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假高粱[Sorghum halepense(L.)Pers]是世界十大恶性杂草之一,被我国列为进境植物危险性有害生物。它有多个近似种,如黑高粱(S.almum)、光高粱(S.nitidum)、拟高粱(S.propinquum)、苏丹草(S.sudanense)和二色高梁(S. bicolor)等,在形态特征上极为近似,给鉴定带来了很大的难度;同时由于假高粱及近似种的种子往往夹杂在进出境的农产品中传播,其形态特征往往会因运输过程中的颠簸磨损而不完整或完全丢失,给准确鉴定假高粱及其近似种带来了很大的不确定性。为快速准确的检测假高粱及其近似种,本文在分析醇溶蛋白SDS-PAGE和DNA序列差异的基础上,建立了假高粱及其近似种的醇溶蛋白电泳和PCR检测方法。
参考国际种子协会(ISTA)推荐的醇溶蛋白研究方法,以高粱种子为材料,大麦、小麦、玉米等为参照,研究了不同提取剂、提取剂用量、浓度和还原剂浓度对高粱种子醇溶蛋白提取的影响。蛋白浓度测定和SDS-PAGE电泳表明,60%叔丁醇加入4%DTT、样品质量比提取剂用量为1:8(g/mL)为提取高梁种子醇溶蛋白的最佳条件。该条件下,提取高梁属不同种的种子醇溶蛋白,得到的高粱属种子醇溶蛋白的“指纹”图谱表明,种间醇溶蛋白谱带的条带数、带型以及深浅度存在差异,可以用来区分高粱属内各种。
据GenBank中二色高粱的一段927Kb的ChiB DNA序列设计一对通用引物D16/D18,PCR扩增并分析了假高粱及其近似种ChiB序列的差异,结果表明,假高粱与黑高粱的扩增产物为567-607bp,亲缘关系较近达97.5-100%,聚类分为一组;拟高粱、二色高粱等聚为一组,它们之间的相似度为95.1-97.6%;光高粱的遗传距离最远,与其他供试材料的相似度只有72.3-74.7%,自为一组。根据序列分析结果设计了特异引物D51/D55,可以鉴定检疫性杂草假高粱和黑高粱。
根据高粱属核糖体内转录间隔区(ITS)序列,设计引物S3/S9,PCR扩增和分析结果表明,二色高粱、喀麦隆高粱、假高粱、黑高粱的ITS部分序列长度为597bp,拟高粱的长度为598bp,属于同一组,亲缘关系较近为98.8-100%,多色高粱的长度为598bp,光高粱为602bp,二者亲缘关系较近为96.9-97.2%。序列分析结果支持将光高粱也归为多色高粱所在的拟似高粱区组。在分析序列的基础之上,设计的光高粱鉴定引物N3/N5,可以将光高粱从其它近似种中区分开来。利用乙醇脱氢酶1(Adh1)部分序列设计引物SW11/SW17,SW22/SW24,SW32/SW34,扩增了假高粱及其近似种的Adh1区段,对PCR产物进行了序列测定和分析,结果表明优高粱区组内二色高粱和假高粱、黑高粱的序列为1287bp,聚类分析分为一组,而拟高粱为1292bp,较之区组其它种的遗传距离为1.3-1.6,单独归为一组。据此设计了特异引物P1/P4,用PCR方法鉴定了拟高粱。