（植物学专业论文）云南野生稻资源的保护生物学与遗传性状研究.pdf

摘要 本文以云南三种野生稻，普通野生稻( nr u f i p o g o ng r i f f ) 、药用野生稻( d d 所c i n a l i sw a l l e xw a t t ) 和疣粒野生稻( dg r a n u l a t an e e se t a m e xw a t t ) 为研 究和保护对象，通过实地考察，掌握了云南野生稻遗传资源的濒危现状和濒危原 因，同时在分子、细胞、植株个体知居群等水平上，对云南野生稻进行了不同层 次的保存和保护生物学研究，提出了科学的取样和保护策略，并且已开始实施。 此外，用不同方法系统地鉴定和研究了云南野生稻的遗传性状，为野生稻优良基 因的发掘利用打下了坚实的基础。 野生稻作为栽培稻的野生亲缘种，具有许多优良的遗传性状和有利基因，是 栽培稻品种进一步改良的天然遗传种质资源库。然而近年来，随着经济的发展， 人类的活动严重干扰和破坏了野生稻的生存环境，使野生稻处于严重的濒危状态 和灭绝的边缘。在此背景下，本研究作为国家自然科学基金地区重点项目云南 野生稻遗传资源的保存与研究中的一些子项目，对云南野生稻资源进行了较为 系统的考察、保存j 保护、鉴定、分析和研究，在理论上，建立了一种新的濒危 物种保护和保存体系，在实际应用中，防止了云南普通野生稻和药用野生稻的消 失灭绝，减缓了云南疣粒野生稻的濒危程度，同时加快了野生稻资源优良遗传性 状的进一步发掘利用。 对云南野生稻资源最新分布情况的多次野外考察表明，记载和发现的普通野 生稻2 5 个野外居群有2 4 个居群已经消失，仅在元江县东峨镇的曼旦村保留有一 个普通野生稻自然居群，并且面临水塘干枯、开垦和杂草竞争替代的危险而处于 濒危状态。药用野生稻1 2 个过去发现的居群已经消失，但在本研究中，在耿马 县孟定镇遮甸寨新发现一个药用野生稻居群。然而该居群面临被开垦的危险也处 于消失灭绝的边缘。疣粒野生稻居群数量从过去记载的6 6 个锐减为3 7 个，并且 其中有5 个居群是本研究新发现的。同时研究认为，由于人为的活动，而使野生 稻适宜的生境恶化和消失是导致云南野生稻资源濒危的主要原因，所有被考察的 野生稻居群的干扰和破坏都与此有关。 在分子、细胞、植株个体和居群等水平对云南野生稻进行不同层次的保护研 究是本研究的一种创新，目的是为了更好地保护和更方便地利用野生稻遗传资 源。在分子水平上，建立了云南三种野生稻核基因组d n a 的b a c 文库各一个， d n a 平均插入片段为8 0 k b ，对基因组d n a 的覆盖率为4 - 5 倍。根据研究需要， 分别建立了云南三种野生稻不同状况下的e d n a 文库，e d n a 平均插入片段为 0 4 - 2 0k b 。以近5 0 份，来自不同居群并具有丰富遗传变异的三种野生稻材料为 基础，提取基因组总d n a ，建立云南野生稻基因组总d n a 库直接进行低温保存。 在细胞水平上，分别利用云南三种野生稻花药、种胚和茎叶为材料，进行了愈伤 组织诱导、分化和低温保存研究。结果表明，疣粒野生稻最容易诱导分化，普通 野生稻其次，药用野生稻最难。在植株个体水平上，分别在西双版纳和昆明建立 了野外和温室内保护苗圃，对来自云南不同地区，具有代表性的居群个体材料进 行易地保护。在居群水平上，争取了政府的立项投资，已经开始实施了对元江普 通野生稻、孟定药用野，土稻和景洪疣粒野生稻三个自然居群的原位保护。 疣粒野生稻由于生存环境的特殊性，濒危现状相对较轻，然而居群受到的干 扰破坏也很严重。如何合理有效地保护好疣粒野生稻居群，使其避免象普通野生 稻和药用野生稻一样处于灭绝的边缘，是非常重要的。本文以具有代表性的1 4 个疣粒野生稻居群样品为材料，用r a p d 和i s s r 分子标记研究了云南疣粒野生 稻居群阳j 和居群内的遗传多样性。结果显示，居群间的遗传多样性水平较高，多 态率分别为5 9 和6 4 。居群内的遗传多样性水平则较低，平均多态率分别为 2 5 和2 1 。据此，我们对云南疣粒野生稻提出一个科学的保护策略：即进行易 地保护时对同一居群内的采样相对较少，而应该对更多的居群采样保存。进行原 位保护时，应该多选一些遗传变异大的居群加以保护。 长期以来，许多研究表明云南具有丰富的栽培稻品种和野生稻物种，是亚洲 栽培稻的起源演化中心和野生稻遗传多样性中心之一。本研究以云南尚存的4 种不同表型的普通野生稻、主要栽培的本地品种和国际上典型的籼稻和粳稻品种 为样品，用r a p d 和i s s r 分子标记研究了它们之间的遗传多样性和系统进化关 系。结果表明，云南不同表型的普通野生稻之间具有高水平的遗传变异，元江普 通野生稻作为海拔分布最高( 7 8 0 m ) ，隔绝状态较好( 周围没有发现种植栽培稻) 的原始型普通野生稻，其居群内也具有丰富的遗传多样性，应该进行原位保护。 此外研究也揭示，云南普通野生稻和栽培稻的系统演化和分化途径符合传统的 “一元论”学说。在普通野生稻先演化成籼稻，然后分化出粳稻的过程中，由于 水稻品种单一的栽培驯化而丢失了大量的遗传多样性，使得栽培稻的遗传基础变 的越来越狭窄。 对野生稻遗传资源的有效保护和保存，目的就是为了发掘利用这一宝贵的天 然基因库。而对野生稻的遗传性状进行系统的鉴定评价，是十分必要的前期基础 工作。本文作为项目系统鉴定评价工作的一部分，对云南野生稻的品质性状和抗 白叶枯病性状进行了鉴定研究，发现疣粒野生稻对白叶枯病高抗甚至免疫，药用 野生稻中抗白叶枯病。进步用形惫学观察和分子水平检测等方法，发现疣粒野 生稻、药用野生稻具有目前尚未分离的抗白叶枯病基因。同时用国家标准测定方 法对野生稻品质性状进行了系统和全面分析，发现普通野生稻、疣粒野生稻、药 用野生稻稻米蛋白质含量平均为1 5 ，个别材料达到1 9 ，极显著高于栽培稻 2 ( 平均为9 1 5 ) ：对野生稻稻米中氨基酸总含量的研究结果表明，野生稻稻米 氨基酸总含量比栽培稻高出3 0 5 0 ，人体必需氨基酸如酪氨酸、赖氨酸、缬氨 酸等的含量比栽培稻的高出3 4 2 0 9 。普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻 的直链淀粉平均含量分别为1 1 9 9 、9 7 、1 1 2 8 ，显著低于栽培稻的 1 5 7 7 1 6 1 5 ，而糯稻平均值为3 8 9 。此外，三种野生稻的部分有益元素如 z n 、f e 含量显著高于栽培稻，而重金属元素c u 的含量则较低。 根据植物抗病基因保守序列设计简并引物，从云南三种野生稻中分离克隆到 6 3 个n b s l r r 类抗病基因同源片段，1 5 个s t k 类抗病基因同源片段，与已报 道的抗病基因聚类分析后，未能找到与我们所克隆到的抗病基因同源片段有对应 关系的抗病基因，暗示了本研究所获得的抗病基因同源片段可能是现在尚未发现 的颓的抗病基因的同源片段。此外有选择地在g e n b a n k 上注册登记了2 0 个基因 片段，这是世界范围内首次大量登记野生稻抗病基因同源序列，实现野生稻重要 功能基因遗传信息的世界共享。 关键词：普通野生稻。药用野生稻，疣粒野生稻，居群，濒危现状和原因，保护 基因文库，遗传多样性，系统进化，遗传性状，抗病基因同源片段，云南 a b s t r a c t i nt h i ss t u d y , w ei n v e s t i g a t e d ，s t u d i e d ，i d e n t i f i e da n dp r o t e c t e dt h et h r e ek i n d sw i l d r i c e sf or u f i p o g o ng r i f f ，0 o f f i c i n a l i sw a l l e xw a t t ，o g r a n u l a t an e e se ta r n e x w a t t 、i ny u a r i a np r o v i n c e t h ef i e l ds u r v e ys h o w e dt h a tt h e ya r ei nt h ee n d a n g e r e d s t a t u s o r u f i p o g o n a n d d _ o f f i c i n a l i s h a v e o n l y r e m a i n e do n e p o p u l a t i o n ， r e s p e c t i v e l y m a n yn a t u r a lp o p u l a t i o n so f0 - g r a n u l a t ah a v eb e c o m ee x t i n c td u r i n g t h el a s t3 0y e a r sa n dh a v eo n l y3 7r e m a i n i n gw i l dp o p u l a t i o n s ，t h em a i n l yr e a s o no f e n d a n g e r e da n de x t i n c t i o no fw i l dr i c ep o p u l a t i o n si s d i s t r u c t i o na n dd i s a d p e a ro f t h e i rh a b i t a td u et oh u m a na c t i v a t i o n t h ew i l dr i c e s ，a sw i l dr e l a t i v e so fr i c e ，h a v em a n ye x c e l l e n tg e n e t i cc h a r a c t e r sa n d g e n e s 。w es h o u l dh a v eas c i e n t i f i ca n de f f e c t i v ep l a nt oc o n s e r v et h e m i nt h i ss t u d y , w ei n n o v a t e dan e wm e t h o df o rp r o t e c t i n ga n du t i l i z i n gw i l dr i c ef r o md i f f e r e n tl e v e l s s u c ha sm o l e c u l a r , c e l l ，i n d i v i d u a la n dp o p u l a t i o n f i r s t , w eh a v ec o n s t r u c t e dt h r e e b a c l i b r a r i e s ，f o u re d n a l i b r a r i e sa n dat o t a ld n a l i b r a r yo fw i l dr i c ei ny u n n a n s e c o n d t h et i s s u ec u l t u r eo fw i l dr i c eh a sb e e ns t u d i e da n dd g r a n u t a t aa n d 。 r u f i p o g o nc a nb ei n t r o d u c e da n dd i f f e r e n t i a t e d i nd i f f e r e n tc u l t u r em e d i n m a tt h e s a m et i m e ，w eh a v ei m p l e m e n t e di ns i t ua n de xs i t uc o n s e r v a t i o nt ow i l dr i c ei n y u n n a n o r y z ag r a n u l a t ai sav e r yi m p o r t a n tw i l dr i c e i no r d e r t oe v a l u a t ea n d p r e s e r v et h e e n d a n g e r e dw i l ds p e c i e s o fr i c e ，o r y z a g r a n u l a t a ，w ei n v e s t i g a t e d t h e e x i s t i n g p o p u l a t i o nd i s t r i b u t i o ni ny u n n a n t h eg e n e t i cd i v e r s i t ya m o n g1 4p o i u l a t i o n sw a s s t u d i e d u s i n g r a n d o m a m p l i f i e dp o l y m o r p h i cd n a ( r a p d ) a n di n t e r - s i m p l e s e q u e n c er e p e a t ( i s s r ) a m p l i f i c a t i o n m a r k e r s f o rt h e s t u d ya m o n g t h e1 4 p o p u l a t i o n s 、t h ep e r c e n t a g eo fp o l y m o r p h i cb a n d s ( p p b ) w a s5 9 f o rr a p d s a n d 6 4 f o ri s s r s h o w e v e r , w i t h i np o p u l a t i o n s ，t h ep p bg e n e r a t e db yr a p d sa n d i s s r sw a sa v e r v a g e2 5 a n d2 1 r e s p e c t i v e l y 砷er e s u l t ss h o w e dt h a t g e n e t i c v a r i a t i o ni sm u c h h i g h e ra m o n gp o p u l a t i o n so fo g r a n u l a t at h a nw i t h i np o p u l a t i o n s t h e r e f o r e ，w ep r o p o s e da na p p r o p r i a t es t r a t e g yf o rc o n s e r v i n gt h eg e n e t i cr e s o u r c e s o f 。g r a n u t a t ai ny u n n a n ；n a m e l y , r e s c u i n g a n d c o n s e r v i n gt h e c o r ep o p u l a t i o n sf o r i ns i t u c o n s e r v a t i o n ，a n ds a m p l i n ga n dp r e s e r v i n gm o r ep o p u l a t i o n sw i t hf e w e r i n d i v i d u a l sf r o me a c hp o p u l a t i o nf o re xs i t uc o n s e r v a t i o n y u n n a ni sn o to n l yc o n d e r s i d e r e da so n eo ft h eo r i g i n a lc e n t e r so ft h ea s i a n c u l t i v a t e dr i c e ，b u ta l s oa so n eo ft h ec e n t e r so fi t s g e n e t i cd i v e r s i t y t h eg e n e t i c d i v e r s i t ya m o n gf o u r d i f f e r e n tm o r p h o l o 西c a is t r a i n sa n dw i t h i nt h e y u a n j i a n g p o p u l a t i o n w a ss t u d i e d u s i n gr a n d o ma m p l i f i e dp o l y m o r p h i cd n a ( r a p d ) a n d i n t e r - s i m p l es e q u e n c er e p e a to s s 鼢a m p l i f i c a t i o nm a r k e r s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t g e n e t i cv a r i a t i o n i sm u c hh i g h e r a m o n gf o u r d i f f e r e n t m o r p h o l o g i c a l s t r a i n so f o r u f i p o g o n t h a nt h a tw i t h i n t h e y u a n j i a n gp o p u l a t i o n ，i na d d i t i o n ，y u a n j i a n g p o p u l a t i o ni st h em o s tp r i m i t i v ea n dt y p i c a lp o p u l a t i o na n d i sa l s ot h eh i g h e s tn a t u r a l p o p u l a t i o no fo r u f i p o g o n a n dd i s t r i b u t e si n7 8 0ma b o v es e el e v e l h e n c e t h e m a n a g e m e n te f f o r t ss h o u l dc e r t a i n l yf o c u so nt h ey u a n j i a n gp o p u l a t i o n t o d a t e ，w e h a v et r i g g e r e da p l a nf o r i ns i t uc o n s e r v a t i o no ft h i sp o p u l a t i o n m o r e o v e r , t h e p r e s e n t 4 s t u d ya l s or e v e a l st h a tt h ep h y l o g e n e t i cr e l a t i o n s h i p sa m o n g o s a t i v aa n do r u f i p o g o n a c c e s s i o n si ny u n n a na r em o n o p h y l e t i ce v o l u t i o n n a m e l y , t h ej a p o n i c ar i c ew a sa d e r i v a t i v et y p ef r o mt h ei n d i c ar i c ed u et oa d a p t i n gt oi t su n i q u ee n v i r o n m e n t s o u r a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ei n d i c ar i c e h a sm o r ee x t e n s i v eg e n e t i cd i v e r s i t yt h a nt h e f a p o n i c ar i c e ，a l t h o u g ht h ef a p o n i c ar i c ed i s s e m i n a t e dt om o r e e x t e n s i v er e g x o n sa n d a d a p t e dt ob r o a d e re c o l o g i c a lc o n d i t i o n s i na d d i t i o n ，c o m p a r e d t ot h ec u l t i v a t e dr i c e ， o r u f i p o g o ni ny u n n a n s h o wm o r eg e n e t i cv a r i a t i o n s t h i sr e s u l ts u g g e s t e dt h a tm a n y g e n e so fc o m m o nw i l d r i c ew e r ea l r e a d yl o s ti nc u l t i v a t e dr i c e d u r i n g t h e l o n g d o m e s t i c a t i o n t h ep u r p o s eo fp r o t e c t i n gw i l dr i c ei st oe m p l o y st h en a t u r a lg e n ep 0 0 1 f o rt h i s 0 4 e c t t h es y s t e m a t i c i d e n t i f i c a t i o na n de v a l u a t i o no fi t s g e n e t i c c h a r a e t e r si s n e c e s s a r y o u rs t u d ys h o w e dt h a tw i l dr i c eo fy u n n a nh a v em a n y u s e f u in u t r i t i o nt r a i t s u c ha sh i g hp r o t e i n ，a n i m oa c i d ，b e n e f i c i a le l e m e n t sc o n t e n ta n dl o w h e a v y m e t a lc u c o n t e n t p a r t i c u l a r l y , dg r a n u l a t ah a sah i 【g hr e s i s t a n c et ot h e b a c t e r i a lb l i 曲td i s e a s e i ti si m p o r t a n tt oi s o l a t et h er e s i s t a n tg e n ea n dt r a n s f e rr i c e w eh a v ec l o n e d6 3 g e n ea n a l o g u e st h a t c o n t a i n n u c l e o t i d e b i n d i n g s i t ea n d l e u c i n e - r i c hr e p e a t s ( n b s e r r ) a n d1 5g e n ea n a l o g u e st h a te n c o d es e r i n e t h r e o n i n e p r o t e i nk i n a s e ( s t k ) a c c o r d i n g t od e g e n e r a t eo l i g o n u c l e o t i d ep r i m e r s b yc o m p a r i s o n a n a l y s i so fa m i n oa c i ds e q u e n c e s ，i tw a sf o u n dt h a tt h eo b t a i n e dd i s e a s er e s i s t a n c e g e n ea n a l o g u e sh a v ev e r yl o wi d e n t i t yw i t ht h er e p o r t e dd i s e a s er e s i s t a n c eg e n e t h e f i n d i n gi m p l i c a t e s t h a tt h eo b t a i n e dd i s e a s er e s i s t a n c e g e n ea n a l o g u e sm a yb e a n a l o g u e so fp u t a t i v ed i s e a s er e s i s t a n c eg e n e st h a th a v en o tb e e ni s o l a t e ds of a r i n a d d i t i o n ，w eh a v er e g i s t e r e d2 0d i s e a s er e s i s t a n c eg e n ea n a l o g u e so ng e n b a n k k e yw o r d s ：d r u f i p o g o n ，0 o f f i c i n a l i s ，dg r a n u l a t a ，p o p u l a t i o n ，e n d a n g e r e ds t a t u s a n dr e a s o n s ，c o n s e r v a t i o n ，g e n e t i cd i v e r s i t y , p h y l o g e n e t i cr e l a t i o n s h i p ，g e n e t i ct r a i t ， d i s e a s er e s i s t a n c eg e n ea n a l o g u e 5 野生稻资源的保护与研究进展( 综述) 水稻是世界上最主要的栽培作物，这个已经人i - 到l l 化和栽培了上万年的古老 作物是世界一半以上人口的主食，也是亚洲和我国大部分人口的主要粮食。目前 在世界人口不断增长的压力下，对稻米的需求以及以水稻作为饲料的需求将不断 增加。根据设在菲律宾的国际水稻所( i r r i ) 的粗略估计，到2 0 2 0 年全世界对 稻米生产量的需求将会由目前的5x 1 0 8 吨增加至7 8 x 1 吨( 卢宝荣，1 9 9 8 ) 。 培育具有高产，高品质，抗病虫，抗旱，抗寒及抗逆等优良性状的水稻新品种是 许多国家水稻育种专家首要的研究任务。中国现有1 3 亿入口，是世界水稻生产 ( 总产量2 0 0 2 年为1 亿8 千万吨) 和消费的最大国，水稻生产将直接关系到我 国粮食的总产量和粮食安全保障。而培育高产、稳产和优质的水稻新品种来进一 步提高水稻单位面积的产量是我国粮食生产的关键举措。在水稻育种的历史中， 尽管利用稻作中栽培稻内的种质资源为提高水稻产量和稳定高产作出了重要贡 献，然而野生稻遗传资源的发掘利用对水稻育种和生产也具有重要的意义。二十 世纪三十年代，自m e r r i l l 在我国广东省首次发现普通野生稻以来( m e r r i l l ，1 9 1 7 ) ， 丁颖教授将亚洲栽培稻与广东普通野生稻杂交，培育成世界上第一个含有普通野 生稻血缘的栽培稻“中山一号”，在水稻育种与生产上利用了长达半个多世纪， 为我国粮食增产做出了巨大贡献，在世界水稻育种史上也十分罕见。1 9 7 3 年，“杂 交稻之父”袁隆平在海南发现的一株花粉败育普通野生稻，利用其雄性不育( m s ) 基因，通过转育和三系配套方法，成功培育出杂交水稻( y u a n ，1 9 9 3 ) ，掀起了 水稻生产的“第二次绿色革命”使中国水稻育种和生产走向了世界。目前杂交 稻在我国累计推广面积达3 8 亿亩，增产稻谷3 6 0 0 亿公斤，解决了6 0 0 0 万人的 吃饭问题( 蔡得田等，2 0 0 1 ) 。一年生普通野生稻( 0 n i v a r a ) 中的草丛矮缩病 毒( g r a s s y s t u n tv i r u s ) 抗性基因的发现和将其导入栽培稻中，为抗草丛矮缩病水 稻品种的育成提供了唯一的抗源( k h u s h ，1 9 7 7 ) 。事实表明，没有野生稻遗传 资源就没有中国的杂交水稻事业。因此要想提高水稻的产量和质量就必须进一步 开发和利用野生稻种基因源丰富的遗传多样性。但是近年来由于栽培稻众多改良 品种和杂交稻的培育成功和大面积推广应用，使之在很大程度上取代了丰富多彩 的地方品种，造成栽培稻基因源的大量基因流失，导致栽培稻品种的遗传基础越 来越狭窄以至不能承受新病虫害和不利环境的袭击。同时由于人们长期施用杀虫 剂，灭菌剂和除草剂等化学农药。严重地恶化了农业生态环境。要改变这种恶性 循环的局面，开发和利用稻属中野生稻种丰富的遗传资源是非常必要的。 稻属包括的二十几个野生稻种是一个宝贵的资源库，具有许多优良特性及其 相应的基因( 谭光轩等，1 9 9 8 ：冯国忠等，2 0 0 2 ) ，它们是栽培稻品种进一步改 良所不可缺少的遗传资源。但是，由于现代农业生产模式的改变，社会经济和工 业化水平的迅速发展和提高，野生稻基因源的遗传多样性受到了严重的影响和威 胁。许多野生稻种的居群已经迅速地缩小甚至从原产地消失灭绝。因此，对野生 稻种基因源及其遗传多样性进行及时有效的保护和研究，并对其进行合理的开发 和利用，是保证栽培稻进一步改良和持久生产的最有效方法。 1 稻属的系统分类及染色体数目和基因组型研究 1 1 稻属的系统分类 稻属( o r y z al ) 属于禾本科( p o a c e a e ) 之稻族( o r y z e a e ) ，由l i n n a e u s 于1 7 5 3 年在植物种志命名和建立( l i n n a e u s ，1 7 5 3 ) 。模式种为亚洲栽培稻 ( o , s a t i v al ) 。稻属自建立以来的两个多世纪中，不同的学者对稻属的物种数量 和系统分类进行了大量的研究，但不同研究者的分类结果不同，即使同一研究者 其分类结果也在随时发生变化，这使得稻属大量物种被描述而且分类混乱，物种 间关系不清楚。在众多的稻属分类研究中，有几位重要分类学家的工作对稻属现 代分类系统的建立起到了关键性的作用。b a i l l i o n 在1 8 9 4 年对稻属植物进行了详 细研究，并第一次对稻属进行了系统的分类，将稻属界定为5 个种，并划分为4 个组( b a i l l i o n ，1 8 9 4 ) 。p r o d o e h l 在1 9 2 2 年对稻属进行了系统分类研究，列举了 1 6 种( p r o d o e h l ，1 9 2 2 ) 。此后，r o s c h e v i c z 对稻属进行了详细的分类研究，在 对前人的工作进行评述和修订的基础上，建立了一个稻属分类系统，并列举了 2 0 个种，归于4 个组( r o s c h e v i c z ，1 9 3 1 ) 。c h a t t e r j e e ( 1 9 4 8 ) 、s a m p a t h ( 1 9 6 2 ) 和t a t e o k a ( 1 9 6 3 ) 通过对稻属的分类研究，分别列举了2 3 、2 3 和2 2 个种。s h a r m a 和s h a s t r y 对稻属的分类进行了多年的研究，将稻属归类为3 个组7 个系包括2 6 个种的分类系统( s h a r m a a n d s h a s t r y , 1 9 6 5 ，1 9 7 2 ) 。1 9 8 9 年v a u g h a l l 提出了最新 的稻种检索表，包括2 2 个种，分别归属于4 个复合体，即d s a t i v a 复合体，d o f f i c i n a l i s 复合体，dr i d l e y i 复合体和0 - m e y e r i a n a 复合体( v a u g h a n ，1 9 8 9 ) ，这 个系统是在考证了大量稻属植物标本和资料，并结合细胞遗传学和染色体组资料 基础上建立起来的，不仅使稻属的形态分类与现代生物学研究的结果相结合，给 稻属的界定较为合理，而且使读者对于稻属各物种之间以及各复合体之间的进化 关系有了进一步的理解。因此得到了大多数分类工作者，特别是细胞遗传学家、 分子生物学家和育种学家的认可。之后，v a u 曲a n 又于1 9 9 4 年在其编著的水稻 的野生近缘种一遗传资源手册一书中，重新修订了稻属2 2 个种的分类情况， 将原来的2 2 个种作了重新调整，主要把原来的展颖野生稻( o g l u m a e p a m t a a a ) 归并为普通野生稻( o r u f i p o g o n ，a a ) 。并新增加了根状茎野生稻一个种 7 ( o r h i z o m a t i s ，c c ) ( v a u g l l a n ，1 9 9 4 ) 。v a u g h a n 修改后的2 2 个种，包括4 个相似 群和2 个独立的种，即栽培稻相似群、药用野生稻相似群、马来野生稻相似群、 疣粒野生稻相似群以及短药野生稻和极短粒野生稻。近年来，随着人类对稻属物 种遗传背景和亲缘关系认识的深入，一些学者认为该系统所采用的属下分类等级 “复合体”( c o m p l e x ) ，不符合国际植物命名法规对属下分类等级的规定，需要 进一步完善( g r e u t e re ta 1 ，2 0 0 0 ) 。l u ( 1 9 9 9 ) 根据前入对稻属的不同分类系统 以及对稻属研究资料的积累和分析，结合现代已经发表的稻属分类学资料，提出 了新的稻属分类系统，即3 组7 系2 4 种的分类系统。这一分类系统既合理地反 映了目前稻属的物种数目及其种间关系，同时也在很大程度上支持了形态学，细 胞学和分子生物学对稻属各物种研究的结果。自l u ( 1 9 9 9 ) 稻属的分类历史及 现状发表以后，一些稻属中存在的问题相继被澄清。l ie ta 1 ( 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) 通过 基因组原位杂交( g i s h ) 的方法证明了马蓝普野稻c o m a l a m p u z h a e n s i s ) 为四 倍体，含有b b c c 染色体组，应该作为一个种对待。g o n g e ta 1 4 2 0 0 0 ) 通过对 d g r a n u l a t a 和。m e y e r i a n a 的形态，有性杂交和染色体配对分析发现这两种野 生稻形态相似，而且没有生殖隔离，故应当合并为一种，而采用种名d g r a n u 胁。 因此在仅仅两年后的2 0 0 1 年，卢宝荣等又对1 9 9 9 年的系统作了较大修订( 表1 ) ， 并列出了以形态特征为基础的稻属分种检索表( 卢宝荣等，2 0 0 1 ) 。这是目前一 致公认的最为合理的稻属分类系统。然而有关稻属分类和属内物种之间关系的许 多问题仍然没有解决，比如亚洲栽培稻( 0 s a t i v a ) 和非洲栽培稻( d g l a b e r r i m a ) 及其祖先种的分类问题等等，尤其是随着现代生物学技术的发展和渗透，在稻属 分类方面也会引出一些新的问题。由此看来。稻属的种类数量和系统分类的研究 是在不断发展和变化的。但无论怎样，人们对稻属种类数量的认识，从2 0 世纪6 0 年代以来，就基本固定为2 2 到2 6 个种之间。种类数量的波动，至少说明两点： 其一，在种级差异的认定上，不同的分类学家仍有分歧：其二，新的研究成果正 在不断修正人们原有的认识，使一些模糊认识逐渐得到澄清。 表1 稻属的分类系统及各物种的染色体数、染色体组和地理分布 i s e c t p a d i a ( z o l l e tm o o b a i l l 1 s e r m e y e r i a n a es h a r m a c ts h a s t r y 颗粒野生稻 0 g r a n u l a t an e e s e ta me xw a l l _ 新喀里多野生稻 0 n e o c a l e d o n i c am o r a t 2s e r r i d l e y a n a es h a r m ae ts h a s t r y 长颖野生稻 2 4g g 2 4g g 南亚，东南亚 新喀里多尼亚 4 8 h h j j 印尼伊里安查亚，巴布亚新几内亚 8 o 1 0 n g i g l u m i sj a n s e n 马来野生稻48 h h j j南弧 o ，r i d i e y ih o o k f 3 s e r s c h i c c h t e r i a n a es h a r m ae ts h a s t r y 西米特野生稻48 h h k k 印尼伊里安查弧，巴布亚新几内亚 i i s e c t b r a c h y a n t h ab r l u 4 s e t b r a c h y a a n t h a es h a r m a e ts h a s t r y 短花药野生稻 2 4f f非洲 i i i s e c to r y z al 5 s e r l a t i f o l i a es h a r m ae ts h a s t r y 高杆野生稻48c c d d拉r 美洲 0 a | t as w a l l e n 紧穗野生稻 0 e i c h i n g e f ip e t e r 大颖野生稻 o g r a n d | i g l u n i s ( d o e l l ) p r o d 阔叶野生稻 o 1 a t i f i l i ad e s v 马蓝普野生稻 2 4 4 8c c 4 8c c d d 4 8c c d d 4 8b b c c 南亚，东非 拉丁美洲 拉丁美洲 印度 o m a l a m p u z h a e n s i sk i s h n e tc h a n d r 小粒野生稻4 8b b c c菲律宾，巴布呱新儿内 o m i n u t aj 、s p r e s l e tc b p r e s l 。 药用野生稻 o ，o 伍c i n a l i sw a ue xw a t t 斑点野生稻 o p u n c t a t ak o t e c h y e xs t e u d 根茎野生稻 o r h i z o m a t i sv a u g h a n 、 非洲野生稻 os c h w e i n f u r t h i a n ap r o d 2 4 ，4 8c c亚洲热带、亚热带，澳大利亚热带 2 4b b 2 4c c 4 8b b c c 非洲 斯里兰卡 非洲 6 。s e r a u s t r a l l a n s e st a t e o k ae xs h a r m ae ts h a s t r y 澳洲野生稻 2 4e e澳大利弧热带 o a u s t r a l i e n s i sd o m i n ， 7 s e r s a t i v a es h a r m ae ts h a s t r y 短舌野生稻 o b a r t h i ia c h e v 非洲栽培稻 0 g l a b e r r i m as t e u d 展颖野生稻 o g l u m a e p a t u | as t e u d 长雄蕊野生稻 o 1 0 n g i s t a m i n a t ac h e v e tr o e h r 南方野生稻 o m e r i d o n a l i sn g 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 非洲 西非 拉丁美洲 非洲 澳大利亚热带 9 从 从 从 从 m 1 2 稻属染色体数目和基因组型 k u w a d a 在1 9 1 0 年首次确定了水稻( 0 s a t i v al ) 染色体数2 n = 2 4 ( 钟代彬 等，2 0 0 0 ) ，此后，水稻以及稻属染色体核型、染色体组分析、细胞遗传研究和 染色体研究技术逐步发展起来。但是，稻属植物染色体研究曾一度处于徘徊状态， 主要是由于稻属植物染色体很小，染色反应不良，难于确立一套有效的研究体系。 直到2 0 世纪7 0 年代，k u r a t a 和o m u r a ( 1 9 7 8 ) 创立了新的制片方法一“标准 法”，才使稻属植物染色体的研究状况大为改善，弄清了稻属各种染色体数目( 表 1 ) 。在稻属的2 0 多个种中，2 个栽培稻种染色体数都为二倍体。野生稻种广泛 分布于热带和亚热带，由于其分布的广泛性和所处生态环境、地域的复杂性，在 其漫长的进化过程中，形成了极其丰富的遗传多样性，染色体数出现了二倍体和 四倍体类型。研究也表明稻属大多数种的染色体数为2 4 条，仅有少数为4 8 条， 反映出稻属同属植物染色体数目的相对稳定性。通过从形态学、细胞遗传学、生 态学、生物化学和分子生物学等方面，开展的一系列的研究工作，到2 0 世纪8 0 年代，绝大部分稻属植物的染色体组型已经清楚。但直到1 9 9 7 年a g g a r w a l 根据 基因组总d n a 杂交研究，将马来野生稻和疣粒野生稻组合的基因组分别命名为 h h j j 和g g ( a