（生态学专业论文）普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究.pdf

壁望墅生塑i ! 丝壁壁望生堕塑箜窒囹壁笙堑塞蔓坚堕苎塑堕生! ! ! ! 竖 ， 摘要 r 3 6 2 3 2 稻属( o 巧腽口l ) 约2 0 个野生种和2 个栽培种，其中亚洲栽培稻( 。s a l i v al ) 是 世界上最重要的粮食作物之一。普通野生稻( dr u f i p o g o ng f i f f ) 在其漫长的进化 过程中形成了丰富的遗传多样性，是改良栽培稻的产量潜力及其他农艺性状的 重要基因库本项研究旨在通过空间个体定位和等位酶方法，分析普通野生稻 北缘种群的遗传多样性，探讨空间分布及人为活动对种群遗传结构的影响。 对江西东乡和湖南茶陵两个北缘种群共计2 0 2 个位置的野生稻个体，通过 水平切片淀粉凝胶电泳方法检测了1 1 个酶系统的1 6 个位点，检测出2 8 个等位 基因，其中9 个为多态位点。研究表明，普通野生稻北缘种群个体的遗传多样 性水平( 彳= 1 6 6 2 5 ：p = - 0 5 5 ：圮= 0 3 1 8 3 ；凰= o 2 4 5 5 ：f ：0 3 0 3 5 ；只，= 0 0 6 2 5 ) 较高：繁育系统很大程度上影响了种群遗传结构。在北缘种群中，植株阶段的 遗传变异高于种子阶段；多年生的习性造成种群中原有遗传变异能储存在种群 的植株阶段，纯合选择和较高的内繁育则降低了种子阶段的杂合基因比率；亚 种群间存在6 2 5 的遗传多样性，亚种群水平多样性的分布趋于一致。 ， 对5 个亚种群问遗传一致度的聚类和统计分析表明：茶陵种群与东乡种群 有明显的差异，但东乡的几个亚种群间遗传一致度与空间距离并不存在对应关 系。 由于种子苗数量的不足，对整个种群遗传结构的影响不明显，与自交、近 交产生遗传漂变所导致的遗传多样性丧失相比，普通野生稻北缘种群遗传多样 性的丧失可能是由于个体和亚种群的绝灭导致的亚基因库中所有的基因型或等 位基因丧失，进而导致种群遗传结构的改变。进一步比较弧种群内个体间遗传 距离与空间距离的关系，初步发现成因不同是普通野生稻种群遗传结构空间特 征出现差异的关键。人为活动对种群中不同遗传特征的个体在空间上的分布具 有很大影响，用于保护作用的围墙阻隔了普通野生稻种群的扩增和发展。水流 等自然条件对普通野生稻种群的扩展也起了重要作用。尹一、， 关键词：普通野生稻北缘种群等位酶遗传多样性空间分布 中图分类号：q1 4 5 文献标识码：a 堕望墅生塑韭竺堑壁些焦堕塑盟窒塑壁堡堑塞 堡呈盔兰堡主塾堕茎 s p a t i a l c h a r a c t e r i s t i c so f g e n e t i c s t r u c t u r eo ft h e n o r t h e r n m a r g i n a lp o p u l a t i o n s o fc o m m o nw i l d r i c e ( o r y z ar u f i p o g o ng r i f f ) a b s t r a c t o r y z al c o m p r i s e s2 0w i l da n d2c u l t i v a t e ds p e c i e s a m o n gt h e s es p e c i e s ，t h e a s i a nc u l t i v a t e dr i c e ds a t i v al h a sb e e no n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc r o p si nt h e w o r l d ，y e tt h ec o m m o n w i l dr i c e ( o r y z ar u f i p o g o ng r n ) ，w i t hg r e a tg e n e t i cd i v e r s i t y g e n e r a t e dd u r i n g l t sl o n ge v o l u t i o n a r yp r o c e s s h a sb e c o m ea ni m p o r t a n tg e n ep o o lf o r i m p r o v i n gt h ey i e l d p o t e n t i a la n dm a n ya g r i c u l t u r a lc h a r a c t e r so f t h ec u l t i v a t e dr i c e t h ep u r p o s e so ft h i sr e s e a r c hw e r et o i n v e s t i g a t et h eg e n e t i cd i v e r s i t ya m o n ga n d w i t h i nt h en o r t h e r nm a r g i n a lp o p u l a t i o n so fc o m m o nw i l dr i c ea n dt h ei n f l u e n c eu p o n t h eg e n e t i cs t r u c t u r eo fp o p u l a t i o n sf r o ms p a t i a ld i s t r i b u t i o na n dh a m a n a c t i v i t i e s ，b y m e a n so f s p a t i a lo r i e n t a t i o n a l l o z y m ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s e s s i x t e e nl o c io f1 le n z y m e si n2 0 2i n d i v i d u a l so ft h en o r t h e mm a r g i n a l p o p u l a t i o n si nd o n g x i a n g ，j i a n g x ia n dc h a l i n g ，h u n a n ，r e s p e c t i v e l y , w e r er e s o l v e d a n ds c o r e d u s i n gs t a r c h - g e le l e c t r o p h o r e s i s t w e n t y e i g h ta l l e l e s ，i n c l u d i n g 9 p o l y m o r p h i cl o c iw e r ed e t e c t e d t h ea v e r a g el e v e lo f g e n e t i cd i v e r s i t yo f t h en o r t h e m m a r g i n a lp o p u l a t i o n s w a s r e l a t i v e l yh i g h = 1 6 6 2 5 ；p = 0 5 5 ：圮= 0 _ 3 1 8 3 ；4 , = 0 2 4 5 5 ； f _ 一0 3 0 3 5 ；f ，= o 0 6 2 5 ) t h er e p r o d u c t i o ns y s t e mw a sc l o s e l yr e l a t e dt ot h eg e n e t i c s t r u c t u r eo ft h ec o m m o nw i l dr i c e i tw a sf o u n dt h a tah i g h e rg e n e t i cd i v e r s i t y o c c u r r e di nt h ei u v e n i l e st h a ni nt h es e e d si nt h en o r t h e mm a r g i n a lp o p u l a t i o n so ft h e c o m m o nw i l dr i c e 1 1 1 ep e r e n n i a lh a b i tm i g h tm a k ei tp o s s i b l et ok e e dt h eg e n e t i c v a r i a t i o n si nt h ei u v e n i l es t a g e ，i s o z y g o t ys e l e c t i o na n dh i g hl e v e lo fi n t r a s p e c i e s b r e e d i n gr e d u c et h er a t eo fh e t e r o z y g o u s t h er e s u l to fg e n e t i cc o n s i s t e n c ea n a l y s i s s u g g e s t e d t h a tt h e r ew a s6 2 5 o ft h et o t a lg e n e t i cv a r i a t i o ni ns u b p o p u l a t i o n s s u c h t h a tt h eg e n e t i cv a r i a t i o no n s u b - p o p u l a t i o nl e v e lt e n d e d t ob ec o n s i s t a n t t h ec l u s t e ra n a l y s i sa n ds t a t i s t i c sa n a l y s i sb a s e do n g e n e t i cs i m i l a r i t i e si n d i c a t e d t h a tt h e p o p u l a t i o n i n c h a l i n g w a s o b v i o u s l y d i f i e r e n tt ot 1 1 e p o p u l a t i o i l s i n d o n g x i a n g ，a n d t h eg e n e t i cd i s t a n c e sa m o n gt h es u b - p o p u l a t i o n si nd o n g x i a n gw e r e n o tc o r r e s p o n d i n gw i t l lt h es p a t i a ld i s t a n c ea m o n gt h es u b - p o p u l a t i o n s t h es e e d l i n g s w e r er a r e ，s ot h e i ri n f l u e n c eo nt h e g e n e t i c s t r u c t u r eo ft h ew h o l ep o p u l a t i o ni n d o n g x i a n g w a s u n c o n s p i c u o u & c o m p a r i n g w i t ht h eg e n e t i ce r o s i o nf r o mg e n e t i cd r i f t g e n e r a t e df r o ma u t o c o p u l a t i o na n di n b r e e d i n g ，m o r eg e n e t i ce r o s i o n so f t h en o r t h e r n m a r g i n a lp o p u l a t i o no f c o m m o nw i l dr i c ec a m ef r o mt h ee x t i n c t i o no f g e n e t y p e sa n d a l l e l e sr e s u l t e df r o mt h ee x t i n c t i o no fi n d i v i d u a l sa n ds u b - p o p u l a t i o n s t h ee x t i n c t i o n a l s or e s u l t e di nt h e c h a n g eo ft l l eg e n e t i c s t r u c t u r eo ft h e p o p u l a t i o n f u r t h e r c o m p a r i s o n so ft h er e l a t i o n s h i p so ft h eg e n e t i cd i s t a n c e sa n dt h es p a t i a ld i s t a n c e s b e t w e e nd i f f e r e n ti n d i v i d u a l si nt h es u b - p o p u l a t i o n ss h o w e dt h a tt h ek e yr e a s o no f t l l e d i 腩r c n c eb e t w e e nt h es p a t i a lc h a r a c t e r i s t i ca n dt h ep o p u l a t i o ng e n e t i cs t r u c t u r ew a s t h eo r i g i no ft h ep o p u l a t i o n so fc o m m o nw i l dr i c e h n l n a na c t i v i t i e sd i da f r e c tt h e s p a t i a ld i s t r i b u t i o no ft h ei n d i v i d u a l s t h ew a l l sc o n s t r u & e di nd o n g x i a n gw e r ef o r p r o t e c t i n gt h ep o p u l a t i o n s ，b u ti m p e d e d t h es p r e a da n de x p a n s i o no ft h ep o p u l a t i o n s o fc o l t l m o nw i l dr i c e n a t u r a lc o n d i t i o n ss u c ha sf l o wd i r e c t i o no ft h es t r e a m sa l s o h a d i m p o r t a n t i n f l u e n c eo nt h es p r e a do f t h ep o p u l a t i o n s k e y w o r d s ：o r y z ar u f i p o g o ng r i f f n o r t h e r n m a r g i n a lp o p u l a t i o n a l l o z y m e g e n e t i cd i v e r s i t y s p a t i a ld i s t r i b u t i o n 普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究 复旦大学硕士毕业论文 一、前言 全人类目前正面临着一个共同的突出问题，即对农产品的巨大需求。然而， 今天人类赖以生存的基础一一现代农业是建立在少数几种高产粮食作物的栽培 上。这些栽培作物由其野生种栽培驯化而来的过程中，人类的强大选择压力使 野生植物的遗传多样性发生了急剧的根本性改变，某些性状如不易掉粒、生长 紧凑、容易发芽等特点被早期的种植者选择和保留下来，而正是这些性状的选 择和保留却导致了后代群体( 种群) 遗传基础的相应狭隘化川。栽培驯化结束之 后，作物的遗传多样性( 遗传变异) 又一次受到巨大冲击一一这次冲击是由现代 作物育种所引起。遗传育种过程削弱和威胁着其自身存在的物质基础一一遗传 多样性。因为新的品种通常是在遗传关系密切的优异品种间杂交选育而成，而 栽培作物的祖先虽然具有广泛的遗传变异，但由于产量低下，因而早就被育种 者所淘汰。有限的遗传多样性基础导致了栽培作物对病虫害的发生和流行失去 缓冲和抵御能力，从长远来看，这一狭隘性还阻碍着作物品种持续不断地改良 和提高。7 0 年代，这一突出问题带来的危机成为人们关注的焦点，美国南部玉 米小斑病流行成灾使美国玉米产量大幅度减产、而造成灾害的根本原因是利 用了与感病基因相连锁的单一雄性不育基因口j 。 稻是世界上最重要的粮食作物之- - i ”，它养育着全球近一半的人口，其消 费者主要在亚洲的发展中国家。亚洲的人口约占世界人口总数的5 5 ，对稻谷 的消费量却占全世界总量的9 0 以上。不幸的是，稻谷的增产却大大落后于人 口增长。据菲律宾国际水稻研究所( i r r i ) 的估计，到2 0 2 0 年全世界对稻谷的 需求将会由目前的5 亿吨增至7 8 亿吨1 4 l 。但是，未来稻谷产量剧增的希望比 过去的几十年似乎更渺茫，因为大部分可耕的水稻面积在亚洲季风区早已被开 发利用。迎接这一挑战的根本出路在于育种，而育种的突破很大程度上依赖于 利用其野生近缘种。中国是世界上第一产稻大国，中国的粮食问题和农业的前 途很大程度上取决于能否保存水稻品种资源及其野生种类的遗传多样性。 稻属( o r y z al ) 隶属于禾本科( p o a c e a e ) 之稻族( o r y z e a ed u r n o r t ) ，是 l i r m e a u s ( 1 7 5 3 ) 在其s p e c i e sp l a n t a r u m 中建立的，模式种为o r y z a s a t i v alp 】。目 前公认约有2 0 个野生种和两个栽培种f 6 1 1 7 1 1 ”。野生稻分布极其广泛，遍布于热带 和亚热带。由于生态环境的复杂性和所处地理环境的影响，野生稻在其漫长的 普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究 复旦大学硕士毕业论文 进化过程个形成了极其丰富的遗传多样性。它保存有栽培稻不具有的或己消失 了的优异遗传基因，是改良栽培稻的产量潜力及其他农艺性状，提高其对病虫 害的抗性及对非生物胁迫耐性的重要基因库。中国分布有三种野生稻1 9 1 ( 1 ) 普通 野生稻( o r y z ar u f i p o g o ng r i f f ) ，( 2 ) 药用野生稻( do f f i c i n a l i sw a l l e xw a t t ) ( 3 ) 疣粒野生稻( dm e y e r i a n ab a i l l s u b s p g r a n u l a t an e e s e ta m e xw a t t ) ，均被列 为国家二级保护植物。其中普通野生稻与亚洲栽培稻具有共同的基因组，是现 代水稻遗传育种的基础，也是适应未来环境变化和人类需求的变化培育相应品 种的前提，在诸多栽培作物及野生近缘种中是国际上最引人注目的。因为作物 种质资源没有再生性，一旦丧失或灭绝，无法重新创造，对栽培作物及其野生 近缘种的研究与保护是目前全球生物多样性研究的优先项目。 总结前人的研究成果和当前野生稻的生存状况，从以下方面可以发现开 展对普通野生稻生物学、保护生物学、分子生物学方面的研究工作已刻不容缓， 尤其是对最关键却又最薄弱的遗传多样性进行研究的必要性。 1 、普通野生稻的濒危现状 我国是世界上野生稻资源丰富的国家之一0 】。我国云南广东广西和福建 等省属于热带亚热带丘陵山区，气候温暖多湿，各地纬度海拔高度、地形、地 貌差异较大，导致野生稻栖息地小气候在温度、日照、湿度、土壤酸碱度等的 多样性，经过干万年的进化，形成了普通野生稻资源的多样性，包括对生态环 境的要求不同，植物学性状的不同，抗病虫性及抗逆性的多样性等。近些年来 己考察、收集了大批野生稻资源i “i ，经整理、鉴定编入目录的有6 9 4 5 个编号， 繁殖种子入国家种质库保存的有5 2 4 3 份，种茎入国家野生稻圃异地保存的有 8 3 2 6 份。我国野生稻具有丰富的遗传多样性i ”l 。 目前我国的野生稻资源面临着严重的威胁，三种野生稻都已被我国公布 为二级保护的渐危种p l 。如大量的野生稻赖以生存的沼泽地、池塘、水沟被填 平，开垦为稻田或建房舍、工厂，修公路、铁路等，造成野生稻生态环境受到 严重或彻底破坏。随之而来的伴生植物、杂草也发生变化，它们与野生稻竞争， 其结果使野生稻生存繁衍日渐困难，群落减少直至绝灭。野生稻自然种群因大 量谈失而濒危，其中又以育种利用价值最大的普通野生稻濒危程度最高。其中， 分布于台湾桃园和新竹的普通野生稻已于1 9 7 8 年消失3 i 。在云南，以前记载2 6 萱望墅生塑! ! 丝登壁垄堡堕塑塑窒坚壁堡塑窒一兰生型堕竺生蔓堂! ! 堡墨 个分布点，现己消失2 4 个，消失率为9 2 3 。种群数目很多的景洪县现已缩小 至1 个株数不足2 0 丛的小种群( 嘎洒) ；分布于元江东峨的种群残存于2 个水塘 中，尚在明显萎缩：在广东和海南，以前共记载1 1 8 2 个分布点，几乎县县、乡 乡有之。例如海南乐东县新联种群是普通野生稻的保护地，但其个体数量己由 原来的不下1 0 0 0 0 丛减至1 0 0 余丛；在广东佛冈县浮梁水塘，原先布满5 0 0 m 2 水面的种群，现只有3 0 余丛了；广西是我国普通野生稻重要的自然繁殖地，分 布面积约1 5 0 0 亩，现存的仅为原来记载的6 0 。例如：贵港市麻柳塘是广西 普通野生稻连片最大的栖生地( 4 1 9 _ 3 亩) ，现因生境遭毁灭性破坏而基本消失； 生态环境和类型特殊的祟左县江洲青龙塘自q 普通野生稻亦基本消失；田东县的 十里莲塘，水福县的罗锦等她的普通野生稻已消失；玉林市仁东乡2 0 亩的普通 野生稻仅有数丛，柳州市桥巩乡4 0 亩的普通野生稻已全部消失；湖南江永的普 通野生稻处于濒危m 1 ；江西东乡的普通野生稻尽管有围墙保护，但生境过于狭 小，生长状况不佳，濒于消亡m i ：湖南茶陵的种群也相继绝灭了6 j 。 2 、保护普通野生稻遗传资源的意义 野生稻作为稻属种质资源的重要组成部分，具有广泛的遗传基础。由于 长期处于野生状态，经受各种灾害和不良环境的选择，具有各种抗性和耐不良 环境等优良特性，如抗病虫、耐寒、耐盐碱、耐旱、耐淹、耐荫、胞质雄性不 育、高生物产量和高收获指数、高蛋白含量等f 】7 j 。这些优异性状是栽培稻遗传 改良的重要物质基础，其优异基因的发掘转移和利用已引起科学工作者的重视。 近年来，这些野生稻优异基因的发掘、鉴定和转移研究也取得了一定进展随 着科学技术的进步和生产的发展，大量的野生稻优异基因将会源源不断地被发 掘、研究和转育利用。 3 、开展普通野生稻北缘种群及其遗传结构的研究具有重要意义 面对普通野生稻种群的绝灭与急剧萎缩的严峻事实，如何有效地保护它们 却是一个待解之谜，其症结在于对其种内遗传变异的认识非常贫乏。这一问题 在中国尤为突出，亟待加强。 ， 我国江西省东乡普通野生稻是世界上普通野生稻的分布最北缘m i ，在北纬 2 8 。1 4 、1 月平均气温5 2 。c 、极端最低温一8 5 c 的情况下能安全越冬，含 有的耐冷、耐旱、抗病等优异基因，在育种、稻作基因分布和起源研究中具有 苎望墅生塑些丝壁登垫生丝塑笪至塑鲎堡堕塞 婆望壁墅生兰望! ! ! 这 重大价值。加上边缘种群特定的生态、地理环境，使之在生理功能上有特殊的 适应机制：与其它种群的基因交流又因为生境片段化和各种原因阻隔，从而定 向发展某种结构和功能，为物种分化提供了条件。因此，对普通野生稻北缘种 群的研究无论在生态学、遗传学或是保护生物学上都具有特别重要的地位”。 4 、利用等位酶方法分析种群遗传结构的优点 1 9 0 0 年孟德尔的遗传规律被广泛证实后，用生物统计方法对微小差异进行 遗传分析，为种群遗传学奠定了基础2 9 3 0 年前后，瓦维洛夫收集了大量的世 界各地遗传资源，在研究遗传多样性及其地理分布的基础上提出性状平行变异 列规律和作物起源中心学说这些都说明遗传多样性研究有力地促进了生物科 学的发展。早期研究遗传多样性主要是在形态和染色体水平上，主要检测不易 受环境影响的质量性状到6 0 年代中期应用凝胶电泳发现蛋白质和酶具有更丰 富的多态现象，从此栽培和野生植物遗传多样性的研究得到空前的发展l 。同 工酶，尤其是等位基因编码的等位酶一般表现为互显性遗传，不仅可用于质量 性状，而且也适于数量性状的研究由于等位酶是由等位基因编码，所以等位 酶的谱带可作为等位基因的遗传标记，故等位酶巳成为目前检测遗传多样性最 普通的方法，并在采样原则、实验方法、数据处理和结果分析方面形成了一套 统一的标准1 2 0 。等位酶水平上衡量遗传多样性的指标是多态位点比例( p ，多态 位点在研究的总位点中所占的比例) 和杂合度( h e ，在每个位点上呈杂合状态的 个体的比例) 据此计算种群间的遗传一致性( i ) 和遗传距离( d ) 儿2 “ 5 、进行遗传结构空间特征的研究的实际意义 通过等位酶分析得到的结果计算出研究地普通野生稻种群的各项遗传参 数。对实验数据进行统计检验，把空间上分布的不同的个体按照其遗传距离进 行聚类处理，从中发现种群发展动态的规律。并通过研究分布区内各亚种群问， 以及个体间的遗传特征与空间分布的关系，试图找出小范围生境变化和人为活 动对普通野生稻种群遗传结构变化的影响，从而研究种群的繁衍、扩张的过程， 并对保护现有的种群提出合理的策略。 。 萱望墅圭塑韭丝壁登垄堡茎塑堕至塑堑堡型塞生型苎塑型生型! ! 垒皇 二、文献综述 1 、普通野生稻的地理分布 迄今的调查表明野生稻在中国现代分布的8 个省( 区) 是：广西、广东、海 南、云南、江西、湖南、福建和台湾，分布于东起台湾桃园( 1 2 1 。1 5 e ) ，西至 云南盈江( 9 7 。5 6 e ) ，南起海南三亚( 1 8 。0 9 n ) ，北达江西东乡( 2 8 。1 4 n ) 的广阔地域( 见图2 1 ) 。普通野生稻广布于上述诸省( 区) ，不连续地分布在五个 区： ( 1 ) 海南岛区； ( 2 ) 两广大陆区( 包括两广大陆、湖南的江永和福建的漳浦) ： ( 3 ) 云南区( 景洪和元江) ； ( 4 ) 湘赣区( 湖南的茶陵和江西的东乡) ( 5 ) 台湾区( 桃园和新竹) 。 其中海南岛区分布密度最大，该区的湿热气候条件最有利于其生长和繁 衍：而两广大陆区为其主要分布区，北回归线以南和广东广西沿海地区分布最 多；东乡是该种分布区的北限( 2 8 。1 4 n ) 。它的海拔分布范围是2 5 m ( 广西合 浦县公馆) 至7 0 0 m ( 丢；南元江县曼旦) ，多数海拔分布在1 3 0 m 以下，分布点随着 海拔下降而增多”。 2 、普通野生稻的生物学和生态学特征 从栖息地的生境看，普通野生稻喜温、喜湿、喜光、大多生长在山区、 丘陵、平原和岩溶地区的水沟、河滩、山洞、沼泽地、荒田、山塘、河流两岸 等土壤湿润或终年滞流的浅水层，生长勰间为温度高和雨量充沛的季节，其自 然生长地年平均气温在1 7 8 c 以上，绝对最低温在一9 以上，无霜期长于2 7 2 天。在各类型土壤中均可生长，最适生长的土壤为p h6 o 一7 0 。伴生植物 较多的有水禾、水蓼、三角草、游草、金鱼藻等。常为多年生水生植物，宿根 性强，有性和无性生殖兼有，但无性生殖是其重要繁殖方式，主要通过高效率 的营养繁殖( 分蘖) 来实现。在云南、海南、广东和广西，冬季若遇干旱或霜冻， 茎叶常枯死并停止生长，在湖南、江西则初冬时地上部分全部枯死，开春从宿 根地表茎节处长出蘖芽，在旁侧形成后迅速拔节并向四周匍匐伸出，当周围的 普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究复旦大学硕士毕业论文 6 一葛。_【囊世鑫垛帮聪斌窿删簖皿甜一 匝妲培求g皿稼悄涎州留赠铷_【-z匝 堡望墅竺塑垄堡壁壁望堡笙垫盟至塑壁堡竺塑 墨里查兰堡圭望些堡皇 7 怕： 龄磊 蛏e 七世 ? 挺 c ho o h 甏 g 藁 涎鬃 蓦篡 赠。 舡趸 n 乱 茹鲞 普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究 复旦大学硕士毕业论文 生境为浅水层或沼泽时，外露的第一节在适宜条件下又可长出新的不定根与芽， 此芽又以同样的方式前伸拓展空间，周围的生物因子( 其它种类植物) 及非生物 因子( 如风向、水流、潭埂等) 决定其匍匐生长的形状：四周匍匐、侧边匍匐或 半匍匐等，伸向深水的枝条有漂浮习性并随水深而伸长( 个体形态见图2 - - 2 ) 。 普通野生稻每年8 月至1 2 月均可抽穗扬花，集中于9 月下旬至1 0 月中旬，极 少数在1 0 月以后抽穗，纬度高的种群抽穗早，纬度低的则抽穗迟；开花时间长， 同一植株，同一穗开花很不整齐；边抽穗，边扬花，边成熟，边落粒。以异交 为主，羽状柱头外露，风媒传粉，结实串约2 0 一9 0 ；种子休眠期很长，自然 状态下发芽率与成苗率均低i ”】。 3 、基于形态的分类学研究 稻属中约有2 2 个种，其中2 个为栽培种，约有2 0 个野生种。目前虽已 一致地认为亚洲栽培稻的祖先种是普通野生稻0 r u f i p o g o ng r i f f , 但对于其原 始的祖先类型仍有争议，有的学者认为起源于多年生种群娜“】【2 5 j ，有的认为起 源于一年生的种群怛6 1 1 2 ”，也有的认为起源于多年生与一年生种群的中间型1 2 8 l 3 0 1 。 一些学者通过对我国三种野生稻和栽培稻的谷粒及花药扫描电镜的比较 观察，认为栽培稻和普通野生稻的相似性最大，其次是药用野生稻，而与疣粒 野生稻差异最大f 3 1 1 1 ”l 邮i 。p o r t e r s ( 1 9 5 6 ) 根据性状变异的相似性提出稻的两个 栽培种是在两个进化途径上进行的，根据性状的相似性认为一年生野生稻是 亚洲栽培稻的祖先，但丁颖( 1 9 5 7 ) 从形态学考古学方面考证认定中国栽培稻 种起源于华南的普通野生稻叫】。 最近，对2 2 个野生稻种叶表皮气孔形状和细胞上乳头状小突起的多寡 及大小的比较研究认为，极短粒野生稻属于s a t i v a 组，短花药野生稻应属于 o f f i c i n a l i s 组，长护颖野生稻、马来野生稻、疣粒野生稻和颗粒野生稻是单独的 种群i ”l 。对三种野生稻及其与栽培稻种问杂种外稃表面的显微特征进行比较后 发现，外稃表面显微特征有明显的种闻差异，种间杂种表现了亲本的不同特征 。 4 、 细胞遗传学的研究 通过对细胞分裂中染色体行为分析及染色体形态的比较，有助于稻种亲缘 3 董塑墅生塑j ! 丝登登望焦堕塑盟窒塑鳖堡盟塞生型塑堡壁壁型兰蔓选 关系的确定。卢永根( 1 9 9 0 ) 等比较分析了我国3 种野生稻粗线期核型，结果 表明普通野生稻同栽培稻具有相同的类型和编号的染色体数目最多，核型最相 似，确认二者亲缘关系最为密切。 迄今发现稻属中有9 个染色体组( a h 、j ) m 1 ，组成了9 类染色体组型， 它们分别是a a 、b b 、b b c c 、c c 、c c d d 、e e 、f f 、g g 和h h j j 。一般公认： 栽培稻和它的近缘种野生稻都具有a 组。c 组也是基本的染色体组，它可以与 其它染色体结合成具有2 个染色体组的种，b 、c 、d 染色体组间彼此有某种亲 和性，e 、f 、g 、h 、j 与其它染色体组的关系尚不清楚。 k i h a r a ( 1 9 6 4 ) 等认为a 、b 染色体组之间具有部分同源性1 3 9 1 ，他们发现 栽培稻( a a ) 和小粒野生稻( b b c c ) 、短舌野生稻( a a ) 和斑点野生稻( b b c c ) 的杂种在减数分裂中期产生部分二价体。对栽培稻和药用野生稻( c c ) 之间的 杂种f 。染色体行为分析，发现杂种f 在减数分裂中期i 的野生稻很少配对，并 认为同源性会消失。k a t a y a m a ( 1 9 6 5 ) 提出栽培稻和药用野生稻的染色体具有 同源性m 1 ，而l i ( 1 9 6 4 ) 等在杂种f 的粗线期未发现任何染色体的配对l 。 一些研究认为b 、c 、d 染色体组之间存在一定的同源性。r a o ( 1 9 5 5 ) 等认为非洲斑点野生稻( b b c c ) 是同源多倍体或部分异源多倍体f 4 2 j ；b 、c 、 d 染色体组间具有同源性，仅有几个位点上产生差异( s a m p a t h1 9 6 2 ) 1 4 3 】；h u ( 1 9 7 0 ) 发现小粒野生稻与四倍体药用野生稻( c c c c ) 的杂种f ( b c c c ) 减 数分裂时，b 染色体组能与c 染色体组部分配对，不抑制c 染色体组之间的配 对i “1 ：k a t a y a m a ( 1 9 9 5 ) 进行四倍体斑点野生稻、宽叶野生稻( c c d d ) 与李 氏禾属( l e e r s i a ) 之间的杂交，从杂种f 的形态学和细胞学观察中推断杂种组 合亲本之间不存在染色体组的联系【45 l ；对栽培稻、斑点野生稻、短花药野生稻 ( f f ) 的粗线期染色体分析，检出染色体组问染色粒结构的差异。 近来，葛颂等( 1 9 9 9 ) t 4 6 1 通过画出和比较所有稻种两个核基因( a d h l 和 a d h 2 ) 树以及一个叶绿体基因( m a r k ) 树，推断出稻种染色体组的发生关系。 根据a d h 基因的发展史重新构建了异源四倍体种的起源。由于稻的叶绿体基 因型是继承于母本，m a t k 基因树又可以推断异源四倍体种的母本的基因型。研 究还揭示了e e 染色体组与d d 染色体组最为相近，三个c c d d 染色体组的稻 种可能来自于一次杂交而且母本含有c c 染色体组。包括栽培稻在内的含有a a 9 登望墅生塑j ! 丝壁壁望堡堕塑塑至囹壁堡堑塑 复呈查兰堡主望! ! 兰达 染色体组的稻系是一个新近分化而且迅速传播的世系。 5 、分子生物学的研究 分子生物学和生物技术的发展，使人们有可能从细胞和分子水平了解 更深层次的稻种遗传资源的多样性。同工酶分析技术的建立发现了稻种资源在 蛋白质水平上的差异和多样性，并成为品种鉴别的有力工具。而近年来发展起 来的r f l p 和r a p d 等d n a 扩增技术和基因定位技术可以从d n a 水平的深层 次了解栽培品种和野生稻群落间的多样性及其表达的特性特征，其具有直接、 不受基因表达和环境的影响以及稳定遗传的优点。因此，为遗传资源的鉴定、 分类及起源和进化研究提供了一个更为准确而可靠的方法l 。但是，迄今为止， 对稻属野生种的种群遗传学研究仍是亟待加强的领域【7 1 【8 l 。 a 、同工酶水平的研究 s e c o n d ( 1 9 8 0 ，1 9 8 2 ，1 9 8 4 ，1 9 8 5 a ，1 9 8 5 b ，1 9 8 5 c ) 利用多达4 0 个同 工酶位点，对保存于基因库中的稻属样本作了迄今最为广泛的研究，为探讨基 因分化，种间关系提供了一些佐证。同时也检测出种内不同地理区域间丰富的 遗传变异【4 8 】【4 i i “1 国内在酶的水平对普通野生稻进行的研究主要集中在通过酯酶酶带进 行与栽培稻的分类，实现了形态分类向实验分类的转化。在处理难分类的品种 时，酶带分类和形态分类结果出入1 0 左右，处理普通品种时，出入5 左右。 普通野生稻一向被认为是独立于栽培稻之外的一个种。1 4 a 是普通野生稻标志 酶带，反映了普通野生稻和栽培稻在生理或调控方面的差异哪i i ”i 。 孙新立( 1 9 9 6 ) 在对6 8 0 份栽培稻、8 8 份普通野生稻的同工酶基因多 样性和非随机组合现象的研究发现，普通野生稻非随机组合值很低，多数座位 问不显著，表明普通野生稻的分化是很小的i ”i 。 高立志1 3 1 根据1 9 9 4 1 9 9 5 年对中国三种野生稻濒危状况的调查结果， 利用等位酶分析对普通野生稻2 6 个种群，药用野生稻8 个种群和疣粒野生稻1 7 个种群进行了遗传多样性的研究，发现三种野生稻中普通野生稻的遗传多样性 最高( a = 1 3 3 ，p = 0 2 2 7 ，h eo0 6 8 ，h o = 0 0 3 3 ) ，遗传分化水平较低( f s t = 0 3 1 0 ) 。华南可能是中国普通野生稻的遗传多样性中心，普通野生稻种群间的遗 传一致度与地理距离无明显相关。通过对1 4 个中央种群与5 个边缘种群的对比 0 普通野生稻北缘种群遗传结构的空间特征研究 复旦大学硕士毕业论文 表明从中央种群到边缘种群，遗传多样性水平递减，一些多态位点的等位基因 频率逐渐地发生变化。通过对栽培稻基因渗入影响的研究，表明栽培稻基因流 对野生稻种群遗传结构的影响主要是遗传同化。对2 个低纬度种群和2 个北缘 种群两个生活史阶段的遗传多样性研究表明繁育系统是影响普通野生稻种群遗 传结构的因素之一，在低纬度种群中种子阶段的遗传变异高于植株阶段，在高 纬度则相反。对北缘种群的研究还表明随时间的推移，该种群的遗传结构也发 生变化，表现为多样性水平的下降。对元江种群的种群内遗传结构的研究则表 明遗传变异在亚种群问分布不均衡，使亚种群间有定的遗传分化。 b 、d n a 水平的研究 孙传清等通过对亚洲栽培稻和普通野生稻的核基因组、线粒体d n a 和 叶绿体d n a 的r f l p 分析提出籼粳分化应该是多途径的唧弘”，而中国普通野生 稻因地理分布不同，其遗传分化表现出多态性，江西东乡、湖南茶陵和部分云 南元江普通野生稻独聚一类，其形态上亦比较原始，属于原始祖先型。孙传清 等( 1 9 9 5 ) 还通过对栽培稻和普通野生稻d n a 的r a p d 分析，说明普通野生 稻偏粳，但也存在偏籼的普通野生稻咖i 。 n a k a n o 等通过r f l p 分析认为普通野生稻和栽培稻关系密切，并认为 普通野生稻在驯化成栽培稻之前已经有籼、粳之分1 5 7 1 ；对栽培稻和普通野生稻 进行r a p d 分祈，发现多数中国普通野生稻偏粳，但也存在偏籼的普通野生稻， 推测中国的粳稻有可能由中国的粳型普通野生稻直接演变而来。但是。王振山 等对中国普通野生稻r a p d 分析发现普通野生稻并没有完全分化为籼型和粳型 普通野生稻l ”l 。 根据核糖体d n a ( r d n a ) 基因间隔区的差异研究，s a n o 等发现美洲普通 野生稻和s a t i v a 组其他野生稻存在明显差异。从从染色体组中分离得到一 个3 5 0 b p 的串联重复顺序，发现该顺序在长雄蕊野生稻( a a ) 和曲须根野生稻 ( a ”a ”) 中结果是一致的。从野生稻叶绿体d n a ( c p d n a ) 的多态性来看，普通 野生稻的核型与栽培稻的最相近，其c p d n a 的2 种酶切模式和栽培稻相同；短 舌野生稻( a “a “) 的核型与非洲栽培稻( 光身稻) 相似，在叶绿体基因组的结构 上也有同样的相似关系。这些酶切模式之问的相似程度基本上反映出种间的亲 缘关系【”l 。 苎婆墅竺墅! ! 丝壁登望堡笪丝箜窒塑鳖堡竺壅堡旦盔兰堡主兰! ! 堕墨 d n a 分析还被应用于利用分子图谱技术进行遗传资源开发1 。中国杂交 水稻研究中心选育的水稻杂交种其产量高于最好的常规品种( 自交品种) ，这些 杂交稻在全球也是产量最高的。s t e v e n ( 1 9 9 7 ) 最近的一项研究试图证实是否可从 低产的野生祖先一普通野生稻引入一些基因进一步显著提高某一高产杂交稻 的产量。用早代回交法发现普通野生稻的两个q t l 位点在一个优良杂交稻背景 下，可分别使其产量提高1 7 ，而且发现这两个产量q t l 位点不与任何负效 应基因连锁( 通常是产量的提高使其它性状变差) 。在南韩和哥伦比亚独立进行 的其它三个实验也得到了类似的结果。 6 、育种和保护生物学的研究 我国是野生稻资源利用开展最早的国家，丁颖早在1 9 2 6 年用普通野生稻 与栽培稻自然杂交，育成新品种中山1 号，随后利用它的衍生材料所育成的“包 胎矮”、“包选2 号”等继承了野生稻适应性广、抗逆性强等特点、成为华南地 区作为晚稻当家品种在生产中广泛应用李勤修利用长雄蕊野生稻和长花药、 大柱头育成不育系，袁隆平等利用海南普通野生稻的野败基因育成野败不育系， 实现“三系”配套后并大面积生产，已取得巨大经济效益利用不同的栽培稻 品种与海南的红芒野生稻杂交育成红莲不育系，在生产实践上发挥了重大作 用最近，李勤修( 1 9 9 7 ) 把柳州野稻和长药野生稻的显性宿根性状经种问复 合野栽杂交导入到栽培稻中，经过交替回交，栽培稻的综合经济性状也得以改 进提高。 草丛矮缩病是一种严重危害水稻产量的病害，已知该病的唯一抗源是尼 瓦拉野生稻。国际水稻研究所自1 9 6 9 年开始利用栽培稻与原产于印度北方邦的 尼瓦拉野生稻杂交。将后者抗草丛矮缩病显性基因转入栽培稻，1 9 7 4 1 9 7 7 年 连续育成抗草状矮缩病的系列产品：从东乡普通野生稻转移具有育种价值的基 因遗传因子到栽培稻品种中，并从中育成了优质早籼稻：通过栽培稻与多年生 普通野生稻细胞质雄性不育系杂交，己育成i r 6 6 7 0 7 a 细胞质雄性不育系【6 2 i 。 日本学者在探讨亚洲栽培稻的起源和进化的长期研究中，在泰国和印度 对有多年生和一年生生活史分化的普通野生稻的种群生态学和遗传学进行了详 细的研究( b a r b i e r1 9 9 9 ，1 9 9 0 ； m o r i s h i m a 1 9