野生狗牙根種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究簡述

凌 瑤，張新全，劉 偉

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，四川 雅安 652014；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)院草業(yè)科學(xué)系，四川 雅安 625014)

狗牙根(Cynodondactylon)，又叫鐵線草、爬地草，屬于禾本科狗牙根屬，起源于非洲，廣泛分布于歐亞大陸。在我國，狗牙根主要分布于黃河流域及其以南地區(qū)，此外，在華南、華中、西南、西北、華北南部等地均有分布[1]。狗牙根是最重要的暖季性草坪草之一，其植株低矮，抗旱，耐踐踏，質(zhì)地纖細(xì)，色澤好，被廣泛用于各類草坪，且匍匐莖發(fā)達(dá)，是優(yōu)良的水土保持植物。

在國外，美國俄克拉荷馬州立大學(xué)Harlan和Wet將狗牙根分為6個變種[2]，建立了狗牙根分類學(xué)上的骨架。我國狗牙根屬植物有2個種[普通狗牙根和彎穗狗牙根(C.arcuatus)]和1個變種[雙花狗牙根(C.dactylonvar.biflorus)][3]。狗牙根屬植物大致分為9種10變種，但目前為止狗牙根屬仍沒有一個完全滿意的分類方法。

我國雖然有豐富的野生狗牙根種質(zhì)資源，但直到20世紀(jì)后期才開始狗牙根的育種工作。近年來主要以野生狗牙根種質(zhì)資源調(diào)查、分析以及野生種的改良為主，育成的品種較少，而種質(zhì)資源的遺傳多樣性是物種生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，是物種遺傳改良的根本。因此，本研究對其種質(zhì)不同水平的多樣性及育種研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為其今后的研究提供參考。

1 狗牙根種質(zhì)資源的遺傳多樣性研究

1.1形態(tài)學(xué)水平 狗牙根形態(tài)學(xué)研究主要是對狗牙根的形態(tài)指標(biāo)的測定、研究和分析。國外很早就有狗牙根的形態(tài)多樣性的研究[4-5]。國內(nèi)研究者根據(jù)狗牙根的形態(tài)指標(biāo)對其進(jìn)行聚類，追蹤其種源劃分其類型，但仍然沒有一個統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。鄭玉紅等[6]對我國50份狗牙根種質(zhì)的根狀莖進(jìn)行了形態(tài)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)其根狀莖特征與緯度呈極顯著相關(guān)，可以將其分為淺(無)根莖型、疏淺根莖型、深密根莖型和特深密根莖型四大類型，四類狗牙根與其相應(yīng)的地理分布有較好的吻合度。馬克群等[7]對10個狗牙根和2個非洲狗牙根(C.transvaalensis)種質(zhì)的13個外部形態(tài)性狀進(jìn)行實地觀測和統(tǒng)計分析后認(rèn)為，葉片寬度、節(jié)間直徑、穗支數(shù)、穗支長度、小穗長度、葉片色澤、匍匐莖色澤和柱頭色澤8個外部形態(tài)性狀可作為鑒別這兩個種的形態(tài)學(xué)指標(biāo)；王志勇等[8]選取水平擴(kuò)展系數(shù)、水平生長速率、垂直生長速率、單位周長匍匐莖數(shù)和最長匍匐莖長度5個指標(biāo)，對不同地理分布的33份國內(nèi)外野生狗牙根種質(zhì)和源自中國、澳大利亞和美國的22份狗牙根品種之間的營養(yǎng)繁殖差異進(jìn)行了初步評定。結(jié)果表明，國內(nèi)外狗牙根之間表現(xiàn)出豐富的多樣性，國內(nèi)狗牙根種質(zhì)之間差異較大，且國內(nèi)種質(zhì)變異范圍大于國外狗牙根品種，國內(nèi)狗牙根種質(zhì)和育種材料的垂直生長速度明顯低于國外品種；相關(guān)指標(biāo)間除垂直生長速率外均存在極顯著相關(guān)性；通過聚類，55份代表性狗牙根種源(品種)被分為三大類，即匍匐莖快速繁殖型、中間型和匍匐莖慢速繁殖型，其中，匍匐莖快速繁殖型均為中國本土種質(zhì)。張延輝等[9]分析了152份新疆野生狗牙根的形態(tài)特征，根據(jù)外部性狀等選出具有代表性的60份，通過聚類分析，將60份新疆狗牙根野生材料分為矮生型、中間型、高大型三大類。黃春瓊等[10]根據(jù)96份華南地區(qū)野生狗牙根種源的11個植物學(xué)特征，采用聚類分析將其分為3個形態(tài)類型。

1.2細(xì)胞學(xué)水平 在狗牙根種質(zhì)資源細(xì)胞學(xué)研究方面，目前主要是通過對染色體數(shù)目的分析來確定未知染色體組物種的染色體組成及種源關(guān)系。其染色體基數(shù)為9，體細(xì)胞的染色體數(shù)目為18～54條，主要有二倍體、四倍體、六倍體和三倍體，染色體數(shù)為18、36、54和27。二倍體狗牙根有澳大利亞狗牙根(C.plectostachyus)、非洲狗牙根、印苛狗牙根(C.incompletus)和印度狗牙根(C.bareri)；大部分普通狗牙根和彎穗狗牙根為四倍體，也有二倍體和六倍體[2]；麥景狗牙根(C.magemnisiss)和硬毛狗牙根(C.incompletesvar.hirsutus)多為三倍體[11-12]。郭海林等[13]分析了30份具有代表性的狗牙根種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)我國狗牙根種源染色體數(shù)目變異性較大，同一種質(zhì)的不同根尖、同一根尖的不同細(xì)胞，其倍性都不相同，說明染色體多樣性較好，可為育種提供豐富的材料。

龔志云等[14]發(fā)現(xiàn)三倍體狗牙根“矮生百慕大”細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)存在非整倍性變異，變化范圍為2n=27～30,進(jìn)一步利用熒光原位雜交(FISH)技術(shù)以45S rDNA為探針進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)有3條染色體含有45S rDNA，并且都位于著絲粒部位，其中2條染色體在45S rDNA區(qū)雜交信號較強，且易伸長呈線狀結(jié)構(gòu)，雜交信號較弱的一條染色體可能由于45S rDNA含量比較少，所以這一區(qū)域染色體很易在分裂中“拉長”并斷裂形成非整倍體；另外，對10個狗牙根和3個非洲狗牙根的優(yōu)質(zhì)選系的染色體數(shù)目分析表明[15]，非洲狗牙根主要是2n=18，存在少部分染色體數(shù)目的變異，而狗牙根染色體數(shù)目絕大多數(shù)都為18～36，且倍性變異大，供試的選系存在多種染色體倍性水平和非整倍體。

1.3蛋白質(zhì)水平 由于狗牙根具有無融合生殖特性，在其遺傳多樣性檢測中，需要穩(wěn)定高效的標(biāo)記方法，同工酶被廣泛應(yīng)用。Wilkinson和Beard[16]通過葉蛋白圖譜分析了幾種草坪草的葉蛋白變異，PAGE凝膠電泳法也可以用于同工酶差異性檢測[17]。Vermeulen[18]利用組合酶系成功將選系區(qū)分并聚類。鄭玉紅等[19]利用3種同工酶分析了國內(nèi)的15份狗牙根無性系葉片，研究表明，其具有豐富的遺傳多樣性，酶譜的聚類結(jié)果與種源來源地生態(tài)地理環(huán)境具有一定的相關(guān)性。王贊[20]和張小艾[21]利用同工酶成功檢測出西南區(qū)野生狗牙根遺傳多樣性，同時證明同工酶是檢測狗牙根遺傳多樣性的一種高效、經(jīng)濟(jì)的檢測方法。

1.4分子標(biāo)記技術(shù)在狗牙根遺傳多樣性研究中的應(yīng)用 近年來，分子標(biāo)記方法已被應(yīng)用于研究不同狗牙根種質(zhì)遺傳多樣性。Marcone等[22]應(yīng)用RFLP標(biāo)記對10種染了百葉病的狗牙根進(jìn)行PCR擴(kuò)增，發(fā)現(xiàn)感病狗牙根的特異條帶和泰國的染病狗牙根相同，進(jìn)而確認(rèn)為同種甘蔗白葉原生質(zhì)組。Caetano-Anolles等[23-24]利用DNA指紋印跡技術(shù)和DAF方法分析了狗牙根的親緣關(guān)系及Tifgreen和Tifdrawf的遺傳基礎(chǔ)。此后，RAPD、SRAP[25]、AFLP[26-30]、ISSR[31-32]等廣泛應(yīng)用于狗牙根的遺傳多樣性研究。Mehmet等[33]利用RAPD標(biāo)記和DAF研究了狗牙根種內(nèi)和種間的遺傳變異，并采用UPGMA進(jìn)行系譜分析。Wu等[34]利用AFLP標(biāo)記研究了四大洲11個國家的狗牙根種質(zhì)資源的遺傳多樣性，材料間的遺傳相似系數(shù)為0.53～0.98。

梁慧敏[35]利用RAPD對我國的部分野生狗牙根和栽培品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，結(jié)果表明，多態(tài)性位點比率超過95%。謝永麗等[36]通過RT-PCR和RACE的方法分別從冷脅迫和鹽脅迫的狗牙根cDNA中擴(kuò)增到了受冷脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的BeDREB1基因和受鹽脅迫的誘導(dǎo)表達(dá)BeDREB2，二者的表達(dá)量隨誘導(dǎo)時間發(fā)生變化。這兩個DREB轉(zhuǎn)錄因子家族的新成員在狗牙根中分別與冷脅迫和鹽脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。劉偉等[37-38]用RAPD、ISSR和RAMP分析了我國西南地區(qū)野生狗牙根種質(zhì)資源的遺傳多樣性，結(jié)果表明，有較大的遺傳多樣性，且類群同地理分布有一定關(guān)系。易揚杰等[25]采用SRAP分析了對采自我國四川、重慶、貴州、西藏四省區(qū)的32份野生狗牙根材料的遺傳多樣性分析，表明多態(tài)性位點百分率為79.8%，平均GS值為0.759，遺傳多樣性也較豐富。

2 狗牙根育種概況

國外非常重視狗牙根種質(zhì)資源的利用，很早就開展了狗牙根的育種工作。從1930年南非共和國育成第一個坪用狗牙根品種“Royal Cape”開始，國外的育種機(jī)構(gòu)通過雜交育種、輻射育種、無性系選優(yōu)等選育手段，已經(jīng)注冊了許多狗牙根商品品種[40]。僅美國在1995年以前就已注冊登記了38個品種，以后每年都有1～2個新品種注冊登記[39]。在國內(nèi)，狗牙根育種工作始于20世紀(jì)后期，采用輻射誘變、體細(xì)胞無性系變異技術(shù)、無性系選優(yōu)等手段成功育成了一些品種[40]。

3 展望與建議

近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，野生狗牙根種質(zhì)資源的生境遭到破壞，種群和數(shù)量不斷減少，野生狗牙根的遺傳多樣性、生存現(xiàn)狀及其保育研究的開展顯得日益迫切。目前，野生狗牙根傳多樣性研究多停留在其居群遺傳多樣性大小的評價上，沒有深入進(jìn)行居群間和居群內(nèi)的系統(tǒng)評價，至于其居群遺傳特征及居群遺傳動態(tài)變化規(guī)律則尚未涉及。對此，提出幾點建議：1)在全國野生狗牙根分布區(qū)內(nèi)開展野生狗牙根資源的全面普查，摸清其數(shù)量及生存狀況，建立較完整的野生狗牙根種質(zhì)資源庫;2)系統(tǒng)地開展野生狗牙根的生態(tài)學(xué)研究、遺傳多樣性研究及遺傳變異的空間自相關(guān)分析，為進(jìn)一步分析其遺傳潛力和雜交育種提供重要的資料；3)綜合野生狗牙根生存現(xiàn)狀、遺傳多樣性、遺傳變異空間分布格局，采取相應(yīng)的生源地保護(hù)措施；4)加強國際交流與合作，引進(jìn)國外優(yōu)良的狗牙根品種(系)，借鑒國外先進(jìn)的育種手段，加快狗牙根種質(zhì)資源研究和品種改良。

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