全 文 ： 1

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, Fujian; 2 Guangzhou 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.
arundinaceum Retz showed that the karyotype of Erianthus Hainan 92-105 was 1A, belonging to the primitive
type; while the karyotype 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, 2n=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 Yacheng96-66 (female parent ) and CP84-1198 (male parent) was 105 ( 2n=105=95m+10sm). The
results demonstrated that the hybrids 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，染色体数目多、体

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-mail: zmuqing@163.com
Received(收稿日期):2003-07-08，Accepted (接受日期)：2004-02-26.
2
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。
本系列研究在国家 863计划、国家自然科学基金的资助下，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(结果见图 1)。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Eppendorf 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
扩增出特异条带 317 bp（图 1-A）和 350 bp（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。
1 2 3 4 5 6

bp
A
1 2 3 4 5 6

bp
B
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：Badila；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 3.31～6.76 µm，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 2n=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 3.85～6.79 µm，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 2n=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 2.79～6.70 µm，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 2n =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。
3
4
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 3.22～4.06 µm，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 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 1.90～7.44 µm，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 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 1.90～7.44 µm，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
5
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), Zhang M(张明), Chen H(陈辉). Studies on the chromosome numbers of Saccharum 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 of Yunnan
Agricultural University（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(洪艺珣),Zhang M-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 collected 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),Zhang M-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 Saccharum and E. arundianceum. Molecular Plant Breeding(分子植物育种)，2004，2（1）：35－42
[7] Yu A-L(余爱丽)，Zhang M-Q(张木清)，Chen R-K(陈如凯). Applicability of inter-simple sequence repeat polymorphisms in sugarcane and its related genera
as DNA makers. Journal of Fujian Agriculture and Forestry 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). Heilongjiang: Northeast Forestry University Press, 1991(in
Chinese)
[10] Gill B S. Gan H-P(甘海鹏) translated. The transfer ways of chromosomes between the intergeneric hybrids of sugarcanes. Foreign Agriculture—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 stability of sugarcane (Saccharum spp.) hybrid derivatives. Crop Science, 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 Agricultural University（华
南农业大学学报）, 1987, 8(2):28－31
[14] D’Hont A, Rao P S, Feldmann P, Berding N, Glaszmann J C. Identification and characterization of intergeneric hybrids, Saccharum officinarum ×
Erianthus arundinaceus, with molecular markers and in situ hybridization. Theor Appl Genet, 1995, 91:320－326
[15] D’Hont A, Grivet L, Feldmann P, Rao S, Berding N, Glaszmann J C. Characterization of the double genome structure of modern sugarcane cultivars
(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 numbers 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: Fujian Agriculture and Forestry University, 2000(in
Chinese)
[18] Bremer G. The cytology of sugarcane. A cytological investigation of some cultivated kinds and of their parents. Genetica(The Hague), 1924, 6:497－525
[19] Stebbins G L. Chromosmal evolution in higher plants. London: Edw-Ard Arnold, 1971
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. 图版Ⅰ
LIU Wen-Rong et al.: Use and Characterization of the Genuine Intergeneric Hybrids from the Cross of Saccharum
spp. and E. arundinaceum Retz.Ⅲ. PlateⅠ


A1 A2


B1 B2


C1 C2

6
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. 图版Ⅱ
LIU Wen-Rong et al.: Use and Characterization of the Genuine Intergeneric Hybrids from the Cross of Saccharum
spp. and E. arundinaceum Retz.Ⅲ. PlateⅡ


D1 D2


E1 E2

图版说明
染色体中期分裂相（×1 000）和核型模式图
a1：拔地拉的染色体中期分裂相（×1 000）；a2：为拔地拉的核型图；b1：为海南斑茅 92-105 的染色
体中期分裂（×1 000）；b2：为海南斑茅 92-105的核型图；c1：为崖城 96-66的染色体中期分裂相（×1 000）；
c2：为崖城 96-66的核型图；d1：为CP84-1198的染色体中期分裂相×1000；d2：为CP84-1198的核型图；e1：
为崖城 01-3的染色体中期分裂相（×1 000）；e2：为崖城 01-3的核型图。
Explanation of Plates
The diagrams of the metaphase and karyotype of chromosomes
a1：-the metaphase of Badila（×1 000）；a2：the diagram of karyotype of Badila；b1： the metaphase of
Hainan92-105 （×1 000）；b2：the diagram of karyotype of Hainan92-105；c1：the metaphase of Yacheng96-66
×1 000；c2：the diagram of karyotype of Hainan92-105；d1：the metaphase of CP84-1198（×1 000）；d2：the
diagram of karyotype of CP84-1198；e1：the metaphase of Yacheng01-3 （×1 000）；e2：the diagram of karyotype
of Yacheng01-3.
7