冰草属植物研究进展

文章对冰草属的分类学地位、分布、生物学特性及其抗性、育种等方面所展开的研究及取得的科研成果进行了概述及评价，并在此基础上提出了一些问题及建议。     

结缕草属植物抗寒性的遗传分析

选用结缕草属植物抗寒性两极端类型材料Z136(抗寒)和Z039(不抗寒)相互杂交,获得正反交F₁分离群体,通过改良电导率外渗法对F₁群体的抗寒性进行鉴定,并应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法对F₁群体进行遗传分析。结果表明,1)正反交后代的抗寒性变异范围均较大,正交的变异范围为-11.6~-0.3℃, 反交的变异范围为-10.9~-1.7℃,均远远超出了双亲的抗寒性(-9.1和-3.3℃),正反交后代的平均值相差不大,正交后代LT₅₀的平均值为-6.0℃,反交后代LT₅₀的平均值为-6.3℃,均间于双亲之间,没有发现明显的母性遗传现象。2)次数分布分析结果表明,正反交F₁群体的抗寒性均呈混合正态分布,表现出明显的主基因+多基因的遗传特征。3)遗传分析结果表明, 结缕草属植物的最适遗传模型为B-4,即结缕草属植物的抗寒性受2对等加性的主效基因控制,正反交主基因遗传率分别为77.27%和79.60%。本研究目的在于明确结缕草属植物的抗寒性遗传规律,为结缕草属植物抗寒性基因的分子标记、定位以及标记辅助育种提供试验依据。     

山羊草属植物醇溶蛋白的遗传多样性分析

利用APAGE技术对山羊草属中6个物种30份材料的醇溶蛋白进行了分析,共出现14种醇溶蛋白APAGE谱带类型和67条相对迁移率不同的谱带,其中,每份材料可分离出10~22条带,所有67条谱带均具有多态性。同一物种内的谱带类型为1~4种,种间没有出现相同的带型。种内各材料间谱带类型可完全相同,带型间的最大相似系数为0.941,而种间最大相似系数则为0.606。     

结缕草属植物青绿期的遗传分析

选用结缕草属植物青绿期2个极端类型材料Z136和Z039相互杂交,获得正反交F₁分离群体,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法对F₁群体青绿期进行遗传分析,以初步明确结缕草属植物青绿期的遗传特性。结果表明,1)正反交后代的青绿期变异范围均较大,正交的变异范围为178~261 d,反交的变异范围为188~253 d,均远远超出了双亲的青绿期(248和231 d),正反交后代的平均值分别为223.6和216.8 d,两者存在显著差异,结缕草属植物的青绿期有母体遗传效应。2)正反交的遗传模型差异较大,母体遗传效应和环境效应对青绿期的影响明显,正交F₁群体青绿期的最适遗传模型为A-0模型,即无主基因模型,而反交F₁群体青绿期的最适遗传模型为B-4模型,即2对主基因的等加性遗传模型,且反交的主基因遗传率较高,为94.35%。     

结缕草属植物生殖性状的遗传分析

选用2份生殖性状存在差异的结缕草(Z136)和中华结缕草(Z039)相互杂交,获得正反交F₁分离群体,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法对F₁群体的花序密度、生殖枝高度、花序长度、每穗小穗数、小穗长度、小穗宽度、小穗长度/宽度进行遗传分析,以初步明确这些性状的遗传特性。结果表明,1)在调查的7个性状中,正反交杂交后代中每一个性状的变异范围均超出了双亲的变异范围,不同性状的变异系数差异较大,花序密度的变异系数最大,其次为生殖枝高度和每穗粒数,小穗长度和宽度的变异最小,花序长度的变异居中。2)花序密度、生殖枝高度、小穗长度和小穗长/宽正反交后代的观测值存在显著差异,可能有母体遗传效应,花序长度、每穗粒数和小穗宽度正反交后代间的观测值无显著差异。3)花序密度正反交后代群体的最佳遗传模型为存在2对主基因控制的遗传模型,生殖枝高度、花序长度和小穗宽度正反交后代群体的最佳遗传模型均为A-0模型,即无主基因模型。每穗粒数正交为1对主基因的遗传模型,反交为无主基因模型,小穗长度的正交为无主基因模型,反交为1对主基因模型。小穗长/宽正交的最适遗传模型为B-1模型,即2对主基因的加性-显性-上位性遗传模型,主基因遗传率为42.72%,反交群体的最适遗传模型为B-2模型,即2对主基因的加性-显性遗传模型,主基因遗传率为98.81%。     

结缕草属植物部分外部性状的遗传分析

选用2份外部性状存在差异的结缕草(‘J36’)和中华结缕草(Z039)相互杂交,获得正反交F₁分离群体,应用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法对F₁群体的密度、草层高度、叶长、叶宽、叶长/叶宽、节间长度、节间直径和节间长度/节间直径进行遗传分析,以初步明确这些性状的遗传特性。结果表明,1) 在调查的8个性状中,正反交杂交后代中每一个性状的变异范围均超出了双亲的变异范围,不同性状变异系数差异较大,密度的变异系数最大,其次为节间长度/直径、节间长度、叶长/叶宽、草层高度、节间直径、叶长和叶宽。2) 草层高度、叶长、叶宽、叶长/叶宽、节间直径和节间长度/直径的正反交后代的表型值存在显著差异,可能有母体遗传效应,密度和节间长度正反交后代间无显著差异。3) 密度的最佳遗传模型正反交均为B-1模型,即2对主基因的加性-显性-上位性遗传模型,正交的主基因遗传率为93.67%,反交的主基因遗传率为63.22%。草层高度、叶长、叶宽、叶长/叶宽和节间长度正反交后代群体的最佳遗传模型均为A-0模型,即无主基因模型。节间直径的正交为1对主基因的遗传模型,反交为无主基因模型,节间长度的正交为无主基因模型,反交为1对主基因模型。     

冰草属植物生态地理分布和根系类型的研究

通过对草地文献研究和生产实际调查，提出冰草属植物在我国生态地理分布的面积。冰草草原为164．03万hm^2，冰草为优势种或建群种的群落面积达41．14万hm^2。并提出属内种易于生态变异和属间植物杂交较为普遍，同时植物根系类型可出现2～3种。根系类型多、有利于充分利用土地资源和保持产量稳定性。     

冰草属植物在内蒙古干旱草原的建植试验

对冰草属当地材料和北美引进品种在内蒙古干旱草原旱作条件下的建植试验表明，当地的蒙古冰草（ＡＧＭＯ１、ＡＧＭＯ２）和西伯亚冰草（ＡＧＳＩ）都具有广泛的适应性，无论播种期干旱与否，均可获得较好的建植效果，在较好的降水条件下有极显著的增值。当地的沙生冰草（ＡＧＤＥ０在干旱生境可发挥建植优势，其建植水平不会因降水条件好转而提高。北美引进品种Ｈｙ－ｃｒｅｓｔ，Ｋｉｒｋ，Ｆａｉｒｗａｙ，Ｐ－２７，Ｐａｒｋｗａ     

冰草属植物无性繁殖特性的研究

以杂种冰草等3个品种为侧重面，研究冰草属植物无性繁殖特性，结果表明，冰草属幼苗、根、根茎、分蘖芽、枝条(营养枝和生殖枝)等均有共同特性。但由于此属的植物种间杂交较为容易，变异性较大，各个种(或品种)之间存在差异也较大。     

蒙古冰草遗传多样性的等位酶分析

采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术检测了内蒙古中东部地区蒙古冰草6个天然居群和2个栽培品种的遗传多样性和居群结构，12个酶位点的多态位点百分率为67.71%，基因多样性指数（He)为0.285，显示出了较高的遗传多样性，从遗传多样性的分布格局来看，8个居群的遗传分化系数Gsr=0.129，表明在总的遗传变异中，只有12.9%的变异存在于居群间，而87.1%的变异存在于居群内，同时，6个天然居群的总基因多样度（HT=0.439)和基因分化系数（GST=0.032)也大于2个栽培品种的相应值（HT=0.423,GST=0.010)。UPGMA聚类分析的结果表明，蒙古冰草居群间的遗传分化与生态环境因子间有着密切的相关性。     

野生鹅观草种质的醇溶蛋白遗传多样性分析

采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术(A-PAGE)对采自中国四川、重庆、甘肃、日本5个地区的42份野生鹅观草材料进行遗传多样性分析,获得下述结果,1)供试材料共分离出29条带纹,多态率达89.66%.材料间的遗传相似系数范围在0.448～0.966,平均GS值为0.695,说明供试野生鹅观草具有较为丰富的遗传多样性.2)对所有材料进行聚类分析,可聚为3类,基本能按照生态地理环境来源聚为一类,表明供试材料的聚类和其生态地理环境间有一定的相关性.3)基于Shannon多样性指数估算了5个鹅观草生态地理类群内和类群间的遗传分化,发现类群内遗传变异占总变异的83.69%,类群间遗传变异占总变异的16.31%.4)对各生态地理类群基于Nei氏尢偏估计的遗传一致度聚类分析表明,各生态地理类群间的遗传分化与其所处的生态地理环境具有一定的相关性.     

野生冰草种质资源同工酶遗传多样性分析与评价

分析了分布在内蒙古地区的16份野生冰草种质资源酯酶和过氧化物酶的基因位点,结果表明：2种酶共检测到4个等位基因位点,21条酶带,均为多态位点,两种等位酶4个基因位点平均杂合度为77.22%,显示了较高的多态性;依据同工酶谱带信息,把供试种群聚类并划分成3个类群,类群之间存在明显的遗传差异,但是基于同工酶分析进行的分类来确定材料的地理区域有一定的局限性.     

野生冰草种质资源同工酶遗传多样性分析与评价

分析了分布在内蒙古地区的16份野生冰草种质资源酯酶和过氧化物酶的基因位点,结果表明:2种酶共检测到4个等位基因位点,21条酶带,均为多态位点,两种等位酶4个基因位点平均杂合度为77.22%,显示了较高的多态性;依据同工酶谱带信息,把供试种群聚类并划分成3个类群,类群之间存在明显的遗传差异,但是基于同工酶分析进行的分类来确定材料的地理区域有一定的局限性。     

四川青衣江、岷江流域鹅观草遗传多样性的溶蛋白分析

用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)技术对采自青衣江流域和岷江流域的97份鹅观草材料的种子醇溶蛋白进行了分析。在对四川青衣江、岷江流域鹅观草居群的醇溶蛋白分析中,鹅观草材料醇溶蛋白带谱存在显著差异,共出现27个条带,其中多态性条带25条,占总条带数的92.59%;鹅观草的遗传相似性与其地理分布较为一致,表现在:1)青衣江、岷江流域鹅观草总遗传多样性指数为0.345 1,其中青衣江流域鹅观草遗传多样性指数为0.340 0,岷江流域鹅观草遗传多样性指数为0.310 0,表明青衣江流域鹅观草比岷江流域存在更为丰富的遗传变异,多样性指数更高;但流域间遗传分化系数仅为0.04,表明两江流域间遗传分化较小;各居群间遗传变异系数达0.326,表明总遗传多样性的32.6%来自居群间。2)在同一流域不同居群也存在遗传分化,其中青衣江流域各居群(除峨眉山居群分散聚在各居群外)能聚在一起;而岷江流域各居群在成都平原区段互相渗透,但能以上、中、下游区段聚开;青衣江流域各居群中以蒙山居群遗传多样性指数最高,达0.339 8,洪雅居群最低,仅0.094 7;岷江流域上游居群多样性指数最高,为0.301 7,而下游以乐山居群遗传多样性指数最低,为0.131 7。3)同一居群内鹅观草存在遗传变异,两江流域以蒙山居群变异最大,多样性指数最高。对居群遗传多样性的研究还表明,鹅观草垂直分布的遗传多样性高于水平分布;在成都平原居群由于生境片断化,导致岷江流域鹅观草生境片断化后小居群遗传分化增加,而整个成都平原“大居群”遗传多样性降低。     

冰草的遗传多样性研究

利用根尖压片法,从细胞水平对来自6个不同居群的冰草的遗传多样性进行了研究.结果表明各居群染色体数目恒定(2n=28),均为同源四倍体;居群间存在核型多型性,主要表现在核型类型、随体及B染色体的有无等;A、E居群核型为1B型,其余种群为1A型;C、E居群的染色体有随体,E居群细胞核中有B染色体存在.     

蒙古冰草和冰草的杂交F1代群体农艺性状的相关、通径及聚类分析

通过探究冰草属(Agropyron)植物的主要农艺性状间的关系,选育出优良冰草(A.cristatum)种质资源为提高小麦(Triticum aestivum)远缘杂交育种效率提供理论依据。本研究以蒙古冰草(A.mongolicum)(母本)和二倍体冰草(父本)进行杂交获得的F_1代群体为材料,对该群体116个单株的9个主要农艺性状进行了调查分析。结果表明,116个单株在所有农艺性状上均表现出明显的遗传变异(11.2%~40.13%),小穗粒数、穗粒数的变异系数最大,分别为30.56%、40.13%;相关及通径分析表明,对其重要性状之一千粒重影响最大的是每小穗小花数(r=0.168,P0.05),直接通径系数为0.364,其余性状依次为穗长(r=0.235,P0.05)、小穗粒数(r=0.126);聚类分析在欧氏距离为6.50处将群体材料分成三大类群,其中第1类和第3类冰草材料都具有高秆、多枝叶的特点,可用于选育优质牧草,第1类冰草材料具有多小花多穗粒等优良性状,可成为饲草和小麦遗传育种的优良种质资源。     

蒙古冰草肌动蛋白基因片段的克隆与组织表达分析

本研究利用同源序列法分离蒙古冰草Actin基因同源片段,并分析蒙古冰草Actin基因在根、茎、叶中的表达特征。根据禾本科植物小麦Actin基因的保守序列设计1对引物A1,经RT-PCR扩增,从蒙古冰草cDNA中克隆到1个长度为541 bp的Actin基因片段,使用DNAman和DNAUSER等分子生物学软件进行序列分析,结果表明,该序列编码179个氨基酸,并推测该片段具有Actin超基因家族的保守结构域,含有1个ATP结合位点,抑制蛋白结合位点和胶溶蛋白结合位点;该基因片段的氨基酸序列与小麦Actin基因的同源性为99%,与玉米同源性为96%,与水稻同源性为93%。组织器官特异性表达分析结果表明,该基因在根、茎、叶中的表达量恒定。将该基因片段命名为MwACT1,并在GengBank中登记注册,登录号为FJ490410。     

塔乌库姆冰草肌动蛋白基因片段的克隆及序列分析

根据其他植物Actin基因的保守序列设计一对简引并性物,以塔乌库姆冰草叶片总RNA为模板,采用RT-PCR的方法扩增出Actin基因片段并连接到载体上,阳性克隆经PCR检测后进行测序。结果表明：该片段长约600bp,编码199个氨基酸,所得序列与GenBank中注册的其他植物Actin基因序列同源性均在81%以上,与其他肌动蛋白的氨基酸序列同源性达88%。     

扁穗冰草转录因子基因的克隆和表达特性的分析

根据禾本科转录因子cbf,dreb,myb基因已经报道的核酸序列保守区设计引物,使用RT PCR技术首次在扁穗冰草（Agropyron cristatum）中克隆3个转录因子部分片段,分别将其命名为ACcbf,ACdreb,ACmyb。利用半定量RT PCR技术研究这3个基因在冷胁迫及干旱胁迫下的表达趋势。结果表明,ACcbf基因对温度敏感,同时对干旱胁迫有一定程度的响应;ACdreb基因对冷胁迫和干旱胁迫都较为敏感;ACmyb基因则对干旱胁迫敏感,而对冷胁迫不敏感。