甘蔗（Saccharum spp.）作为最主要的糖料和生物燃料的原料作物,提供了全世界80%的糖和40%的乙醇。甘蔗属是由六个种组成,分别是四个栽培种,热带种、中国种、印度种和肉质花穗种,以及两个野生种,大茎野生种和割手密种。其中,割手密种是甘蔗育种中最重要的野生种质资源,其为甘蔗栽培种提供了抗病、抗逆、抗倒、丛生性和适应性等优良的农艺性状基因。目前世界上主要的甘蔗栽培品种中均含有割手密的血缘。但是,割手密种是甘蔗属中遗传多样性最丰富的物种,染色体数目从2n=40～128大约四十种基因型。庞大且复杂的基因组严重阻碍了割手密种的染色体结构与演化研究,限制了割手密种在甘蔗染色体工程育种中的高效利用。有鉴于此,本研究基于寡核苷酸荧光原位杂交技术（oligo-FISH）开发了一系列高效的细胞学工具,在分子细胞学水平深入探究了甘蔗属割手密种的染色体结构与演化,为割手密种在甘蔗染色体工程育种的高效利用奠定基础。主要研究结果如下:1.条形码染色体识别标记的开发及染色体基数为10的割手密的鉴定我们以甘蔗属割手密种基因组（x=8）为基础首次开发了一整套oligo条形码探针标记,通过荧光原位杂交技术（FISH）可以一次性区分八倍体割手密SES208（2n=8x=64）的8条染色体。通过比较FISH分析,揭示了现代甘蔗栽培品种的两个主要亲本热带种（x=10）与割手密种（x=8）之间的染色体重排事件。另外,研究还首次检测到一个染色体数目为2n=40的割手密材料Np-X,并且发现它是一个具有异常染色体基数（x=10）的四倍体。细胞学和DNA水平的分析证实了它与染色体基数为8的割手密亲缘关系近,确认了其割手密的身份。Np-X与64个割手密材料的群体遗传结构与系统发育分析也证实了Np-X属于古老的Pan-Malaysia群组,表明其与染色体基数为8的割手密关系密切。染色体基数为10的四倍体割手密种的发现表明在不同染色体基数的割手密种中存在基因组和多倍体系列平行演化路径。2.染色体全涂染标记的开发及甘蔗基因组结构与演化的剖析通过生物信息学设计首次开发了能够覆盖一整条割手密2号染色体的全涂染oligo探针（CP2）。这个探针可以帮助我们在染色体水平上深入开展甘蔗的分子细胞遗传学研究。利用CP2探针进行荧光原位杂交揭示了20个割手密材料中存在6种倍性类型,分别是6x、8x、10x、11x、12x、和13x。奇数倍性割手密材料的发现表明割手密种是来源于杂交而不是同源多倍化。这更新了割手密是来源于同源多倍化的原有认知。另外,研究还开发了染色体涂染与割手密种特异探针相结合的双色FISH技术可以用于精确鉴定现代甘蔗栽培品种中来自割手密和热带种的染色体或片段。结果显示在甘蔗栽培品种ROC22和ZZ1中渐渗的割手密染色体发生了高频率的种间重组（＞50%）,这表明甘蔗栽培种中存在高频率的染色体交换。有趣的是,在甘蔗栽培种中还观察到不仅同源染色体间会发生种间重组,非同源染色体间也会发生种间重组现象。3.灵活染色体涂染标记的开发及割手密减数分裂染色体行为和结构的检测为了更加深入地解析割手密种减数分裂染色体行为和结构变异,除了割手密2号染色体涂染oligo探针,我们又分别开发了割手密最长的1号以及最短的7号和8号染色体涂染oligo探针。其中7号和8号是由10个染色体片段组成的灵活染色体涂染探针。随后利用已开发的四条染色体特异涂染探针开展了多倍体割手密种减数分裂期的染色体行为和结构研究。研究选取了具有代表性的割手密祖先类型（x=10,四倍体）和两种占主导地位的割手密细胞类型（x=8,八倍体和十倍体）进行细胞学分析,结果表明多倍体割手密种的减数分裂已经进化到以二价体配对为主（约占89.7-100%）的二倍体化状态,并且符合二体遗传模式。通过使用灵活7号和8号染色体涂染探针进行比较FISH分析,研究证实了在细胞学水平上割手密祖先类型和两种主要的细胞类型间没有任何染色体内的结构变异,这表明在近5.27MYA的分化过程中割手密物种可能一直维持了保守的染色体共线性。综上所述,本研究开发了一系列高效的甘蔗染色体特异细胞学标记,并在分子细胞学水平阐明了甘蔗属割手密种的染色体结构与演化以及减数分裂期染色体行为特征。这为今后割手密种在甘蔗远缘杂交育种和染色体工程育种的高效利用奠定了基础。