烟草种质资源的遗传多样性研究进展

摘要：遗传多样性是生物多样性的基本组成部分，是生物生存和适应的基础，也是物种发生、选择和进化的基础，同时体现了生物对环境的适应性。种质资源对于未来农业的发展和食物供给的保障至关重要，对种质资源的搜集、保存、研究、创新和利用是人类可持续发展的基本。烟草种质资源是烟草行业健康发展的战略性基础物质，与烟草行业可持续发展息息相关，新烟草品种的产生建立于其基础上。研究烟草种质资源的遗传多样性，有利于从根本上保障烟草行业可持续发展，有利于生物多样性保护。 关键词：烟草；种质资源；遗传多样性

Abstract:Genetic diversity is the basic component of biodiversity, it is the basis of biological’s survival and adaptation and the basis for the species occurs, selection and evolution, at the same time it embodies the biological adaptability to the environment. Germplasm resources is crucial for the future development of agriculture and food security, the collection, conservation, research, innovation and use for germplasm resources is fundamental for the sustainable development of human beings. Tobacco germplasm resource is the strategic base material to the healthy development of the tobacco industry, it is closely related to the sustainable development of tobacco industry, and it is the base of the generation of new varieties of tobacco. Study the genetic diversity of tobacco germplasm resource, which is beneficial to fundamentally guarantee the sustainable development of tobacco industry, and good for biodiversity conservation. Keyword:Tobacco; germplasm resource; Genetic diversity

1.遗传多样性的检测和遗传标记

植物遗传多样性主要通过遗传标记的多态性来反映。遗传标记通常是指在遗传学的研究中可识别的等位基因及其表现形式，主要用来研究基因遗传和变异的规律[1]。理想的遗

传标记应具备以下特点：1、具有较强的多态性；2、表现为共显性，因而能鉴别出纯合基因型和杂合基因型；3、对主要农艺性状没有影响；4、经济、方便、容易观察记载[2]。遗传标记根据检测技术和内容不同可分为：形态学标记（Morphological Marker）、细胞学标记（Cytological Marker）、生物化学标记（Biochemical Marker）和分子标记（Molecular Marker）等[3]。目前，任何检测遗传多样性的方法，在理论上或实际应用中都有各自的优势和局限性，还不能找到一种能完全取代其他方法的技术。在遗传多样性的研究中，各种方法并不相互排斥，都能提供许多有价值的信息。

形态学标记是那些在植物生长发育过程中,用肉眼能观察到的形态特征特性，是基因型的表现型[4]，如植株的高矮、叶色、花色、果实大小等，形态标记简单直观、经济方便，易于观察，是育种学家最先选择的方法，以此进行辅助选择育种。使用形态学标记手法的最著名的试验便是Mendel（Gregor Johann, 1822-1884,奥地利遗传学家）的豌豆杂交试验，从而发现了分离定律（law of segregation）和自由组合定律（law of independent assortment），这也与豌豆自花、闭花授粉的特性有极大关联，因此形态学标记适用于豌豆的研究。然而植物表型性状受环境影响的程度较大，使其利用受限[5]。

细胞学标记指明确显示遗传多样性的细胞学特征。存在于细胞中的染色体是遗传物质的载体，是基因的携带者，染色体变异是生物变异的重要来源。方华丽[6]在细胞水平下发现西藏栽培芥菜型油菜和野生芥菜型油菜的染色体数目均为2n=4x=36，但是同一类型染色体在不同材料核型组成中的数量及位置不同；彭元凤[7]对芥菜进行了B基因组细胞学标记的筛选，构建了由60000个克隆组成的芥菜无偏倚Fosmid文库。传统的细胞学标记虽然克服了形态学标记易受环境影响的缺点，但仍然存在着标记数量少、技术难度大、费用昂贵、周期长等缺陷[8]。

生物化学标记是以植物的蛋白及同工酶等生化性状为遗传标记，从蛋白质水平上检测物种或种质资源的遗传多样性，在植物器官中普遍存在。刘仁建等[9]利用A-PAGE技术对来自32个国家的53份红花进行了种子醇溶蛋白检测，结果显示这些材料具有丰富的醇溶蛋白等位变异；邓传良[10]对19份红花的研究与刘仁建的研究结果一致。此外，通过同工酶的带型和酶谱来分析基因与性状的连锁关系以及材料间的遗传进化关系等也是目前研究的重要方向[11,12]。

分子标记是以个体间遗传物质内核苷酸序列变异为基础的遗传标记，是 DNA 水平遗传多态性直接的反映，它是检测种质资源遗传多样性的强有力的工具。随着分子生物学技术的发展，目前已有多种分子标记可用于检测遗传多样性。DNA分子标记具有以下优越性：（1）直接以DNA的形式表现，在植物的各个器官。各个生长时期均可检测到，不受季节

与环境限制，不存在表达与否的问题；（2）数量多，遍布全基因组；（3）多态性高，自然存在着许多变异，不必专门创造特殊的遗传材料；（4）表现为“中性”，即不影响目标性状的表达，与不良性状无必然连锁；（5）许多分子标记表现为共显性，能够鉴别出纯合基因型与杂合基因型，提供完整的遗传信息[2]。

随着现代科学技术的发展，分子生物学手段愈来愈多地应用到作物遗传育种当中。自从以电泳和分子杂交技术为基础的限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)技术发展以来（Bostein,1980），分子标记技术迅速发展到今天以 DNA 序列为核心的第三代分子标记，其中最具代表性的是单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism, SNP），由1996年由美国MIT的E.Lander提出，被称为“第三代新型多态性标记”，是指近缘种群或同种个体基因组水平上由于单核苷酸变异所引起的 DNA 序列多态性。由于基因组 DNA 的任何碱基均有可能发生变异，所以 SNP 几乎遍布整个基因组,是植物中普遍存在的一种分子标记。SNP是继 SSR 标记后被广泛应用于遗传研究的新一代标记技术，具有基因组分布均匀、准确性高、可重复性强、通量高和成本低等优势[13]。分子标记作为一种工具，要使其在作物遗传育种中得到利用，首先必须应用标记筛选不同品种之间的多态性以选择不同的品种作亲本，或者构建分子遗传图谱，建立标记与农艺性状之间的紧密连锁。一旦这种连锁关系确立就可利用标记辅助选择，以达到间接选择的目的[14]。

虽然传统方法存在许多缺陷，但仍不能完全摈弃。针对不同种类的作物，选择合适的遗传分子标记，或结合几种标记手段进行联合研究方能充分挖掘植物种质资源的巨大潜力。

2.种质资源的遗传多样性

种质是亲代通过生殖细胞或体细胞传递给后代的遗传物质。同一作物的各种种质总称为该作物的种质资源，又叫基因资源或遗传资源[4]，具体而言主要包括可用于作物育种的植物类型和品种、近源种和野生种、各种无性繁殖器官、种子和花粉等[15]。种质资源对于未来农业的发展和食物供给的保障至关重要，对种质资源的搜集、保存、研究、创新和利用是人类可持续发展的基本[16]。

经过千万年的自然进化，地球上出现了丰富多样的生物物种，物种内亦呈现丰富的遗传多样性。遗传多样性是生物繁殖和适应环境挑战的基础[17]，也是人类赖以生存和发展的物质基础。植物种质资源包括了不同水平的多样性。其中，基因频率在群体间的不同分布，以及繁殖体系可能引起的基因重组是植物多样性存在和扩大的基础。而自然群体中的变异

类型及其存在状况除了受到自然因素的影响外，也受到了来自人类的干预。改良品种的大面积推广，引起了植物遗传多样性的丧失和替代，随之产生的是物种和遗传多样性的减少和一致性的增强，其后果便是遗传的脆弱性和栽培作物对病虫害流行和自然灾害的缓冲能力和抵御能力的下降[18]。因此遗传变异性的研究对于识别具有最大遗传多样性的亲本组合以产生隔离后代或数量性状位点(QTL)定位具有重要意义[19]。种质资源的遗传多样性评价的种质资源研究的重要内容之一[4]，在遗传多样性研究指导下的作物种质资源的收集、保存、评和利用，不仅是生命科学发展的需要，也是社会发展和农业持续发展的需要。

随着现代分子生物技术发展，越来越多学者采用分子标记对种质资源进行遗传多样性评价。目前针对我国的常见栽培作物种质资源的遗传多样性已经有了大量研究。孔秋生[4]结合形态学标记和AFLP、RAPD分子标记对56份萝卜种质资源的遗传多样性进行研究，发现我国萝卜种质资源存在着丰富的遗传变异。两种分子标记对萝卜种质的分类表现出高度相似性，但得出的种质聚类结果略有不同，说明两种标记都适合于萝卜种质遗传多样性的研究，但AFLP具有更高效率；任小平等[20]对ICRISAT花生微核心种质资源遗传多样性进行的分析证明栽培种花生种质资源由4个差异明显的基因源构成；吴星波[12]对国内295份豌豆核心库资源、国外310份豌豆核心库资源进行遗传多样性分析，得出了国外核心资源比国内核心资源拥有更广的变异和更丰富的遗传多样性的结论，同时发现组群划分与资源地理来源无明显关联。多位学者的研究同时表明，针对不同作物，应根据其特性选择最适用的分子标记。

3.烟草种质资源遗传多样性研究进展

烟草种质资源是烟草行业健康发展的战略性基础物质，与烟草行业可持续发展息息相关，新烟草品种的产生建立于其基础上。目前世界上主产烟国家的烟草育种基本是在美国早期育成品种的基础上发展起来的，由于烟草育种使用的主体亲本日益集中，导致育成品种的遗传背景狭窄，阻碍了烟草产量和质量的进一步提高[21]。因此，对现有烟草种质资源的遗传多样性进行研究，可为合理选配亲本，减少育种工作量，挖掘利用现有种质资源提供理论指导。

目前已有许多专家学者对烟草种质资源的遗传多样性进行研究，这些研究也随着科学技术的发展而一步步深入。在早期运用形态学标记时，许多学者发现烟草主要农艺性状的以加性遗传效应为主，如移栽至开花的天数[22,23]、株高[23,24]、茎围[23,24]、叶长或叶宽[23,24]等。牛佩兰[25]等通过对烟草的5种化学成分分析将30个品种分为了含量适宜、较适宜和欠