1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0229任建东，王晓醒，马晓岗，马瑞强，李长慧.三江源 7 个糙毛以礼草植物学形态及遗传多样性分析.草业科学,2023,40(1):249-257.RENJD,WANGXX,MAXG,MARQ,LICH.BotanicalmorphologyandgeneticdiversityanalysisofsevenKengyilia hirsutagermplasmsintheareasofSanjiangyuan.PrataculturalScience,2023,40(1):249-257.三江源 7 个糙毛以礼草植物学形态及
2、遗传多样性分析任建东1,2，王晓醒3，马晓岗2，马瑞强1，李长慧2（1.北京绿氮生物科技有限公司,北京100081；2.青海大学农牧学院,青海西宁810016；3.中国农科院农业资源与农业区划研究所,北京100081）摘要：通过对三江源地区的 7 份糙毛以礼草(Kengyilia hirsuta)穗部性状指标主成分分析、染色体组核型分析及标签-简单序列重复(EST-SSR)分子标记分析，旨在阐明糙毛以礼草种质的形态学差异及种质间遗传多样性，为牧草育种和麦类作物改良提供理论依据。结果表明：糙毛以礼草的不同穗部性状间的变异系数差异较大，其中桴毛的差异最大；在穗部大小及密度、小穗特征是引起差异的 3
3、 个主成分，颖长、稃毛长、穗长、穗宽指标是造成糙毛以礼草形态性状差异的主要因素；海晏糙毛以礼草的种质内差异最大。7 份糙毛以礼草种质均为六倍体，染色体数目为42 条，中部着丝点染色体为主要染色体类型；在不同类型的着丝点染色体数目、有无随体上表现出了丰富的多态性；核型指标多样性丰富，其中贵德糙毛以礼草、海晏糙毛以礼草为 2C 型，其余种质均为 2B 型；共和糙毛以礼草进化程度最高，海晏糙毛以礼草次之，莫湘滩糙毛以礼草最低。在 EST-SSR 多样性分析中，海晏糙毛以礼草和刚察糙毛以礼草两个种质与其他种质遗传距离相对较远。关键词：糙毛以礼草；穗部性状分析；核型分析；EST-SSR；种质资源；进化趋
4、势；遗传距离文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0249-09Botanical morphology and genetic diversity analysis of seven Kengyilia hirsutagermplasms in the areas of SanjiangyuanRENJiandong1,2,WANGXiaoxing3,MAXiaogang2,MARuiqiang1,LIChanghui2(1.BeijingGreenBioTechnologyLimitedCompany,Beijing100081,China;2.Agriculture
5、andAnimalHusbandryCollageofQinghaiUniversity,Xining810016,Qinghai,China;3.InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100010,China)Abstract:Theprincipalcomponentanalysisofpanicletraits,karyotypeanalysis,andEST-SSRmolecularmarkeranalysiswerecarriedo
6、utonsevenKengyilia hirsutamaterialsintheareasofSanjiangyuan.ThiswasdonetorevealthegeneticdiversityandmorphologicaldifferenceofK.hirsutagermplasms,andprovideatheoreticalbasisforforagebreedingandwheatcropimprovement.TheresultsshowedthatthevariationcoefficientsofdifferentpaniclecharactersofK.hirsutawer
7、edifferent,andthevariationinK.hirsutawasthelargest.Spikesize,spikedensity,andspikeletcharacteristicswerethethreemainfactorscausingthedifference.Glumelength,lemmalength,spikelength,andspikewidthwerethemainfactorsbehindthedifferentmorphologicalcharacters.ThedifferenceobservedinthegermplasmofHaiyanK.hi
8、rsutawasthelargest.The收稿日期：2022-03-22接受日期：2022-05-05基金项目：青海省科技厅基础研究计划(20119-ZJ-7041)；国家重点研发计划(2021YFD1000101)第一作者：任建东(1985-)，男，甘肃会宁人，农艺师，硕士，主要从事农业资源创新利用工作。E-mail:通信作者：李长慧(1969-)，男，山东齐河人，教授，博士，主要从事牧草饲料资源与利用研究。E-mail:第40卷第1期草业科学249-257Vol.40,No.1PRATACULTURALSCIENCE1/2023http:/sevenK.hirsutamaterialsa
9、llwerehexaploid,with42chromosomes,andthecentralcentromericchromosomewasthemainchromosometype.Therewereabundantpolymorphismsindifferenttypesofcentromericchromosomenumberswhetherornottherewerechaperonespresent.Thediversityofkaryotypeindexeswasrich,amongwhichGuideK.hirsutaandHaiyanK.hirsutawerethe2Ctyp
10、e,andtheothergermplasmswerethe2Btype.TheevolutiondegreeofGongheswasthehighest,thatofHaiyanswasthesecondhighest,andthatofMoxiangtanswasthelowest.IntheEST-SSRdiversityanalysis,thegeneticdistancebetweenHaiyanK.hirsutaandGangchaK.hirsutawererelativelyfarfromthatofothergermplasms.Keywords:Kengyilia hirsu
11、ta;panicletraitanalysis;karyotypeanalysis;EST-SSR;germplasmresource;trendofevolution;geneticdistanceCorresponding author:LIChanghuiE-mail:糙毛以礼草(Kengyilia hirsuta)是禾本科(Poaceae)小麦族(Triticeae)以礼草属(Kengyilia)的多年生草本植物，染色体组类型为 StYP 型，广泛分布于我国青藏高原、川西高原以及部分中亚和西亚国家1。糙毛以礼草植物学特征介于冰草(Agropyroncristatum)与鹅观草(Roeg
12、neria kamoji)之间，是以礼草属的优势种群之一，主要分布于海拔 28004200m 的高寒草甸、阳坡滩地及沟谷地带，具有较强的抗寒、抗旱及固土能力，对保持高原生态稳定具有重要意义2。由于三江源地区地貌类型差异较大，缺氧、低温、干旱、土壤盐渍化、荒漠化，物种为长期适应不同环境条件，产生了多样的形态特征和珍贵的遗传资源3。近年来，在远缘杂交、染色体易位创质、基因工程精准利用等现代遗传学领域中，野生近缘植物作为优异种质资源在新品种培育中广泛被应用4-6。糙毛以礼草以其耐寒、耐旱、抗盐碱等特性，在禾本科饲草、草坪草种改良中已开始被应用；又以其遗传资源丰富的特征，在麦类品种改良方面具有较大潜力
13、7。同时糙毛以礼草也因其具较强适应高原沙化的特点，作为高寒沙地修复的重要物种，已在高原生态修复、高原草场恢复中展开研究与应用8-9。物种的植物学形态是由内部基因和外界环境共同影响的结果，虽不同生境的群体在表型上有所差异，但形态学调查仍是多样性分析中一种直接、有效的方法；在小麦族的野生近缘种冰草的多样性调查中发现穗部性状受环境影响较小，是小麦族植物相对稳定的表型性状，可大致反映物种的变异程度。染色体是遗传物质的主要载体，在物种进化中数量和结构的变化，种内基因的遗传多样性可以在染色体的数量和形态上找到相应证据；通过植物核型分析，评价物种多样性及推断物种进化趋势也是一种常用的研究手段10。EST-S
14、SR 来源于表达基因序列，它反映基因的编码区段，通用性和保守性也较 SSR 高11，可以直接获得基因表达信息，为功能基因提供精准的标记，在不同物种间也有较好的通用性12-13。本研究通过对三江源地区的乡土草种糙毛以礼草进行形态学比较及分析、核型分析、标签-简单序列重复(EST-SSR)分子标记相关分析，理论上阐明糙毛以礼草在形态学水平、细胞水平、分子水平的遗传多样性规律，实践上为高原生态保持与修复、禾本科饲草与草坪改良及麦类作物育种提供科学基础及参考。1 材料与方法 1.1 材料本研究试验材料为在三江源及周边不同海拔、经纬度地区采集的 7 个糙毛以礼草种质，用全球定位系统(GlobalPosi
15、tioningSystem,GPS)记录海拔、经度、纬度(表 1)。1.2 方法1.2.1 穗部性状调查植物穗部性状受环境影响相对较小，是植物较稳定的形态学指标，能在一定程度上反映糙毛以礼草各种质的变异程度。选用 7 个性状，包括稃毛长、稃长、颖长、小花数、小穗数、穗宽、穗长。每份种质随机取 10 穗，用游标卡尺测量统计，并进行形态学比较，同时计算种质间穗部变异系数(coefficientofvariation,CV)及性状平均值为该种质的基础数据，利用 SPSS18.0 软件进行主成分分析。1.2.2 根尖细胞制片与数据统计每份种质中随机取 50 粒种子去掉内外桴，参照250草业科学第40卷
16、http:/刘冬云等14的根尖细胞制片方法，对根尖细胞进行染色、制片、镜检。每份种质统计 10 个根尖分生区组织，以中期染色体均匀分散的细胞进行染色体计数，当样本中 85%以上的细胞染色体数目相同时，为该种质的染色体数。每份材料选取 5 个染色体形态结构完整、均匀分散的有丝分裂中期细胞，拍照后按各染色体的总长和臂比进行同源染色体配对，由小到大排列，然后分别测量各条染色体的长臂、短臂。计算核型分析的参数有相对长度(relativelength)、平均臂比(meanarmratio)、染色体长度比(chromosomelengthratio)、核型类型(karyotypictype)和核不对称系数(coefficientofkaryotypicasymmetry)。根据 Levan 染色体分类系统确定核型公式，根据核型不对称程度与进化程度成正比的原则，对其进化程度进行评价。1.2.3 EST-SSR 多样性调查从每份种质中随机取 100 粒种子，播种于营养钵内，出苗 10d 后从每份材料中随机选 10 株植株，按 CTAB 法提取总 DNA，纯化，构建基因池。用已发表的 50 对冰草 ES