全 文 ：第 15卷第 4期
2008年 4月 　　　　　　　　　　　　　　
现代农业科学
ModernAgriculturalSciences　　　　　　　　　　　　　　　
Vol.15 No.4
Apr.2008
文章编号:1005-4650(2008)04-0007-03
广义菊属远缘杂交研究进展
胡　枭 ,赵惠恩
(北京林业大学园林学院 , 北京 100083)
摘要:简要叙述了广义菊属远缘杂交的研究进展 , 包括近年来在广义菊属属间杂交所
取得的成果 、远缘杂交不亲和性的研究 、远缘杂交不育性的研究以及远缘杂种的鉴定方法
研究进展 , 并对广义菊属远缘杂交育种提出了新的研究方向。
关键词:广义菊属;远缘杂交;杂交不亲和性;杂交不育性;远缘杂种鉴定
中图分类号:S682.1+101　　　　　文献标识码:A
TheResearchProgressonDistantHybridizationofChrysanthemum
HUXiao, ZHAOHui-en
(ColegeofGarden, BeijingForestryUniversity, Beijing100083, Cnina)
Abstract:TheResearchProgressofDistantHybridizationofChrysanthemumwasreviewedbriefly, includingachievementsofin-
tergenericcrossingofChrysanthemuminrecentyears, incompatibilityandsterilityofDistantHybridizationandidentificationmethods
ofdistanthybrid, andproposedanewstudyorientationforDistantHybridizationBreedingofChrysanthemum.
Keywords:chrysanthemum;distanthybridization;hybridizationincompatibility;hybridizationsterility;identificationofdistant
hybrid
收稿日期:2008-03-08
　　广义菊属是指菊科春黄菊族(AnthemideaeCass.)菊亚
族所辖的范围 , 包括狭义菊属(Dendranthema)在内的 30多
个属。由于菊科是双子叶植物中最进化的类群 ,且菊科很多
类群间亲缘关系较近 ,容易杂交 , 因此对于菊属植物的界限
的判定还尚有争议。 近期研究发现广义菊属中多数属间亲
缘关系较近 , 而且我国广义菊属植物种类多 , 存在优良的遗
传资源 , 如亚菊属(Ajania)、短舌菊属(Brachanthemum)、女
蒿属(Hippolytia)、匹菊属(Pyrethrum)、太行菊属(Opistho-
pappus)等 ,这些种类分布在荒漠及半荒漠地区 , 它们与菊属
亲缘关系较近。这些属与菊属间的远缘杂交 ,可将其优良的
遗传性状导入菊花 , 从而培育出抗性更强的地被菊品种。
1　广义菊属远缘杂交的研究成果
广义菊属间进行的远缘杂交工作 ,早在 1978年 ,日本的
Tanaka等就曾指出春黄菊族多数属间杂交亲和性较高;1988
年 , 日本的柴田道夫等利用亚菊属的矶菊(Ajaniapacificum)
与引进的 Spray型日中性的品种杂交成功育成了耐热的切
花品种 “SummerQueen”;1989年开始 , Tanaka等对我国广义
菊属植物资源进行了广泛地调查和收集 ,并进行了大量的杂
交工作 , 培育出了 133个杂交后代;1998年 , Douzono等利用
亚菊属的 Ajaniashiwogiku开展切花菊的抗病性研究。
目前 , 荷兰和日本的研究人员也在研究如何利用更多近
缘属进行菊花种质资源的创新 ,通过转基因手段将除虫菊的
关键基因导入菊花但未能表达;日本的 Ohishi通过胚挽救措
施获得了亲缘关系相对很远的一些远缘杂种 ,包括我国的单
属种芙蓉菊(Crossostephiumchinense);2004年 , Hideo等通
过原生质体融合得到了大籽蒿(Artemisiasieversiana)和菊花
的体细胞杂种。
2　广义菊属远缘杂交不亲和性的研究
对广义菊属杂交亲和性的研究 , 已进行了大量探索实
验:1989年 F.A.Langton从菊花品种染色体的研究上总结
了菊花的遗传力特性 , 为菊花杂交实验的深入进行打下基
础;Fukai对日本本土的菊属种间杂交亲和性也进行了系统
的研究。尹佳蕾在菊属 、短舌菊属 、匹菊属和亚菊属间做了
大量的杂交实验 、杂交组合亲和性实验 ,证明亚菊属与菊属 、
紊蒿属(Elanchanthemum)与菊属之间亲和性较好 , 而匹菊属
与菊属 、短舌菊属与菊属之间亲和性较差。
在杂交亲和性研究的工作方法中 , 最常用的方法是减数
分裂观察。我国的学者对菊属植物减数分裂的研究也开展
了大量深入的研究。 1998年 , 陈发棣等观察了滁菊与野菊
F1、滁菊与毛华菊 F1、小黄菊与野菊 F1、小黄菊与毛华菊 F1
等的减数分裂行为 ,发现四倍体和六倍体栽培菊花极可能直
接从野生的四倍体野菊或野生的六倍体毛华菊演化而来。
在检测亚菊属与菊属植物远缘杂交当时 , 主要应用显微染色
法和荧光染色法 ,其原理是观察花粉在柱头上萌发和花粉管
在柱头中生长的情况 , 可较为直观的检测亲本之间的亲和性。
3　广义菊属远缘杂交不育性的研究
克服远缘杂种不育性的方法大多采用胚培养的方法 ,该
技术是克服杂交障碍的有效手段。胚挽救措施在获得种间
杂交种时发挥重要作用 , 同样也适用于属间杂交。对于广义
菊属远缘杂交胚培养的研究早在 20世纪 50年代就有报道 ,
Kaneko曾运用胚培养技术获得了一系列菊属的种间杂种
苗 , 1993年王四清等进行了菊属的菊花 、春黄菊属的 Anthe-
misfrutescens、Chrysanthemumpaludosium和匹菊属的 Pyre-
thrumniveum的杂交实验 , 利用胚培养措施获得了杂种 F1
代。在日本 , K.Tanaka等于 2000年采用多种组培培养基对
照法进行菊花的胚培养 , 获得了效果较好的培养基组合 , 利
用胚挽救措施获得了一批生长良好的杂种苗。
在克服减数分裂期遗传障碍的方法中 ,染色体加倍可以
克服染色体组不平衡引起的杂种不育。不过对于广义菊属
属间杂交的染色体加倍处理还未见报道 ,由于广义菊属的植
物染色体个数的基数都相一致 ,且倍性变化较大, 从天然的二
倍体到十倍体不等 ,因此也可尝试对杂种苗染色体加倍处理。
4　广义菊属远缘杂种的鉴定方法研究
种在育种过程中起着关键的作用 , 特别对 F1代的早期
鉴定有助于选种工作 ,从而减少育种环节和周期 ,因此对于
杂种鉴定方法也在不断改进。杂种鉴定的方法 ,主要有常规
杂种鉴定 、同工酶鉴定及分子标记鉴定等。
4.1　直接鉴定法
直接鉴定法 , 即染色体计数方法 ,是确定倍性最基本的
精确的方法。在 20世纪 80年代初 ,李懋学等曾对中国栽培
及部分野生菊进行核型分析 ,观察到中国野生菊中存在染色
体基数为 9的二倍体 、四倍体 、六倍体 , 栽培菊多为六倍体及
其非整倍体。对中国广义菊属的野生菊的染色体研究开始
于 1989年中日合作研究 ,广义菊属的植物染色体数目的基
数都是 9。 1998年 Kondo等对中国西部高山的野生菊的亚
菊属 、短舌菊属 、菊属 、紊蒿属 、菊蒿属(Tanacetum)的种类进
行了染色体核型分析 。
该方法的优点是准确性高 、效果显著 , 在染色体数目计
数的同时 , 又可以进行核型分析 , 对广义菊属间植物亲缘关
系的判定也有借鉴作用 ,不过该方法对实验技能和经验要求
较高。
4.2　流式细胞术
流式细胞术(FlowCytometry, FCM)是利用流式细胞仪
对生物颗粒(细胞 、细胞器 、微生物)的多种物理核生物学特
性进行定量分析 , 并根据测量的参数 , 将测量群体中的一个
或两个亚群加以分选的细胞分析测量技术。
流式细胞术可以直接用于测定植物细胞核 DNA含量 ,
从而快速鉴定植物的染色体倍性。这种方法已经被广泛应
用到植物染色体倍性的鉴别上。李玮曾利用此技术对亚菊
属和菊属的属间杂种进行了鉴定。
4.3　RAPD鉴定
RAPD(randomlyamplifiedpolymorphicDNA)是以基因组
总 DNA为模板 ,利用随机引物对模板进行 PCR扩增得到多
态性 DNA片段 , 然后通过电泳检测片段的多态性 , 以此来诊
断生物体内在基因排布与外在性状表现规律的技术。近年
来 RAPD技术逐渐被应用到杂种鉴定上 , 戴思兰曾使用
RAPD技术对菊花起源进行了研究 , 通过对 7种野生菊花 、
14种栽培菊花和 5个种间杂种的随机扩增条带的分析了解
到种间杂种与野生菊 、栽培菊间的亲缘关系。
4.4　AFLP鉴定
AFLP(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism)技术是
20世纪 90年代中期发展起来的一种分子标记技术 , 其信息
量大 、灵敏度高 、重复性好 ,在分子系统学研究中得到广泛应
用。 AFLP广泛用于菊属植物中与栽培菊花亲缘关系较密切
的野生种的分类学研究 , 周春玲利用 AFLP技术对菊属植物
12个分类群进行分析。由于广义菊属植物之间的亲缘关系
上要比菊属植物之间关系更远 , 利用 AFLP技术可以有效地
对远缘杂种进行聚类分析从而达到鉴定的目的。
4.5　GISH技术
GISH技术原理是通过检测 2n配子获得远缘杂交中重
组的染色体 ,目前该方法已用于鉴定广义菊属间杂种的亲本
染色体。 2003年 Kondo等人对广义菊属的亚菊属 、春黄菊
属(Anthemis)、菊属 、木茼蒿属(Argyranthemum)以及小滨菊
属(Leucanthemela)等 9个属的 33个种进行了广泛的杂交
工作 ,获得了 133个杂交组合的 F1代 , 并利用 GISH对这些
杂交组合的亲本和 F1代进行了染色体测定 , 推测出 9个属
的亲缘关系的远近 ,重新进行了归类 ,将菊属 、亚菊属和菊蒿
属合并为一个属 ,实验结果也表明亚菊和菊属并不存在属间
远缘杂交的障碍。
5　广义菊属远缘杂交育种展望
广义菊属植物主要集中分布在欧亚大陆北部 , 对广义菊
属亚属划分的难点在于分类学上难以确定这些属间的亲缘
关系。广义菊属植物的染色体个数都是以 9为基数 , 倍性从
2倍到 10倍变化不等 ,研究表明 , 尽管地理分布及染色体倍
性的差异都很大 ,但这些属间植物保持着相似的减数分裂行
为和较高的种子生活力。
然而 ,广义菊属间广泛存在种间杂交的隔离 , 并且由于
亲本间染色体组的差异性会经常导致远缘杂种的生存率偏
低。同时 ,广义菊属植物也广泛存在着自交不亲和性 , 这也
是导致广义菊结实率低的首要原因。对克服自交不亲和性
的一些研究表明:广义菊属一些种类的近亲繁殖比远缘杂交
获得了更多的结实率;并且将这些自交亲和性的种与自交不
亲和性的种杂交后, 杂种在这种特性上保持一定比例的遗传。
因此, 通过大量的自交试验来检测广义菊属植物自交亲和性 ,
也许会成为广义菊属植物远缘杂交研究的一个突破点。
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(上接第 6页)
个与成熟期相关的 QTL, 可解释表型变异的 10.6%,在 F2代
中成熟期的 QTL位于 M连锁群上与 sat540紧密连锁 , 与
Specht等报道的区域一致 , 与株高相关的 QTL位于 L连锁群
上 , 此区域已经有了很多与株高相关的 QTL报道 , 表明在不
同的群体中与株高相关的主效 QTL可能稳定存在;而在 F4:6
中并没有检测与 F2相同的农艺性状的 QTL位点 , 这表明
QTL极易受环境的影响 , 同一性状的 QTL除了在不同定位
群体中表现不一致以外 , 同一群体在不同发育时期 、不同环
境和不同年份的 QTL检测结果也会有所不同。 2002年 ,
Yuan等人利用 2个重组自交系群体(Essex×Forrest, n=
100;Flyer×Hartwig, n=94)在 K连锁群上都检测到一个产
量相关的主效 QTL, 以前的研究在此区域上未检测到与产量
相关的 QTL, 而与开花期 、成熟期和蛋白质含量相关的 QTL
位于此区域。 Kabelka等利用 F5 代群体对大豆农艺性状经
过 2 a在 12个环境中进行检测 , 共检测到 46个 QTL。王永
军 、吴晓雷分别利用科丰一号 ×南农 1128-2杂交的 F7:9世
代和 201个 F4代对大豆株高 、倒伏性 、产量等农艺性状进行
了定位。对两个结果进行比较没发现相同的 、稳定的 QTL
存在。王永军将影响株高 、主茎节数 、倒伏性 、每节荚数和产
量的 QTL定位于连锁群 C2 , 但对于 7个性状的效应大小是
不同的 , 表明同一 QTL位点可以影响多个不同的性状。 张
忠臣等利用美国品种 Charleston×中国品种东农 594杂交的
154个 F10代重组自交系构建了含 163 个 SSR标记 , 覆盖
1835.5cM, 由 20个连锁群组成的遗传图谱 , 检测到 4个油分
的 QTL, 其中位于 D2连锁群上的 Lee, Brumer定位在同一个
连锁群但不在同一区间 ,而位于 D
2
、F和 N连锁群上的分别
与 sat-022、satt538 、satt030和 GMABAB连锁的 4个 QTL没
有发现类似的报道。
3　我国 QTL定位研究目前存在的问
题及解决途径
(1)目前用于 QTL定位的群体数偏少 , 属于初步定位 ,
定位的精确性和稳定性均不高。 ①选择性状差异大的亲本
组合进行定位研究;②根据定位的要求适当增大样本容量;
③减少环境因素对定位的影响;④控制遗传背景变异;⑤减
少由于定位方法导致的假 QTL的存在。
(2)由于 QTL易受环境的影响 , 而目前 QTL研究采用的
定位群体大部分是 F2群体 ,而 F2群体在田间试验设计是无
法重复的 ,所以应发展利用永久性群体经过多年多点的 QTL
检测 ,来检测 QTL的真实性和稳定性。
(3)目前 , QTL研究主要是针对静态分析即数量性状在
个体的发育中某个时期的表现 ,而无法掌握不同发育时期的
QTL作用和提供 QTL表达过程的信息 , 因此今后的 QTL研
究应向动态分析转化。
(4)目前用于分析 QTL的上位效应和环境互作效应的
统计方法和软件仍不够完善和精确 ,所以有待于开发新的统
计方法和设计新的软件来进行 QTL的精细定位。
(5)所构建的大豆遗传图谱的饱和度不高 ,对于 QTL基
因进行分离也有困难 , 所以应发展新的作图群体 , 增加图谱
的饱和度 ,为分析作物的产量 、品质等有关的性状与环境相
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9　第 4期　　　　　　　　　　　　　　　　广义菊属远缘杂交研究进展