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小麦族(Triticeae Dumortier)是禾本科(Poaceae)植物中一个十分重要的类群,广泛分布于全球各地,特别是北半球温带地区,约有350-450个种。偃麦草属是小麦族中一个多年生属,全世界约有40种,主要分布在南北半球的亚热带与暖温带地区。偃麦草属物种具有抗寒、抗旱、抗盐和抗病虫害等重要特征,是重要的改良小麦作物的遗传资源。偃麦草属(Elytrigia Desvaux)的分类历史非常不稳定,具有较大争议。1810年,偃麦草属是由Desvaux以Elytrigia reppens(L.)Nevski为模式种建立而成,是传统冰草属(Agropyron Gaertner)中具有根状茎的物种组成。在形态上,偃麦草属的物种具有匍匐状、多分枝的根状茎,长花药,颖披针形至线形,小穗单生于每节,异花授粉的多种特征。细胞遗传学研究表明偃麦草属物种存在二倍体(2n=2x=14)至十二倍体(2n=12x=84)染色体倍性的变化。传统偃麦草属物种的染色体组包括E、St、ESt、EStP、NsXmStH等,但随着研究方法的不断发展,偃麦草属物种的范围越来越窄,仅包括含有Ee、Eb和St的多倍体类群。因此根据Love(1984)和Dewey(1984)划分属的原则,即具有相同染色体组的物种应划分在同一属,偃麦草属物种的起源、未知偃麦草属物种染色体组组成、系统地位、种间亲缘关系仍存在较大的争议。本研究运用细胞学、分子系统学和生物化学对偃麦草属植物的系统与进化进行了系统评价,探讨了该属植物的系统与进化关系。主要结果如下:1.对偃麦草属的12个物种的核型进行了研究分析,核型公式分别是:Elytrigia bessarabica,2n=2x=14=14m;Et.libarnotica,2n=2x=14=2M+8m(2sat)+4sm;Et.gracillima,2n=2x=14=2M+10m+2sm;Et.caespitosa,2n=4x=28=2M+24m+2sm;Et.nodusa,2n=4x=28=2M+22m+4sm;Et.scirpea,2n=4x=28=2M+22m+4sm(2sat);Et.scythica,2n=4x=28=22m+6sm(2sat);Et.varnensis,2n=4x=28=28m;Et.elongatiformis,2n=6x=42=42m;Et.intermedia,2n=6x=42=32m+l0sm(2sat);Et.pycnantha,2n=6x=42=40m+2sm;Et.smithii,2n=8x=56=34m+22sm(4sat)。研究结果显示,二倍体物种的染色体组型是1A,多倍体物种的染色体组型是1B或2B,表明在不同种群和物种间核型特征(倍性、核型公式、随体的数目和位置)存在差异。其中,8个物种的核型为首次报道。同时,运用Stebbins的核型进化理论和分支系统学的编序、赋值方法进行了分析,揭示了它们的进化水平,其结果表明,在所研究的12个偃麦草属物种中,Et.bessaabica是最原始的,Et.smithii的核型是最进化的。2.利用trnL-F序列对偃麦草属的24个物种(Eb、Ee、EeEeSt、EbEeSt、EeSt、StSt、StH 和 EStP)、Agropyron(P)的 2 份材料、Australopyrum(W)的 2 份材料、Eremopyrwm(F)的2份材料、Hordeum(H)的2份材料、Psathyrostachys(Ns)的2份材料和Pseudoroegneria(St)的1份材料进行系统发育关系的研究。结果表明:(1)偃麦草属物种聚成一支,它们的trnL-F序列同源性很高,亲缘关系较近;(2)偃麦草属中的多倍体物种,具有E、St等不同的母本来源;(3)Eremopyrum、Agropyron和Australopyr 物种聚成一支,它们的 trnL-F 序列同源性很高,具有较近的亲缘关系;(4)含E染色体组的二倍体偃麦草属物种为Et.caespitosa ssp.nodosa(PI547344)、Et.farcta、Et.pontica(PI547313)、Et.pycnantha、Et.scirpea和Et.scythic 提供母本来源;(5)同一物种或相同染色体组组成的物种存在不同的母本起源。3.利用nrITS序列对23个偃麦草属和12个近缘二倍体物种,共39份材料进行了系统发育分析。结果表明:(1)偃麦草属中含有E、St和ESt染色体组的物种具有较近的亲缘关系;(2)含St染色体组二倍体物种出现了分化;(3)ESt染色体组物种中E染色体组来源于Lophopyrum中的Et.elongata;(4)二倍体物种Et.elongata表现出分化;(5)推断Et.pachynera的染色体组组成为SftH,应被组合到披碱草属中;(6)St与P、F染色体组有着较近的亲缘关系。4.运用单拷贝核基因DMC1序列对24个偃麦草属物种,披碱草属物种2个,以及小麦族10个二倍体物种,共40份材料进行了系统发育重建。系统发育分析结果显示:(1)偃麦草属模式种Et.repens含有StStH染色体组,与大麦属、拟鹅观草属和披碱草属具有密切的亲缘关系,研究结果支持将Et.repens从偃麦草属组合到披碱草属中;(2)偃麦草属中已知染色体组组成的物种中,含有E染色体组的物种与冠毛麦草属亲缘关系密切,含有St染色体组的物种与拟鹅观草属亲缘关系密切,含有ESt染色体组的物种与毛麦草属亲缘关系密切,含有EStP染色体组的物种与沙滩麦属亲缘关系密切,均支持了按照染色体组组成划分属的原则;(3)推测了具有ESt染色体组组成物种的其染色体组来源,分别是冠毛麦草属和拟鹅观草属;(4)针对偃麦草属中,部分疑难物种的系统地位划分问题,Et.pachynera应该划分在披碱草属中,Et.pycnantha应划分在沙滩麦属中,Et.pontica应该划分在毛麦草属;(5)Lophopyrum(Ee)和Thinopyrum(Eb)具有相近的亲缘关系,但两者之间存在差异;(6)E染色体组在多倍体物种中存在分化现象。5.运用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对偃麦草属植物的24个物种的醇溶蛋白和谷蛋白进行了研究。24份材料均出现了不同的醇溶蛋白和谷蛋白图谱,共分离出醇溶蛋白带纹83条和谷蛋白带纹53条,多态性均达100%。该结果表明:(1)偃麦草属植物具有丰富的醇溶蛋白和谷蛋白多态性;(2)蛋白图谱可以作为鉴定偃麦草属植物的指纹图谱;(3)聚类分析结果显示,醇溶蛋白和谷蛋白图谱的聚类结果与细胞学、分子学研究结果基本一致,表明它们可以运用于偃麦草属植物种间遗传差异及亲缘关系研究。