東亞春黃菊族系統(tǒng)演化及栽培菊花與磯菊屬間雜交研究.pdf

1、在對(duì)東亞春黃菊族資源進(jìn)行廣泛收集的基礎(chǔ)上，利用花粉形態(tài)學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)、分子標(biāo)記等多種手段對(duì)其系統(tǒng)演化進(jìn)行了研究。同時(shí)，以屬間系統(tǒng)關(guān)系為指導(dǎo)，進(jìn)行栽培菊花和磯菊屬間雜交，并對(duì)雜種F<,1>進(jìn)行自交和回交；通過對(duì)不同雜交組合及世代的性狀遺傳表現(xiàn)和細(xì)胞學(xué)行為進(jìn)行研究，以探討雙親染色體組的關(guān)系及其在不同世代雜種中的作用和磯菊在菊花種質(zhì)創(chuàng)新中的利用價(jià)值。主要結(jié)果如下： 第一部分：東亞春黃菊族的系統(tǒng)演化研究 1．先后從16個(gè)省市、自

2、治區(qū)以及日本、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)直接或間接收集春黃菊族共71份材料，包括18屬56種或變種或居群。對(duì)采集的部分材料進(jìn)行染色體倍性觀察，發(fā)現(xiàn)研究材料以二倍體和四倍體為主，原產(chǎn)東亞和中亞的很多單型屬(如太行菊屬、芙蓉菊屬等)均為二倍體，推測(cè)二倍性應(yīng)為該族的祖征。亞菊屬Ajania Polj．種間和種內(nèi)居群間染色體倍性均存在差異。亞菊屬新疆亞菊A．fastigiata(2n=36)、異葉亞菊A．variifolia(2n=18)和川甘亞菊A．p

3、otaninii(2n=18)、女蒿屬Hippolytia Polj．賀蘭山女蒿H．a(chǎn)lashanensis(2n=18)、太行菊屬太行菊O．taihangensis(2n=18)、蓍屬Achillea L．齒葉蓍A．a(chǎn)cuminata(2n=18)、云南蓍A．wilsoniana(2n=36)染色體數(shù)目為首次報(bào)道；鋪散亞菊A．khartensis(2n=36)染色體數(shù)目為新記錄。 2．對(duì)東亞春黃菊族16屬35種的花粉外壁形態(tài)進(jìn)

4、行了研究，并結(jié)合前人的研究結(jié)果，對(duì)東亞春黃菊族系統(tǒng)關(guān)系進(jìn)行了探討。東亞春黃菊族根據(jù)花粉外壁紋飾可分為三類：第一類表面刺狀紋飾明顯，刺較大，長(zhǎng)于1.5μm，基部下延膨大，刺中部以下至刺基具穴狀穿孔，包括茼蒿亞族Chrysanthemidae Less．Emend．Bremer&Humphries茼蒿屬Chrysanthemum L．和木茼蒿屬Argyranthemum Webb ex Schultz-Bip．，菊蒿亞族Tanacetina

5、e Bremer&Humphries女蒿屬、太行菊屬、匹菊屬Pyrethrum Zinn．和菊蒿屬Tanacetum L．，濱菊亞族Leucanthemidae Bremer&Humphries濱菊屬LeucanthemumMiller和Nipponanthemum Kitam．，母菊亞族Matricariinae Bremer&Humphries母菊屬M(fèi)atricaria L．，蓍亞族Achilleinae Bremer&Humphr

6、ies蓍屬，以及蒿亞族ArtemisiinaeLess．Emend．Bremer & Humphries的菊屬．Dendranthema(D.C．)Des Moul．、短舌菊屬Brachanthemum DC．和亞菊屬；第二類表面紋飾為退化狀小刺或刺不明顯，基本小于0.5 μm，包括蒿屬Artemisia L．、絹蒿屬 Seriphidium(Besser ex Hooker)Four．、芙蓉菊屬、紊蒿屬Elachanthemum Li

7、ng et Y．R．Ling、櫛節(jié)蒿屬Neopallasia Polj．、畫筆菊屬Ajaniopsis Shih、線葉菊屬Filifolium Kitam．和喀什菊屬Kaschgaria Polj．；第三類表面刺狀紋飾較短，但十分明顯，介于第一類和第二類之間，長(zhǎng)1.0-1.5μm，圓錐狀，基部不下延，先端較尖，包括百花蒿屬Stilpnolepis H．Kraschen、亞菊屬的柳葉亞菊A．salicifolia和異葉亞菊。從花粉形態(tài)外壁

8、紋飾來看，支持Phaeostigma Muld．獨(dú)立于亞菊屬單列成屬。 3．通過核糖體ITS序列和葉綠體trnL/trnF IGS間區(qū)序列分析和探討東亞春黃菊族的系統(tǒng)演化關(guān)系。系統(tǒng)樹支持茼蒿亞族為單系起源，其與濱菊亞族、菊蒿亞族和蓍亞族的大部分分類群構(gòu)成一支，為系統(tǒng)樹的基部分支；而蒿亞族與女蒿屬、太行菊屬、Nipponanthemum等為系統(tǒng)樹的另一分支，不考慮女蒿屬等系統(tǒng)位置有爭(zhēng)議的屬，系統(tǒng)樹支持蒿亞族為單系起源。根據(jù)系統(tǒng)樹的

9、基部類群及其地理分布，東亞春黃菊族應(yīng)起源于亞歐大陸。根據(jù)分子系統(tǒng)樹蒿亞族分支主要包括兩個(gè)亞分支即菊屬群(包括菊屬、亞菊屬和紊蒿屬)和蒿屬群(包括蒿屬、櫛節(jié)蒿屬和芙蓉菊屬)；而百花蒿屬、喀什菊屬、線葉菊屬、Phaeostigma、短舌菊屬等可能是蒿亞族的原始類群。基于ITS區(qū)和IGS間區(qū)的分子系統(tǒng)學(xué)證據(jù)同樣支持Phaeostigma單列，我國(guó)亞菊屬櫟葉系的柳葉亞菊、櫟葉亞菊A．quercifolia、寬葉亞菊A．latifolia和異葉系

10、的異葉亞菊、分枝亞菊A．ramosa歸于該屬，使之成為一個(gè)包括5種的東亞特有屬。菊蒿亞族太行菊屬和女蒿屬與蒿亞族關(guān)系很近，太行菊屬應(yīng)歸于蒿亞族，而女蒿屬的系統(tǒng)位置需經(jīng)進(jìn)一步研究后修訂。 4．利用AFLP分子標(biāo)記對(duì)蒿亞族及其近緣類群的關(guān)系進(jìn)行了研究。利用9對(duì)熒光標(biāo)記的引物對(duì)蒿亞族及其近緣類群進(jìn)行了AFLP分析，共獲得1705個(gè)多態(tài)性條帶。根據(jù)相似性系數(shù)，無(wú)論是整個(gè)蒿亞族及其近緣類群內(nèi)部，還是菊屬、亞菊屬內(nèi)部，均表現(xiàn)出較高的遺傳多樣

11、性，表明屬、種間分化明顯。根據(jù)相似性系數(shù)獲得的聚類圖表明：紊蒿屬和櫛節(jié)蒿屬位于整個(gè)蒿亞族的基部；短舌菊屬位于菊屬-亞菊屬分支的基部，說明其是菊屬群的近緣分類群；菊屬和亞菊屬各分成兩個(gè)種群，兩兩交叉聚為一支，而亞菊屬的種群始終位于菊屬種群基部，說明兩屬間親緣關(guān)系很近，菊屬可能是由亞菊屬的不同種或種群平行演化而來；太行菊屬位于菊屬和亞菊第一種群亞分支的基部，說明太行菊屬與菊屬-亞菊屬親緣關(guān)系很近；女蒿屬、Nipponanthemum和匹菊屬

12、的川西小黃菊夾于菊屬群和蒿屬群之間，與蒿亞族親緣關(guān)系很近。綜合細(xì)胞學(xué)、花粉形態(tài)、分子序列解析和AFLP結(jié)果，認(rèn)為，東亞春黃菊族應(yīng)起源于亞歐大陸，由亞歐大陸的祖先種向東擴(kuò)散經(jīng)中亞逐漸演化而來。分布于中亞地區(qū)的一些屬如喀什菊屬等可能是蒿亞族的較原始類群，由這些原始類群演化形成了菊屬群和蒿屬群，因此蒿亞族主要包括三個(gè)類群即蒿屬群、菊屬群和原始類群，且菊屬群和蒿屬群分別由原始類群獨(dú)立演化形成。在本文研究的分類群中，菊屬群包括菊屬、亞菊屬、短舌菊

13、屬、Arctanthemum和太行菊屬(根據(jù)結(jié)果應(yīng)歸于蒿亞族)，短舌菊屬可能是該屬群的基部類群；蒿屬群包括蒿屬、芙蓉菊屬和櫛節(jié)蒿屬等，櫛節(jié)蒿屬可能是該屬群的基部類群；喀什菊屬是原始類群中的成員，而Phaeostigma、線葉菊屬、百花蒿屬和紊蒿屬等可能應(yīng)歸于原始類群或是由原始類群向菊屬群或蒿屬群演化的中間類群，但有待進(jìn)一步驗(yàn)證。菊屬與亞菊屬親緣關(guān)系很近，菊屬可能從亞菊屬的不同種或種群演化而來，太行菊屬則可能是亞菊屬的較近原始類群，而女蒿

14、可能是這一菊屬-亞菊屬-太行菊屬類群的祖先種。 第二部分：栽培菊花與磯菊屬間雜交相關(guān)研究 1．成功獲得了栽培小菊‘奧運(yùn)火炬’和‘意大利紅’與磯菊的屬間雜種。形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)以及RAPD分子標(biāo)記鑒定表明供試的F<,1>后代為真正的屬間雜種，成功地將磯菊的某些性狀(銀葉)轉(zhuǎn)移到栽培菊花中，但同時(shí)也摻入了某些不良性狀。雜種的葉色、葉形、花色、開花枝的分枝性和花期等性狀均介于雙親之間，邊緣出現(xiàn)明顯的舌狀雌花；根尖染色體數(shù)目基本正常

15、(2n=72)，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂基本正常。大部分雜種F<,1>開放條件下結(jié)實(shí)率較高，表明雌配子發(fā)育良好，生殖過程正常；而自交不結(jié)實(shí)，可能由自交不親和機(jī)制決定。磯菊與菊花屬間雜交的成功以及雜種減數(shù)分裂染色體行為正常表明兩者親緣關(guān)系較近，從而推測(cè)菊屬與亞菊屬之間的親緣關(guān)系較近。 2．通過對(duì)‘奧運(yùn)火炬’×磯菊屬間雜種F<,2>的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)F<,2>后代株高、冠徑、舌狀花和管狀花數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明存在一定自交衰退現(xiàn)

16、象；葉形、舌狀花長(zhǎng)度等性狀出現(xiàn)分離，部分后代舌狀花長(zhǎng)度增加；葉片背面被白色柔毛，頭狀花序數(shù)朵聚生。后代根尖體細(xì)胞染色體數(shù)介于51-90之間，變化幅度較大，但除21F6外，其余均以70-72為主；21F6染色體數(shù)目介于51-72之間，以63為主。 3．回交后代(‘奧運(yùn)火炬’×磯菊)ב奧運(yùn)火炬’與‘意大利紅’和磯菊正反交雜種F<,1>與‘意大利紅’的回交后代染色體數(shù)目介于52-63之間，以60-63為主?；亟缓蟠闹旮?、冠幅、葉形

17、、葉片柔毛、分枝性等性狀的遺傳表現(xiàn)基本一致，介于原始雙親之間，較雜種F<,1>更接近輪回親本‘奧運(yùn)火炬’和‘意大利紅’，說明這些性狀為數(shù)量性狀；但舌狀花的遺傳表現(xiàn)‘意大利紅’和磯菊正反交雜種F<,1>回交后代間存在差異，正交(‘意大利紅’×磯菊)F<,1>的回交后代舌狀花先端不分裂，且不同個(gè)體間顏色變化豐富，而反交(磯菊ב意大利紅’)F<,1>的回交后代舌狀花先端1-4裂，以2、3裂為主，顏色較單一。本研究實(shí)現(xiàn)了磯菊與栽培菊花屬間遠(yuǎn)緣