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摘要 割手密是甘蔗栽培品种的重要原始亲本之一，在甘蔗杂交育种方面具有重要的利用价值，近年来也作为潜力能源植物进行研究。该研究综述了割手密在形态学、解剖学、细胞学、蛋白质和分子等方面的最新研究进展，并且分析了目前研究中存在的突出问题，展望了今后割手密资源的研究方向。
关键词 割手密;育种;分子标记;遗传多样性
中图分类号 S541 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）32-11225-06
Advances in Saccharum spontaneum L.Germplasm of Domestic and Overseas
LIU Jianle， BAI Changjun， YAN Linling
（Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Tropical Crops Germplasm Utilization， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737）
Abstract Saccharum spontaneum L. is one of the original parents of cultivated sugarcane varieties and is important to sugarcane crossbreeding. Meanwhile， it is being studied as a potential energy plant last several years. Recent advances in Saccharum spontaneum L. germplasm， including morphology， anatomy， cytology， and protein and molecular markers were reviewed. The existing problems and prospective utilization were also analyzed and discussed.
Key words Saccharum spontaneum L.; Breeding; Molecular marker; Genetic diversity
基金項目 农业部物种资源保护“热带牧草种质资源保存”项目;农业部现代农业人才支撑计划项目-热带牧草创新与利用;农作物种质资源保护项目：热带牧草种质资源收集鉴定编目繁殖更新与保存分发利用。
作者简介 刘建乐（1988-），男，甘肃庆阳人，硕士研究生，研究方向：牧草种质资源学及新能源开发。*通讯作者，研究员，博士，硕士生导师，从事热带牧草种质资源和栽培利用方面的研究。
收稿日期 20140928
割手密（Saccharum spontaneum L.），又名甜根子草、小巴茅，为禾本科（Gramineae）、甘蔗属（Saccharum）多年生的草本植物[1]，在热带、亚热带两大气候区均有其踪迹，具有适应性、抗逆性强以及分蘖迅速等优良品质[2-4]，是最早用于甘蔗杂交育种的资源，也是甘蔗属中最具有育种价值的野外资源[5-6]，其种类丰富，并且有较高糖分[7-8]。当前，国内外对割手密资源的研究主要集中在利用割手密的优良基因对栽培甘蔗基因的改良上，对于其作为能源植物的研究还鲜见报道。该研究旨在详述割手密种质资源的形态学、细胞学、分子等最新前沿研究进展。
1 割手密植物学特性
割手密是多年生的草本植物，具发达长根状茎，茎秆高1.7～2.6 m，茎径0.6～1.0 cm，叶长99.4～139.1 cm，叶宽0.9～1.5 cm，叶片为线性，呈现灰白色，无绒毛，边缘呈锯齿状且粗糙。圆锥花序20.1～40.0 cm，其下部有白色的柔毛，小穗呈卵形或圆形[9]。割手密适应性、抗逆性强，分布范围广，在我国北至秦岭，东起台湾东部，南自海南岛，西至西藏的雅鲁藏布江均有分布[10]，遍及热带和亚热带两大气候区，是甘蔗属中地理分布最广的种。割手密分蘖率高，宿根性好，固土能力强，耐贫瘠，是良好的固堤保土植物[11]，主要生长在江边、河边、小溪旁、沟边、田埂、沼泽等地带，也有少数在干燥的荒坡土地上生长。割手密可进行有性繁殖和无性繁殖，其形态上常表现出叶片窄细、中肋发达等特征[12]，能极强地适应各种生境。
2 割手密的遗传多样性
2.1 割手密的形态学标记
形态学标记指在植物生长过程中采用肉眼观察到的植物形态特征。该标记直观易辨，是检测遗传变异最直接的方法。割手密无性系间有较大的形态学变异，有叶片只剩中肋、没有茎的矮且浓密的割手密种质，也有株高长、叶片宽、节间长的资源，具有长数米的根状茎类型的割手密也很多[13]。杨荣仲等[14]对四川境内割手密资源进行聚类分析，发现早熟、高锤度为第一类，大茎、高生物产量和较高锤度为第二类，中茎、迟抽穗、偏低锤度和低生物产量为第三类，小茎且较早抽穗、低锤度、低生物产量聚为第四类，小茎低生物量、低锤度、不抽穗聚为第五类。张革民等[15]对采自云南、广西两省的94份割手密资源的主要性状进行了主成分分析，发现割手密的数量性状可以简化成植株因子、茎数因子、糖分因子3个主成分。在主成分分析的基础上，对其进行聚类分析，发现蔗糖糖分较高，植株较高，茎多，萌芽高，聚为第一类群;综合的表现为一般的聚为第二类;植株高大、分蘖率低、茎较粗的聚为第三类;蔗糖糖分较低，茎较细，株高小，萌芽低、分蘖高，聚为第四类。潘世明等[16]对福建境内割手密无性系进行了观察，发现福建境内的割手密可分为闽西北、闽东南以及闽北3种类型。闽西北的割手密表现出植株矮小、节间长较短、茎细、单茎干物质质量小、锤度高。闽东南割手密的表现和闽西北的刚好相反，表现出植株高大、节间长、茎粗、锤度低。闽北的割手密种质各性状表现在闽西北闽东南的中间。张革民等[17]对广西高糖分割手密的株高、萌芽率、小区茎数、分蘖率、茎径、单茎质量采用表型性状变异和聚类分析，发现21份高糖割手密在株高、萌芽率、分蘖率、茎径、单茎质量上的变异较大、类型多。基于以上6个性状将21份割手密无性系聚为3个类群，即第1类为萌芽率、分蘖率和植株较高，茎多、单茎质量小的11份无性系;第2类为萌芽率高但分蘖少，单茎质量大和植株高大的2份无性系;第3类为分蘖率高、萌芽率低、植株矮小、茎和茎重较小的8份无性系。黄忠兴等[18]采用表型性状变异和聚类分析法，对456份国内外不同地理来源的割手密的13个性状进行评价，发现割手密在株高、叶长、锤度等多个性状上都表现出极高的遗传差异，多样性指数在0.97～7.92之间。不同地理来源的群间遗传变异较大。云南割手密群体多样性最丰富。通过聚类分析，456份割手密资源可聚成三大类群，云南自为一类，国外割手密为第二大类，剩余种质为第三大类。齐永文等[19]通过节数、蔗汁糖分等性状对广东甘蔗种质资源库中割手密 的遗传多样性进行了研究，结果表明试验材料在每个性状上都表现出很高的遗传差异，变异系数在 0.16～0.57 之间，变异系数超过10%，说明割手密资源在形态学上有很大的变异。通过聚类将参试材料分为3大类群，即植株高大，蔗汁糖分居中，叶面积较大，但是茎数少的为第1类，蔗汁糖分、株高都较低，茎数较多的为第2类，蔗汁糖分等指标上优于第1、2类而其他性状介于第1、2类之间的材料为第3类群的。各个类群在生长特性、锤度和蔗汁糖分等性状上都表现出明显差异。相关分析表明，锤度之间呈显著负相关，蔗汁糖分和株高之间呈显著正相关。
国外学者对割手密的研究主要集中在割手密与甘蔗栽培种的杂交后代的性状扩大利用上，对不同地理来源的割手密在形态上的差异还很少有报道[20]。Nose等[21]对割手密的叶子气孔交换途径进行了研究，发现在强光照射下，割手密Tainan的叶孔二氧化碳交换率显著高于甘蔗的杂交种NCo310，Tainan为甘蔗育种中非常重要的良种来源，割手密上网叶气孔二氧化碳交换率和叶绿素含量、叶片气孔导度有密切的关系。
陈严平等[22]对采自云南的割手密叶片下表皮进行了解剖，结果表明割手密叶下表皮构造是稳定的，割手密的肋区宽40 μm，肋间区宽40 μm，气孔行数为1～2行，其中1行的较多，气孔器为35 μm×12.5 μm，副卫细胞呈半棱形。下表皮被分成2个区：一个为覆盖在维管束上的肋区;另一个为覆盖在2个维管束之间的脉间区。肋区相邻接的两侧均有一列刺，刺细胞呈现鹰嘴状，遮盖住整个肋区，肋区主要由长细胞、栓细胞、中等长度的细胞、硅细胞和刺细胞组成，肋间区主要由气孔、中等长度细胞、长细胞、短细胞（与长细胞交互式排列）组成。在下表皮上还可以看见各类附属物，主要包括乳突、棒状或长刺状毛。与肋间区相比，肋区的差异较大。解剖学特征可以作为植物外部形态分类的补充，从解剖结果進一步证明割手密成为甘蔗育种重要资源的可能性，也为甘蔗杂交育种提供解剖学理论依据。陈严平等[23]对采自云南地区的割手密茎进行了解剖学制片，结果表明割手密为圆形茎，被髓填充满，变成实心茎，其表皮细胞的外壁被加厚，下皮层是2～3层，下皮层以内的区域不存在厚壁细胞，割手密的薄壁区域占很大比例，基本组织发达，由3～6列基本组织的薄壁细胞分开外围维管束，其薄壁细胞中不含后含物。靠边缘的维管束导管口径相对较小，但其维管束鞘比较发达。割手密边缘维管束鞘呈向心加厚，靠近木质素一端有11～17层的厚壁细胞，但靠近韧皮部一端只有2～3层的厚壁细胞，并且以椭圆形的方式加厚，这个与斑茅的呈圆环加厚的外围维管束鞘以及只在韧皮部近端加厚的内部维管束鞘有着显著的差异。一般来说，靠中央的维管束导管口径大，维管束鞘没有边缘维管束明显，割手密呈典型帽状分布，在韧皮部端和木质部端都有厚壁细胞。这对植物的分类具有非常重要的参考价值。
2.2 割手密的细胞学标记
细胞学标记指能明确反映生物体的细胞学遗传多样性的技术[24]。王先宏等[25]采用核型分析对10份不同基因型的割手密无性系的亲缘关系进行了研究，结果表明大多数材料的染色体是中部着丝点（m）染色体，少数是近中部着丝点（sm）染色体和正中部着丝点（M）染色体，个别材料还具有端部着丝点（T）染色体和近端部着丝点区染色体（t），在参试材料中1B核型有2份，2B核型有7份，2C核型有1份。王水琦等[26]对采集福建各地的割手密的21个无性系体细胞染色体进行计数，结果表明福建割手密的种内变异很丰富，体细胞染色体数目（2n）有72、84、88、92、96、102等7个类型，其中2n=80和2n=96出现的频率最高，2n=80的分布性最广，适应性最强。蔡青等[27]对247份割手密资源的染色体进行了研究，结果表明割手密的染色体数目（2n）有60、64、70、72、76、78、80、92、96、104、108等11种类型，其中2n=104和2n=108是国内的首次报道。李志刚等[28]采用冰冻切片法和间接免疫荧光标记技术相结合的方法对割手密茎尖细胞在有丝分裂中微管骨架的变化进行了研究，结果发现在割手密茎尖细胞有丝分裂过程中有周质微管、纺锤体微管、早前期微管带和成膜体微管循序变化的典型微管列阵，并且在割手密的初生增粗分生组织细胞中观察到的多数是周质微管列阵，只能观察到很少的其他3种典型的微管列阵。王英等[29]采用核型分析法对崖城割手密11号的染色体的数目、类型等特征进行了研究，结果表明崖城割手密11号染色体数目（2n）为 64，核型公式为 2n= 64= 56m（2sat）+ 8sm，核型为2A型，通过比较认为崖城割手密 11号的核型比拔地拉更原始。杨清辉等[30]对87份云南割手密无性系的染色体数目进行了研究，结果表明云南割手密的染色体数目（2n）有60、64、70、80 4种类型，而2n=60和2n=70的类型割手密在国内尚属首次。
国外关于割手密细胞学的报道最早见于1915年。随后，这个方面的报道文献逐渐增多。日本的Kuwada[31]是第一个报道割手密无性系的染色体数目是2n= 68的研究者。Panje等[32]对印度Eoimbatore甘蔗育种场的450份割手密无性系的染色体进行了统计，结果表明450份割手密的染色体数目（2n）为40～128，一共有29种类型。但是，他们的材料缺乏来自中国西部的割手密。日本Utsunomiya大学的Mariya[33]认为，解释甘蔗起源的关键途径在于研究亚洲东部和南部的割手密，特别是中国南部以及海南岛等地割手密染色体数目。Brandes[34]研究发现，生长于热带的割手密染色体数目较多，远离热带的割手密染色体数较少。Ammal[35]推测，自西向东割手密染色体数会逐渐增多，但通过研究发现西部地区（非洲和地中海）的2n为 112～128;东部地区（南亚和太平洋地区）的2n为 80～112;中心地区（印度半岛）的2n为40～80，特别是印度，其21种割手密细胞型中以2n= 64型分布最广，其北部至西北部区域的割手密染色体数目较低，而西北到东南部的染色体数目较多。Mebra等[36]发现，在印度的2n= 40、54、56、72、44的细胞型中，观察到在减数分裂后期会出现染色体镶嵌、不集合的二价体、联会消失、多核纺锤体以及染色质桥等异常现象。Sreenivasan等[37]研究了染色体数目2n= 40～126的44个割手密无性系的核型特征，结果发现在核型进化中割手密染色体形态的变化最小，缺少近端着丝点染色体，中央着丝点染色体占有绝对优势，染色体数目低的割手密类型的染色体长度比染色体数目高的类型短。 2.3 生化标记
生化标记指以基因表达的直接产物蛋白质为主的一种遗传多样性标记方法，主要包括同工酶、种子贮藏蛋白和等位酶。它们作为基因表达的产物，结构多样性能在一定程度上反映DNA组成的差异性以及生物体的遗传多样性。当前，割手密主要的生化标记是对其同工酶的分析。国内外已经将醇溶蛋白电泳分析技术应用于遗传育种和种子生产上。麦醇溶蛋白酸性聚丙烯酞胺凝胶电泳是当前解决种质资源搜集、鉴定的重要技术。这种技术能够消除材料重复收集的问题，也可以研究小麦近缘种属的起源演化[38]。李杨瑞[39]对晋江割手密叶片中ATP酶活性进行了测定，结果表明割手密Ca2+ATP酶活性为13.1±4.61 μg/min，Mg2+ATP酶活性为16.7±5.63 μg/min，与其他8个甘蔗属基因型相比，晋江割手密的酶活性最低。潘世明等[40]对50份福建割手密无性系用聚丙烯酰胺双垂直平板电泳法进行了分析，结果呈现8条酰酶同工酶酶带、19个酶谱类型，6A是共同酶带，4A、10A为基本酶带。具有（4，6，10）A组成的酶谱是其基本类型。从酯酶同工酶谱分析，发现福建割手密没有明显的地缘界限;从同工酶的分析，看出福建割手密可能是从低海拔向高海拔扩展的。王子琳等[41]测定了福建割手密的酯酶同工酶，结果共出现8条酶带，从正极到负极依次为2～14A，共有19个酶谱类型，从而认为福建割手密具有相近的起源或进化过程，其类型多样丰富，酶谱的出现和它的地域分布、海拔位置有密切的关系。郑德森[42]对甘蔗属中不同品种的同工酶进行了分析，结果发现晋江割手密的过氧化物酶（POD）谱带最丰富，烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶（PEPC）的谱带最少，只有2条。细胞色素氧化酶（COD）、淀粉酶（Amy）、酯酶（Est）以及蘋果酸脱氢酶（MDH）的酶带数介于过氧化物酶和烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶之间。林炎坤等[43]对50份广西割手密类群进行了过氧化物酶同工酶分析，结果发现供试材料的过氧化物酶同工酶共出现18条酶带，按照迁移率的特点，从正极至负极可分为A、B、C、D和E 5个区。A区总共有2条酶带，但活性微弱，B、C区各有4条酶带，活性都很强，D区有5条带，1条活性较强，其余都较弱，E区有3条酶带，并且根据同工酶谱的特点，将供试材料分为12个类群。陈能武等[44]对79份采于四川野外的割手密进行脂酶同工酶分析，共呈现10酶带和18种酶谱类型，说明四川割手密存在多样性，并且类型丰富，在酯谱分析中发现有些酶带有无与材料的来源有关，某些迁移率较低的酶带是否出现与材料的开花迟早、锤度和株叶型等性状有密切的关系。成萍等[45]对四川的48份割手密采用垂直板聚丙烯酞胺凝胶电泳进行了同工酶分析，结果发现与酯酶、谷氨酸草酰乙酸转氨酶相比，过氧化物酶分析的效果最佳，并且根据过氧化物酶谱特征，将材料分为19个类群，反映四川割手密在多态性、地理分布和遗传等方面的差异。王丽萍等[46]对16份云南割手密的过氧化物酶同工酶进行了研究，结果表明试验材料共出现25条酶带，组成的酶谱类型有16种，表明云南割手密具有非常丰富的种内遗传多样性，通过相似系数和聚类分析，将供试材料分为两大类群。该结果和材料的海拔分布有明显相关性，并且呈现出从低海拔地区向高海拔地区发展的趋势。邱崇力等[47]对采自云南128份割手密资源的酯酶同工酶进行了分析，结果共显示出15条酶带，它们组成的酶谱类型有45个，说明云南的割手密具有极丰富的种内差异。
国外对割手密的生化方向的研究相对较少。Siriwasaree[48]对割手密无性系进行过氧化物酶同工酶的分析，结果表明每份无性系材料的酶带都不尽相同，认为通过过氧化物酶同工酶系统可对割手密无性系进行有效鉴别。
2.4 割手密的分子标记
分子标记指可遗传且可检测的DNA序列、蛋白质能反映生物个体或种群间基因组某种差异的特异性DNA片段。与传统的形态学、细胞学、蛋白质标记相比，分子标记是直接以DNA的形式存在于植物体的各个组织器官， 各发育时期均不受季节和环境的限制，不存在是否表达的问题;数量很多，遍及整个基因组，多态性高;表现为 “中性”，和不良性状无必然连锁，不影响目标性状的表达;许多分子标记为共显性，能够鉴别纯和基因与杂合基因型[49]。当前，国内对割手密种质的分子标记的遗传多样性的报道较少，且采用的分子标记技术也较单一。刘昔辉等[50]以广西799为材料，利用SDS法提取DNA，采用正交试验优化了一套可适用于割手密的SSRPCR反应体系，应用此体系对其他割手密进行检验，结果得到的扩增条带清晰。这为割手密的育种和发掘利用优异资源提供了非常有利的技术支持。杨清辉等[51]利用6个引物，对采自不同纬度、不同海拔割手密无性系进行了RAPD分析，结果表明野生的割手密资源具有非常丰富的多态性，32份试验材料可聚为9大类。刘建乐等[52]采用ISSR分子标记对采自8省的52份割手密种质资源进行了分析，结果表明22条ISSR引物共扩增出127条带，其中多态性带121条，多态率达95.3%。材料间遗传相似系数（GS）在0.60～ 0.91之间。在遗传相似系数为0.72时，52份材料可分为四大类。张革民等[53] 利用27个RAPD引物对21份割手密资源的无性系进行了扩增，结果发现27个引物扩增了205个RAPD位点，其中多态性位点158个，多态率74.81%。 参试材料间的等位基因位点的异质性较高，表现出极丰富的遗传多样性。常丹等[54]利用SRAP标记对9大居群的割手密进行了遗传多样性分析，研究表明割手密种质资源在物种水平上存在较大的遗传多样性，多态率为78.7%，Nei’s基因多样性为0.280，Shannon’s信息指数为0.416，遗传分化指数和基因流估计值表明割手密资源的绝大部分的遗传变异发生于居群的内部，居群间的分化程度相对较低。根据9大居群的遗传距离，通过聚类分析，发现每个居群间的遗传距离均和其地理来源有着密切的关系。陈辉等采用RAPD分子标记技术，用25个随机引物对我国不同地理生境的195份割手密材料进行了地理群体结构的遗传多样性分析，结果表明割手密各地理类群的遗传分化明显，种内遗传变异大，遗传多样性丰富。 国外对割手密的分子标记报道也很少见到。Mary等[55]采用ISSR和RAPD标记技术分析了采自印度4 个不同居群的21份割手密的遗传多样性，20对随机引物、2对ISSR和2对端粒引物共扩增出498条带，多态性比率为83.9%，材料间的遗传距离为29.8～60.0。结果表明，马德拉斯邦的材料遗传多样性较低，阿鲁纳恰尔邦材料遗传多样性最丰富。因而，阿鲁纳恰尔邦地区的割手密材料在甘蔗育种方面具有极大的潜力。Gordeiro等[56]用6对SSR引物对甘蔗属66份不同材料进行了遗传多样性和聚类分析，共产生187个等位基因，与AFLP，RFLP、RAPD相比，研究甘蔗属间的起源及分类更适合采用SSR标记技术。Silva等[57]绘制割手密RFLP连锁图，且对其染色体组进行了研究，结果表明连锁图由217个基因位点组成，分布43个连锁群，按照每间隔25 cmol的距离最少有一个标记的密度，其基因组的覆盖率为85%，基于RFLP标记的数据结论，认为该物种是同源多倍体，估算其基因组大小为2 106 cmol。
3 割手密种质资源的抗逆性
3.1 抗旱性
自建国以后，我国对甘蔗属的野生资源曾进行过几次规模较大的收集，但研究方向主要集中在甘蔗的育种上，对其抗性评价相对较少。许文花等[58]以云南农业大学割手密不同的无性系作试验材料，研究干旱对割手密各个指标的影响，测定了试验材料苗期的叶面积、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量、质膜透性、束缚水含量等指标，计算了各指标的抗旱系数，结果表明不同材料每个指标的耐旱系数都不同，采用模糊隶属函数法对割手密抗旱性进行综合评价，发现割手密不同，材料间抗旱性不同。相关分析说明，不同割手密无性系间抗旱性与叶面积呈显著负相关。梁丽琼等[59]在常温正常供水下测定了野生陇川割手密种和栽培品种桂糖11号等4个甘蔗属材料的叶片束缚水、自由水含量，并且计算束缚水/自由水的比值，结果发现只有束缚水/自由水在参试材料间差异达到0.01显著水平，并且可明显地将野生陇川割手密种、桂糖15号、栽培品种桂糖11号及热带原种Badila区分出不同的抗旱性。经艳芬等[60]利用隶属函数法对云南不同来源的割手密及其血缘 F1代在自然条件和干旱胁迫下的生长指标进行了比较分析，结果表明在参试的 15 个割手密血缘 F1代材料中，80%抗旱性强，特别是云割 F108319 等材料的抗旱性最优;参试的8个割手密无性系抗旱性有强有弱，抗旱性弱、中、强的材料占割手密的比例分别为 25%、37.5%、37.5%，抗旱性与材料原生地的气候条件没有明显的一致性。杨李和等[61]研究了云南西双版纳割手密、云南蛮耗割手密和云南富宁斑茅组合后代在人为水分胁迫下的抗旱性，通过模糊隶属函数平均值评价抗旱表现，发现抗旱性强弱为云南富宁斑茅组合后代>云南蛮耗割手密>云南西双版纳割手密组合后代。
3.2 抗寒性
丁灿等[62]研究了低温胁迫对割手密游离脯氨酸的影响，结果表明低温处理会引起割手密叶片中Fpro 含量的增加，在0～3 ℃处理时叶片中Fpro含量随时间的增加而递增，在更低温度处理时能引起 Fpro含量的短期增加，外部喷洒蔗糖溶液可以增强低温处理的效果。割手密合成 Fpro的主要部位为叶部，Fpro在叶部合成后会快速转运到茎和根。不同叶龄的Fpro含量也不同，衰老叶的Fpro含量最高，新生的叶片介于中间，成熟的叶片最低，但是衰老的叶片游离脯氨酸含量与低温没有关系。戴献英[63]利用电解质渗漏法对云南的50份割手密无性系进行了抗寒性研究，发现割手密的电解质渗漏率随着原生长地海拔的上升而下降，随着原生长地纬度增加而降低，在相近的纬度范围内海拔是决定电解质渗漏率高低的主要因子;在相近的海拔范围内，纬度是决定电解质渗漏率高低的主要因子。陈能武等[64]对四川的割手密资源的抗寒性进行了研究，发现抗寒性强的割手密资源的成活率为100%，抗寒性弱的割手密材料侧芽全部死亡，参试材料的抗寒性呈现正态分布，在几种不相同的鉴定方法下，川8833、79l4、川79123以及内江44等资源表现出极稳定的耐寒能力，这些材料萌芽率高，冻害后能正常生长。这些资源是以后进行甘蔗抗寒性育种的宝贵亲本材料。
3.3 抗病、抗辐射
陈海燕等[65]研究了在大田栽培和自然光照条件下，连续2年模拟紫外辐射（UVB，280～315 nm）增加对9325和9211割手密无性系叶绿素含量的影响，结果表明割手密9211在UVB辐射下叶绿素含量降低，割手密9325抗辐射性强，在增加了5 kJ /m2UVB辐射下叶绿素含量增加，UVB辐射后割手密叶绿素含量的响应具有种内差异，割手密9211抗辐射性在2004年比2003年强，而割手密9325则正好相反。UVB辐射对生育期的影响大小为开花期>分蘖期>伸长期。段彪[66]通过大田试验，研究了模拟紫外辐射（UVB，280～320 nm）增加对10份割手密无性系株高的影响，结果表明在UVB处理下割手密无性系的生长速率和株高均与自然光下存在差异，割手密无性系对UVB的辐射响应与其原产地海拔密切相关，原产地海拔越高，紫外辐射对其影响越小。杨李和[67]对云南野生甘蔗血缘后代的45份材料的黑穗病抗性进行了鉴定，结果显示有27份材料为1级高抗，3份材料为2级抗病，占总数的67%;对照种ROC10为6级抗病，桂糖11号为7级感病，表明在传统易染病种质上导入云南割手密种质血缘，能够获得高抗黑穗病遗传基础，选育的“YN”系列优良亲本能够选育出高抗黑穗病杂种。
4 割手密应用于育种
割手密是最早应用于甘蔗杂交育种的资源，也是育种中贡献最大的资源之一[68-69]，有适应抗逆性强、耐贫瘠、分蘖率高等优良品质[70-72]。我国海南甘蔗育种场从1953年建场就开展甘蔗亲本创新利用的研究，经过50多年的努力，在割手密、热带种、大茎野生种以及近缘属植物斑茅利用方面取得突破性成就。近年来，在我国使用的293份常用亲本中，220份为自育品种（品系），占75%，海南甘蔗育种场通过“高贵化”途径，利用大茎野生种和当地割手密选育出可导入新的野生种血缘的崖城5843、崖城73226的、崖城82108和崖城5847等创新材料。迄今为止，我国自育品种（品系）中最少有17个品种就含有当地的割手密血缘[73]。20世纪前期爪哇和印度的甘蔗育种家育成了热带种与割手密种间杂交的后代。这被认为是甘蔗雜交育种史上的一次质的飞跃。60年代以来，美国的路州荷马甘蔗试验站实施的基础性甘蔗杂交育种计划已经成功地将耐寒性强的割手密资源的耐寒基因导入育种的亲本材料，成功地选育出CP65357等一大批高糖含量、早熟且耐寒的品种。这些品种已经在美国路州成功种植，现已引入我国，近些年来已经在湖南、江西等地试种获得成功[41]。此外，Tai[74]研究了一套用低温冷藏法保存商品化甘蔗和野生割手密杂交一代的花粉技术。 5 割手密作为能源植物的研究进展
由于矿物燃料的不可再生，加之矿物燃料的大量使用，已经引起严重的环境问题。现在以纤维素类作为原料生产清洁燃料的研究已成为热点[75-76] 。割手密植株高大，生物量高，有较高的干物质积累能力和光合效率，因而割手密具有较高的生物质能转化潜力。当前以割手密作为能源植物进行开发的相关工作已经有序地展开[77]。王水琦等[78]从甘蔗栽培品种与割手密远缘杂交后代中选出8个较好的品系作为能源性甘蔗进行研究，结果表明亲系为Cp67/412×云农251（特大割手密）的杂交种闽糖97/197与亲系为选3×云甘83/157（特高糖割手密）的杂交种闽糖97/202二者的蔗茎产量增幅分别为45.6%和33.6%。杨生超等[79]对割手密的光合特性与原生长地的海拔相关关系进行了研究，发现割手密材料的光合特性随原生长地海拔的不同表现出极丰富的遗传多样性，割手密的光合特性与海拔之间紧密相关。常丹等[80] 采用灰色关联度法对四川割手密资源的能源潜力进行了评估，发现割手密SAGS08072纤维素含量最高（32.81%），割手密SAGS08021半纤维素含量最高（25.4%），割手密SAGS08075木质素含量最少（4.7%），割手密SAGSO8084粗灰分含量最少（5.3%），割手密SAGS08O66热值最高。将试验测得的割手密最高纤维素、半纤维素含量和印度chande的数据相比，纤维素含量低于印度Chandel的数据较多，半纤维素含量相差不大。在国外，印度Anuj和Chandel[81]是最早将割手密材料作为生物质能源植物开发生产燃料乙醇的，测得割手密材料的纤维素含量为45.1%，半纤维素含量为22.8%。通过分析，认为割手密生长迅速，管理粗放，经济投入少，生物质产量高，是生产燃料乙醇的理想禾本科植物。
6 前景与展望
割手密生长速度快、抗逆性强、适应性广、单位面积产量高，可以用来固堤护坡，防止水土流失，也可以作为能源植物进行开发。同时，割手密也是一种观赏性较强的大型禾草，具有重要的观赏价值。因此，应更大规模地搜集全国范围内的野生割手密资源，建立国家级的标准的资源圃，在弄清割手密资源遗传特征和规律的前提下加大研究力度和进程。当前，我国对割手密种质资源的遗传多样性的研究大多体现在抗性、生化标记等方面，对其利用现代分子技术对割手密资源的遗传多样性和育种的研究还相对较少，利用多种分子标记技术相结合的评价体系和开发割手密优良的基因为甘蔗育种提供优良基因等方面的研究显得非常迫切;割手密资源的育种方法粗放单一，常采用有性杂交，这种方式方便快捷，但是该过程受开花期、自然状况和人为选择等多因素的控制和制约，并且这种方式育种周期长，当前可以结合物理、化学和现代分子生物技术等多种育种手段来培育优质的品种。国内外当前对割手密的研究热点主要集中在利用其优异的基因对当前的栽培甘蔗进行遗传基因改良，对其作为能源植物的研究报道尚少。割手密作为能源植物进行产业化开发，不仅与其本身直接相关，而且与生产技术、经济水平等密切相关。由于目前生物质能源在能源消费中的比例很小，加之影响纤维素高效水解的木质纤维素的三维结构还没有完全被揭示，使得能源植物制燃料乙醇的产业化目前很难被大范围推广。因此，在全面深入地评价割手密作为能源植物的同时，还要对木质纤维素结构进行全面的、专业的、系统的研究。总之，在割手密作为能源植物进行大规模开发的同时，应结合我国当前能源的安全战略以及农牧业产业结构调整政策，对我国境内的割手密资源进行大规模的调查评价及产业技术攻关，使其不论在国家能源安全而且在经济效益方面都可以发挥出巨大的作用。
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关键词 割手密;育种;分子标记;遗传多样性
中图分类号 S541 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）32-11225-06
Advances in Saccharum spontaneum L.Germplasm of Domestic and Overseas
LIU Jianle， BAI Changjun， YAN Linling
（Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS / Key Laboratory of Tropical Crops Germplasm Utilization， Ministry of Agriculture， Danzhou， Hainan 571737）
Abstract Saccharum spontaneum L. is one of the original parents of cultivated sugarcane varieties and is important to sugarcane crossbreeding. Meanwhile， it is being studied as a potential energy plant last several years. Recent advances in Saccharum spontaneum L. germplasm， including morphology， anatomy， cytology， and protein and molecular markers were reviewed. The existing problems and prospective utilization were also analyzed and discussed.
Key words Saccharum spontaneum L.; Breeding; Molecular marker; Genetic diversity
基金項目 农业部物种资源保护“热带牧草种质资源保存”项目;农业部现代农业人才支撑计划项目-热带牧草创新与利用;农作物种质资源保护项目：热带牧草种质资源收集鉴定编目繁殖更新与保存分发利用。
作者简介 刘建乐（1988-），男，甘肃庆阳人，硕士研究生，研究方向：牧草种质资源学及新能源开发。*通讯作者，研究员，博士，硕士生导师，从事热带牧草种质资源和栽培利用方面的研究。
收稿日期 20140928
割手密（Saccharum spontaneum L.），又名甜根子草、小巴茅，为禾本科（Gramineae）、甘蔗属（Saccharum）多年生的草本植物[1]，在热带、亚热带两大气候区均有其踪迹，具有适应性、抗逆性强以及分蘖迅速等优良品质[2-4]，是最早用于甘蔗杂交育种的资源，也是甘蔗属中最具有育种价值的野外资源[5-6]，其种类丰富，并且有较高糖分[7-8]。当前，国内外对割手密资源的研究主要集中在利用割手密的优良基因对栽培甘蔗基因的改良上，对于其作为能源植物的研究还鲜见报道。该研究旨在详述割手密种质资源的形态学、细胞学、分子等最新前沿研究进展。
1 割手密植物学特性
割手密是多年生的草本植物，具发达长根状茎，茎秆高1.7～2.6 m，茎径0.6～1.0 cm，叶长99.4～139.1 cm，叶宽0.9～1.5 cm，叶片为线性，呈现灰白色，无绒毛，边缘呈锯齿状且粗糙。圆锥花序20.1～40.0 cm，其下部有白色的柔毛，小穗呈卵形或圆形[9]。割手密适应性、抗逆性强，分布范围广，在我国北至秦岭，东起台湾东部，南自海南岛，西至西藏的雅鲁藏布江均有分布[10]，遍及热带和亚热带两大气候区，是甘蔗属中地理分布最广的种。割手密分蘖率高，宿根性好，固土能力强，耐贫瘠，是良好的固堤保土植物[11]，主要生长在江边、河边、小溪旁、沟边、田埂、沼泽等地带，也有少数在干燥的荒坡土地上生长。割手密可进行有性繁殖和无性繁殖，其形态上常表现出叶片窄细、中肋发达等特征[12]，能极强地适应各种生境。
2 割手密的遗传多样性
2.1 割手密的形态学标记
形态学标记指在植物生长过程中采用肉眼观察到的植物形态特征。该标记直观易辨，是检测遗传变异最直接的方法。割手密无性系间有较大的形态学变异，有叶片只剩中肋、没有茎的矮且浓密的割手密种质，也有株高长、叶片宽、节间长的资源，具有长数米的根状茎类型的割手密也很多[13]。杨荣仲等[14]对四川境内割手密资源进行聚类分析，发现早熟、高锤度为第一类，大茎、高生物产量和较高锤度为第二类，中茎、迟抽穗、偏低锤度和低生物产量为第三类，小茎且较早抽穗、低锤度、低生物产量聚为第四类，小茎低生物量、低锤度、不抽穗聚为第五类。张革民等[15]对采自云南、广西两省的94份割手密资源的主要性状进行了主成分分析，发现割手密的数量性状可以简化成植株因子、茎数因子、糖分因子3个主成分。在主成分分析的基础上，对其进行聚类分析，发现蔗糖糖分较高，植株较高，茎多，萌芽高，聚为第一类群;综合的表现为一般的聚为第二类;植株高大、分蘖率低、茎较粗的聚为第三类;蔗糖糖分较低，茎较细，株高小，萌芽低、分蘖高，聚为第四类。潘世明等[16]对福建境内割手密无性系进行了观察，发现福建境内的割手密可分为闽西北、闽东南以及闽北3种类型。闽西北的割手密表现出植株矮小、节间长较短、茎细、单茎干物质质量小、锤度高。闽东南割手密的表现和闽西北的刚好相反，表现出植株高大、节间长、茎粗、锤度低。闽北的割手密种质各性状表现在闽西北闽东南的中间。张革民等[17]对广西高糖分割手密的株高、萌芽率、小区茎数、分蘖率、茎径、单茎质量采用表型性状变异和聚类分析，发现21份高糖割手密在株高、萌芽率、分蘖率、茎径、单茎质量上的变异较大、类型多。基于以上6个性状将21份割手密无性系聚为3个类群，即第1类为萌芽率、分蘖率和植株较高，茎多、单茎质量小的11份无性系;第2类为萌芽率高但分蘖少，单茎质量大和植株高大的2份无性系;第3类为分蘖率高、萌芽率低、植株矮小、茎和茎重较小的8份无性系。黄忠兴等[18]采用表型性状变异和聚类分析法，对456份国内外不同地理来源的割手密的13个性状进行评价，发现割手密在株高、叶长、锤度等多个性状上都表现出极高的遗传差异，多样性指数在0.97～7.92之间。不同地理来源的群间遗传变异较大。云南割手密群体多样性最丰富。通过聚类分析，456份割手密资源可聚成三大类群，云南自为一类，国外割手密为第二大类，剩余种质为第三大类。齐永文等[19]通过节数、蔗汁糖分等性状对广东甘蔗种质资源库中割手密 的遗传多样性进行了研究，结果表明试验材料在每个性状上都表现出很高的遗传差异，变异系数在 0.16～0.57 之间，变异系数超过10%，说明割手密资源在形态学上有很大的变异。通过聚类将参试材料分为3大类群，即植株高大，蔗汁糖分居中，叶面积较大，但是茎数少的为第1类，蔗汁糖分、株高都较低，茎数较多的为第2类，蔗汁糖分等指标上优于第1、2类而其他性状介于第1、2类之间的材料为第3类群的。各个类群在生长特性、锤度和蔗汁糖分等性状上都表现出明显差异。相关分析表明，锤度之间呈显著负相关，蔗汁糖分和株高之间呈显著正相关。
国外学者对割手密的研究主要集中在割手密与甘蔗栽培种的杂交后代的性状扩大利用上，对不同地理来源的割手密在形态上的差异还很少有报道[20]。Nose等[21]对割手密的叶子气孔交换途径进行了研究，发现在强光照射下，割手密Tainan的叶孔二氧化碳交换率显著高于甘蔗的杂交种NCo310，Tainan为甘蔗育种中非常重要的良种来源，割手密上网叶气孔二氧化碳交换率和叶绿素含量、叶片气孔导度有密切的关系。
陈严平等[22]对采自云南的割手密叶片下表皮进行了解剖，结果表明割手密叶下表皮构造是稳定的，割手密的肋区宽40 μm，肋间区宽40 μm，气孔行数为1～2行，其中1行的较多，气孔器为35 μm×12.5 μm，副卫细胞呈半棱形。下表皮被分成2个区：一个为覆盖在维管束上的肋区;另一个为覆盖在2个维管束之间的脉间区。肋区相邻接的两侧均有一列刺，刺细胞呈现鹰嘴状，遮盖住整个肋区，肋区主要由长细胞、栓细胞、中等长度的细胞、硅细胞和刺细胞组成，肋间区主要由气孔、中等长度细胞、长细胞、短细胞（与长细胞交互式排列）组成。在下表皮上还可以看见各类附属物，主要包括乳突、棒状或长刺状毛。与肋间区相比，肋区的差异较大。解剖学特征可以作为植物外部形态分类的补充，从解剖结果進一步证明割手密成为甘蔗育种重要资源的可能性，也为甘蔗杂交育种提供解剖学理论依据。陈严平等[23]对采自云南地区的割手密茎进行了解剖学制片，结果表明割手密为圆形茎，被髓填充满，变成实心茎，其表皮细胞的外壁被加厚，下皮层是2～3层，下皮层以内的区域不存在厚壁细胞，割手密的薄壁区域占很大比例，基本组织发达，由3～6列基本组织的薄壁细胞分开外围维管束，其薄壁细胞中不含后含物。靠边缘的维管束导管口径相对较小，但其维管束鞘比较发达。割手密边缘维管束鞘呈向心加厚，靠近木质素一端有11～17层的厚壁细胞，但靠近韧皮部一端只有2～3层的厚壁细胞，并且以椭圆形的方式加厚，这个与斑茅的呈圆环加厚的外围维管束鞘以及只在韧皮部近端加厚的内部维管束鞘有着显著的差异。一般来说，靠中央的维管束导管口径大，维管束鞘没有边缘维管束明显，割手密呈典型帽状分布，在韧皮部端和木质部端都有厚壁细胞。这对植物的分类具有非常重要的参考价值。
2.2 割手密的细胞学标记
细胞学标记指能明确反映生物体的细胞学遗传多样性的技术[24]。王先宏等[25]采用核型分析对10份不同基因型的割手密无性系的亲缘关系进行了研究，结果表明大多数材料的染色体是中部着丝点（m）染色体，少数是近中部着丝点（sm）染色体和正中部着丝点（M）染色体，个别材料还具有端部着丝点（T）染色体和近端部着丝点区染色体（t），在参试材料中1B核型有2份，2B核型有7份，2C核型有1份。王水琦等[26]对采集福建各地的割手密的21个无性系体细胞染色体进行计数，结果表明福建割手密的种内变异很丰富，体细胞染色体数目（2n）有72、84、88、92、96、102等7个类型，其中2n=80和2n=96出现的频率最高，2n=80的分布性最广，适应性最强。蔡青等[27]对247份割手密资源的染色体进行了研究，结果表明割手密的染色体数目（2n）有60、64、70、72、76、78、80、92、96、104、108等11种类型，其中2n=104和2n=108是国内的首次报道。李志刚等[28]采用冰冻切片法和间接免疫荧光标记技术相结合的方法对割手密茎尖细胞在有丝分裂中微管骨架的变化进行了研究，结果发现在割手密茎尖细胞有丝分裂过程中有周质微管、纺锤体微管、早前期微管带和成膜体微管循序变化的典型微管列阵，并且在割手密的初生增粗分生组织细胞中观察到的多数是周质微管列阵，只能观察到很少的其他3种典型的微管列阵。王英等[29]采用核型分析法对崖城割手密11号的染色体的数目、类型等特征进行了研究，结果表明崖城割手密11号染色体数目（2n）为 64，核型公式为 2n= 64= 56m（2sat）+ 8sm，核型为2A型，通过比较认为崖城割手密 11号的核型比拔地拉更原始。杨清辉等[30]对87份云南割手密无性系的染色体数目进行了研究，结果表明云南割手密的染色体数目（2n）有60、64、70、80 4种类型，而2n=60和2n=70的类型割手密在国内尚属首次。
国外关于割手密细胞学的报道最早见于1915年。随后，这个方面的报道文献逐渐增多。日本的Kuwada[31]是第一个报道割手密无性系的染色体数目是2n= 68的研究者。Panje等[32]对印度Eoimbatore甘蔗育种场的450份割手密无性系的染色体进行了统计，结果表明450份割手密的染色体数目（2n）为40～128，一共有29种类型。但是，他们的材料缺乏来自中国西部的割手密。日本Utsunomiya大学的Mariya[33]认为，解释甘蔗起源的关键途径在于研究亚洲东部和南部的割手密，特别是中国南部以及海南岛等地割手密染色体数目。Brandes[34]研究发现，生长于热带的割手密染色体数目较多，远离热带的割手密染色体数较少。Ammal[35]推测，自西向东割手密染色体数会逐渐增多，但通过研究发现西部地区（非洲和地中海）的2n为 112～128;东部地区（南亚和太平洋地区）的2n为 80～112;中心地区（印度半岛）的2n为40～80，特别是印度，其21种割手密细胞型中以2n= 64型分布最广，其北部至西北部区域的割手密染色体数目较低，而西北到东南部的染色体数目较多。Mebra等[36]发现，在印度的2n= 40、54、56、72、44的细胞型中，观察到在减数分裂后期会出现染色体镶嵌、不集合的二价体、联会消失、多核纺锤体以及染色质桥等异常现象。Sreenivasan等[37]研究了染色体数目2n= 40～126的44个割手密无性系的核型特征，结果发现在核型进化中割手密染色体形态的变化最小，缺少近端着丝点染色体，中央着丝点染色体占有绝对优势，染色体数目低的割手密类型的染色体长度比染色体数目高的类型短。 2.3 生化标记
生化标记指以基因表达的直接产物蛋白质为主的一种遗传多样性标记方法，主要包括同工酶、种子贮藏蛋白和等位酶。它们作为基因表达的产物，结构多样性能在一定程度上反映DNA组成的差异性以及生物体的遗传多样性。当前，割手密主要的生化标记是对其同工酶的分析。国内外已经将醇溶蛋白电泳分析技术应用于遗传育种和种子生产上。麦醇溶蛋白酸性聚丙烯酞胺凝胶电泳是当前解决种质资源搜集、鉴定的重要技术。这种技术能够消除材料重复收集的问题，也可以研究小麦近缘种属的起源演化[38]。李杨瑞[39]对晋江割手密叶片中ATP酶活性进行了测定，结果表明割手密Ca2+ATP酶活性为13.1±4.61 μg/min，Mg2+ATP酶活性为16.7±5.63 μg/min，与其他8个甘蔗属基因型相比，晋江割手密的酶活性最低。潘世明等[40]对50份福建割手密无性系用聚丙烯酰胺双垂直平板电泳法进行了分析，结果呈现8条酰酶同工酶酶带、19个酶谱类型，6A是共同酶带，4A、10A为基本酶带。具有（4，6，10）A组成的酶谱是其基本类型。从酯酶同工酶谱分析，发现福建割手密没有明显的地缘界限;从同工酶的分析，看出福建割手密可能是从低海拔向高海拔扩展的。王子琳等[41]测定了福建割手密的酯酶同工酶，结果共出现8条酶带，从正极到负极依次为2～14A，共有19个酶谱类型，从而认为福建割手密具有相近的起源或进化过程，其类型多样丰富，酶谱的出现和它的地域分布、海拔位置有密切的关系。郑德森[42]对甘蔗属中不同品种的同工酶进行了分析，结果发现晋江割手密的过氧化物酶（POD）谱带最丰富，烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶（PEPC）的谱带最少，只有2条。细胞色素氧化酶（COD）、淀粉酶（Amy）、酯酶（Est）以及蘋果酸脱氢酶（MDH）的酶带数介于过氧化物酶和烯醇式磷酸丙酮酸羧化酶之间。林炎坤等[43]对50份广西割手密类群进行了过氧化物酶同工酶分析，结果发现供试材料的过氧化物酶同工酶共出现18条酶带，按照迁移率的特点，从正极至负极可分为A、B、C、D和E 5个区。A区总共有2条酶带，但活性微弱，B、C区各有4条酶带，活性都很强，D区有5条带，1条活性较强，其余都较弱，E区有3条酶带，并且根据同工酶谱的特点，将供试材料分为12个类群。陈能武等[44]对79份采于四川野外的割手密进行脂酶同工酶分析，共呈现10酶带和18种酶谱类型，说明四川割手密存在多样性，并且类型丰富，在酯谱分析中发现有些酶带有无与材料的来源有关，某些迁移率较低的酶带是否出现与材料的开花迟早、锤度和株叶型等性状有密切的关系。成萍等[45]对四川的48份割手密采用垂直板聚丙烯酞胺凝胶电泳进行了同工酶分析，结果发现与酯酶、谷氨酸草酰乙酸转氨酶相比，过氧化物酶分析的效果最佳，并且根据过氧化物酶谱特征，将材料分为19个类群，反映四川割手密在多态性、地理分布和遗传等方面的差异。王丽萍等[46]对16份云南割手密的过氧化物酶同工酶进行了研究，结果表明试验材料共出现25条酶带，组成的酶谱类型有16种，表明云南割手密具有非常丰富的种内遗传多样性，通过相似系数和聚类分析，将供试材料分为两大类群。该结果和材料的海拔分布有明显相关性，并且呈现出从低海拔地区向高海拔地区发展的趋势。邱崇力等[47]对采自云南128份割手密资源的酯酶同工酶进行了分析，结果共显示出15条酶带，它们组成的酶谱类型有45个，说明云南的割手密具有极丰富的种内差异。
国外对割手密的生化方向的研究相对较少。Siriwasaree[48]对割手密无性系进行过氧化物酶同工酶的分析，结果表明每份无性系材料的酶带都不尽相同，认为通过过氧化物酶同工酶系统可对割手密无性系进行有效鉴别。
2.4 割手密的分子标记
分子标记指可遗传且可检测的DNA序列、蛋白质能反映生物个体或种群间基因组某种差异的特异性DNA片段。与传统的形态学、细胞学、蛋白质标记相比，分子标记是直接以DNA的形式存在于植物体的各个组织器官， 各发育时期均不受季节和环境的限制，不存在是否表达的问题;数量很多，遍及整个基因组，多态性高;表现为 “中性”，和不良性状无必然连锁，不影响目标性状的表达;许多分子标记为共显性，能够鉴别纯和基因与杂合基因型[49]。当前，国内对割手密种质的分子标记的遗传多样性的报道较少，且采用的分子标记技术也较单一。刘昔辉等[50]以广西799为材料，利用SDS法提取DNA，采用正交试验优化了一套可适用于割手密的SSRPCR反应体系，应用此体系对其他割手密进行检验，结果得到的扩增条带清晰。这为割手密的育种和发掘利用优异资源提供了非常有利的技术支持。杨清辉等[51]利用6个引物，对采自不同纬度、不同海拔割手密无性系进行了RAPD分析，结果表明野生的割手密资源具有非常丰富的多态性，32份试验材料可聚为9大类。刘建乐等[52]采用ISSR分子标记对采自8省的52份割手密种质资源进行了分析，结果表明22条ISSR引物共扩增出127条带，其中多态性带121条，多态率达95.3%。材料间遗传相似系数（GS）在0.60～ 0.91之间。在遗传相似系数为0.72时，52份材料可分为四大类。张革民等[53] 利用27个RAPD引物对21份割手密资源的无性系进行了扩增，结果发现27个引物扩增了205个RAPD位点，其中多态性位点158个，多态率74.81%。 参试材料间的等位基因位点的异质性较高，表现出极丰富的遗传多样性。常丹等[54]利用SRAP标记对9大居群的割手密进行了遗传多样性分析，研究表明割手密种质资源在物种水平上存在较大的遗传多样性，多态率为78.7%，Nei’s基因多样性为0.280，Shannon’s信息指数为0.416，遗传分化指数和基因流估计值表明割手密资源的绝大部分的遗传变异发生于居群的内部，居群间的分化程度相对较低。根据9大居群的遗传距离，通过聚类分析，发现每个居群间的遗传距离均和其地理来源有着密切的关系。陈辉等采用RAPD分子标记技术，用25个随机引物对我国不同地理生境的195份割手密材料进行了地理群体结构的遗传多样性分析，结果表明割手密各地理类群的遗传分化明显，种内遗传变异大，遗传多样性丰富。 国外对割手密的分子标记报道也很少见到。Mary等[55]采用ISSR和RAPD标记技术分析了采自印度4 个不同居群的21份割手密的遗传多样性，20对随机引物、2对ISSR和2对端粒引物共扩增出498条带，多态性比率为83.9%，材料间的遗传距离为29.8～60.0。结果表明，马德拉斯邦的材料遗传多样性较低，阿鲁纳恰尔邦材料遗传多样性最丰富。因而，阿鲁纳恰尔邦地区的割手密材料在甘蔗育种方面具有极大的潜力。Gordeiro等[56]用6对SSR引物对甘蔗属66份不同材料进行了遗传多样性和聚类分析，共产生187个等位基因，与AFLP，RFLP、RAPD相比，研究甘蔗属间的起源及分类更适合采用SSR标记技术。Silva等[57]绘制割手密RFLP连锁图，且对其染色体组进行了研究，结果表明连锁图由217个基因位点组成，分布43个连锁群，按照每间隔25 cmol的距离最少有一个标记的密度，其基因组的覆盖率为85%，基于RFLP标记的数据结论，认为该物种是同源多倍体，估算其基因组大小为2 106 cmol。
3 割手密种质资源的抗逆性
3.1 抗旱性
自建国以后，我国对甘蔗属的野生资源曾进行过几次规模较大的收集，但研究方向主要集中在甘蔗的育种上，对其抗性评价相对较少。许文花等[58]以云南农业大学割手密不同的无性系作试验材料，研究干旱对割手密各个指标的影响，测定了试验材料苗期的叶面积、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛含量、质膜透性、束缚水含量等指标，计算了各指标的抗旱系数，结果表明不同材料每个指标的耐旱系数都不同，采用模糊隶属函数法对割手密抗旱性进行综合评价，发现割手密不同，材料间抗旱性不同。相关分析说明，不同割手密无性系间抗旱性与叶面积呈显著负相关。梁丽琼等[59]在常温正常供水下测定了野生陇川割手密种和栽培品种桂糖11号等4个甘蔗属材料的叶片束缚水、自由水含量，并且计算束缚水/自由水的比值，结果发现只有束缚水/自由水在参试材料间差异达到0.01显著水平，并且可明显地将野生陇川割手密种、桂糖15号、栽培品种桂糖11号及热带原种Badila区分出不同的抗旱性。经艳芬等[60]利用隶属函数法对云南不同来源的割手密及其血缘 F1代在自然条件和干旱胁迫下的生长指标进行了比较分析，结果表明在参试的 15 个割手密血缘 F1代材料中，80%抗旱性强，特别是云割 F108319 等材料的抗旱性最优;参试的8个割手密无性系抗旱性有强有弱，抗旱性弱、中、强的材料占割手密的比例分别为 25%、37.5%、37.5%，抗旱性与材料原生地的气候条件没有明显的一致性。杨李和等[61]研究了云南西双版纳割手密、云南蛮耗割手密和云南富宁斑茅组合后代在人为水分胁迫下的抗旱性，通过模糊隶属函数平均值评价抗旱表现，发现抗旱性强弱为云南富宁斑茅组合后代>云南蛮耗割手密>云南西双版纳割手密组合后代。
3.2 抗寒性
丁灿等[62]研究了低温胁迫对割手密游离脯氨酸的影响，结果表明低温处理会引起割手密叶片中Fpro 含量的增加，在0～3 ℃处理时叶片中Fpro含量随时间的增加而递增，在更低温度处理时能引起 Fpro含量的短期增加，外部喷洒蔗糖溶液可以增强低温处理的效果。割手密合成 Fpro的主要部位为叶部，Fpro在叶部合成后会快速转运到茎和根。不同叶龄的Fpro含量也不同，衰老叶的Fpro含量最高，新生的叶片介于中间，成熟的叶片最低，但是衰老的叶片游离脯氨酸含量与低温没有关系。戴献英[63]利用电解质渗漏法对云南的50份割手密无性系进行了抗寒性研究，发现割手密的电解质渗漏率随着原生长地海拔的上升而下降，随着原生长地纬度增加而降低，在相近的纬度范围内海拔是决定电解质渗漏率高低的主要因子;在相近的海拔范围内，纬度是决定电解质渗漏率高低的主要因子。陈能武等[64]对四川的割手密资源的抗寒性进行了研究，发现抗寒性强的割手密资源的成活率为100%，抗寒性弱的割手密材料侧芽全部死亡，参试材料的抗寒性呈现正态分布，在几种不相同的鉴定方法下，川8833、79l4、川79123以及内江44等资源表现出极稳定的耐寒能力，这些材料萌芽率高，冻害后能正常生长。这些资源是以后进行甘蔗抗寒性育种的宝贵亲本材料。
3.3 抗病、抗辐射
陈海燕等[65]研究了在大田栽培和自然光照条件下，连续2年模拟紫外辐射（UVB，280～315 nm）增加对9325和9211割手密无性系叶绿素含量的影响，结果表明割手密9211在UVB辐射下叶绿素含量降低，割手密9325抗辐射性强，在增加了5 kJ /m2UVB辐射下叶绿素含量增加，UVB辐射后割手密叶绿素含量的响应具有种内差异，割手密9211抗辐射性在2004年比2003年强，而割手密9325则正好相反。UVB辐射对生育期的影响大小为开花期>分蘖期>伸长期。段彪[66]通过大田试验，研究了模拟紫外辐射（UVB，280～320 nm）增加对10份割手密无性系株高的影响，结果表明在UVB处理下割手密无性系的生长速率和株高均与自然光下存在差异，割手密无性系对UVB的辐射响应与其原产地海拔密切相关，原产地海拔越高，紫外辐射对其影响越小。杨李和[67]对云南野生甘蔗血缘后代的45份材料的黑穗病抗性进行了鉴定，结果显示有27份材料为1级高抗，3份材料为2级抗病，占总数的67%;对照种ROC10为6级抗病，桂糖11号为7级感病，表明在传统易染病种质上导入云南割手密种质血缘，能够获得高抗黑穗病遗传基础，选育的“YN”系列优良亲本能够选育出高抗黑穗病杂种。
4 割手密应用于育种
割手密是最早应用于甘蔗杂交育种的资源，也是育种中贡献最大的资源之一[68-69]，有适应抗逆性强、耐贫瘠、分蘖率高等优良品质[70-72]。我国海南甘蔗育种场从1953年建场就开展甘蔗亲本创新利用的研究，经过50多年的努力，在割手密、热带种、大茎野生种以及近缘属植物斑茅利用方面取得突破性成就。近年来，在我国使用的293份常用亲本中，220份为自育品种（品系），占75%，海南甘蔗育种场通过“高贵化”途径，利用大茎野生种和当地割手密选育出可导入新的野生种血缘的崖城5843、崖城73226的、崖城82108和崖城5847等创新材料。迄今为止，我国自育品种（品系）中最少有17个品种就含有当地的割手密血缘[73]。20世纪前期爪哇和印度的甘蔗育种家育成了热带种与割手密种间杂交的后代。这被认为是甘蔗雜交育种史上的一次质的飞跃。60年代以来，美国的路州荷马甘蔗试验站实施的基础性甘蔗杂交育种计划已经成功地将耐寒性强的割手密资源的耐寒基因导入育种的亲本材料，成功地选育出CP65357等一大批高糖含量、早熟且耐寒的品种。这些品种已经在美国路州成功种植，现已引入我国，近些年来已经在湖南、江西等地试种获得成功[41]。此外，Tai[74]研究了一套用低温冷藏法保存商品化甘蔗和野生割手密杂交一代的花粉技术。 5 割手密作为能源植物的研究进展
由于矿物燃料的不可再生，加之矿物燃料的大量使用，已经引起严重的环境问题。现在以纤维素类作为原料生产清洁燃料的研究已成为热点[75-76] 。割手密植株高大，生物量高，有较高的干物质积累能力和光合效率，因而割手密具有较高的生物质能转化潜力。当前以割手密作为能源植物进行开发的相关工作已经有序地展开[77]。王水琦等[78]从甘蔗栽培品种与割手密远缘杂交后代中选出8个较好的品系作为能源性甘蔗进行研究，结果表明亲系为Cp67/412×云农251（特大割手密）的杂交种闽糖97/197与亲系为选3×云甘83/157（特高糖割手密）的杂交种闽糖97/202二者的蔗茎产量增幅分别为45.6%和33.6%。杨生超等[79]对割手密的光合特性与原生长地的海拔相关关系进行了研究，发现割手密材料的光合特性随原生长地海拔的不同表现出极丰富的遗传多样性，割手密的光合特性与海拔之间紧密相关。常丹等[80] 采用灰色关联度法对四川割手密资源的能源潜力进行了评估，发现割手密SAGS08072纤维素含量最高（32.81%），割手密SAGS08021半纤维素含量最高（25.4%），割手密SAGS08075木质素含量最少（4.7%），割手密SAGSO8084粗灰分含量最少（5.3%），割手密SAGS08O66热值最高。将试验测得的割手密最高纤维素、半纤维素含量和印度chande的数据相比，纤维素含量低于印度Chandel的数据较多，半纤维素含量相差不大。在国外，印度Anuj和Chandel[81]是最早将割手密材料作为生物质能源植物开发生产燃料乙醇的，测得割手密材料的纤维素含量为45.1%，半纤维素含量为22.8%。通过分析，认为割手密生长迅速，管理粗放，经济投入少，生物质产量高，是生产燃料乙醇的理想禾本科植物。
6 前景与展望
割手密生长速度快、抗逆性强、适应性广、单位面积产量高，可以用来固堤护坡，防止水土流失，也可以作为能源植物进行开发。同时，割手密也是一种观赏性较强的大型禾草，具有重要的观赏价值。因此，应更大规模地搜集全国范围内的野生割手密资源，建立国家级的标准的资源圃，在弄清割手密资源遗传特征和规律的前提下加大研究力度和进程。当前，我国对割手密种质资源的遗传多样性的研究大多体现在抗性、生化标记等方面，对其利用现代分子技术对割手密资源的遗传多样性和育种的研究还相对较少，利用多种分子标记技术相结合的评价体系和开发割手密优良的基因为甘蔗育种提供优良基因等方面的研究显得非常迫切;割手密资源的育种方法粗放单一，常采用有性杂交，这种方式方便快捷，但是该过程受开花期、自然状况和人为选择等多因素的控制和制约，并且这种方式育种周期长，当前可以结合物理、化学和现代分子生物技术等多种育种手段来培育优质的品种。国内外当前对割手密的研究热点主要集中在利用其优异的基因对当前的栽培甘蔗进行遗传基因改良，对其作为能源植物的研究报道尚少。割手密作为能源植物进行产业化开发，不仅与其本身直接相关，而且与生产技术、经济水平等密切相关。由于目前生物质能源在能源消费中的比例很小，加之影响纤维素高效水解的木质纤维素的三维结构还没有完全被揭示，使得能源植物制燃料乙醇的产业化目前很难被大范围推广。因此，在全面深入地评价割手密作为能源植物的同时，还要对木质纤维素结构进行全面的、专业的、系统的研究。总之，在割手密作为能源植物进行大规模开发的同时，应结合我国当前能源的安全战略以及农牧业产业结构调整政策，对我国境内的割手密资源进行大规模的调查评价及产业技术攻关，使其不论在国家能源安全而且在经济效益方面都可以发挥出巨大的作用。
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