甘蔗属起源及其与近缘属进化关系研究进展

摘 要 阐述了甘蔗起源、进化、分子遗传学在甘蔗与其近缘属的进化关系研究上的应用，回答了甘蔗的起源中心、甘蔗属及其近缘属之间的进化关系，以及当前如何利用细胞学手段和分子标记技术，从微观分子的角度来研究和分析其遗传多样性、生活史进化等生态和进化问题，最后对其发展前景进行了简要的探讨。

关键词 甘蔗属；近缘属；起源；进化；遗传多样性

中图分类号 S435.663 文献标识码 A

A Review of Saccharum Origin and its Evolutionary

Relationship with Related Genera

FANG Jingping， QUE Youxiong， CHEN Rukai *

Key Laboratory of Sugarcane Biology and Genetic Breeding（Fujian）， Ministry of Agriculture，Fujian Agriculture and Forestry

University / Sugarcane Research & Development Center， China Agriculture Research System， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract The origin and evolution of sugarcane， as well as recent molecular genetics evidence for the phylogenetic relationship among sugarcane and its related taxa， were described. Considerable insight into the origin center of sugarcane， the evolutionary relationship among Saccharum and related genera along with how to utilize cytology and molecular markers for genetic diversity analysis and evolution study were discussed. Finally the prospect of cutting-edge technologies and research directions on sugarcane evolution issues were also discussed.

Key words Saccharum L.； Related genera； Origin； Evolution； Genetic diversity

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.04.034c

甘蔗（Saccharum spp.）是多年生宿根热带植物，分类学上属单子叶植物纲（Monocotyledoneae），颖花目（Glumiflorae），禾本科（Poaceae）黍亚科（Panicoideae）蜀黍族（Andropogoneae）甘蔗亚族（Saccharinae）甘蔗属（Saccharum L.）。甘蔗原产于热带新几内亚或印度，后传到马来群岛、中南半岛、中国南方等东南亚地区，现广泛种植于热带与亚热带地区，是喜温、喜光的C4作物[1-2]。目前世界上甘蔗的水平分布在北纬33°和南纬30°之间，集中分布于南北纬25°之间。垂直分布范围也较广，在赤道附近可达1 500 m，在中国云南西南蔗区，如临沧市，海拔高达1 600 m的地方还有甘蔗分布。甘蔗遗传背景十分复杂，当前世界主栽品种都为种间杂交复合体，属异源非整倍性多倍体，具有丰富的遗传多样性、C4高光效特性和植株巨型性[1-2]。甘蔗同时也是全球重要的糖料与生物能源作物。一个世纪以来，世界食糖产量从20世纪初期的300万t跃升为当前的1.7亿t，而甘蔗产糖量约占世界食糖总产的70%。近几十年，随着甘蔗育种水平的提高、栽培技术的发展和食糖需求量的持续增长（2%的增长速度），甘蔗种植面积逐步扩大，产糖量正稳步提高[1-2]。中国甘蔗种植面积位居世界第三位，位于巴西和印度之后，种植区域较为集中，主要分布在广西、云南、广东、海南、福建、四川和湖南等地，其中广西和云南两地的甘蔗种植面积超过全国的70%以上。但尤其值得注意的是，中国甘蔗产业存在较为严重的栽培品种单一化现象[3]，这在一定程度上制约了中国甘蔗产业的健康快速稳定发展，引起生态安全和经济效益方面的众多问题。

甘蔗杂交育种可利用的甘蔗亲本资源较为匮乏，血缘相近，遗传基础狭窄，杂种后代优良率低，因而可利用甘蔗近缘属抗逆耐瘠性强、适应性广等特性，通过近缘属杂交将这些优良性状应用到高贵化育种中去[1-2]。另外，育种家还不断尝试远缘属间杂交，也取得了一定的成绩[1-2]。在甘蔗抗逆育种上常用的甘蔗远或近缘属植物有高粱、玉米、竹属、芒属、蔗茅、斑茅等。随着分子标记辅助选择和基因工程等分子生物学技术的日新月异，能够在深入评价和挖掘甘蔗及其近缘属种质资源的遗传多样性的基础上，了解其遗传进化关系，拓宽甘蔗杂交育种中亲本的遗传多样性，实现中国蔗区甘蔗品种的多系布局，日渐成为中国甘蔗产业技术寻找突破、谋求发展的重要方向。

本文综述了甘蔗属及其近缘属的遗传特性以及它们之间的进化关系，阐述了当前如何利用细胞学和分子标记技术等生物学手段辅助甘蔗杂交育种，并展望了单核苷酸多态性、高通量测序等分子生物学新技术在甘蔗研究中的应用和发展前景。

1 甘蔗属的起源和进化

据史料记载，关于甘蔗属的多样性起源中心之说，主要有3个说法，一是印度东北部的阿萨姆邦至锡金，割手密和印度种原产于此，在这可以找到含有染色体数目最少的割手密（2n=40）；二是马来西亚和巴布亚新几内亚一带，热带种和大茎野生种原产于此；三是中国，中国种的原产地。公元前四世纪至公元前一世纪，很多古籍考究表明，中国的甘蔗制糖业已有一定规模[1，4]。