分布在帕米尔高原 、喀喇昆仑山脉 、
阿尔泰山脉 、天山山脉 、祁连山脉 、喜马拉雅山脉及青藏高原 。 南到锡金 (北纬 2 7 0 5 0 , 度 ) , 北
到西伯利亚楚雅河谷 (北纬 50 “50 ‘ ) , 东到甘肃天水 (东经 105 0 58 ‘) , 西到土耳其东部的卡尔
什 (K a r s )省的阿尔达汗 (A rd a h a n ) (东经 4 0 0 8 5 ‘ ) , 海拔 1 1 0 0 ~ 5 10 0 米的亚高山草甸 、高山
草甸 、山地草甸 、草原 、荒漠草原及戈壁荒漠之中(Y an g 等 1 9 9 2 ) 。 无芒仲彬草(K en gy il a .
m u t ic a (K e n g ) J
·
L
·
Y a n g
,
Y e n e t B a u m )是中国特有的小麦族禾草 , 分布于我国青海省 ,
是 一种多年生六倍体植物 (2n 一 6x 一 4 2 ) ;外俘密生长柔毛 , 先端急尖或具极微小短尖头 , 内
俘等长或稍长于外释 , 先端钝或微凹 (耿以礼等 , 1 96 3 ) 。
鹅观草属 (R oe g ne ri a C . K oc h) 是小麦族中种类最 多的一个属 , 全世界约有 1 20 种 , 主
要分布于北半球的温寒地带 。 我国现知有 70 余种 , 主要分布于西北 、西南和华北地区(郭本
兆等 1 9 8 7 ) 。 鹅观草(R oe g n e r ia k a m oj i O hw i)广泛分布于中国 、 日本和朝鲜 , 含 S S H H Y Y 染
色体组 (卢宝荣等 , 1 9 8 8 ; S a ka m ot o 等 1 96 6 ) 。 本文报道无芒仲彬草与鹅观草间形态学与细
胞遗传学 , 旨在探明亲本种之间的亲源关系 , 为今后进一步开展牧草育种提供理论依据 。
2 材料与方法
2
.
1 实脸材料
供试材料无芒仲彬草和鹅观草由颜济 、杨俊 良等采自青海 、四川等地 , 引种栽培于四川
. 国家自然科学基金与四川省教委资助项目
第 2 期 张新全等 : 无芒仲彬草与鹅观草杂种的细胞学和形态学研究
农业大学小麦研究所 。表 1 中列出用于杂交试验的各物种染色体数目 、染色体组组成及其来
源 。
表 1 供试材料来谏
T a b le 1 T he o rig in s o f p la n t m a te r ia ls
种
SPe c ie s
编号
A e e e s io n
N o
.
染色体组 来 源
G e n o m e
无芒仲彬草
K o g 对才ia m 以ica
Y 9 3 0 0 7
O r ig in
青海
Q in g
Y2 8 7 3
鹅观草
R . g 。。a 庵a m oji Y 14 16 42 S SH H Y Y
Y 8 30 17 4 2 S SH H Y Y
青海
Q in g ha i
四川 , 都江堰
Du ji
a n g y a n , Sie h u a n
四川 , 稚安
Y a a n
,
Sie hu a n
2
.
2 远缘杂交法
以鹅观草为母本 , 人工去雄 、套袋 , 2~ 3 天后分别授以无芒仲彬草的成熟花粉 , 授粉 14
天后取部分杂种幼胚培养 , 胚培幼苗于低温处越夏 。 统计杂交结实率 , 收获杂种种子干燥保
存 。
2
.
3 细胞学制片及减数分裂观寨
2
.
3
.
1 杂种及亲本孕穗期 ,取减数分裂盛期的幼穗用卡诺氏液 I (乙醇 :氯仿 : 冰醋酸一 6 :
3
: ”固定 , 24 小时后转入 75 %酒精 ,贮存在 4 ‘C 条件下备用 。
2
.
3
.
2 用醋酸洋红染色压片 , 观察并统计杂种 F ; 及亲本花粉母细胞(P MC )减数分裂中期
I 染色体配对行为 。 。一值(c 一va lu e )是指平均染色体臂配对频率 , 变化于 。一 1 之 间 。 。一值的计
算参照 K im be r 等(1 9 8 1 )的方法 。
2
.
3
.
3 亲本及杂种 F ; 花粉用 12一K l溶液染色 , 以检查其可育性 。
2
.
4 形态学浏定
对杂种和双亲的 16 个穗部性状进行比较 , 检查亲本及杂种结实率 。
2
.
5 杂种和亲本凭证标本存于四川农业大学小麦研究所 。
3 结果与分析
3
.
1 属间杂种的产生
将鹅观草 120 个小花去雄后 , 授以无芒仲彬草的花粉 , 获得 16 粒杂种种子 , 杂交结实率
为 13 . 3 % 。 由于杂种种子的胚发育不健全 , 而且胚乳在发育过程中往往容易退化 , 为确保
杂交成功 , 有 5 个杂种胚进行了胚培养 ,结果胚培和天然结实的杂种种子均获得杂种幼苗 。
杂种 F , 为多年生 , 在四川都江堰南亚热带气候条件下 , 夏季必须移置到冷室 内才能避免越
夏死亡 , 否则很难越夏 。 杂种 F , 幼苗经过近一个月加光后 (春节前后 ) , 最终有 5 株抽穗开
花 。
3. 2 形态学
通过对鹅观草 、无芒仲彬草及杂种穗部 16 个形状的统计分析表明 , 穗状花序特征介于
1 5 2 草 地 学 报 1 9 9 9 年
双亲的形态之间 , 但穗长 、小穗长 、小穗数 、芒长较为明显地倾向母本 , 杂种外俘上出现长短
不同程度的芒和稀疏柔毛 , 短芒性状显然来自母本鹅观草 , 而稀疏柔毛则来自父本无芒仲彬
草 (表 2 ) 。
表 2 亲本及杂种 F : 形态形状观测和比较 (c m )
T a b le 2 C o m p a r iso n o f m o r ph o lo g ie a l e ha r a e te rist ie s a m o n g K
.
m u tic a
,
R
.
k a m oji
a n d th e ir F ; h y br id s (e m )
形态性状
M o r p h o lo g ie a l eha r a e t e r
鹅观草
R
.
k a m oj
,
无芒仲彬草 x 鹅观草
K
.
, u tic a X R
.
k a 。可i
无芒仲彬草
K
.
m u t ic a
穗 长
L e n g th o f s p ik e
小穗长
L e n g th o f
s p ik ele t
每穗小穗数 (个 )
N o
.
o f s p lk e le t s pe r s p ik e
每小穗小花数 (个 )
N o
.
o f fo lr e t
s p e r s p 一k e le t
第一颖长
L e n g th o f th e ls t g lu m e
第一颖宽
B r e a d th o f th e l
s t g lu m e
第一颖芒长
L e n g th o f aw n o n t h e ls t g lu m e
第二颖长
L e n g th o f t h e Zr d g lu m e
第二颖宽
B r e ad th o f th e Z rd g lu m e
第二颖芒长
L e n g th o f a w n o n the Z
r
d g lu m e
第一外俘长
L e n g t h o f th e ls t le m m a
第一外俘芒长
L e n g th o f aw n o n th e ls t le m m a
第一 内释长
L e n g t h o f ls t p a le a
外样上毛
H a ir o n le m m a
穗轴上 毛
H a ir o n r a eh ls
内释顶端形状
Fo r m o f Pa le a
2 0
.
1 4 士 1 . 2 8 2 0 . 0 8 士 2 . 3 2 5 . 6 3士 0 . 2 4
2
.
4 2 士 0 . 2 3 2 . 4 3士 0 . 2 0 1 . 2 0士 0 . 0 9
2 0
.
2 5 士 3 . 3 1 2 0 . 0 0士 2 . 7 8 1 3 . 0 0 士 1 . 0 1
9
.
2 5士 0 . 4 3 1 1 . 4 3士 1 . 0 4 4 . 4 3士 0 . 4 9
0
.
7 6士 0 . 0 7 0 . 55 士 0 . 0 3 0 . 3 9 士 0 . 0 4
0
.
1 6士 0 . 0 2 0 . 1 8士 0 . 0 1 0 . 1 1士 0 . 0 1
0
.
4 3士 0 . 1 6 0 . 2 0士 0 . 0 5 0 . 0 2士 0 . 0 1
0
.
6 5士 0 . 0 4 0 . 5 8士 0 . 0 2 0 . 4 7 士 0 . 0 1
0
.
1 4士 0 . 0 1 0 . 2 0士 0 . 0 1 0 . 1 5 士 0 . 0 2
0
.
2 6 士 0 . 1 0 0 . 15 士 0 . 0 5 0 . 0 2 士 0 . 0 1
1
.
1 0 士 0 . 0 6 0 . 9 9 士 0 . 0 2 0 . 8 3 士 0 . 0 2
3
.
8 3 士 0 . 4 7 0 . 74 士 0 . 0 3 0 . 0 2士 0 . 0 1
1
.
0 7士 0 . 0 4 0 . 93 士 0 . 0 2 0 . 8 4士 0 . 0 4
无
H a ir le s s
无
H a lrle
s s
钝 形
O b tu s e
稀 疏
S p a rs e ha lr
稀 疏
SPa rs e h a ir
钝 形
O b t u s e
密 毛
d e n
s e h air
密 毛
l沁 n s e h a ir
微 凹
tr U fl C8 te
3
.
3 亲本 细胞学与育性
所有亲本种的花粉母细胞中的染色体数目相对 比较稳定 , 均为 2n 一 6x 一 42 (表 1 ) 。各亲
本种的减数分裂都很正常 , 而且染色体的配对数在中期 I 很高 , 同源染色体主要形成环形二
价体 。 无芒仲彬草的中期 I 染色体大小差异显著 , 形成 7 个大的二价体 (图 卜a )和 14 个小
二价体 , 多价体极少出现 , 由此可说明其为异源六倍体 。 上述 2 个亲本种的减数分裂后期 I
和后期 l 细胞中染色体正常分离 , 四分体中未见微核 。 亲本种减数分裂构型的 C 值在 0 . 97
~ 0
.
9 8 之间 (表 3 ) , 花粉可育性在 80 %以上 。
第 2 期 张新全等 : 无芒仲彬草与鹅观草杂种的细胞学和形态学研究
表 3 亲本及杂种 F : 减数分裂 M l构型
T a b le 3 C h r o m o s o m e p a irin g a t m e ta p ha s e 1 o f PM C S i
n p a r e n ts a n d th e ir F l h yb r id s
亲本和杂种 Fl
P a r e n t s a n d hyb r id s F -
细胞数
N o
.
o f
e e lls
中期 IM I
I
总数
T o t a l
环状
R in g s
细胞交又数
Chia s m a t a Pe r e ell
(。
· 值 ) (e 一v a lu e )
无芒仲彬草
K
. 拼以ica
鹅观草
R
.
k a , 可i
无芒仲彬草X 鹅观草
K
. 功以ica X R . k a m o i王
0
.
2 6
(0 ~ 2 )
2 1
.
5 6
(1 3一 2 6 )
2 1
.
0 0
(2 1 )
2 0
.
8 7
(2 0 ~ 2 1 )
1 0
.
1 3
(7 ~ 1 4 )
1 9
.
8 8
(19一 2 1 )
2 0
.
4 1
(19 ~ 2 1 )
4
.
2 1
(l~ 9 )
棒状
R o d s
1 1 2
(0 ~ 2 )
0
.
4 6
(0 ~ 2 )
5
.
9 2
(2一 1 0 ) (0 ~ 1 )
4 0
.
8 8
(0
.
9 7 )
4 1
。
2 8
(0 9 8 )
14
.
4 6
(0
.
3 4 )
3
.
4 杂种 F , 细胞学与育性
观察该杂种在减数分裂过程中染色体配对行为 , 旨在确定鹅观草与无芒仲彬草染色体
组间的同源性 。 杂种 F , 花粉母细胞减数分裂中期 I , 最高频率的配对形成 10 一 n 个二价
体 , 占观察细胞数的 40 % 。 其中只有一个细胞染色体配对形成 14 个二价体 。 平均每个细胞
具有 21 . 56 个单价体 , 10 . 13 个二价体 ,变动范围为 7 一 1 4 , 其中以棒形为主 , 平均每个细胞
为 5 . 9 2 (2 ~ 10) , 环形为 4 . 2 1 (1一 9 ) 。 多价体频率较低 , 平均每个细胞为 0 . 06 个三价体 , 长
染色体组通常不参与配对 , 形成单价体 (图 卜b 、 。 , 如简头所示表 3 ) 。 平均每个细胞的交叉
数为 1 4 . 16 , e 一值为 0 . 3 4 。
在后期 I , 98 %的细胞有落后染色体 , 平均每个细胞的落后染色体数 为 5 . 80 , 个别细胞
出现了染色体桥 。 后期 I 也观察到落后染色体和染色体桥 。 所有四分体均含有微核 ,平均每
个四分体的微核数为 8 . 0 9( 图 1 一d 、 e 、 f) 。 杂种的花药发育极不正常 , 远较双亲为小而不开
裂 , 其花粉粒发育明显不饱满 、皱缩 、数量少 。 花粉粒的可育性< 5 % , 杂种结实率< 1 % 。
4 讨论
4
.
1 杂种在减数分裂期间染色体的配对规律 , 反映了物种间亲缘关系 。 鹅观草的染色体组
组成为 ssH H Y Y (卢宝荣等 , 1 9 90 ; S a ka m o to 1 9 5 2 , 1 9 64 ) 。在鹅观草与无芒仲彬草的杂种 F I
代 , 平均每细胞二价体数为 1 0 . 13 , 。一值为 0 . 34 。 结果表明鹅观草与无芒仲彬草的亲缘关系
较远 , 杂种花粉育性很低 , 天然结实率 < 1 % , 表明杂种后代存在明显的再生障碍 。 在牧草育
种过程中 , 对杂种后代育性的恢复 , 可采用与双亲之一进行连续多代回交 , 以便逐步恢复其
育性 , 或采用幼穗进行脱分化培养延续后代 , 并可从培养后代群体中选择育性高的材料 , 这
在远缘杂交育种中广泛采用 。
4
.
2 耿以礼以无芒鹅观草 (R o e g n e ri a m u tic a K e n g )发表了该种 (耿以礼等 , 1 9 6 3 ) , 颜济等
根据核型和形态学等研究结果 (Ba u m 等 1 9 9 5 ; Y a ng 等 1 9 92 ;颜济等 , 1 9 90 )将其从鹅观草
属拟冰草组 (R oe g ne ri a sec t . 尸a ra g r刃冲ro n) 组合到仲彬草属 。综合本文实验结果 , 并根据前
人细胞学 、形态学的研究资料 , 笔者认为无芒鹅观草从鹅观草属 中组合到仲彬草属更为恰
当 。
5
.
1
结论
无芒仲彬草是一种异源六倍体植物 , 含三个基本染色体组 , 与鹅观草的亲缘关系较远 。
1 5 4 草 地 学 报 1 99 9 年
5
.
2 鹅观草与无芒仲彬草杂种的细胞学和形态学研究结果进一步证明 , 颜济等将其从鹅观
草属中的拟冰草组组合到仲彬草属是恰当的 。
5
.
3 小麦族内鹅观草属与仲彬草属的属间远缘杂交 , 进行遗传物质转移是完全可行的。
参 考 文 献
2
3
4
5
6
卢宝荣 、颜济 、杨俊良等 , 1 98 . 鹅观草属三个种的染色体组分析与同工酶分析 . 云南植物研究 , 12 (2 ) :
2 61 ~ 27 0
卢宝荣 、颜济 、杨俊良等 , 19 90 . 小麦族鹅观草属三种植物的生物系统学研究 . 云南植物研究 , 10 (2 ) : 16 1
~ 1 7 1
耿以礼 、陈守 良, 1 9 63 . 国产鹅观草属 尺配 g o ria C . K oc h 之订正 . 南京大学学报 , 1 : 1 ~ 92
郭本兆等 , 1 9 8 7 . 中国植物志 . 第 9 卷 3 分册. 北京 :科学出版社 , 51 ~ 4 01
颜济 、杨俊良 , 1 9 9 0 . 耿氏草属 K o gy l’i a , 中国禾本科小麦族一新属 . 四川农业大学学报 , 8 (1 ) : 75 ~ 76
Ba
u m B R
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Y a n g J I
J ,
Y e n C
,
199 5
.
T a x o n o m ie s e p a ra tio n o fK e n舒 ilia (Poa c ea e : T r itic ea e ) in re la tio n
t o n e a r e s t r e la te d R oe g
n e ri a
,
E ly 从u s , a n d A g r o力r o n , ba s e d
S ys t E v o l
,
1 9 4 : 1 2 3 ~ 1 3 2
7 De w
e y D R
,
1 9 8 4
.
T h e g e n o m e sy s te m o f e la s s ifie a t io n a s a g u
s o m e m o r p ho lo g ie a l eh a r a et er s
.
P I
t o in te r g e n e rie h yb ridiz a tio n w ith th e
onde
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In : G u s t a fs o n J P
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.
G e n e m a n ip u la tio n in p la n t im p r o v e m e n t
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Pr o e 1 6t h S ta d le r
G e n e t S ym p
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N e w Y o r k
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Ple n u m Pu b l C o rp
,
2 0 9 ~ 28 0
8 K im be r G
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A lo n so l
碑
G
,
l9 8 l
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T h e a n a lys is o f m e io s is in h yb rid s
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, T e tr a plo id hyb r id s
.
G a n a d J
G e n e t C yt o l
,
2 3 : 2 3 5 ~ 2 5 4
9 K iha r a H
,
1 9 3o
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G e n o m e a n a lys is o f T r itic u 功 a n d A e g iloP s
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C yto lo g ia
,
1
:
2 6 3 ~ 2 7 0
1 0 Sa k
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1 9 6 4
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C yt o g e n e t ie s tu d ie s in th e tr ib e T ri tic ea e
.
1
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A p o ly ha p lo id p la n t o f A g r o力r o n
ts u k u sh ien se v a r
.
tra
n sie n s O hw i fo u n d in a s ta te o f n a t u re
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Ja P J G e n e t
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3 9 : 3 9 3~ 4 0 0
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a m o t o S
,
M
u ra m a ts u M
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.
C yt o g e n e tie s t u d ie s o f th e tr ib e T ri ticea
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1
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T e tr a p lo id a n d
he x a p lo id hy br id s o f A g r o Py
r o ” . Ja p J G e n e t , 4 1 (2 ) : 1 5 5 ~ 1 5 8
12 Sa k
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C yto g e n e tie s t u d ie s o n a rtifie a l hyb r id s a m o n g Ely 从 u s sibirie u s . Bo t M a g
(T o k yo )
,
9 5 : 3 7 5~ 3 83
13 Y a n g J I
J ,
Y e n C
,
Ba
u m B R
,
1 9 9 2
.
K e n g , lia
一匆”op s is a n d ke y t o s p e e ie s . H e re d ita s , 1 16 : 25 ~ 2 8
14 Y e n C
,
Y a n g J I
J ,
1 9 9 0
.
K e 月刀 ilia g o b ieo la , a n e w ta x o n fr o m w e s t C hin a . C a n J Bo t , 6 8 : 18 9 4 ~
1 89 7
第 2 期 张新全等 : 无芒仲彬草与鹅观草杂种的细胞学和形态学研究 155
C yto g e n e tic a n d M o rPh o lo g ie al Stu d ie s o f H yb r id s B e tw e e n
K e n gy “她 m u tica a n d R o e g n e血 k a m oj i (尸诩ce a e : T ri tic心 )
Zh a n g X in q u a n
‘
W
u Bih u a
,
Y a n g Ju n lia n g
Z
Y a n Ji
Z
Z he n g Y o u lia n g
Z
(, 众p a r tm e n t o f Fo ra g e a n d G r a s s , S ie h u a n A g rie u ltu ra l U n iv e rs ity , Y a a n 6 2 5 0 1 4 )
(Z T ritic e a e R e s e a re h ln s t itu te
,
S ie h u a n A g rie u ltu r a l U n iv e rs it y
,
Du ji
a n g y a n 6 11 8 3 o )
A加trac t : K翻舒探ia 功ut ic a (K e n g ) J
.
L
.
Y a n g
,
Y e n e t Ba
u m 15 h e x a plo id p e r e n n ia l g r a s s o f tr ibe
T rfzicea
n a tiv e to w e s t C h in a
.
K
.
m u tic a w a s hy br id iz e d w ith R 配 g n e ri a ka m oji O hw i (Zn = 4 2 =
S SH H YY )
.
C h r o m o so m e p a irin g b e h a v io u r a t m e ta ph a s e 1 a n d m o ph o lo g ie a l e h a r a e te rist ie s in th e p a r
-
e n ts a n d hy b rid s w e r e s tu d ie d
.
M
e io tie e o n fig u ra t io n s w e r e 2 1
.
5 6 1 + 1 0
.
13 1 + 0
.
6 , (e
一v a lu e = 0
.
3 4 ) fo r
,
.
K a m oji x K
.
o ut ic a
,
w h ie h in d ie a te d t ha t K
.
m u tic a s h a r e t w o e o m m o n g e n o m e s w it h R
.
k a m妙 . H y -
br id e mo
r ph o lo g y w a s in te rm e d ia te b e tw e e n th e p a re n ts
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K ey w o rds
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