摘要 割手密是甘蔗栽培品種的重要原始親本之一，在甘蔗雜交育種方面具有重要的利用價(jià)值，近年來也作為潛力能源植物進(jìn)行研究。該研究綜述了割手密在形態(tài)學(xué)、解剖學(xué)、細(xì)胞學(xué)、蛋白質(zhì)和分子等方面的最新研究進(jìn)展，并且分析了目前研究中存在的突出問題，展望了今后割手密資源的研究方向。

關(guān)鍵詞 割手密;育種;分子標(biāo)記;遺傳多樣性

中圖分類號(hào) S541 "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A "文章編號(hào) 0517-6611（2014）32-11225-06

Advances in Saccharum spontaneum L.Germplasm of Domestic and Overseas

LIU Jianle， BAI Changjun， YAN Linling

（Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Tropical Crops Germplasm Utilization， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737）

Abstract Saccharum spontaneum L. is one of the original parents of cultivated sugarcane varieties and is important to sugarcane crossbreeding. Meanwhile， it is being studied as a potential energy plant last several years. Recent advances in Saccharum spontaneum L. germplasm， including morphology， anatomy， cytology， and protein and molecular markers were reviewed. The existing problems and prospective utilization were also analyzed and discussed.

Key words Saccharum spontaneum L.; Breeding; Molecular marker; Genetic diversity

基金項(xiàng)目 農(nóng)業(yè)部物種資源保護(hù)“熱帶牧草種質(zhì)資源保存”項(xiàng)目;農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)人才支撐計(jì)劃項(xiàng)目-熱帶牧草創(chuàng)新與利用;農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目：熱帶牧草種質(zhì)資源收集鑒定編目繁殖更新與保存分發(fā)利用。

作者簡(jiǎn)介 劉建樂（1988-），男，甘肅慶陽人，碩士研究生，研究方向：牧草種質(zhì)資源學(xué)及新能源開發(fā)。*通訊作者，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，從事熱帶牧草種質(zhì)資源和栽培利用方面的研究。

收稿日期 20140928

割手密（Saccharum spontaneum L.），又名甜根子草、小巴茅，為禾本科（Gramineae）、甘蔗屬（Saccharum）多年生的草本植物[1]，在熱帶、亞熱帶兩大氣候區(qū)均有其蹤跡，具有適應(yīng)性、抗逆性強(qiáng)以及分蘗迅速等優(yōu)良品質(zhì)[2-4]，是最早用于甘蔗雜交育種的資源，也是甘蔗屬中最具有育種價(jià)值的野外資源[5-6]，其種類豐富，并且有較高糖分[7-8]。當(dāng)前，國內(nèi)外對(duì)割手密資源的研究主要集中在利用割手密的優(yōu)良基因?qū)υ耘喔收峄虻母牧忌?，?duì)于其作為能源植物的研究還鮮見報(bào)道。該研究旨在詳述割手密種質(zhì)資源的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子等最新前沿研究進(jìn)展。

1 割手密植物學(xué)特性

割手密是多年生的草本植物，具發(fā)達(dá)長(zhǎng)根狀莖，莖稈高1.7～2.6 m，莖徑0.6～1.0 cm，葉長(zhǎng)99.4～139.1 cm，葉寬0.9～1.5 cm，葉片為線性，呈現(xiàn)灰白色，無絨毛，邊緣呈鋸齒狀且粗糙。圓錐花序20.1～40.0 cm，其下部有白色的柔毛，小穗呈卵形或圓形[9]。割手密適應(yīng)性、抗逆性強(qiáng)，分布范圍廣，在我國北至秦嶺，東起臺(tái)灣東部，南自海南島，西至西藏的雅魯藏布江均有分布[10]，遍及熱帶和亞熱帶兩大氣候區(qū)，是甘蔗屬中地理分布最廣的種。割手密分蘗率高，宿根性好，固土能力強(qiáng)，耐貧瘠，是良好的固堤保土植物[11]，主要生長(zhǎng)在江邊、河邊、小溪旁、溝邊、田埂、沼澤等地帶，也有少數(shù)在干燥的荒坡土地上生長(zhǎng)。割手密可進(jìn)行有性繁殖和無性繁殖，其形態(tài)上常表現(xiàn)出葉片窄細(xì)、中肋發(fā)達(dá)等特征[12]，能極強(qiáng)地適應(yīng)各種生境。

2 割手密的遺傳多樣性

2.1 割手密的形態(tài)學(xué)標(biāo)記

形態(tài)學(xué)標(biāo)記指在植物生長(zhǎng)過程中采用肉眼觀察到的植物形態(tài)特征。該標(biāo)記直觀易辨，是檢測(cè)遺傳變異最直接的方法。割手密無性系間有較大的形態(tài)學(xué)變異，有葉片只剩中肋、沒有莖的矮且濃密的割手密種質(zhì)，也有株高長(zhǎng)、葉片寬、節(jié)間長(zhǎng)的資源，具有長(zhǎng)數(shù)米的根狀莖類型的割手密也很多[13]。楊榮仲等[14]對(duì)四川境內(nèi)割手密資源進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)早熟、高錘度為第一類，大莖、高生物產(chǎn)量和較高錘度為第二類，中莖、遲抽穗、偏低錘度和低生物產(chǎn)量為第三類，小莖且較早抽穗、低錘度、低生物產(chǎn)量聚為第四類，小莖低生物量、低錘度、不抽穗聚為第五類。張革民等[15]對(duì)采自云南、廣西兩省的94份割手密資源的主要性狀進(jìn)行了主成分分析，發(fā)現(xiàn)割手密的數(shù)量性狀可以簡(jiǎn)化成植株因子、莖數(shù)因子、糖分因子3個(gè)主成分。在主成分分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)蔗糖糖分較高，植株較高，莖多，萌芽高，聚為第一類群;綜合的表現(xiàn)為一般的聚為第二類;植株高大、分蘗率低、莖較粗的聚為第三類;蔗糖糖分較低，莖較細(xì)，株高小，萌芽低、分蘗高，聚為第四類。潘世明等[16]對(duì)福建境內(nèi)割手密無性系進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)福建境內(nèi)的割手密可分為閩西北、閩東南以及閩北3種類型。閩西北的割手密表現(xiàn)出植株矮小、節(jié)間長(zhǎng)較短、莖細(xì)、單莖干物質(zhì)質(zhì)量小、錘度高。閩東南割手密的表現(xiàn)和閩西北的剛好相反，表現(xiàn)出植株高大、節(jié)間長(zhǎng)、莖粗、錘度低。閩北的割手密種質(zhì)各性狀表現(xiàn)在閩西北閩東南的中間。張革民等[17]對(duì)廣西高糖分割手密的株高、萌芽率、小區(qū)莖數(shù)、分蘗率、莖徑、單莖質(zhì)量采用表型性狀變異和聚類分析，發(fā)現(xiàn)21份高糖割手密在株高、萌芽率、分蘗率、莖徑、單莖質(zhì)量上的變異較大、類型多。基于以上6個(gè)性狀將21份割手密無性系聚為3個(gè)類群，即第1類為萌芽率、分蘗率和植株較高，莖多、單莖質(zhì)量小的11份無性系;第2類為萌芽率高但分蘗少，單莖質(zhì)量大和植株高大的2份無性系;第3類為分蘗率高、萌芽率低、植株矮小、莖和莖重較小的8份無性系。黃忠興等[18]采用表型性狀變異和聚類分析法，對(duì)456份國內(nèi)外不同地理來源的割手密的13個(gè)性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)割手密在株高、葉長(zhǎng)、錘度等多個(gè)性狀上都表現(xiàn)出極高的遺傳差異，多樣性指數(shù)在0.97～7.92之間。不同地理來源的群間遺傳變異較大。云南割手密群體多樣性最豐富。通過聚類分析，456份割手密資源可聚成三大類群，云南自為一類，國外割手密為第二大類，剩余種質(zhì)為第三大類。齊永文等[19]通過節(jié)數(shù)、蔗汁糖分等性狀對(duì)廣東甘蔗種質(zhì)資源庫中割手密

的遺傳多樣性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明試驗(yàn)材料在每個(gè)性狀上都表現(xiàn)出很高的遺傳差異，變異系數(shù)在 0.16～0.57 之間，變異系數(shù)超過10%，說明割手密資源在形態(tài)學(xué)上有很大的變異。通過聚類將參試材料分為3大類群，即植株高大，蔗汁糖分居中，葉面積較大，但是莖數(shù)少的為第1類，蔗汁糖分、株高都較低，莖數(shù)較多的為第2類，蔗汁糖分等指標(biāo)上優(yōu)于第1、2類而其他性狀介于第1、2類之間的材料為第3類群的。各個(gè)類群在生長(zhǎng)特性、錘度和蔗汁糖分等性狀上都表現(xiàn)出明顯差異。相關(guān)分析表明，錘度之間呈顯著負(fù)相關(guān)，蔗汁糖分和株高之間呈顯著正相關(guān)。

國外學(xué)者對(duì)割手密的研究主要集中在割手密與甘蔗栽培種的雜交后代的性狀擴(kuò)大利用上，對(duì)不同地理來源的割手密在形態(tài)上的差異還很少有報(bào)道[20]。Nose等[21]對(duì)割手密的葉子氣孔交換途徑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)光照射下，割手密Tainan的葉孔二氧化碳交換率顯著高于甘蔗的雜交種NCo310，Tainan為甘蔗育種中非常重要的良種來源，割手密上網(wǎng)葉氣孔二氧化碳交換率和葉綠素含量、葉片氣孔導(dǎo)度有密切的關(guān)系。

陳嚴(yán)平等[22]對(duì)采自云南的割手密葉片下表皮進(jìn)行了解剖，結(jié)果表明割手密葉下表皮構(gòu)造是穩(wěn)定的，割手密的肋區(qū)寬40 μm，肋間區(qū)寬40 μm，氣孔行數(shù)為1～2行，其中1行的較多，氣孔器為35 μm×12.5 μm，副衛(wèi)細(xì)胞呈半棱形。下表皮被分成2個(gè)區(qū)：一個(gè)為覆蓋在維管束上的肋區(qū);另一個(gè)為覆蓋在2個(gè)維管束之間的脈間區(qū)。肋區(qū)相鄰接的兩側(cè)均有一列刺，刺細(xì)胞呈現(xiàn)鷹嘴狀，遮蓋住整個(gè)肋區(qū)，肋區(qū)主要由長(zhǎng)細(xì)胞、栓細(xì)胞、中等長(zhǎng)度的細(xì)胞、硅細(xì)胞和刺細(xì)胞組成，肋間區(qū)主要由氣孔、中等長(zhǎng)度細(xì)胞、長(zhǎng)細(xì)胞、短細(xì)胞（與長(zhǎng)細(xì)胞交互式排列）組成。在下表皮上還可以看見各類附屬物，主要包括乳突、棒狀或長(zhǎng)刺狀毛。與肋間區(qū)相比，肋區(qū)的差異較大。解剖學(xué)特征可以作為植物外部形態(tài)分類的補(bǔ)充，從解剖結(jié)果進(jìn)一步證明割手密成為甘蔗育種重要資源的可能性，也為甘蔗雜交育種提供解剖學(xué)理論依據(jù)。陳嚴(yán)平等[23]對(duì)采自云南地區(qū)的割手密莖進(jìn)行了解剖學(xué)制片，結(jié)果表明割手密為圓形莖，被髓填充滿，變成實(shí)心莖，其表皮細(xì)胞的外壁被加厚，下皮層是2～3層，下皮層以內(nèi)的區(qū)域不存在厚壁細(xì)胞，割手密的薄壁區(qū)域占很大比例，基本組織發(fā)達(dá)，由3～6列基本組織的薄壁細(xì)胞分開外圍維管束，其薄壁細(xì)胞中不含后含物?？窟吘壍木S管束導(dǎo)管口徑相對(duì)較小，但其維管束鞘比較發(fā)達(dá)。割手密邊緣維管束鞘呈向心加厚，靠近木質(zhì)素一端有11～17層的厚壁細(xì)胞，但靠近韌皮部一端只有2～3層的厚壁細(xì)胞，并且以橢圓形的方式加厚，這個(gè)與斑茅的呈圓環(huán)加厚的外圍維管束鞘以及只在韌皮部近端加厚的內(nèi)部維管束鞘有著顯著的差異。一般來說，靠中央的維管束導(dǎo)管口徑大，維管束鞘沒有邊緣維管束明顯，割手密呈典型帽狀分布，在韌皮部端和木質(zhì)部端都有厚壁細(xì)胞。這對(duì)植物的分類具有非常重要的參考價(jià)值。

2.2 割手密的細(xì)胞學(xué)標(biāo)記

細(xì)胞學(xué)標(biāo)記指能明確反映生物體的細(xì)胞學(xué)遺傳多樣性的技術(shù)[24]。王先宏等[25]采用核型分析對(duì)10份不同基因型的割手密無性系的親緣關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明大多數(shù)材料的染色體是中部著絲點(diǎn)（m）染色體，少數(shù)是近中部著絲點(diǎn)（sm）染色體和正中部著絲點(diǎn)（M）染色體，個(gè)別材料還具有端部著絲點(diǎn)（T）染色體和近端部著絲點(diǎn)區(qū)染色體（t），在參試材料中1B核型有2份，2B核型有7份，2C核型有1份。王水琦等[26]對(duì)采集福建各地的割手密的21個(gè)無性系體細(xì)胞染色體進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)果表明福建割手密的種內(nèi)變異很豐富，體細(xì)胞染色體數(shù)目（2n）有72、84、88、92、96、102等7個(gè)類型，其中2n=80和2n=96出現(xiàn)的頻率最高，2n=80的分布性最廣，適應(yīng)性最強(qiáng)。蔡青等[27]對(duì)247份割手密資源的染色體進(jìn)行了研究，結(jié)果表明割手密的染色體數(shù)目（2n）有60、64、70、72、76、78、80、92、96、104、108等11種類型，其中2n=104和2n=108是國內(nèi)的首次報(bào)道。李志剛等[28]采用冰凍切片法和間接免疫熒光標(biāo)記技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)割手密莖尖細(xì)胞在有絲分裂中微管骨架的變化進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在割手密莖尖細(xì)胞有絲分裂過程中有周質(zhì)微管、紡錘體微管、早前期微管帶和成膜體微管循序變化的典型微管列陣，并且在割手密的初生增粗分生組織細(xì)胞中觀察到的多數(shù)是周質(zhì)微管列陣，只能觀察到很少的其他3種典型的微管列陣。王英等[29]采用核型分析法對(duì)崖城割手密11號(hào)的染色體的數(shù)目、類型等特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明崖城割手密11號(hào)染色體數(shù)目（2n）為 64，核型公式為 2n= 64= 56m（2sat）+ 8sm，核型為2A型，通過比較認(rèn)為崖城割手密 11號(hào)的核型比拔地拉更原始。楊清輝等[30]對(duì)87份云南割手密無性系的染色體數(shù)目進(jìn)行了研究，結(jié)果表明云南割手密的染色體數(shù)目（2n）有60、64、70、80 4種類型，而2n=60和2n=70的類型割手密在國內(nèi)尚屬首次。

國外關(guān)于割手密細(xì)胞學(xué)的報(bào)道最早見于1915年。隨后，這個(gè)方面的報(bào)道文獻(xiàn)逐漸增多。日本的Kuwada[31]是第一個(gè)報(bào)道割手密無性系的染色體數(shù)目是2n= 68的研究者。Panje等[32]對(duì)印度Eoimbatore甘蔗育種場(chǎng)的450份割手密無性系的染色體進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明450份割手密的染色體數(shù)目（2n）為40～128，一共有29種類型。但是，他們的材料缺乏來自中國西部的割手密。日本Utsunomiya大學(xué)的Mariya[33]認(rèn)為，解釋甘蔗起源的關(guān)鍵途徑在于研究亞洲東部和南部的割手密，特別是中國南部以及海南島等地割手密染色體數(shù)目。Brandes[34]研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)于熱帶的割手密染色體數(shù)目較多，遠(yuǎn)離熱帶的割手密染色體數(shù)較少。Ammal[35]推測(cè)，自西向東割手密染色體數(shù)會(huì)逐漸增多，但通過研究發(fā)現(xiàn)西部地區(qū)（非洲和地中海）的2n為 112～128;東部地區(qū)（南亞和太平洋地區(qū)）的2n為 80～112;中心地區(qū)（印度半島）的2n為40～80，特別是印度，其21種割手密細(xì)胞型中以2n= 64型分布最廣，其北部至西北部區(qū)域的割手密染色體數(shù)目較低，而西北到東南部的染色體數(shù)目較多。Mebra等[36]發(fā)現(xiàn)，在印度的2n= 40、54、56、72、44的細(xì)胞型中，觀察到在減數(shù)分裂后期會(huì)出現(xiàn)染色體鑲嵌、不集合的二價(jià)體、聯(lián)會(huì)消失、多核紡錘體以及染色質(zhì)橋等異?，F(xiàn)象。Sreenivasan等[37]研究了染色體數(shù)目2n= 40～126的44個(gè)割手密無性系的核型特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在核型進(jìn)化中割手密染色體形態(tài)的變化最小，缺少近端著絲點(diǎn)染色體，中央著絲點(diǎn)染色體占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，染色體數(shù)目低的割手密類型的染色體長(zhǎng)度比染色體數(shù)目高的類型短。

2.3 生化標(biāo)記

生化標(biāo)記指以基因表達(dá)的直接產(chǎn)物蛋白質(zhì)為主的一種遺傳多樣性標(biāo)記方法，主要包括同工酶、種子貯藏蛋白和等位酶。它們作為基因表達(dá)的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)多樣性能在一定程度上反映DNA組成的差異性以及生物體的遺傳多樣性。當(dāng)前，割手密主要的生化標(biāo)記是對(duì)其同工酶的分析。國內(nèi)外已經(jīng)將醇溶蛋白電泳分析技術(shù)應(yīng)用于遺傳育種和種子生產(chǎn)上。麥醇溶蛋白酸性聚丙烯酞胺凝膠電泳是當(dāng)前解決種質(zhì)資源搜集、鑒定的重要技術(shù)。這種技術(shù)能夠消除材料重復(fù)收集的問題，也可以研究小麥近緣種屬的起源演化[38]。李楊瑞[39]對(duì)晉江割手密葉片中ATP酶活性進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明割手密Ca2+ATP酶活性為13.1±4.61 μg/min，Mg2+ATP酶活性為16.7±5.63 μg/min，與其他8個(gè)甘蔗屬基因型相比，晉江割手密的酶活性最低。潘世明等[40]對(duì)50份福建割手密無性系用聚丙烯酰胺雙垂直平板電泳法進(jìn)行了分析，結(jié)果呈現(xiàn)8條酰酶同工酶酶帶、19個(gè)酶譜類型，6A是共同酶帶，4A、10A為基本酶帶。具有（4，6，10）A組成的酶譜是其基本類型。從酯酶同工酶譜分析，發(fā)現(xiàn)福建割手密沒有明顯的地緣界限;從同工酶的分析，看出福建割手密可能是從低海拔向高海拔擴(kuò)展的。王子琳等[41]測(cè)定了福建割手密的酯酶同工酶，結(jié)果共出現(xiàn)8條酶帶，從正極到負(fù)極依次為2～14A，共有19個(gè)酶譜類型，從而認(rèn)為福建割手密具有相近的起源或進(jìn)化過程，其類型多樣豐富，酶譜的出現(xiàn)和它的地域分布、海拔位置有密切的關(guān)系。鄭德森[42]對(duì)甘蔗屬中不同品種的同工酶進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)晉江割手密的過氧化物酶（POD）譜帶最豐富，烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶（PEPC）的譜帶最少，只有2條。細(xì)胞色素氧化酶（COD）、淀粉酶（Amy）、酯酶（Est）以及蘋果酸脫氫酶（MDH）的酶帶數(shù)介于過氧化物酶和烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶之間。林炎坤等[43]對(duì)50份廣西割手密類群進(jìn)行了過氧化物酶同工酶分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)供試材料的過氧化物酶同工酶共出現(xiàn)18條酶帶，按照遷移率的特點(diǎn)，從正極至負(fù)極可分為A、B、C、D和E 5個(gè)區(qū)。A區(qū)總共有2條酶帶，但活性微弱，B、C區(qū)各有4條酶帶，活性都很強(qiáng)，D區(qū)有5條帶，1條活性較強(qiáng)，其余都較弱，E區(qū)有3條酶帶，并且根據(jù)同工酶譜的特點(diǎn)，將供試材料分為12個(gè)類群。陳能武等[44]對(duì)79份采于四川野外的割手密進(jìn)行脂酶同工酶分析，共呈現(xiàn)10酶帶和18種酶譜類型，說明四川割手密存在多樣性，并且類型豐富，在酯譜分析中發(fā)現(xiàn)有些酶帶有無與材料的來源有關(guān)，某些遷移率較低的酶帶是否出現(xiàn)與材料的開花遲早、錘度和株葉型等性狀有密切的關(guān)系。成萍等[45]對(duì)四川的48份割手密采用垂直板聚丙烯酞胺凝膠電泳進(jìn)行了同工酶分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與酯酶、谷氨酸草酰乙酸轉(zhuǎn)氨酶相比，過氧化物酶分析的效果最佳，并且根據(jù)過氧化物酶譜特征，將材料分為19個(gè)類群，反映四川割手密在多態(tài)性、地理分布和遺傳等方面的差異。王麗萍等[46]對(duì)16份云南割手密的過氧化物酶同工酶進(jìn)行了研究，結(jié)果表明試驗(yàn)材料共出現(xiàn)25條酶帶，組成的酶譜類型有16種，表明云南割手密具有非常豐富的種內(nèi)遺傳多樣性，通過相似系數(shù)和聚類分析，將供試材料分為兩大類群。該結(jié)果和材料的海拔分布有明顯相關(guān)性，并且呈現(xiàn)出從低海拔地區(qū)向高海拔地區(qū)發(fā)展的趨勢(shì)。邱崇力等[47]對(duì)采自云南128份割手密資源的酯酶同工酶進(jìn)行了分析，結(jié)果共顯示出15條酶帶，它們組成的酶譜類型有45個(gè)，說明云南的割手密具有極豐富的種內(nèi)差異。

國外對(duì)割手密的生化方向的研究相對(duì)較少。Siriwasaree[48]對(duì)割手密無性系進(jìn)行過氧化物酶同工酶的分析，結(jié)果表明每份無性系材料的酶帶都不盡相同，認(rèn)為通過過氧化物酶同工酶系統(tǒng)可對(duì)割手密無性系進(jìn)行有效鑒別。

2.4 割手密的分子標(biāo)記

分子標(biāo)記指可遺傳且可檢測(cè)的DNA序列、蛋白質(zhì)能反映生物個(gè)體或種群間基因組某種差異的特異性DNA片段。與傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、蛋白質(zhì)標(biāo)記相比，分子標(biāo)記是直接以DNA的形式存在于植物體的各個(gè)組織器官， 各發(fā)育時(shí)期均不受季節(jié)和環(huán)境的限制，不存在是否表達(dá)的問題;數(shù)量很多，遍及整個(gè)基因組，多態(tài)性高;表現(xiàn)為 “中性”，和不良性狀無必然連鎖，不影響目標(biāo)性狀的表達(dá);許多分子標(biāo)記為共顯性，能夠鑒別純和基因與雜合基因型[49]。當(dāng)前，國內(nèi)對(duì)割手密種質(zhì)的分子標(biāo)記的遺傳多樣性的報(bào)道較少，且采用的分子標(biāo)記技術(shù)也較單一。劉昔輝等[50]以廣西799為材料，利用SDS法提取DNA，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了一套可適用于割手密的SSRPCR反應(yīng)體系，應(yīng)用此體系對(duì)其他割手密進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果得到的擴(kuò)增條帶清晰。這為割手密的育種和發(fā)掘利用優(yōu)異資源提供了非常有利的技術(shù)支持。楊清輝等[51]利用6個(gè)引物，對(duì)采自不同緯度、不同海拔割手密無性系進(jìn)行了RAPD分析，結(jié)果表明野生的割手密資源具有非常豐富的多態(tài)性，32份試驗(yàn)材料可聚為9大類。劉建樂等[52]采用ISSR分子標(biāo)記對(duì)采自8省的52份割手密種質(zhì)資源進(jìn)行了分析，結(jié)果表明22條ISSR引物共擴(kuò)增出127條帶，其中多態(tài)性帶121條，多態(tài)率達(dá)95.3%。材料間遺傳相似系數(shù)（GS）在0.60～ 0.91之間。在遺傳相似系數(shù)為0.72時(shí)，52份材料可分為四大類。張革民等[53] 利用27個(gè)RAPD引物對(duì)21份割手密資源的無性系進(jìn)行了擴(kuò)增，結(jié)果發(fā)現(xiàn)27個(gè)引物擴(kuò)增了205個(gè)RAPD位點(diǎn)，其中多態(tài)性位點(diǎn)158個(gè)，多態(tài)率74.81%。 參試材料間的等位基因位點(diǎn)的異質(zhì)性較高，表現(xiàn)出極豐富的遺傳多樣性。常丹等[54]利用SRAP標(biāo)記對(duì)9大居群的割手密進(jìn)行了遺傳多樣性分析，研究表明割手密種質(zhì)資源在物種水平上存在較大的遺傳多樣性，多態(tài)率為78.7%，Nei’s基因多樣性為0.280，Shannon’s信息指數(shù)為0.416，遺傳分化指數(shù)和基因流估計(jì)值表明割手密資源的絕大部分的遺傳變異發(fā)生于居群的內(nèi)部，居群間的分化程度相對(duì)較低。根據(jù)9大居群的遺傳距離，通過聚類分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)居群間的遺傳距離均和其地理來源有著密切的關(guān)系。陳輝等采用RAPD分子標(biāo)記技術(shù)，用25個(gè)隨機(jī)引物對(duì)我國不同地理生境的195份割手密材料進(jìn)行了地理群體結(jié)構(gòu)的遺傳多樣性分析，結(jié)果表明割手密各地理類群的遺傳分化明顯，種內(nèi)遺傳變異大，遺傳多樣性豐富。

國外對(duì)割手密的分子標(biāo)記報(bào)道也很少見到。Mary等[55]采用ISSR和RAPD標(biāo)記技術(shù)分析了采自印度4 個(gè)不同居群的21份割手密的遺傳多樣性，20對(duì)隨機(jī)引物、2對(duì)ISSR和2對(duì)端粒引物共擴(kuò)增出498條帶，多態(tài)性比率為83.9%，材料間的遺傳距離為29.8～60.0。結(jié)果表明，馬德拉斯邦的材料遺傳多樣性較低，阿魯納恰爾邦材料遺傳多樣性最豐富。因而，阿魯納恰爾邦地區(qū)的割手密材料在甘蔗育種方面具有極大的潛力。Gordeiro等[56]用6對(duì)SSR引物對(duì)甘蔗屬66份不同材料進(jìn)行了遺傳多樣性和聚類分析，共產(chǎn)生187個(gè)等位基因，與AFLP，RFLP、RAPD相比，研究甘蔗屬間的起源及分類更適合采用SSR標(biāo)記技術(shù)。Silva等[57]繪制割手密RFLP連鎖圖，且對(duì)其染色體組進(jìn)行了研究，結(jié)果表明連鎖圖由217個(gè)基因位點(diǎn)組成，分布43個(gè)連鎖群，按照每間隔25 cmol的距離最少有一個(gè)標(biāo)記的密度，其基因組的覆蓋率為85%，基于RFLP標(biāo)記的數(shù)據(jù)結(jié)論，認(rèn)為該物種是同源多倍體，估算其基因組大小為2 106 cmol。

3 割手密種質(zhì)資源的抗逆性

3.1 抗旱性

自建國以后，我國對(duì)甘蔗屬的野生資源曾進(jìn)行過幾次規(guī)模較大的收集，但研究方向主要集中在甘蔗的育種上，對(duì)其抗性評(píng)價(jià)相對(duì)較少。許文花等[58]以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)割手密不同的無性系作試驗(yàn)材料，研究干旱對(duì)割手密各個(gè)指標(biāo)的影響，測(cè)定了試驗(yàn)材料苗期的葉面積、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量、質(zhì)膜透性、束縛水含量等指標(biāo)，計(jì)算了各指標(biāo)的抗旱系數(shù)，結(jié)果表明不同材料每個(gè)指標(biāo)的耐旱系數(shù)都不同，采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)割手密抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)割手密不同，材料間抗旱性不同。相關(guān)分析說明，不同割手密無性系間抗旱性與葉面積呈顯著負(fù)相關(guān)。梁麗瓊等[59]在常溫正常供水下測(cè)定了野生隴川割手密種和栽培品種桂糖11號(hào)等4個(gè)甘蔗屬材料的葉片束縛水、自由水含量，并且計(jì)算束縛水/自由水的比值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有束縛水/自由水在參試材料間差異達(dá)到0.01顯著水平，并且可明顯地將野生隴川割手密種、桂糖15號(hào)、栽培品種桂糖11號(hào)及熱帶原種Badila區(qū)分出不同的抗旱性。經(jīng)艷芬等[60]利用隸屬函數(shù)法對(duì)云南不同來源的割手密及其血緣 F1代在自然條件和干旱脅迫下的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明在參試的 15 個(gè)割手密血緣 F1代材料中，80%抗旱性強(qiáng)，特別是云割 F108319 等材料的抗旱性最優(yōu);參試的8個(gè)割手密無性系抗旱性有強(qiáng)有弱，抗旱性弱、中、強(qiáng)的材料占割手密的比例分別為 25%、37.5%、37.5%，抗旱性與材料原生地的氣候條件沒有明顯的一致性。楊李和等[61]研究了云南西雙版納割手密、云南蠻耗割手密和云南富寧斑茅組合后代在人為水分脅迫下的抗旱性，通過模糊隸屬函數(shù)平均值評(píng)價(jià)抗旱表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)抗旱性強(qiáng)弱為云南富寧斑茅組合后代gt;云南蠻耗割手密gt;云南西雙版納割手密組合后代。

3.2 抗寒性

丁燦等[62]研究了低溫脅迫對(duì)割手密游離脯氨酸的影響，結(jié)果表明低溫處理會(huì)引起割手密葉片中Fpro 含量的增加，在0～3 ℃處理時(shí)葉片中Fpro含量隨時(shí)間的增加而遞增，在更低溫度處理時(shí)能引起 Fpro含量的短期增加，外部噴灑蔗糖溶液可以增強(qiáng)低溫處理的效果。割手密合成 Fpro的主要部位為葉部，F(xiàn)pro在葉部合成后會(huì)快速轉(zhuǎn)運(yùn)到莖和根。不同葉齡的Fpro含量也不同，衰老葉的Fpro含量最高，新生的葉片介于中間，成熟的葉片最低，但是衰老的葉片游離脯氨酸含量與低溫沒有關(guān)系。戴獻(xiàn)英[63]利用電解質(zhì)滲漏法對(duì)云南的50份割手密無性系進(jìn)行了抗寒性研究，發(fā)現(xiàn)割手密的電解質(zhì)滲漏率隨著原生長(zhǎng)地海拔的上升而下降，隨著原生長(zhǎng)地緯度增加而降低，在相近的緯度范圍內(nèi)海拔是決定電解質(zhì)滲漏率高低的主要因子;在相近的海拔范圍內(nèi)，緯度是決定電解質(zhì)滲漏率高低的主要因子。陳能武等[64]對(duì)四川的割手密資源的抗寒性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)抗寒性強(qiáng)的割手密資源的成活率為100%，抗寒性弱的割手密材料側(cè)芽全部死亡，參試材料的抗寒性呈現(xiàn)正態(tài)分布，在幾種不相同的鑒定方法下，川8833、79l4、川79123以及內(nèi)江44等資源表現(xiàn)出極穩(wěn)定的耐寒能力，這些材料萌芽率高，凍害后能正常生長(zhǎng)。這些資源是以后進(jìn)行甘蔗抗寒性育種的寶貴親本材料。

3.3 抗病、抗輻射

陳海燕等[65]研究了在大田栽培和自然光照條件下，連續(xù)2年模擬紫外輻射（UVB，280～315 nm）增加對(duì)9325和9211割手密無性系葉綠素含量的影響，結(jié)果表明割手密9211在UVB輻射下葉綠素含量降低，割手密9325抗輻射性強(qiáng)，在增加了5 kJ /m2UVB輻射下葉綠素含量增加，UVB輻射后割手密葉綠素含量的響應(yīng)具有種內(nèi)差異，割手密9211抗輻射性在2004年比2003年強(qiáng)，而割手密9325則正好相反。UVB輻射對(duì)生育期的影響大小為開花期gt;分蘗期gt;伸長(zhǎng)期。段彪[66]通過大田試驗(yàn)，研究了模擬紫外輻射（UVB，280～320 nm）增加對(duì)10份割手密無性系株高的影響，結(jié)果表明在UVB處理下割手密無性系的生長(zhǎng)速率和株高均與自然光下存在差異，割手密無性系對(duì)UVB的輻射響應(yīng)與其原產(chǎn)地海拔密切相關(guān)，原產(chǎn)地海拔越高，紫外輻射對(duì)其影響越小。楊李和[67]對(duì)云南野生甘蔗血緣后代的45份材料的黑穗病抗性進(jìn)行了鑒定，結(jié)果顯示有27份材料為1級(jí)高抗，3份材料為2級(jí)抗病，占總數(shù)的67%;對(duì)照種ROC10為6級(jí)抗病，桂糖11號(hào)為7級(jí)感病，表明在傳統(tǒng)易染病種質(zhì)上導(dǎo)入云南割手密種質(zhì)血緣，能夠獲得高抗黑穗病遺傳基礎(chǔ)，選育的“YN”系列優(yōu)良親本能夠選育出高抗黑穗病雜種。

4 割手密應(yīng)用于育種

割手密是最早應(yīng)用于甘蔗雜交育種的資源，也是育種中貢獻(xiàn)最大的資源之一[68-69]，有適應(yīng)抗逆性強(qiáng)、耐貧瘠、分蘗率高等優(yōu)良品質(zhì)[70-72]。我國海南甘蔗育種場(chǎng)從1953年建場(chǎng)就開展甘蔗親本創(chuàng)新利用的研究，經(jīng)過50多年的努力，在割手密、熱帶種、大莖野生種以及近緣屬植物斑茅利用方面取得突破性成就。近年來，在我國使用的293份常用親本中，220份為自育品種（品系），占75%，海南甘蔗育種場(chǎng)通過“高貴化”途徑，利用大莖野生種和當(dāng)?shù)馗钍置苓x育出可導(dǎo)入新的野生種血緣的崖城5843、崖城73226的、崖城82108和崖城5847等創(chuàng)新材料。迄今為止，我國自育品種（品系）中最少有17個(gè)品種就含有當(dāng)?shù)氐母钍置苎塠73]。20世紀(jì)前期爪哇和印度的甘蔗育種家育成了熱帶種與割手密種間雜交的后代。這被認(rèn)為是甘蔗雜交育種史上的一次質(zhì)的飛躍。60年代以來，美國的路州荷馬甘蔗試驗(yàn)站實(shí)施的基礎(chǔ)性甘蔗雜交育種計(jì)劃已經(jīng)成功地將耐寒性強(qiáng)的割手密資源的耐寒基因?qū)胗N的親本材料，成功地選育出CP65357等一大批高糖含量、早熟且耐寒的品種。這些品種已經(jīng)在美國路州成功種植，現(xiàn)已引入我國，近些年來已經(jīng)在湖南、江西等地試種獲得成功[41]。此外，Tai[74]研究了一套用低溫冷藏法保存商品化甘蔗和野生割手密雜交一代的花粉技術(shù)。

5 割手密作為能源植物的研究進(jìn)展

由于礦物燃料的不可再生，加之礦物燃料的大量使用，已經(jīng)引起嚴(yán)重的環(huán)境問題?，F(xiàn)在以纖維素類作為原料生產(chǎn)清潔燃料的研究已成為熱點(diǎn)[75-76] 。割手密植株高大，生物量高，有較高的干物質(zhì)積累能力和光合效率，因而割手密具有較高的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化潛力。當(dāng)前以割手密作為能源植物進(jìn)行開發(fā)的相關(guān)工作已經(jīng)有序地展開[77]。王水琦等[78]從甘蔗栽培品種與割手密遠(yuǎn)緣雜交后代中選出8個(gè)較好的品系作為能源性甘蔗進(jìn)行研究，結(jié)果表明親系為Cp67/412×云農(nóng)251（特大割手密）的雜交種閩糖97/197與親系為選3×云甘83/157（特高糖割手密）的雜交種閩糖97/202二者的蔗莖產(chǎn)量增幅分別為45.6%和33.6%。楊生超等[79]對(duì)割手密的光合特性與原生長(zhǎng)地的海拔相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)割手密材料的光合特性隨原生長(zhǎng)地海拔的不同表現(xiàn)出極豐富的遺傳多樣性，割手密的光合特性與海拔之間緊密相關(guān)。常丹等[80] 采用灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)四川割手密資源的能源潛力進(jìn)行了評(píng)估，發(fā)現(xiàn)割手密SAGS08072纖維素含量最高（32.81%），割手密SAGS08021半纖維素含量最高（25.4%），割手密SAGS08075木質(zhì)素含量最少（4.7%），割手密SAGSO8084粗灰分含量最少（5.3%），割手密SAGS08O66熱值最高。將試驗(yàn)測(cè)得的割手密最高纖維素、半纖維素含量和印度chande的數(shù)據(jù)相比，纖維素含量低于印度Chandel的數(shù)據(jù)較多，半纖維素含量相差不大。在國外，印度Anuj和Chandel[81]是最早將割手密材料作為生物質(zhì)能源植物開發(fā)生產(chǎn)燃料乙醇的，測(cè)得割手密材料的纖維素含量為45.1%，半纖維素含量為22.8%。通過分析，認(rèn)為割手密生長(zhǎng)迅速，管理粗放，經(jīng)濟(jì)投入少，生物質(zhì)產(chǎn)量高，是生產(chǎn)燃料乙醇的理想禾本科植物。

6 前景與展望

割手密生長(zhǎng)速度快、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、單位面積產(chǎn)量高，可以用來固堤護(hù)坡，防止水土流失，也可以作為能源植物進(jìn)行開發(fā)。同時(shí)，割手密也是一種觀賞性較強(qiáng)的大型禾草，具有重要的觀賞價(jià)值。因此，應(yīng)更大規(guī)模地搜集全國范圍內(nèi)的野生割手密資源，建立國家級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)的資源圃，在弄清割手密資源遺傳特征和規(guī)律的前提下加大研究力度和進(jìn)程。當(dāng)前，我國對(duì)割手密種質(zhì)資源的遺傳多樣性的研究大多體現(xiàn)在抗性、生化標(biāo)記等方面，對(duì)其利用現(xiàn)代分子技術(shù)對(duì)割手密資源的遺傳多樣性和育種的研究還相對(duì)較少，利用多種分子標(biāo)記技術(shù)相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系和開發(fā)割手密優(yōu)良的基因?yàn)楦收嵊N提供優(yōu)良基因等方面的研究顯得非常迫切;割手密資源的育種方法粗放單一，常采用有性雜交，這種方式方便快捷，但是該過程受開花期、自然狀況和人為選擇等多因素的控制和制約，并且這種方式育種周期長(zhǎng)，當(dāng)前可以結(jié)合物理、化學(xué)和現(xiàn)代分子生物技術(shù)等多種育種手段來培育優(yōu)質(zhì)的品種。國內(nèi)外當(dāng)前對(duì)割手密的研究熱點(diǎn)主要集中在利用其優(yōu)異的基因?qū)Ξ?dāng)前的栽培甘蔗進(jìn)行遺傳基因改良，對(duì)其作為能源植物的研究報(bào)道尚少。割手密作為能源植物進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，不僅與其本身直接相關(guān)，而且與生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)水平等密切相關(guān)。由于目前生物質(zhì)能源在能源消費(fèi)中的比例很小，加之影響纖維素高效水解的木質(zhì)纖維素的三維結(jié)構(gòu)還沒有完全被揭示，使得能源植物制燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化目前很難被大范圍推廣。因此，在全面深入地評(píng)價(jià)割手密作為能源植物的同時(shí)，還要對(duì)木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的、專業(yè)的、系統(tǒng)的研究?？傊?，在割手密作為能源植物進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)的同時(shí)，應(yīng)結(jié)合我國當(dāng)前能源的安全戰(zhàn)略以及農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，對(duì)我國境內(nèi)的割手密資源進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)查評(píng)價(jià)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)攻關(guān)，使其不論在國家能源安全而且在經(jīng)濟(jì)效益方面都可以發(fā)揮出巨大的作用。

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