全 文 ：植物生态学报 2008, 32 (4) 938~950
Journal of Plant Ecology (Chinese Version)

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收稿日期: 2006-10-18 接受日期: 2007-11-06
基金项目: 北京市自然科学基金(6052021)和科技部公益项目(2004DIB3J090)
* 通讯作者 Author for correspondence E-mail: wangkj@caas.net.cn
北京地区野生大豆种群SSR标记的
遗传多样性评价
严茂粉 李向华 王克晶*
(中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081)
摘 要 使用40对SSR引物分析了北京地区野生大豆(Glycine soja)天然种群的遗传结构与遗传多样性。10个种群
共检测到526个等位变异, 平均每对引物等位基因数为13.15个, 种群平均Shannon指数(I)为0.658, 群体平均位点预
期杂合度(He)为0.369, 群体平均位点杂合度(Ho)为1.29 %。平均种群内遗传多样度(Hs)为0.362, 平均种群间遗传多
样度(DST)为0.446, 基因分化程度(GST)为0.544。该研究显示, 中-西部生态区种群比北部和东部山区种群有较高的
遗传多样性。在地理上, 环绕北京地区的太行山和燕山两大余脉区域野生大豆种群遗传分化表现出地理差异。可
能是经过干旱选择而形成的有抗旱潜力的种群在遗传上表现单一化。期待该种群提供耐旱基因。
关键词 野生大豆 遗传多样性 SSR分子标记 北京
EVALUATION OF GENETIC DIVERSITY BY SSR MARKERS FOR NATURAL
POPULATIONS OF WILD SOYBEAN (GLYCINE SOJA) GROWING IN THE
REGION OF BEIJING, CHINA
YAN Mao-Fen, LI Xiang-Hua, and WANG Ke-Jing*
Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100094, China
Abstract Aims Wild soybean (Glycine soja) is commonly accepted as the progenitor species of the
cultivated soybean (Giycine max). It contains many characters potentially valuable for supplementing
the soybean germplasm pool, yet little research has been done on genetic diversity in natural
populations of wild soybean in China. Our objective was to evaluate genetic diversity in natural
populations of wild soybean growing in the region of Beijing, China.
Methods We sampled ten representative natural populations in 2005. Every sampled population
consisted of 28-30 individuals and was over 10 m apart. Forty public SSR primer pairs over the 20
linkage groups were applied to evaluate genetic diversity.
Important findings A total of 526 alleles (bands) were detected with an average number of 13.15 per
locus. Mean expected heterozygosity per locus (He) was 0.369 for the populations, and the mean
Shannon index (I) for the populations was 0.658. Mean observed heterozygosity per locus (Ho) for the
populations was 1.29%. Between-population genetic diversity (Hs) averaged 0.446, and
within-population genetic diversity (DST) averaged 0.362. Mean coefficient of gene differentiation for
loci (GST) in the populations was estimated to be 0.544. This study showed that the center-western
ecotype had higher genetic diversity than the northern and eastern ecotypes and that there appeared to
be ecogeographically genetic divergence in the natural populations between the Taihang and the
Yanshan mountains. A strongly drought-tolerant population had very low genetic diversity, and its
tolerance gene(s) may be exploited for breeding.
Key words genetic diversity, SSR marker , wild soybean, Glycine soja, Beijing
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024

严貌粉等: 北京地区野生大豆种群
4 期 SSR 标记的遗传多样性评价 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024 939

野生大豆(Glycine soja)是Soja亚属仅有的两
个种之一, 是栽培大豆(G. max)的祖先种, 主要分
布在中国、俄罗斯远东地区、朝鲜半岛和日本列
岛。两者有共同的基因组(2n=40, GG), 能相互任
意杂交产生可育后代。野生大豆具有高蛋白、多
花多荚、抗逆性强等优良特性, 已成为大豆基因
资源的重要组成部分。我国野生大豆分布非常广
泛, 从24ºN附近到最北端、从东部沿海西至大约
97ºE都有分布。由于我国地理和生态环境复杂造
就了野生大豆繁多的植物学类型(王克晶和李福
山, 2000)。研究报告已经显示野生大豆具有较高
的遗传变异性(Maughan et al., 1995; Li & Nelson,
2001)。
许多学者对野生大豆分子标记的遗传变异在
物种水平或种质水平上进行过许多研究(Chen &
Nelson, 2004; 海林等, 2002; 李向华等, 2003; Li
& Nelson, 2001; Wang & Takahata, 2007; Xu et al.,
2002; 周晓馥等, 2002)。若干学者在种群水平上
进行过不同空间尺度上的研究。Kiang等(1992)
使用同功酶分析了日本岩手县北上川河岸边4个
种群、Fujita等(1997)分析了秋田县雄物川河岸边
4个种群、Yu和Kiang(1993)分析了韩国194 km长
度内的6个种群。裴颜龙等(1996)使用同功酶分析
了来自北京、大连、禹城(山东)相对较大空间范
围的4个种群、李军等(1995)分析了浙江金华北山
南坡一个相对小范围尺度的种群。府宇雷等
(2002)又对金华北山南坡种群使用RAPD方法进
行了遗传多样性评价。由于研究的生态系统或空
间尺度的不同得到的结论也不相同。Kiang等
(1992)和Fujita等(1997)在河流生态系统的种群看
到地理距离与遗传距离和遗传多样性有相关性 ,
而Yu和Kiang(1993)、裴颜龙等 (1996)、李军等
(1995)和府宇雷等(2002)在非河流生态系统种群
间没有看到。最近Jin等(2003)、朱维岳等(2006)
和关荣霞等(2006)使用ISSR或SSR标记分别描述
了上海江湾机场、山东垦利黄河口和辽宁新宾县
野生大豆原位保护点3个单个种群内部遗传多样
性 , 显示多样性分布是呈斑块状 (关荣霞等 ,
2006), 在30 m直径范围内植株是遗传相关的(Jin
et al., 2003)和在18 m范围内植株是遗传相关的
(朱维岳等, 2006)。
有学者采用类似种质水平和种群水平结合方
法, 在种群内采集少量单株或大空间尺度的地理
范围随机采集单株, 分析遗传多样性变异、地理
遗传倾群及分布。如Choi等(1999)在韩国的4条河
流仅取样57个单株代表4条河流的种群, 使用SSR
标记其分析遗传多样性。Tozuka等 (1998)使用
RFLP方法分析日本各地取样单株的野生大豆线
粒体DNA的变异性, 看到地理上遗传变异的分布
特征。
种群是物种存在和进化的基本单位, 野生大豆遗
传资源搜集或原位保护的方法、策略和措施都是
以种群的遗传多样性为依据。遗憾的是近年来野
生大豆天然种群数量和面积正在减少(李向华等,
2005), 所以种群遗传结构分析对有效保护野生
大豆具有极重要的意义。大多数的野生大豆遗传
多样性研究几乎都是集中在种质水平(或物种水
平), 很少分析天然种群。尽管极少数研究者使用
了同功酶(李军等, 1995; 裴颜龙等, 1996)分析了
我国几处少数野生大豆天然种群的遗传结构, 以
及府宇雷等(2002)后来又对李军等(1995)的同一
种群样本使用了RAPD标记对其中的5个样本分
析。然而, 对于像我国这样大的种群分布范围和
各种复杂生态条件而言目前的种群研究评价是十
分不够的, 特别是对遗传资源保护具有重要意义
的利用DNA标记进行特定地区的种群遗传结构
分析和评价研究更少。胡志昂和王洪新(1985)曾
分析过北京地区野生大豆蛋白质水平上的两个位
点(Ti、SP)等位基因的频率分布。该地区与河北
省东北部和天津地区野生大豆同属于连接东北野
生大豆种群的地带, 野生大豆分布丰富。然而该
地区野生大豆天然种群的遗传多样性和遗传结构
目前还不十分清楚。本文通过使用SSR标记对北
京地区野生大豆种群的遗传多样性和遗传结构进
行分析, 评价该地区的遗传变异性以及在相当的
地域范围SSR标记对野生大豆分子生态遗传学研
究的效果, 为今后更好地进行野生大豆生物学保
护及合理与有效利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 天然种群取样
2005年10月对北京地区成熟期野生大豆种群
进行采种取样。选择10个有代表性的种群(重点参
考生态环境、群体分布大小和起源背景等因素)
进行采样。这10个种群分布在10个区县, 地理位
置分别位于北部山区生态区(种群1、2、3), 东部

940 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
山区生态区(种群4、5), 中-西部平原-山区生态区
(种群6、7、8、9、10) (图1)。各种群的生境和分
布面积见表1。北部3个种群分布在白河流域, 4
号种群生长在干旱的沙石河堤, 6和10号种群同
生长在永定河干枯的河床。
对于野生大豆种群取样, Jin等(2003)建议不
小于10 m的植株间隔。本研究采用随机取样方法,
株距10~20 m(根据目测种群面积, 确定采样间距,
特殊类型小于10 m)。每个种群30个单株(2号种群
为28株), 共298单株个体植株(表1)。


图1 北京采样点示意图
Fig. 1 Collection sites of wild soybean in Beijing


表1 北京10个天然野生大豆种群收集点和生境
Table 1 Collection sites and habitats of 10 natural populations of wild soybean in Beijing
种群
Population
收集地点
Collection site
取样株数
Size of
sample
纬度
Latitude
(N)
海拔
Altitude
(m)
生境
Habitat
分布面
积
Area
(m2)
1 延庆白河堡村 Baihepu, Yanqing 30 40°37′847′′ 586 白 河 水 库 边 Baihe
Reservoir
3 000
2 怀柔牦牛沟 Maoniugou, Huairou 28 40°42′534′′ 322 小河岸边 Riverside 400
3 密云石城镇 Shicheng, Miyun 30 40°33′741′′ 135 白河岸边 Riverside 3 000
4 平谷刘家河村 Liujiahe, Pingu 30 40°11′871′′ 89 干河堤 Drought riverbank 1 000
5 顺义北营村 Beiying, Shunyi 30 40°09′048′′ 68 路边 Roadside 1 000
6 石景山麻峪村 Mayu, Shijingshan 30 39°56′253′′ 91 永定河 River 2 000
7 门头沟苇甸村 Weidian, Mentougou 30 39°58′641′′ 150 山区路边 Roadside 500
8 昌平北小营村 Beixiaoying, Changping 30 40°10′846′′ 59 路旁沟中 Roadside trench 1 000
9 朝阳三岔河村 Sanchahe, Chaoyang 30 39°58′188′′ 19 坝河岸上 Riverbank 1 000
10 丰台卢沟桥 Lugouqiao, Fengtai 30 39°50′819′′ 26 永定河河床 River bed 2 000


1.2 实验方法
1.2.1 DNA提取
收集的所有单株种子在温室播种, 每株播种
3粒种子。3周以后选取幼苗的三出复叶叶片, 采
用CTAB法提取总DNA (Doyle & Doyle, 1990)。
1.2.2 SSR标记
严貌粉等: 北京地区野生大豆种群
4 期 SSR 标记的遗传多样性评价 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024 941
为了更好地揭示北京地区野生大豆天然种群
的遗传多样性 , 根据Cregan等(1999)构建的大豆
遗传连锁图谱 , 在20个连锁群上共计选择40对
SSR引物(表3)。这些引物在本试验室多年使用表
现较好的稳定性。
PCR反应体系为每20 μl反应体积中含有50
ng DNA模板、2.5 mmol·L-1 MgCl2、2 mmol·L-1
dNTPs、0.2 mmol·L-1 SSR引物和1单位Taq DNA
聚合酶。SSR程序为94 ℃预变性3 min, 94 ℃变性
25 s, 47 ℃退火25 s, 72 ℃延伸25 s, 在35个循环
后, 68 ℃延伸10 min, 4 ℃保存。PCR在PE9600型
PCR仪上进行, PCR产物在6 %聚丙烯酰胺凝胶上
电泳分离(6%聚丙烯酰胺, 8 mol·L-1尿素), 硝酸
银染色(方卫国等, 2000)。电泳缓冲液为0.5×TBE,
功率100 W电泳1~1.5 h。
1.3 数据分析方法
本文统计分析了遗传参数多态位点百分数
(P)、平均等位基因数(A)、平均有效等位基因数
(Ae)、平均期望杂合度(He)(Nei, 1978)和实际观察
杂合度(Ho)。多态位点的标准采用等位基因出现
频率小于和等于0.99(常见等位基因)(Nei, 1987)。
Shannon多样性指数(I)(Shannon & Weaver, 1963)
分析采用 公式计算 , 其中p∑
=
−=
n
i
ii ppI
1
2log i表
示第i个等位存在的频率, n表示等位变异总数。种
群间遗传分化评价采用Nei距离(D)和遗传一致度
(I)来评价(Nei, 1972)。SSR位点基因分化系数采用
GST评价(GST=DST/HT =(HT–HS)/HT), 其中HT为总
群体的基因多样度 , HS表示种群内基因多样度 ,
DST为种群间基因多样度(Nei, 1973)。上述计算使
用POPGENE3.0软件。种群聚类分析根据种群间
遗传一致度聚类, 使用NTSYSpc21-2软件。
2 结果与分析
2.1 SSR位点多态变异
引物检测分析结果显示(图2, 表2), 40对引物
都表现为多态性 , 种群平均多态位点百分率为
72%。40个位点共检测到526个等位基因变异, 等
位基因数目范围为2~19个 , 多态最少的为2条带
(satt345), 多 态 最 高 的 为 19 条 带 (satt281 和
satt530), 平均为12.75条带。大于14条的有18对引
物, 介于8~13的有20对引物, 7个以下的有2个引
物(satt197和satt345)。表2列出每个引物在各种群
中产生的带数(等位基因)分布, 显示各引物在不
同种群中的多态数目的差异。satt197引物在各种
群中出现带数最少, 在8个种群中仅有1条带, 仅2
个种群出现2条多态带。有5个引物在一个种群中
有时出现最多8条多态带。


图2 引物satt236扩增一个种群部分的电泳多态带
Fig. 2 Part electrophoretic profiles of a population
amplified by satt236 primers


在40对引物中, 只有satt197和satt345两个引
物的常见等位基因频率为90%以上 , satt352为
63.09%, satt267、satt180和satt239为40%以上, 其
余34个位点的常见等位基因频率都低于35%。这
说明在北京种群内, 有些引物位点的遗传变异的
数目和频率都存在明显的差异, 有34个位点其常
见等位基因频率变动不很剧烈(数据未显示)。
2.2 遗传多样性指数分析
Shannon多样性指数(I)是常用来衡量位点某
一种群或地区的遗传多样性高低的尺度之一
(Shannon & Weaver, 1963), 我们用该指数评价各
引物遗传多样性的状况及在种群中的分布。40个
位点的I值见表4。I值最高为0.968(satt230), 最低
为0.067(satt197), 平均为0.658。按遗传多样性指
数高低把40对引物分为高中低3类: 指数值高的
引 物 (>0.700) 有 20 对 ; 指 数 值 中 等 的 引 物
(0.300~0.700)有17对; 指数值低的引物(<0.200)只
有3对 , 分别是 satt334(0.185)、 satt345(0.127)和
satt197(0.067)。
10个种群的I值高低有相当大的差异(表3)。最
高为1.138(3号种群), 最低为0.030(2号种群), 平
均值为0.658, 除了2和4号种群的I值较低外, 其
余8个种群值都在0.360以上。北部山区种群(1、2
和3号种群)的平均I值为0.637, 东部山区种群(4

942 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷

表2 各个引物在每个种群中产生的带数
Table 2 The number of bands produced by every primer in the populations
种群 Population 种群 Population 引物
Pri
mer
带数
No.
of
bands
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
引物
Pri
mer

带数
No.
of
bands
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
satt
236 9 5 1 7 1 7 1 4 5 5 2
satt
309 12 2 1 4 2 2 1 3 3 3 1
satt
300 16 3 1 4 2 3 2 6 7 2 2
satt
279 14 2 1 2 1 5 3 5 2 3 3
satt
390 13 1 1 4 1 5 2 4 7 3 3
satt
434 11 3 1 3 4 4 1 8 8 2 2
satt
429 12 4 1 8 1 7 1 3 3 3 3
satt
239 10 2 1 4 2 3 1 2 3 2 2
satt
453 11 2 1 7 1 5 2 3 4 2 2
satt
571 18 2 1 6 1 8 1 4 3 3 2
satt
197 3 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1
satt
431 17 3 2 3 1 6 5 4 4 5 3
att1
68 12 1 2 2 1 5 2 5 5 4 5
satt
414 17 1 1 4 2 6 2 5 4 1 2
satt
556 16 4 1 6 1 8 4 6 4 4 4
satt
242 13 3 1 2 1 5 2 3 4 4 2
satt
194 14 4 1 5 1 3 3 4 3 2 2
sct-
099 15 2 1 4 1 4 3 5 7 4 4
Satt
180 9 2 1 3 1 3 1 2 2 1 2
satt
373 12 2 1 4 1 4 3 2 4 3 1
satt
307 14 6 2 6 1 2 1 3 3 3 3
satt
346 16 2 1 4 1 1 2 4 3 3 2
satt
281 19 4 1 6 1 6 3 3 6 4 5
satt
590 13 2 1 4 1 2 1 4 7 3 3
satt
386 15 3 1 2 1 3 3 3 6 3 2
satt
339 8 3 1 3 1 3 2 4 3 1 3
satt
002 17 2 1 7 1 6 2 7 5 3 1
satt
530 19 5 1 6 1 5 1 5 5 4 1
satt
268 11 3 2 4 1 3 1 5 5 3 4
satt
243 12 4 1 5 1 7 4 3 4 3 5
satt
230 9 9 1 6 1 4 4 4 3 4 4
satt
487 16 3 1 6 1 6 3 6 5 3 3
satt
185 13 4 1 4 1 4 1 3 3 2 2
satt
345 2 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1
satt
146 14 2 1 6 2 3 1 4 1 3 2
satt
216 15 5 1 2 1 1 2 5 4 4 3
satt
334 10 2 1 2 1 3 1 3 1 1 1
satt
005 14 2 2 8 1 3 3 5 3 3 2
satt
352 11 3 1 4 1 3 1 4 2 2 2
satt
267 8 1 1 4 1 5 2 2 3 2 3
各居群在40对引物上的总带数 Total 526 116 45 175 48 165 80 157 157 113 100
带数包含杂合子双带 The number of bands includes heterozygotic bands when occurred in populations 种群同表1 Populations see
Table 1

表3 10个供试种群的遗传多样性参数
Table 3 Estimates of genetic parameters for 10 natural populations of wild soybean in Beijing
种群
Population
多态位点百分数
P (%)
平均预期杂合度
He
实际观察杂合度
Ho
平均等位基因
A
有效等位基因
Ae
Shanno指数
I
1 87.50 0.446 3 0.006 7 2.900 0 2.145 8 0.743 9
2 12.50 0.017 3 0.000 9 1.125 0 1.023 4 0.030 4
3 100.00 0.603 1 0.018 3 4.375 0 3.120 8 1.137 9
4 15.00 0.033 6 0.000 0 1.200 0 1.074 5 0.058 8
5 90.00 0.580 4 0.029 2 4.125 0 3.011 6 1.083 8
6 57.50 0.221 7 0.004 2 2.000 0 1.454 8 0.365 6
7 95.00 0.458 4 0.019 2 3.925 0 2.050 7 0.853 4
8 92.50 0.575 7 0.010 8 3.925 0 2.799 5 1.049 0
9 87.50 0.400 7 0.025 0 2.825 0 1.843 6 0.677 3
10 82.50 0.347 9 0.015 0 2.500 0 1.766 7 0.582 4
平均 Mean 72.00 0.368 5 0.012 9 2.890 0 2.029 1 0.658 3
P: Percentage of polumorphic loci He: Mean expected heterzygosity per locus Ho: Mean observed heterozygosity per locus A:
Mean number of alleles per locus Ae: Mean effective number of alleles per locus I: Shannon index 种群同表1 Populations see Table 1
严貌粉等: 北京地区野生大豆种群
4 期 SSR 标记的遗传多样性评价 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024 943
表4 北京地区野生大豆种群SSR位点的遗传化分
Table 4 Estimates of genetic diversity for SSR loci in natural populations of wild soybean in Beijing
位点
Locus
连锁群
Linkage
Shannon
指数I
居群内遗传
多样度Hs
居群间遗
传多样度
DST
基因分
化度GST
位点
Locus
连锁群
Linkage
Shannon
指数I
居群内遗传
多样度Hs
居群间遗传
多样度DST
基因分
化度GST
satt236 A1 0.850 1 0.422 4 0.345 3 0.449 8 satt309 G 0.466 7 0.282 3 0.569 7 0.668 7
satt300 A1 0.746 2 0.414 5 0.434 8 0.512 0 satt279 H 0.756 0 0.437 8 0.407 5 0.482 1
satt390 A2 0.749 5 0.402 8 0.432 6 0.517 8 satt434 H 0.759 6 0.403 3 0.432 5 0.517 5
satt429 A2 0.767 3 0.390 7 0.443 5 0.531 6 satt239 I 0.503 0 0.300 2 0.424 6 0.585 8
satt453 B1 0.710 5 0.403 5 0.464 6 0.535 2 satt571 I 0.693 1 0.373 4 0.499 4 0.572 2
satt197 B1 0.066 5 0.042 4 0.012 8 0.231 4 satt431 J 0.930 3 0.502 0 0.394 9 0.440 3
satt168 B2 0.725 1 0.379 8 0.479 8 0.558 2 satt414 K 0.584 7 0.326 5 0.580 0 0.639 8
satt556 B2 0.927 3 0.478 0 0.426 1 0.471 3 satt242 K 0.682 3 0.400 3 0.428 1 0.516 8
satt194 C1 0.747 1 0.442 2 0.427 3 0.491 4 sct-099 L 0.871 6 0.473 8 0.413 9 0.466 3
Satt180 C1 0.342 8 0.220 4 0.540 7 0.710 4 satt373 L 0.601 4 0.346 7 0.486 9 0.584 1
satt307 C2 0.634 9 0.339 7 0.484 0 0.587 6 satt346 M 0.479 8 0.291 4 0.587 5 0.668 4
satt281 C2 0.932 5 0.470 6 0.441 8 0.484 2 satt590 M 0.651 4 0.363 6 0.487 7 0.572 9
satt386 D2 0.677 0 0.394 4 0.498 3 0.558 2 satt339 N 0.521 9 0.305 6 0.518 0 0.629 0
satt002 D2 0.869 4 0.457 4 0.455 6 0.499 0 satt530 N 0.800 0 0.401 8 0.473 1 0.540 7
satt268 E 0.774 0 0.427 8 0.439 6 0.506 8 satt243 O 0.881 3 0.464 3 0.407 1 0.467 2
satt230 E 0.967 9 0.497 0 0.361 8 0.421 3 satt487 O 0.795 0 0.422 0 0.459 0 0.521 0
satt185 E 0.682 4 0.394 9 0.489 3 0.553 4 satt345 O 0.127 4 0.080 0 0.078 3 0.494 7
satt146 F 0.496 3 0.282 7 0.597 2 0.678 7 satt216 D1b+W 0.649 9 0.359 5 0.525 3 0.593 7
satt334 F 0.184 7 0.107 8 0.719 3 0.869 7 satt005 D1b+W 0.726 1 0.405 1 0.452 8 0.527 8
satt352 G 0.444 3 0.246 4 0.326 4 0.569 8 satt267 D1a+Q 0.552 2 0.328 4 0.389 5 0.542 5
40个位点各参数的平均 Average genetic parameters for 40 loci 0.658 2 0.362 1 0.445 9 0.544 2
HS: Within-population genetic diversity DST: Between-population genetic diversity GST: Coefficient of gene differentiation.


和5号种群) 的平均为0.571, 中-西部平原山区种
群(6、7、8、9和10号)种群的平均为0.706。结果
显示, 中-西部种群的遗传多样性高于北部, 北部
种群的遗传多样性高于东部。
3号种群的I值最高与该种群的SSR位点变异
程度高有密切关系 , 其多态位点百分率 (P)为
100%。该种群位于白河下游一淤积的平地上, 面
积约3 000 m2。可能白河沿岸的野生大豆在河水
的作用下, 成熟籽粒流至下游汇集于此, 因而有
高的遗传多样性。而2号种群的指数最低 , 为
0.030。该种群生长在白河岸边, 分布面积较小。
可能由于该小种群的地里隔离和随机性导致有低
的多样性。另一个指数很低的种群是4号种群为
0.059。该种群生长环境干旱, 植株矮小, 多分枝,
有明显的抗旱性。受干旱条件的选择, 某种耐旱
个体形成优势个体群, 导致多态性低。
2.3 种群的遗传结构
估算的遗传多样性参数见表3。多态位点百分
数P是反映遗传多态的重要指标之一。北京地区
种群多态位点百分数 (P)平均为 72%, 最高达
100%(3号种群), 最低为12.5%(2号种群)。40对引
物中有28.8对SSR位点呈现多态性。3号种群在40
个 位点上都表现为多态性 , 每个位点都存在遗
传变异。2号居群(P=12.50%)仅有5对SSR位点表
现多态性, 其余35对SSR位点上的常见等位基因
频率都大于0.99, 表现单态性 , 不常见等位基因
的数目极少, 其频率极低。
北京地区种群平均等位基因数A为2.890, 最
高为4.375(3号种群), 最低为1.125(2号种群)。平
均有效等位基因数(Ae)为2.029, 最高为3.121(3号
种群)最低为1.023(2号种群)。Ae在种群上的分布
趋势与A值有9个种群相同, 有一个种群不一致(8
号种群)。7号种群与8号种群的平均等位基因数相
同 (A=3.925), 但８号种群的Ae(2.780)高于7号种
群(2.051), 说明7号种群的极低频率的等位基因
数要比8号种群的多, 8号种群的等位基因频率大

944 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
小要相对均匀一些。而抗旱4号种群的遗传参数都
很低, 表现遗传上的单一化, 说明该种群经受过
自然选择。
种群的平均期望杂合度He与Shannon指数一
样是反映遗传多样性的高低尺度, 趋势相同。北
京种群 (He)范围在0.017(2号种群 )~0.603(3号种
群)之间, 平均为0.369。可分为高中低3组: 1、3、
5、7和8号种群有较高的He值(>0.440); 6和9号种
群次之 (0.220~0.400); 较低的为 2 和 4 号种群
(<0.035)。实际观测杂合度 (Ho)范围为0(4号种
群 )~0.029(5号种群 ), 平均为0.013, 是一个相当
低的值。这说明野生大豆在天然条件下是较为严
格自交的。这与胡志昂和王洪新(1985)的结论基
本一致。
2.4 种群基因分化
北京地区种群不同位点的遗传分化程度见表
4。种群内遗传多样度(HS)平均值为0.362, 有12
对 引 物 HS 较 高 (>0.420), 有 16 对 引 物 处 于
0.100~0.420值的范围, 2对引物偏低(<0.100)。种
群间遗传多样度(DST)在40个位点上的平均值为
0.446, 有10对引物的值较高(>0.490), 28对变动
在0.320~0.490, 2对引物的值偏低(<0.320)。
总体上 , 种群平均DST值(0.446)大于种群内
HS值(0.362)。40对引物中有29对引物表现DST值
高于HS值; 有10对引物(satt194、satt197、satt236、
satt243、satt556、satt281、sct-099、satt431、satt230、
satt279)HS值高于DST值 ; 有1对引物 (satt345)DST
值和HS值几乎相等(分别为0.078和0.080)。同时还
看到引物satt197和satt345的DST值和HS值都相当
低 , 都在0.05以下 , 表明这两个位点在种群内和
种群间的遗传多样度均低。
所有 40 对 SSR 位点的种群平均 GST 值为
0.544。每对引物分化程度在种群间有所不同。分
化程度高的有7对引物(>0.630), 在这7个位点上
种群间的等位基因频率的分布差异较大。有10对
引物种群间遗传分化程度低(<0.500)。其余引物的
遗传分化程度为中等(0.500~0.630)。
不仅位于不同连锁群上的位点的基因分化程
度会有所不同, 在同一连锁群上的不同位点有的
也存在明显差异(表4)。例如引物satt197和satt453
同位于B1连锁群上 , satt197的等位基因总数为3
个(表2), GST为0.231; 而satt453的等位基因总数
为11(表2), GST为0.535, 两者之间遗传变异水平
差异很大。类似的情形还出现在C1连锁群上的引
物 satt180和 satt194, F连锁群上的引物 satt146和
satt334。还有一种情况就是同一个连锁群上的引
物等位基因数相差很大 , 但是基因分化系数相
似。如O连锁群上的引物satt243、satt487和satt345,
satt345仅有2个等位基因(表2), 但是3个位点的分
化程度相似。这些可能是由于在染色体不同位置
上的突变频率不一样。
2.5 种群间遗传聚类分析
本文设定在I为0.245处聚类。聚类分为3组:
北部的1、2、3号种群、东部的5号种群与西部6
号种群聚为组Ⅰ; 中-西部7、8、9、10号种群聚
为组Ⅱ; 4号种群单独聚为组Ⅲ。组Ⅰ与组Ⅱ间遗
传距离为0.659, 与组Ⅲ间遗传距离为1.433, 组
Ⅱ与组Ⅲ的遗传距离为1.643。
聚类结果(图3)看到北京地区野生大豆种群
遗传结构与地理分布有一定的相关性。基本上北
部和东部群体地理相近, 聚在一组, 中-西部群体
里地位置靠近分在一组 , 只有6号种群偏离本种
群所在的生态组。东部的4号种群特殊, 生长在干
旱的沙石环境, 具有极强能耐旱性, 单独分为一
组。我们还看到各种群之间的遗传距离范围在
0.782~2.935之间(表5)。
3 讨 论
3.1 北京地区野生大豆天然种群基因分化与遗
传差异
SSR标记在Soja亚属遗传资源水平或物种水
平上广泛用于遗传多样性评价 (Maughan et al.,
1995; Choi et al., 1999; Akkaya et al., 1992;
Morgante et al., 1994; Powell et al., 1996; Song et
al., 1998; 赵洪锟等, 2001; 海林等, 2002; 李向华
等 , 2003; 周晓馥等 , 2002; Wang & Takahata,
2007), 但是很少有报道对于较大地理区域内较
多的野生大豆天然种群并且使用多的SSR引物进
行遗传多样性评价。最近有几篇论文报告了使用
SSR标记对单个种群进行取样研究 (Jin et al.,
2003; 赵茹等, 2006; 朱维岳等, 2006)或单种群内
遗传多样性(关荣霞等, 2006)。本研究使用40对引
物共检测到526个多态 , 每对引物产生多态带数
在2~19条, 平均13.15条带。就一个种群的等位基
因数而言 , 显示的最小为1.13条 , 最大为4.13条
(表3), 10个种群平均2.89条带。该平均值与山东垦
严貌粉等: 北京地区野生大豆种群
4 期 SSR 标记的遗传多样性评价 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024 945
利黄河口自




图3 北京地区10个野生大豆天然种群的聚类分析
Fig. 3 Dendrogram of 10 natural populations of wild soybean in Beijing based on genetic identity


表5 10个种群的Nei遗传一致度与遗传距离
Table 5 Nei’s genetic identity and genetic distance among 10 natural populations of wild soybean in Beijing
种群
Population
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 **** 0.210 5 0.392 6 0.193 2 0.222 6 0.214 9 0.218 7 0.180 8 0.194 3 0.192 6
2 1.558 4 **** 0.245 5 0.053 1 0.340 0 0.200 3 0.210 1 0.289 4 0.206 8 0.194 1
3 0.935 0 1.404 6 **** 0.266 0 0.363 4 0.214 9 0.211 2 0.212 4 0.296 1 0.276 8
4 1.643 9 2.935 0 1.324 2 **** 0.206 9 0.107 0 0.170 2 0.090 1 0.120 8 0.152 6
5 1.502 5 1.078 8 1.012 2 1.575 7 **** 0.356 6 0.265 2 0.331 9 0.238 2 0.241 4
6 1.537 6 1.607 8 1.537 4 2.235 0 1.031 0 **** 0.253 3 0.238 1 0.259 8 0.195 6
7 1.519 9 1.560 3 1.554 8 1.770 8 1.327 2 1.373 1 **** 0.296 2 0.244 6 0.176 7
8 1.710 4 1.240 1 1.549 1 2.406 4 1.103 1 1.434 9 1.216 6 **** 0.374 8 0.340 1
9 1.638 4 1.575 9 1.217 1 2.113 2 1.434 7 1.348 0 1.408 1 0.981 5 **** 0.457 5
10 1.646 9 1.639 4 1.284 5 1.879 8 1.421 1 1.631 7 1.733 3 1.078 5 0.781 9 ****
右上部为遗传一致度, 下部为遗传距离 Nei’s genetic identity (above diagonal) and genetic distance (below diagonal) 种群同表1
Populations see Table 1


然保护区种群的2.82条带相似(朱维岳等, 2006),
略高于辽宁新宾县野生大豆原位保护点种群的
2.3条带(关荣霞等, 2006), 而低于上海江湾机场
种群的5.55条带(赵茹等, 2006)。Jin等(2003)使用
15个ISSR引物分析上海江湾机场种群 , 产生331
条带 , 平均每个引物83.6条。府宇雷等(2002)用
20个RAPD引物在浙江金华北山南坡5个种群检
测出370条带, 平均每个引物18.5条。本文SSR检
测结果平均每对引物扩增的带数明显少于随机
引物ISSR和RAPD扩增的带数 , 这可能是SSR是
特定位点扩增引物有关。Choi等(1999)使用7对
SSR引物对5条韩国的河流岸边种群进行了遗传
多样性分析。7对引物平均每对引物产生11.7条
带, 低于北京地区平均每对引物。单就一个种群
而言 , 韩国的5条河流岸边种群平均2.34条带 ,
同辽宁新宾县野生大豆原位保护点的2.3条带相
同, 低于上海江湾机场种群, 也低于山东垦利黄
河口自然保护区种群和北京地区平均。另外Choi
等(1999)的研究的由于是沿着河岸取样, 每个种
群范围可能比我们的种群取样范围大 , 但是种

946 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
群样本数太少 , 平均每个种群取样11.4株 , 不能
反映出真正的种群遗传结构。他们的取样类似于
大空间尺度上的物种 (或种质资源 )地理遗传倾
群(分布)调查, 验数据不能直接与我们的数据进
行比较。
Gottlieb(1981)指出自交植物有两种极端的情
况。某些物种在各个位点上几乎都是同一个等位
基因, 而在另一些物种的群体之间一些位点各等
位的频率变化很大; 在某些群体里一个等位的等
位基因频率很低, 而在另一些群体里频率很高甚
至固定。我们的结果看到北京地区野生大豆SSR
等位频率某些位点在居群间变化是较明显的(数
据未显示), 不同引物在总居群中的扩增带数有
的有相当大的差异(表2), 并且个别引物位点在有
的居群里被固定, 形成单态现象(表2)。北京地区
野生大豆种群分化水平不相同 , 正如表3显示的
遗传参数有的种群之间有相当大的差异。以平均
等位基因数(A)衡量种群大致可以分为4个水平 :
高水平(3和5号种群)、较高水平(1、7、8和9号种
群)、中等水平(10号种群)和低水平(2、4和6号种
群)。
Loveless和Hamrick(1984)认为自交植物遗传
多样度特点是有较高的居群间遗传多样度(DST),
北京地区野生大豆天然种群遗传结构特点与这个
结论相吻合。本文测定北京地区种群GST为0.544,
府宇雷等(2002)RAPD测定的浙江金华北山南坡
种群遗传分化值(GST=0.583), 虽然两者值十分相
似, 但是由于所用引物不同、引物数目也不同无
法比较两者真实的遗传分化程度的高低。然而这
些使用DNA标记的GST值要远高于同功酶测定的
值。裴颜龙等(1996)使用同功酶测定北京、辽宁
大连、山东禹城4个大空间尺度的种群GST为0.391;
Yu和Kiang(1993)同功酶测定韩国西部(靠近黄海
一侧)约200 km长度内的种群GST为0.383。每个连
锁群上的引物 , 除了3个连锁群(B1、C1和F)外 ,
基本上基因分化程度(GST)值类似或相近(表3)。
B1连锁群上引物satt453和satt197、C1连锁群上引
物 satt194和 satt180及 F连锁群上引物 satt146和
satt334, 每两对引物之间基因分化程度大小明显
有差异, 尽管处于同个连锁群上。我们的结果还
看到40对引物除了其中有29对引物表现居群间分
化明显 , DST值高于HS值外 , 有一对引物HS 和
DST相等, 10对引物是HS高于DST。地理上北京地
区野生大豆遗传多样性分布趋势为中-西部高于
北部, 北部高于东部。
3.2 种群分布地理与环境对遗传结构的影响
1、2和3号种群同位于白河流域, 他们的地理
距离有几十公里远, 3个种群聚为一类。居群1和3
之间的遗传一致度最高(I=0.392)。上游的种子有
机会随河流向下游迁移进行基因交流。这种现象
在Fujita等 (1997)和Kiang等 (1992)同功酶测定日
本东北两条河流种群中表现出来 , GST值分别为
0.087和0.197, 看到遗传距离与地理距离存在相
关。很显然在同一个水系的种群的遗传分化要明
显的小 , 往往种群遗传分化与地理距离有相关 ,
这与非水流域生态系统(陆地)的种群遗传变异同
地理距离无相关现象不同(府宇雷等, 2002; 裴颜
龙等, 1996; 胡志昂和王洪新, 1985; Yu & Kiang,
1993)。例外的是6和10号种群虽然都处于永定河
岸边, 但是他们的遗传结构有很大差异, 可能的
解释是永定河实际已处于长期干涸长状态, 两个
种群由于地理隔离 , 遗传结构上出现较大的分
化。所以6和10种群之间的遗传距离较远, 遗传一
致度为0.196。
一个种群的存在和遗传结构与所处的生态环
境有密切关系。北京地区有各种生态环境, 本研
究看到有利于野生大豆生长的生态环境中的种群
具有高的遗传多样性。3和5号种群生态条件非常
有利于野生大豆, 因而这两个种群的A、He和I都
较高(表3)。生长在干旱条件下的小环境4号种群
形态特点是植株矮小, 多分枝, 叶片小。该种群内
植株间遗传差异极小, 许多引物位点等位基因高
度被固定, 单一化, 表现为种群A、He和I也极低
(表3)。推测4号种群在适应干旱环境的过程中自
然选择起了主要作用, 抗旱的家系或个体存活并
繁殖成为优势型, 因此与其它种群的遗传距离最
远, 自己单独聚为一类。尽管该种群的遗传多样
性降低, 但是种群通过干旱选择压力, 植株携带
了耐旱基因具有更大的利用价值。
3.3 种群分布大小与遗传结构及分化的关系
种群分布的面积大小表现出遗传结构有相当
的差异。关荣霞等(2006)的结果显示种群大小(样
本 数 ) 与 等 位 基 因 变 异 数 有 极 显 著 正 相 关
(r=0.87)。收集到分布面积最小的2号种群的遗传
多样性最低。这个小种群内个体间遗传差异非常
小, He分别为0.017, 多态位点比例分别为12.5%。
严貌粉等: 北京地区野生大豆种群
4 期 SSR 标记的遗传多样性评价 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2008.04.024 947
这样低的遗传多样性可能是因为该种群由少数家
系形成, 大部分等位基因被固定。该小种群位于
白河流域山区的一个小支流岸边, 它的形成可能
是上游流下的种子形成的新种群。由于面积较小
可能会造成取样时抽样同一家系的后代机会增
大。
胡志昂和王洪新(1985)分析北京地区野生大
豆等位基因频率后认为, 自花植物的野生大豆遗
传结构与地理分布无相关性, 是地理的“随机效
应”。北京地区北部山区和丘陵地带由于地理环
境的隔离分布许多大小不同的种群, 即使是在平
原地带由于各种人为活动造成种群断片化, 有的
种群面积只有几平方米到数十平方米。这些小种
群有的是种群扩散的奠基者、消亡的残留种(受到
污染的环境和干旱)和大种群被隔离(耕地开垦、
道路和开发区建设)。本文并没有特别关注这些小
种群的情况 , 但是我们也选择了2个小种群(2号
种群和4号种群)做比较分析。这些小种群的遗传
结构容易受到遗传漂变、突变和自然选择因素的
影响因而表现随机效应是可能的。
3.4 北京地区野生大豆种群的区系与相关性
根据Nei(1978)遗传一致度和聚类分析, 本文
北京地区野生大豆按地理距离聚为3大组 , 北部
山区生态区种群和东部山区种群5聚为一组, 中-
西部种群聚为一组 , 特殊的4号种群单独聚为一
组。北京地区野生大豆天然种群的遗传结构基本
上与地理有一定相关性, 这一结果与在种群水平
上非水流域生态系统种群的情形不同(府宇雷等,
2002; 裴颜龙等 , 1996; 胡志昂和王洪新 , 1985;
Yu & Kiang, 1993)。我们认为在生态区大环境条
件下, 种群遗传进化有一定趋同性和“地理亲缘
性”, 在野生大豆种群形态结构和SKTI蛋白多态
上我们看到与地理的相关性 (王克晶等 , 2001,
2005)。但是不排除局部小生境下有可能发生遗传
突变和漂变 , 自然选择等因素使某种优势类型
(或基因型)固定、繁殖, 在遗传结构上表现出地理
的“随机性”, 本文2号和4号种群干旱种群就是
个例证。根据本文的分析, 北京地区天然野生大
豆种群遗传结构相似性的特点基本是存在于两大
区域: 北部-东部区和中部-西部区(图3), 地理上
这两区域基本上是归属于燕山和太行山余脉区
域。我们的研究是对一定大的地区空间内不同种
群的分析, 没有像在很大的空间范围内采用少数
种群(裴颜龙等, 1996), 也没有像在相对小的空间
范围内采用少数种群分析(府宇雷等, 2002)。在大
的空间范围内即使是DNA标记, 当使用较多的种
群数量时, 即便是某些种群遗传结构出现“地理
随机效应”, 但是距离相近的种群所携带的相同
等位基因种类有可能增多(等位基因频率可能不
同), 导致种群间的遗传一致性要大于距离远的、
携带相同等位基因少的种群间的遗传一致性, 往
往聚类分析时聚为一个组内。这可以解释为在一
定的地理距离范围内某种等位基因的扩散由于时
间或空间隔离使扩散的范围或速度受到某种限
制。这种效果在种群数量少时, 或者采用等位多
态少的标记时往往不容易看不到, 所以在一个相
当大的空间范围评价种群遗传分化是否与地理有
相关性需要尽可能使用多的种群数量和使用象
SSR标记这样的多态性适度高的标记。这在另外
一个研究, 全国东北、华北、华中、华南地区大
的空间范围15个种群结果得到印证, 发现我国野
生大豆在种群水平上SSR标记地理遗传分化有地
理相关性 1)。野生大豆大范地理范围分析的众多
种群遗传结构和遗传多样性有地理相关性现象值
得更多的研究。
3.5 资源保护策略与利用
野生大豆作为重要的遗传资源, 如何保护与
利用是野生大豆资源的中心工作, 利用分子生态
学研究种群的遗传多样性和亲缘关系对今后的物
种保护与利用提供了理论依据。关于野生大豆如
何取样许多研究者提出了方法和建议。 Jin等
(2003)用15个ISSR引物研究约10 000 m2的上海江
弯机场种群显示 , 当以Shannon指数(I)衡量遗传
多样性程度时 , 取样株距不小于 10 m随机取
35~45单株样本能够代表种群的遗传多样性。赵
茹等(2006)使用20对SSR引物也对上海江弯机场
同一个样本分析的结果显示, 当以多态位点百分
率(P)衡量时, 测定45株能达到90 %遗传多样性。
朱维岳等(2006)用17对SSR引物对山东垦利黄河
口自然保护区野生大豆种群10 000 m2范围样本
研究显示 , 当以P参数衡量时 , 用随机取样27株
能够大到种群95%的遗传多样性, 当以平均等位
基因数目(A)衡量时, 抽取52株才能达到种群95%

1) Xu LH ( 徐 立 恒 ) (2007). Genetic Diversity in Natural
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948 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 32 卷
的遗传多样性。
以上看出, 由于种群遗传结构的差异、种群
纹里的空间分布差异、标记种类不同、标记位点
的数目不同和衡量遗传多样性所使用参数不同而
确定的最低取样样本数也有差异。若干文献(金燕
和卢宝荣, 2003; Jin et al., 2003; 赵茹等, 2006;
朱维岳等, 2006; 关荣霞等, 2006)基本上认为含
有90%~95%以上的遗传多样性取样应该在至少
不少于30~45株, 接近Sjögren和Wyöni(1994)提出
对未知生物学特性和遗传背景的情况下对一个有
限种群随机取样能够满足遗传多样性保护要求的
取样30单株估算。实际野外遗传资源搜集工作中,
面对的都是各种生态环境、遗传结构未知的种群,
不可能都一一取样回来分析完后再去搜集资源。
在大多数情况下 , 野生大豆的种群面积都在
10 000 m2以下, 以北京地区种群为例每个种群取
样30单株左右是适宜的。
对于野生大豆种群取样通常有两个目的: 一
是确定原位保护点, 二是搜集种子基因库保存。
我们认为对于原位保护点的确立除特殊种群必须
保护除外, 一般的原位点的设立理论上应该在一
定的区域内通过对各种群进行遗传评价(包括形
态和生理生化)基础上再选择合适保护点(种群)。
对于基因库保存, 种群随机取样不少于30株基本
包含了大部分遗传多样性。但是对于一个空间范
围如何保证取样样本最大程度地代表该地区的遗
传多样性同时兼顾到经济成本 , 李军等(1995)建
议在一个地区尽可能取多的单株 , 每株收几个
荚; 府宇雷等(2002)又提出在一个地区尽可能收
集种群, 在种群内适当搜集单株保存。胡志昂和
王洪新(1985)建议在十几到几十公里间隔设取样
点, 每点取100单株, 每株取一个有效荚。以上的
建议应该认为是在不同具体空间尺度范围和不同
生态环境下分别适用。取样应根据实际情况, 依
据空间大小、环境、时间和成本而异。对于以种
子保存为目的搜集, 基于本文对北京几种不同生
态环境、不同种群大小和不同起源背景的10个种
群的分析获得的新认识, 在考虑经费、时间和人
力的情况下我们建议: 河流下游的种群或分布面
积较大的遗传多样性可能较高, 应考虑增加适当
样本数 ; 对环境一致并且有遗传关联的种群(地
理距离相近 , 有可能容易发生基因相互渗透)如
同一水系等 , 资源收集时可考虑适当加大距离 ;
对于小种群, 如奠基者新生种群遗传多样性比较
单一, 适当减少样本取样; 极端条件下的种群由
于环境选择效应种群遗传多样性较低, 这样的种
群也适当减少样本的取样数量就可能获得种群主
要特性性状(基因)材料; 对于处于消亡中或濒危
状态的小种群应注意抢救性搜集; 生境条件对种
群的选择压力是有意义的, 应注意特殊环境下稀
有材料的保护搜集; 对某地区的遗传资源搜集应
该是尽量搜集各生态环境下的种群。本研究搜集
的耐旱种群有待进一步鉴定和研究其耐旱基因 ,
以期待为抗旱育种提供优良的基因。
参 考 文 献
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责任编委: 葛 颂 责任编辑: 李 敏