全 文 ：Vol131 , No15
pp1 551 - 559 　May , 2005作 　物 　学 　报ACTA A GRONOM ICA SIN ICA第 31 卷 第 5 期2005 年 5 月 　551～559 页
利用 AFLP 进行“甘蔗属复合体”系统演化和亲缘关系研究
蔡　青1 　范源洪1 , 3 　Aitken K2 　Piperidis G3 　McIntyre C L 2 　Jackson P2 Ξ
(1 云南省农业科学院甘蔗研究所 ,云南开远 661600 ;2 澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 植物研究中心 ,澳大利亚 Brisbane , 4067 ; 3
澳大利亚甘蔗试验管理局 (BSES) ,澳大利亚 Brisbane ,4068)
摘 　要 : 采用 AFL P 分子标记技术 ,对“甘蔗属复合体”中 4 个属 16 个种的 69 份来自中国和澳大利亚的甘蔗种质资源材
料进行系统演化和亲缘关系分析。2 对 AFL P 引物共检测到 173 个标记 ,其中 172 个为多态标记 ,多态率达 9914 % ;通
过计算 Jaccard 相似性系数 ,用 U PGMA 和 PCA 法构建了分子系统树和效应图。结果表明 : (1) 属间亲缘关系中 ,甘蔗属
与芒属较近 ,与河八王属和蔗茅属较远 ,而河八王属与蔗茅属较近 ; (2) 甘蔗属内 ,细茎野生种与其他种关系较远 ,其中 ,
栽培品种与热带种关系较近 ,中国种和印度种关系较近 ,而大茎野生种自聚为一族 ,与上述 4 种分离 ; (3) 蔗茅属内 ,除蔗
茅种和滇蔗茅种外 ,无论是中国斑茅 (云南、海南) 还是印度尼西亚斑茅 ,都与蔗茅属其他种聚在一起 ,其中与 E1
procerus 的关系最近 ,与 E1 bengalense 和 E1 sarpet 种次之 ;由斑茅与这 3 个种构成的群体与由 E1 elephantinus 和 E1
ravennae 构成的群体相对分离 ,形成了明显的 2 个组群。再次表明斑茅应列入蔗茅属 ,建议我国甘蔗学者采纳国外分类
命名 ( E1 arundinaceus) ,以能更好地开展斑茅的研究和杂交育种利用并与国际接轨 ; (4) 蔗茅和滇蔗茅均没有聚类到蔗
茅属类群中 ,而分别独立位于系统树 2 大枝系上。蔗茅与甘蔗属亲缘关系较近 ,与芒属亲缘关系次之 ,与蔗茅属和河八
王属关系较远 ;滇蔗茅与河八王属亲缘关系较近 ,与蔗茅属关系次之 ,与甘蔗属和芒属关系较远。表明滇蔗茅 ( rockii) 可
能应该归入河八王属 ,蔗茅 ( f ulvus)可能应该归入甘蔗属。
关键词 : 甘蔗属复合体 ;系统演化 ;AFL P
中图分类号 : S566
Assessment of the Phylogenetic Relationships within the“Saccha rum Complex”
Using AFLP Markers
CAI Qing1 ,FAN Yuan2Hong1 , 3 ,Aitken K2 ,Piperidis G3 ,McIntyre C L2 ,Jackson P2
(1 Y unnan S ugarcane Research Instit ute , Y unnan Academy of A gricult ural Sciences , Kaiyuan 661600 , Y unnan , China ; 2 CS IRO Division of Plant
Indust ry , B risbane , Qld 4067 , A ust ralia ; 3 David North Plant Research Cent re , BS ES L i mited , B risbane , Qld 4068 , A ust ralia)
Abstract : Amplified Fragment Length Polymorphisms ( AFL P) markers were used to assess the phylogenetic
relationships within the“S accharum Complex”1 Sixty2nine genotypes from China and Australia , representing
sixteen species from 4 genera in the“ S accharum complex”were evaluated ( Table 1 ) 1 Two AFL P primer
combinations were used to generate a total of 173 bands , of which 172 were polymorphic between all species
( Fig11) ; the frequency of polymorphism was 9914 % 1 Principal Component Analysis ( PCA) and UPGMA
clustering were undertaken using Jaccard similarity coefficient ( Fig12 and Fig13) 1 The results showed that : (1)
among the 4 genera studied , S accharum has the closed relationship with Miscanthus , followed by N arenga and
Erianthus, while the two latter has the closed relationship comparatively ; ( 2 ) in the S accharum genus ,
S1 spontaneum is the most diverse and different species , followed by S1 robustum and then two branches , one
containing cultivars and S1 of f icinarum , and the other containing S1 sinense clustered with S1 barberi ; (3) in the
Erianthus genus , both arundinaceus from China and Indonesia clustered with the other Erianthus species , with
the exception of E1 f ulvus and E1 rockii1 In this cluster , two branches were divided from six species , one
containing arundinaceus clustered prior to E1 procerus , followed by E1 bengalense and E1 sarpet , the other
containing E1 elephantinus and E1 ravennae1 From the result we also advise sugarcane researchers in China that
the arundinaceus should be classified as Erianthus species to conform with overseas classification , and also for
better utilization of this species ; (4) both E1 f ulvus and E1 rockii were not clustered with Erianthus but clustered
loosely with S accharum and N arenga species1 Comparatively , E1 f ulvus has the closed relationship withΞ基金项目 : 云南省自然科学基金资助项目 :甘蔗主要目标性状基因的分子标记 (1999COO22 G) ;澳大利亚国际农业研究中心 (ACIAR) 资
助项目 :甘蔗种质资源的改良和利用研究 (CS1Π2000Π038) 。
作者简介 : 蔡　青 (1966 - ) ,女 ,副研究员 ,研究方向 :种质资源研究利用和分子生物技术。E2mail : caiqingysri @sohu1com ; Tel : 08732
72328653 通讯作者 :范源洪。E2mail : fyhysri @sohu1com
Received(收稿日期) :2004204202 , Accepted(接受日期) :20042092261

S accharum , followed by Miscanthus , but is distant from Erianthus and N arenga , while E1 rockii is closed to
N arenga and Erianthus , but is the most distant from S accharum and Miscanthus1 This study also infer that
rockii could be classified as N arenga while f ulvus to be as S accharum1
Key words : S accharum Complex ; Phylogenetic Relationships ; AFL P
　 　甘 蔗 , 属 禾 本 科 ( Gramineae ) 蜀 黍 族
(Andropogoneae) 甘蔗亚族 ( Saccharast rae) 甘蔗属
( Saccharum L1) ,与蔗茅属 ( Erianthus Michx1 Sect1
Ripidium Henrard) 、芒属 ( Miscanthus Anderss1 Sect1
Diantra Keng) 、河八王属 ( Narenga Bor) 和硬穗属
( Sclerostachya Hack1 A1 Camus)组成了甘蔗育种的一
个庞大基因库 ,称为“甘蔗属复合体”( Saccharum
Complex) [1 ,2 ] ,是甘蔗种质资源保存和研究的主要对
象 ,也是现代甘蔗品种改良的主要物质基础。
研究甘蔗种质资源的系统演化和亲缘关系对深
入探讨甘蔗种质资源遗传背景 ,评价其遗传多样性水
平具有重要意义。随着现代分子生物学技术的不断
发展 ,DNA 分子技术以其稳定的遗传特性为遗传多
样性研究提供了真实可靠的研究手段和依据 ,RFLP、
RAPD等技术相继在甘蔗研究领域得到了应用。
Besse[3 ,4 ]利用 RFLP 技术 ,对保存在澳大利亚和美国
的甘蔗属 2 个种和蔗茅属 11 个种进行了 rDNA(包括
26S + 18S和 5S)位点分子标记遗传多样性研究及其
属种间遗传分类关系评价 ;Nair[5 ] 利用 RAPD 分子标
记对印度保存的“甘蔗属复合体”中 4 个属 9 个种进
行了属种间系统分类关系研究 ;美国的 Pan[6 ] 对甘蔗
栽培品种和野生种进行了 5S rRNA 间隔区 (5S rRNA
intergenic spacers) PCR 检测 ,分析评价了甘蔗品种与
野生种的遗传关系。近年来 ,我国甘蔗研究机构也相
继利用分子标记技术进行了甘蔗种质资源遗传多样
性等研究。范源洪等[7～10 ] 利用 RAPD 标记技术对甘
蔗及其近缘属、甘蔗细茎野生种进行了属种间遗传多
样性研究 ,通过核糖体 DNA 内转录间隔区 ( ITS)序列
测定 ,对甘蔗及其近缘属的系统演化和亲缘关系进行
了分析 ,并在一定程度上揭示了“甘蔗属复合体”内各
属种间的遗传分类关系。新近发展起来的 AFLP
(amplified fragment length polymorphisms) 分子标记技
术 ,是 RFLP 和 RAPD 的结合 ,既有 RFLP 的可靠性 ,
又具有 RAPD 的方便性 ,被认为是当前较有效的分子
标记技术[11～13 ] ,但在“甘蔗属复合体”属种间的系统
分类研究上未见报道。
本研究利用 AFL P 分子标记技术 ,研究“甘蔗属
复合体”属种间的系统分类和亲缘关系 ,分析和评价
甘蔗种质资源遗传多样性状况和水平 ,并对斑茅、蔗
茅和滇蔗茅等野生近缘种的分类地位和遗传关系进
行了分析探讨。
1 　材料和方法
111 　材料及来源
　　实验用“甘蔗属复合体”4 个属 16 个种共 69 份
材料 (见表 1) ,分别来自建立于云南省甘蔗研究所
( YSRI)的“国家甘蔗种质资源圃”和澳大利亚昆士
兰州甘蔗试验管理总局 (BSES) ,主要包括 : (1) 甘蔗
属热带种 ( S 1 of f icinarum ) 、中国种 ( S 1 sinense) 、
印度种 ( S 1 barber) 、大茎野生种 ( S 1 robust um ) 和
细茎野生种 ( S 1 spontaneum ) 及栽培品种 5 个种 ;
(2 ) 蔗茅属斑茅 ( E1 arundinaceus ) 、蔗茅 ( E1
f ulv us) ,滇蔗茅 ( E1 rockii)及 E1 elephantium 、E1
procerus、E1 ravennae、E1 bengalense 和 E1 sarpet
8 个种 ; ( 3) 芒属五节芒 ( M 1 f loridul us ) 、芒 ( M 1
sinensis ) 2 个 种 ; ( 4 ) 河 八 王 属 河 八 王 ( N 1
porphyrocom a) 1 个种及 1 个外群样本狼尾草属橡
草 ( P1 schum ach) 。
112 　D NA的提取和纯化
新鲜叶片经液氮迅速冷冻后 , 于冻干机中
- 40 ℃冷冻干燥。冻干叶片用磨样机研磨成粉 ,直
接用于 DNA 提取或于 - 20 ℃短期保存。DNA 的提
取和纯化采用 CTAB 法[ 14 ] 。
113 　AFLP分析
AFL P 实验根据 Vos 方法[ 15 ] 进行适当调整。
经 EcoR Ⅰ和 Mse Ⅰ酶切后的 DNA 与 EcoR Ⅰ和
Mse Ⅰ特定接头连接 ,通过 EcoR Ⅰ和 Mse Ⅰ引物
(含 1 个选择性核苷酸) 进行预扩增 ,其反应条件为
94 ℃30 s , 56 ℃60 s , 72 ℃60 s ,20 个循环。稀释
预扩增产物作为选择性扩增反应的模板 ,以含 3 个
选择性核苷酸的 EcoR Ⅰ和 Mse Ⅰ引物进行第二阶
段扩增。反应前 EcoR Ⅰ引物用γ2[ 33 P]A TP (2 500
CiΠmL)在 T4 多核苷酸激酶的作用下进行末端磷酸
化标记。PCR 反应程序为 94 ℃ 30 s , 65 ℃ 30 s ,
72 ℃60 s ,1 个循环 ,然后以每循环复性温度逐级降
低 017 ℃的梯度进行 12 个循环 ,变性和延伸条件同
上 ;最后以 94 ℃30 s ,56 ℃30 s ,72 ℃60 s ,23 个循
环结束。本实验全部反应在 Gene Amp ○R PCR
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System 2700 热循环仪上进行。扩增产物经 95°C 变
性后在 5 %的聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离。凝胶经
干燥后 ,固定在高敏度的 Kodak Biomax MR X光胶
片上进行放射自显影 ,冲洗胶片后用于结果分析。
表 1 研究材料属种名称及来源
Table 1 List of the materials used in the study
序号
No1 材料名称Accession 种　名Species name 来源Source 序号No1 材料名称Accession 种　名Species name 来源Source
1 Q 96 Cultivar BSES 36 Rockii 83Π224 E1 rockii YSRI
2 Q117 Cultivar BSES 37 Rockii 95Π19 E1 rockii YSRI
3 TROJAN Cultivar BSES 38 Rockii 95Π20 E1 rockii YSRI
4 NCO310 Cultivar BSES 39 YN 82Π53 E1 arundi naceum (China) YSRI
5 66N2008 Cultivar BSES 40 YN 82Π69 E1 arundi naceum (China) YSRI
6 POJ 2878 Cultivar BSES 41 YN 82Π85 E1 arundi naceum (China) YSRI
7 Hong Luohan S1 of f ici narum YSRI 42 YN 82Π118 E1 arundi naceum (China) YSRI
8 Badila S1 of f ici narum BSES 43 YN 82Π133 E1 arundi naceum (China) YSRI
9 Korpi S1 of f ici narum BSES 44 YN 82Π143 E1 arundi naceum (China) YSRI
10 Luohanzhe S1 of f ici narum YSRI 45 YN 82Π156 E1 arundi naceum (China) YSRI
11 Songxi Bainianzhe S1 si nense YSRI 46 YN 95Π21 E1 arundi naceum (China) YSRI
12 Guangxi Zhuzhe S1 si nense YSRI 47 HN 92Π84 E1 arundi naceum (China) YSRI
13 Guilin Zhuzhe S1 si nense YSRI 48 HN 92Π85 E1 arundi naceum (China) YSRI
14 Qianwei Luzhe S1 si nense YSRI 49 HN 92Π109 E1 arundi naceum (China) YSRI
15 Sichuan Luzhe S1 si nense YSRI 50 IJ762476 E1 arundinaceum ( Indonesia) BSES
16 Uba S1 si nense YSRI 51 IK76222 E1 arundinaceum ( Indonesia) BSES
17 Nagans S1 barberi YSRI 52 IK762 48 E1 arundinaceum ( Indonesia) BSES
18 Pansahi S1 barberi YSRI 53 IK762 79 E1 arundinaceum ( Indonesia) BSES
19 Nargori S1 barberi YSRI 54 IS762126 E1 arundinaceum ( Indonesia) BSES
20 Mungo S1 barberi YSRI 55 SES305 E1 elephanti um BSES
21 IJ732414 S1 robust um BSES 56 SES309 E1 procerus BSES
22 IJ762352 S1 robust um BSES 57 US672821 E1 ravennae BSES
23 IJ762411 S1 robust um BSES 58 bengalense E1 bengalense BSES
24 IJ 762416 S1 robust um BSES 59 sarpet E1 sarpet BSES
25 YN 752127 S1 spontaneum YSRI 60 YN 9529 M1 si nensis YSRI
26 Longchuan 16 S1 spontaneum YSRI 61 YN 95210 M1 si nensis YSRI
27 Burma S1 spontaneum BSES 62 YN 95211 M1 si nensis YSRI
28 Coimbatore S1 spontaneum BSES 63 YN 95217 M1 si nensis YSRI
29 Djatiroto S1 spontaneum BSES 64 Wujiemang 822122 M1 f lori dul us YSRI
30 Glagah21286 S1 spontaneum BSES 65 YN 82Π102 N1 porphyrocoma YSRI
31 IK 7626 S1 spontaneum BSES 66 YN 83Π199 N1 porphyrocoma YSRI
32 Mandalay S1 spontaneum BSES 67 GD 25 N1 porphyrocoma YSRI
33 YN 9723 E1 f ulv us YSRI 68 GD 64 N1 porphyrocoma YSRI
34 YN 9724 E1 f ulv us YSRI 69 YN 82221 P1 schumach YSRI
35 Rockii 82Π93 E1 rockii YSRI
114 　数据分析
AFL P 标记以扩增条带出现的有 (1) 无 (0) 进行
记录 ,所得数据用于计算 Jaccard (1908) 相似系数 ,
即 Gsij = aΠ( a + b + c) , Gsij 是用来衡量两个体 i 与
j 的遗传相似性系数 , a 为两个体的共享片段数 , b
和 c 为 i 个体和 j 个体各自拥有的多态片段数。根
据相似系数进行 U PGMA 聚类分析 ( unweighted
pair group method analysis) 和 PCA 主效应分析
(principal component analysis) ,并构建系统树和效
应图。分析软件为 N TSYS(Rohlf 1997) 。
2 　结果与分析
211 　AFLP分子标记多态性及相似系数
　　选用 2 对 AFL P 引物对 69 份材料进行了扩增
(图 1) 。扩增产物条带清晰 ,共统计到 173 个扩增
片段 ,研究材料个体间的多态片段数为 172 个 ,多态
频率达 9914 % ,多态程度较高。参试材料以种为类
别进行归类后 ,统计到的种间特异片段 ( species2
specific bands)数见表 2 ,173 个片段中有 52 个为种
间特异片段 ,多态频率为 3011 %。各属的种间特异
片段数从多到少依次为芒属 > 蔗茅属 > 河八王属 >
甘蔗属 ;在芒属中 ,五节芒的特异片段数最多 ,32 个
位点中有 13 个为特异片段 ,多态频率为 4016 % ,表
明该种与其他种有较远的亲缘关系 ;在蔗茅属中 ,蔗
茅和滇蔗茅的特异片段最多 ,与其他种存在较大的
差异 ;而在甘蔗属中 ,中国种和大茎野生种特异片段
数较多 ,多态频率分别为 217 %和 314 %。
355　第 5 期 蔡 　青等 :利用 AFL P 进行“甘蔗属复合体”系统演化和亲缘关系研究 　　　

表 2 参试材料种间 AFLP片段总数、种特异片段数及多态频率
Table 2 Total number of markers and the species2specif ic markers detected by AFLP primers in each species
属名
Genus
种名
Species
标记数
Maker
引物 Primer
AFL P1
(ACCΠCTC) AFL P2(ACGΠCTG) 片段总数Total markernumber 多态频率Frequency of polymorphism( %)
S accharum
Cultivar allele 29 34 63
SSMs 3 0 0 0 0
S1 of f ici narum allele 24 32 56SSMs 0 0 0 0
S1 si nense allele 37 37 74SSMs 2 0 2 217
S1 baberi allele 36 35 71SSMs 0 0 0 0
S1 robust um allele 26 33 59SSMs 0 2 2 314
S1 spontaneum allele 29 32 61SSMs 1 0 1 116
Erianthus
E1 f ulv us allele 12 13 25SSMs 3 1 4 1610
E 1 rockii allele 50 22 72SSMs 4 1 5 619
E1 arundi naceus allele 31 26 57SSMs 1 0 1 118
E1 elephanti um allele 21 15 36SSMs 0 0 0 0
E1 procerus allele 27 17 44SSMs 0 0 0 0
E1 ravennae allele 23 15 38SSMs 0 0 0 0
E1 bengalense allele 27 17 44SSMs 0 0 0 0
E1 sarpet allele 21 18 39SSMs 0 0 0 0
Miscanthus
M1 si nensis allele 33 16 49SSMs 11 2 13 2615
M1 f lori dul us allele 20 12 32SSMs 10 3 13 4016
N arengar N1 porphyrocoma allele 35 19 54SSMs 7 4 11 2014
Penniset um P1 schumach allele 15 7 22SSMs 0 0 0 0
Total allele 108 65 173SSMs 39 13 52 3011
　　注 :SSMs 代表种特异片段数。
Note : SSMs means the species2specific markers1
　　通过 0、1 矩阵转换计算所得的 Jaccard 相似系
数见表 3。相似系数越大 ,亲缘关系越近 ;反之 ,亲
缘关系越远。参试材料种间的相似系数最小为
0106 ,最大为 0193 ,平均为 013。
21111 　在甘蔗属内 ,热带种 ( S 1 of f icinarum ) 、中
国种 ( S 1 sinense)种内个体间相似系数最大 ,分别为
0182 和 0183 ,表明这两个种遗传稳定性较高 ,种内
的系统演化规律较为一致 ; 细茎野生种 ( S 1
spontaneum) 个体间的相似系数相对较小 (0168) ,
种内遗传变异程度高 ,亲缘关系相对较远。比较种
间情况 ,热带种与栽培品种的相似系数最大 (0177) ,
而与细茎野生种相似系数最小 (0137) ,说明热带种
与栽培品种的亲缘关系近于细茎野生种。
21112 　在蔗茅属中 ,印尼斑茅 ( E1 arundinaceus Indonesia)种个体间相似系数最大 (0193) ,中国斑茅( E1 arundinaceus China) 种稍小 (0179) ,表明印尼斑茅种内遗传变异较小 ,系统演化规律较一致。与其相比 ,中国斑茅种内遗传变异较大 ,遗传多样性较为丰富 ,但也具有一定的遗传稳定性 (相似系数达0179) 。从这两种斑茅间所具有的相似系数 0179 来看 ,中国斑茅与印尼斑茅之间仍具有一定的同源性。比较蔗茅属内各种间的相似系数 , E1 procerus 与印度尼西亚斑茅的相似系数最大 ,为 0180 ,与中国斑茅和 E1 sarpet 均为 0177 ,具有一定的系统演化规律。蔗茅 ( E1 f ulv us) 和滇蔗茅 ( E1 rockii ) 与其他6 个种的相似系数均很小 ,最大相似系数仅可达0117 ,表明这 2 个种与斑茅及其他 5 个种之间存在较远的亲缘关系。
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图 1 引物( ACCΠCTC)的 AFLP扩增产物电泳图
Fig11 Amplif ication of AFLP primers ( ACCΠCTC) in the materials used in the study
图中样品编号与表 1 一致。　Lane order is as listed in Table 1.
21113 　在芒属内 ,芒 ( M 1 sinensis ) 个体间的相似
系数为 0164 ,略高于与五节芒 ( E1 f loridul us) 的相
似系数 (0158) ,表明该属内系统演化较为一致 ,但种
内亲缘关系仍近于种间。
21114 　河八属河八王 ( N 1 porphyrocom a) 种个体 间的相似系数为 0176 ,具有一定的遗传演化稳定性。然而 ,该种与其他属种材料的遗传相似系数均较低 ,仅与滇蔗茅和 E1 elephantinus 有 0123 的相似性 ,可见该属、种在“甘蔗属复合体”中与其他属种的亲缘关系较远。
表 3 属种间相似系数计算值
Table 3 Intra2 and inter2specif ic similarities ( Jaccard coeff icient) using AFLP
C So Ssi Sb S r Ss Ef Er EaC EaI Ee Ep Era Eb Es Ms Mf N p Ps
Cultivar 0181
S1 of f ici narum 0177 0182
S1 si nense 0168 0161 0183
S1 barberi 0170 0162 0174 0178
S1 robust um 0161 0157 0159 0164 0173
S1 spontaneum 0146 0137 0151 0155 0149 0168
E1 f ulv us 0117 0116 0117 0119 0121 0125 0188
E1 rockii 0118 0116 0117 0118 0117 0121 0116 0148
E1 arundi naceus (China) 0111 0112 0110 0111 0112 0111 0114 0116 0179
E1 arundinaceus ( Indonesia) 0111 0111 0109 0109 0110 0110 0113 0117 0179 0193
E1 elephanti nus 0110 0110 0109 0108 0110 0110 0113 0116 0160 0172
E1 procerus 0112 0112 0110 0111 0112 0110 0113 0116 0177 0180 0170
E1 ravennae 0112 0113 0110 0112 0114 0110 0115 0115 0160 0165 0176 0171
E1 bengalense 0110 0110 0110 0111 0112 0111 0113 0117 0175 0168 0157 0176 0161
E1 sarpet 0112 0113 0110 0112 0112 0110 0117 0117 0171 0173 0163 0177 0167 0169
M1 si nensis 0113 0111 0114 0114 0114 0114 0111 0121 0111 0110 0111 0112 0112 0113 0113 0164
M1 f lori dul us 0109 0109 0111 0111 0111 0110 0110 0116 0112 0109 0110 0112 0113 0115 0113 0158
N1 porphyrocoma 0114 0112 0113 0114 0114 0113 0115 0123 0120 0119 0123 0118 0117 0121 0121 0118 0115 0176
P1 schumach 0106 0106 0106 0108 0107 0109 0111 0114 0115 0115 0116 0116 0115 0116 0115 0115 0118 0121
　　Notes : C = Cultivar , So = S1 of f ici narum , Ssi = S1 si nense , Sb = S1 barberi , S r = S1 robust um , Ss = S1 spontaneum , Ef = E1 f ulv us , Er =
E1 rockii , Ea = E1 arundi naceus , Ee = E1 elephanti num , Ep = E1 procerus , Era = E1 ravenae , Eb = E1 bengalense , Es = E1 sarpet , Ms = M1
si nensis , Mf = M1 f lori dul us , N p = N1 porphyrocoma , Ps = P1 schumach1 The same below1
555　第 5 期 蔡 　青等 :利用 AFL P 进行“甘蔗属复合体”系统演化和亲缘关系研究 　　　

212 　聚类分析
21211 　以 U PGMA 法构建的分子系统树 　　基于
Jaccard 相似系数所构建的 AFL P 分子系统树如图 2
所示 ,所有研究材料分别聚在两个大的类群中 ,即由
甘蔗属、蔗茅属蔗茅和芒属组成的类群 1 ,由蔗茅
属、河八王属及外群所组成的类群 2 ,两者间相似系
数为 0112。
图 2 通过 Jaccard 相似系数和聚类法构建的 AFLP分子系统树
Fig12 Dendrogram obtained using the Jaccard similarity coeff icient and UPGMA clustering method on AFLP data
655 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷 　

　　类群 1 包括 2 个组群 ,以甘蔗属为主的组群 1
和以芒属种为主构成的组群 2 ( > 0112) 。组群 1 中
包含甘蔗属枝系和蔗茅种枝系 ,两者间相似系数为
0120 ;在甘蔗属枝系中 ,细茎野生种首先分离出来 ,
形成一个相对独立的分枝 ,另一分枝则包含栽培型
种 (原种、品种)和大茎野生种 ,其中热带种和栽培品
种聚在一起 ,中国种和印度种聚在一起 ,大茎野生种
则与上述 4 种分离 ,形成自己独立的分枝。组群 2
包含芒属的芒和五节芒 2 个种 ,以及一个滇蔗茅材
料 ,有关该材料的分属问题有待进一步研究。
类群 2 中 ,外群材料橡草首先被分离出来 ,其他
材料则分为明显的 2 个组群。组群 1 由河八王属与
滇蔗茅构成 ,相似系数为 0126 ;组群 2 由蔗茅属各
种构成 (相似系数 0163 ) , 其中 , 由斑茅与 E1
sarpet 、E1 procerus、E1 bengalense 3 个种组成分枝
1 , 其 同 源 性 大 小 依 次 为 E1 procerus > E1
bengalense > E1 sarpet ;由 E1 elephantinus 与 E1
ravennae 组成分枝 2 ,两者亲缘关系较近 ,相似系数
高达 0178。所有参试的斑茅种材料均聚在一起 ,其
中印尼斑茅自聚为一枝 ,与中国斑茅相对分开。
上述结果表明 : (1)甘蔗属与其近缘属之间的系
统演化和亲缘关系从近到远依次为甘蔗属 —芒属 —
河八王属 —蔗茅属 ; (2) 甘蔗属中 ,热带种与其他种
之间的亲缘关系从近到远依次为热带种 —栽培品种
—中国种和印度种 —大茎野生种 —细茎野生种 ; (3)
蔗茅属中 ,斑茅与其他种之间的亲缘关系从近到远
依次为斑茅 ( E1 arundinaceus) —E1 procerus —E1
bengalense —E1 sarpe t —E1 elephantinus —E1
ravennae ; (4)两个在传统分类学上被列为蔗茅属的
种蔗茅和滇蔗茅都没有聚到蔗茅属类群中 ,而以各
自相对独立的分枝位于系统树中不同的位置 ,蔗茅
与甘蔗属亲缘关系较近 ,与芒属亲缘关系次之 ,与蔗
茅属和河八王属关系较远 ;滇蔗茅与河八王属亲缘
关系较近 ,与蔗茅属关系次之 ,与甘蔗属和芒属关系
较远。有关这两个种的分类归属 ,是今后进一步研
究的重要课题。
21212 　主效应 ( PCA) 分析构建的分子效应图 　　
基于 Jaccard 系数 ,应用 PCA (principal component
analysis)法对 AFL P 分子标记结果进行了主效应分
析 ,所构建的分子效应图显示了不同属、种材料的分
类位置 (图 3) 。所有甘蔗属材料集中在一个区域 ,
形成独立的群体 ,亲缘关系较为紧密 ;细茎野生种
( Ss) 、大茎野生种 ( S r)材料分别聚为各自相对集中
的小区域 ,而中国种 ( Ssi)和印度种 ( S b)相互有所交
图 3 AFLP主效应分析图
Fig13 Principal component analysis using both AFLP data
C = 栽培品种 , So = 热带种 , Ss = 细茎野生种 , S r = 大茎野生种 , Sb = 印度种 , Ssi = 中国种 , EaC = 中国斑茅 ,
Ea Ⅰ= 印度尼西亚斑茅 , Ep = E1 procerus , Er = 滇蔗茅 , Ef = 蔗茅 , Ee = E1 elephanti num , Era = E1 ravenae ,
Eb = E1 bengalense , Es = E1 sarpet , Ms = 芒 , Mf = 五节芒 , N p = 河八王 , Ps = 象草。
C = Cultivar , So = S1 of f ici narum , Ss = S1 spontaneum , S r = S1 robust um , Sb = S1 barberi , Ssi = S1 si nense , Ea = E1 arundi naceus ,
Ep = E1 procerus , Er = E1 rockii , Ef = E1 f ulv us , Ee = E1 elephanti num , Era = E1 ravenae , Eb = E1 bengalense ,
Es = E1 sarpet , Ms = M1 si nensis , Mf = M1 f lori dul us , N p = N1 porphyrocoma , Ps = P1 schumach1
755　第 5 期 蔡 　青等 :利用 AFL P 进行“甘蔗属复合体”系统演化和亲缘关系研究 　　　

叉 ,热带种 ( So) 和栽培品种 ( C) 则相对集中。另一
结构紧密的区域为蔗茅属区域 ,斑茅 (中国斑茅
EaC ,印尼斑茅 Ea Ⅰ) 与蔗茅属的 5 个种 ( Ep , Eb ,
Es , Ee , Era) 集中在一起 ,与上述甘蔗属区域相隔
较远。图中还显示 ,芒属 ( Mf 和 Ms ) 、河八王属
( N p) ,及蔗茅属的蔗茅 ( Ef ) 、滇蔗茅 ( Er)以较松散
的结构聚在一个区域 ,位于甘蔗属区域和蔗茅属区
域之间。分子效应图分析结果与分子系统树的分析
结果一致。
3 　讨论
甘蔗属、蔗茅属、芒属、河八王属和硬穗属组成
“甘蔗属复合体”的概念 ,已被国内外甘蔗界所接受 ,
“复合体”内所包含的属种 ,也成为甘蔗种质资源收
集保存和研究的主要对象。然而 ,国内外在对几个
属种的分类问题上仍存在不一致的看法 ,对开展研
究及国际间交流造成了较大影响。首先是斑茅的归
属 ,国外甘蔗界已普遍公认是蔗茅属的一个种 ( E1
arundinaceus) [ 16 ,17 ] ;而在我国 ,根据 1997 年出版的
中国植物志 ,斑茅则被归在甘蔗属中 ( S accharum
arundinaceum ) 。其 次 , 根 据 分 类 , 在 蔗 茅 属
Ripidium 组 ( Erianthus sect1 Ripidium) 的 6 个种中
并不包含原产于我国的蔗茅 ( E1 f ulv us Nee ex
Steud = E1 ruf i pil us) 和滇蔗茅 ( E1 rockii Keng) 2
个种 , Grassl 曾建议将它们归入芒属和油芒属
( Eccoilopus) [ 18 ] ,但关于这两个种的分类问题国内
外仍不统一。萧凤　对滇蔗茅和蔗茅的形态及同工
酶进行了分析研究 ,结果显示滇蔗茅和蔗茅的差异
较大 ,并认为在分类研究中不应该将其作为蔗茅属
的代表种[ 19 ] 。由此可见 ,利用国外不同的蔗茅属、
种作为参照来进行斑茅、蔗茅属种的遗传分类研究
十分必要。本研究首次将我国特有的蔗茅、滇蔗茅 ,
与国外蔗茅属的 5 个种 (Ripidium 组中 4 个种及 E1
sarpet) 以及中国斑茅、印尼斑茅作为蔗茅属的研究
材料 ,加上甘蔗属、芒属、河八王属共 16 个种的材
料 ,利用 AFL P 分子标记技术 ,较为系统地进行了
“甘蔗属复合体”属种间的系统演化和亲缘关系研
究 ,分析得出了以下重要结论。
311 　属间遗传关系
甘蔗属与芒属的亲缘关系较近 ,与河八王属和
蔗茅属的亲缘关系较远 ,而河八王属与蔗茅属具有
较近的亲缘关系。
312 　甘蔗属内种间遗传关系
31211 　栽培品种与热带种亲缘关系较近 ,这与甘蔗
“高贵化”育种过程中不断回交增加了热带种血缘
有关。
31212 　中国种和印度种关系较为密切 ,2 个种的个
体材料间有相互渗透的现象。据记载[ 20 ] ,这两个种
是由杰维斯 (Jeswiet J ) 将巴勃 (Baber CA) 分类的 5
组印度甘蔗进行重新划分后 ,分别定名为 S 1 baberi
(印度种) 和 S 1 sinense (中国种) 而形成的 ,但其代
表性材料在形态上的差异并不太多 ,从事植物分类
和细胞学研究的人主张合并为 1 个种。因此 ,有关
这两个种的分类问题存在一些争论。在 Nair 的
RAPD 标记技术研究中[ 5 ] ,印度种、中国种也聚为一
个独立分枝 ,与本研究所得的结果一致。
31213 　大茎野生种与上述 4 个种的亲缘关系比与
细茎野生种的关系近 ,即由热带种、中国种、印度种、
大茎野生种组成的一组栽培型原种 ,与野生型原种
细茎野生种构成了 2 个相对独立的组群。法国的
Glaszmann 采用生化遗传标记 —同工酶技术对甘蔗
属内热带种、大茎野生种、细茎野生种及蔗茅属材料
的研究结果表明 ,细茎野生种与大茎野生种和热带
种分离 ,而后两者之间没有彼此分开 ,这与美国的
Tanksley 和 Irvire 等[ 21 ] 利用核糖体 DNA、叶绿体
DNA 和线粒体 DNA 进行 RAPD、RFL P 等研究所
提出的观点一致 ,可将甘蔗属分为 2 组 ,即细茎野生
种为 1 组 ,其余甘蔗属种为 1 组。
313 　蔗茅属内种间遗传关系
无论是中国斑茅 (云南、海南)还是印尼斑茅 ,与
蔗茅属其他种都有很近的亲缘关系 ,与 Ripidium 组
4 个种及 E1 sarpet 种构成明显的同一类群 ;斑茅与
E1 procerus 的关系最近 ,与 E1 bengalense 和 E1
sarpet 种次之 ;同时 ,斑茅与这 3 个种之间的亲缘关
系又近于与 E1 elephantinus 和 E1 ravennae 的关
系 ,后两者之间也自聚为一族。该结果与作者进行
的 SSR 研究结果相同 (另文报道 ) 。Daniels 和
Roach 认为 ,斑茅与 E1 procerus 的关系最近 ; Pesse
的 RFL P 研究结果也证实了斑茅与 E1 procerus 和
E1 bengalense 都有较近的亲缘关系 , 同时 E1
sarpet 与 E1 procerus 都被检测到有相同的核糖体
单位 ( ribosomal unit ) 。此外 , Vijayalakhmi[ 22 ] 和
Pesse 的 研 究 都 显 示 , E1 elephantinus 和 E1
ravennae 的关系极近 , E1 elephantinus 甚至被认为
可能是 E1 ravennae 的一个变种。本研究再一次证
明 ,斑茅应列入蔗茅属中 ,建议我国甘蔗学者采纳国
外分类命名 ( E1 arundinaceus) ,以能更好地开展斑
茅的研究和杂交育种利用 ,并与国际接轨。
855 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷 　

314 　蔗茅种( E1 f ulvus)和滇蔗茅种( E1 rockii)的
分类
　　研究所用的蔗茅种和滇蔗茅种没有聚类到蔗茅
属类群中 ,而是以各自相对独立的分枝分别位于系
统树的 2 个不同的大枝系上 ,蔗茅种与甘蔗属亲缘
关系较近 (相似系数 0120) ,与芒属亲缘关系次之
(相似系数 > 0112) ,与蔗茅属和河八王属关系较远
(相似系数 0112) ;而滇蔗茅与河八王属具有较近的
亲缘关系 (相似系数 0125) ,与蔗茅属关系次之 (相
似系数 < 0120) ,与甘蔗属和芒属关系较远 (相似系
数 0112) 。在开展对蔗茅属杂交后代鉴定研究中
(另文报道) ,当对所有蔗茅属种材料的 5S rDNA 进
行 PCR 检测时 ,滇蔗茅不产生所有蔗茅属种 (包括
斑茅种)共有的种特异标记 (该标记已被证实是鉴定
蔗茅属杂交后代的特异标记[ 23 ,24 ] ) 。由此可见 ,蔗
茅和滇蔗茅分属遗传关系较远的两个群体 ,不应归
入同一个属 ;本研究结果还提示 ,滇蔗茅 ( rockii) 可
能应该归入河八王属 ,蔗茅 ( f ulv us) 可能应该归入
甘蔗属。这与陈辉、范源洪等[ 10 ] 对核糖体 DNA 内
转录间隔区 ( ITS)所做的序列测定分析结果一致。
综上所述 ,本研究初步阐明了甘蔗属内种间的
系统分类和亲缘关系 ;基于中国斑茅与国外 5 个蔗
茅属内种间的比较及其分子分类依据 ,明确提出了
斑茅应该列入蔗茅属 ,而蔗茅和滇蔗茅不该归入同
一个属 ,更不能作为蔗茅属的特征种来进行分类研
究和利用 ,至于蔗茅和滇蔗茅的分类地位 ,需要进一
步研究确定。
致　谢 :本研究在澳大利亚联邦科学与工业研究组
织 (CSIRO) 植物研究中心 ( PI) Long Pocket 实验室
完成。来自 YSRI 的研究材料 ,在采样和前处理过
程中得到陈辉、马丽、王丽萍等同事的支持和协助 ,
在此表示衷心感谢 !
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