全 文 ：云南特有濒危植物馨香木兰的遗传多样性研究
*
金 蕊1，石雨鑫1，徐 涛1，杨明挚1，司马永康2
(1. 云南大学生命科学学院，云南 昆明 650091;2. 云南省林业科学院，云南 昆明 650201)
摘要:为研究云南特有濒危植物馨香木兰的遗传多样性水平，采用随机扩增多态 DNA技术 (ＲAPD) ，对云南省
馨香木兰 4 个居群，即文山州广南县、西畴县新街、西畴县亚坪等 3 个天然居群及昆明树木园 1 个人工居群，进
行遗传多样性分析。随机筛选出重复性好的 8 条随机引物，对 70 个样品的基因组 DNA进行扩增，建立 ＲAPD分
析图谱。扩增结果为，共检测出 84 个多态位点。遗传多态位点百分率为 61. 90 % (文山广南)、76. 19 % (西畴
新街)、71. 43 % (昆明树木园)和 66. 67 % (西畴亚坪)。遗传多样性 Shannon 指数为 0. 568 6，其中 30. 55 %
来自种群间，69. 45 %来自种群内;Nei’s指数为 0. 390 3，种群间的遗传分化系数 (GST)为 0. 221 6。文山广
南和西畴亚坪之间的遗传距离最大，昆明树木园与西畴亚坪之间的遗传距离最小。结果显示，与木兰科等其他
濒危植物相比较，馨香木兰遗传多样性相对较高。根据各种群遗传背景研究结果，提出了该物种迁地保护种群
遗传资源管理建议。
关键词:馨香木兰;ＲAPD;遗传多样性;遗传管理
中图分类号:Q 941 文献标识码:A 文章编号:1672 － 8246 (2014)06 － 0080 － 05
Study on Genetic Diversity of Endangered and Endemic Plant of
Magnolia odoratissima (Magnoliaceae)in Yunnan Province
JIN Ｒui1，SHI Yu-xin1，XU Tao1，YANG Ming-zhi1，SIMA Yong-kang2
(1. Life Science college of Yunnan University，Kunming Yunnan 650091，P. Ｒ. China;
2. Yunnan Academy of Forestry，Kunming Yunnan 650201，P. Ｒ. China)
Abstract:In order to study the genetic diversity of the endemic and endangered plant of Magnolia odoratissima in
Yunnan Province，we collected 4 populations including one artificial population from Kunming Tree’s Garden
(KM) ，and three wild populations from Guangnan (G) ，Xinjie (XCD)and Yapin (XPB)of Wenshan Prefec-
ture． Eight ＲAPD primers were selected to screen 70 samples of M. odoratissima Among 84 detected sites，rpolymor-
phic percentage of the four populations were 61. 90 % (G) ，76. 19 % (XCD) ，71. 43 % (KM)and 66. 67 %
(XPB)respectively． Species diversity indicated by Shannon index was 0. 568 6，among which 30. 55 % was from
the inter-populations and 69. 45 % was from the inner-populations． The species diversity indicated by Nei index
was 0. 390 3 and the coefficient of gene differentiation among the populations was 0. 221 6. Genetic distance be-
tween Guangnan and Yapin was the longest，while the one between Kunming Tree’s Garden and Yapin was the
shortest． The results showed that M. odoratissima had higher genetic diversity than other endangered and endemic
plants of magnoliaceae. Based on the research， relevant management suggestion on ex-situ conservation of
M. odoratissima genetic resources was proposed．
第 43 卷 第 6 期
2014 年 12 月
西 部 林 业 科 学
Journal of West China Forestry Science
Vol. 43 No. 6
Dec. 2014
* 收稿日期:2014 － 06 － 20
基金项目:国家自然科学基金 (31060096) ，云南省自然科学基金项目 (2011FZ008) ，云南大学校基金 (2011YB005)与生命科学
院青年基金项目。
第一作者简介:金 蕊 (1988 －) ，女，硕士，主要从事植物分子生物学研究。E-mail:jinr1234@ 126. com
通讯作者简介:徐 涛 (1974 －) ，男，讲师，博士，主要从事植物发育与保护生物学研究。E-mail:xut233@ 163. com
Key words:Magnolia odoratissima;ＲAPD;genetic diversity;genetic managerment
维系遗传多样性是保护生物学的核心目标，对
濒危物种进行遗传多样性的研究，有利于遗传管理
并能降低物种灭绝风险［1］。馨香木兰 (Magnolia
odoratissima)是木兰科 (Magnoliaceae)木兰属
(Magnolia)植物，国内仅特产于云南，属国家二
级重点保护野生植物［2］。由于云南特有濒危植物
馨香木兰分布狭窄，除柴勇等曾对文山州西畴县域
的几个野生种群、生境土壤与群落结构等特点做过
研究外［3 ～ 5］，尚未见到有关馨香木兰种群遗传多样
性的分析报道。随机扩增多态性 DNA 技术由于其
简便快捷、多态检出率高、不用放射性同位素等特
点［6］，被广泛应用于木兰科濒危植物群体遗传结
构与遗传多样性分析的领域［7 ～ 8］，如黄久香等研究
了观光木 (Tsoongiodendron odorum)的遗传多样
性［9］，姜景民等用 ＲAPD 方法分析了乐昌含笑
(Michelia chapensis)的遗传多样性及分化程度［10］，
林新春等利用 ＲAPD 分子标记，研究了华木莲
(Sinomanglietia glauca)遗传多样性［11］，刘登义等
运用 ＲAPD标记，对天目木兰 (Magnolia amoena)
居群的遗传多样性进行了研究［12］，以及其他相关
研究为木兰科濒危植物的遗传多样性研究积累了资
料。本文利用 ＲAPD技术分析馨香木兰的遗传多样
性，以增加木兰科植物馨香木兰植物资源的遗传保
护与遗传管理的科学依据，对进一步加强植物遗传
保护与管理具有一定科学意义。
1 材料与方法
1. 1 材料
供试材料根据模式标本记录等，分别采自文山
州广南县、文山州西畴县新街和文山州西畴县亚坪
和云南省林业科学院昆明树木园。各地标本保存于
云南省林业科学院标本室 (YAF)，样地概况见表
1。采集健康幼嫩叶片放入装有硅胶的密封塑料袋
中，带回实验室后放于 － 20℃冰箱保存备用。
表 1 馨香木兰种群与生境
Tab. 1 Populations and habitats of Magnolia odoratissima
种群 样品数 海拔 /m 北纬 东经 生境
文山广南 14 1 470 23°3637″ 105°1211″ 石灰山地菁沟，林内
西畴新街 21 1 290 23°1316″ 104°3612″ 石灰山地，林内
西畴亚坪 13 1 310 23°1358″ 104°3614″ 石灰山地，疏林内
昆明树木园 22 1 895 25°0842″ 102°4409″ 坡地，人工栽培
从 40 个引物中筛选出多态性好的 8 个引物，
引物名称及序列见表 2。ＲAPD 引物 S86，S125，
S141，S162，S215，S279，S1003，S1006 (北京全
氏金生物技术有限公司)，用于正式的 PCＲ扩增。
表 2 引物及其序列
Tab. 2 Primers and their sequences
正向引物 (5-3)序列 反向引物 (5-3)序列
S86 GTGCCTAACC S215 GGATGCCACT
S125 CCGAATTCCC S279 CAAAGCGCTC
S141 CCCAAGGTCC S1003 GGTTACTGCC
S162 GGAGGAGAGG S1006 GTAAGCCCCT
1. 2 方法
1. 2. 1 DNA的提取与检测
利用植物基因组 DNA 提取试剂盒 (离心柱
型)提取馨香木兰的 DNA，DNA 存放于 － 20℃备
用，检测 DNA时，在 0. 8 %琼脂糖凝胶电泳，全
自动凝胶成像系统下检测。
1. 2. 2 ＲAPD扩增
用筛选出的引物对所有种群中的样品进行
PCＲ扩增。扩增体系参考黄久香等［9］的反应体系，
结合该实验的实际分析，得出 25 μL的体系，包括
18. 1 μL H2O，2 μL dNTP，2. 5 μL 1 × PCＲ buffer，
0. 4 μL Taq 酶，1 μL 引物，1 μL 模板 DNA。在
EDC-810 扩增仪上进行扩增程序，94℃预变性 5
min;94℃变性 15 s，37℃复性 90 s，72℃延伸 2
min ，40 个循环反应;72℃延伸 7 min;于 4℃保
存备用。
1. 2. 3 PCＲ产物检测
扩增产物在 1. 6 % ～2. 0 %的琼脂糖凝胶中电
泳，以 DL2000bpDNAMarker (北京全氏金生物技
术有限公司)作为标记，溴化乙锭 (EB)染色后
18第 6 期 金 蕊等:云南特有濒危植物馨香木兰的遗传多样性研究
于全自动凝胶成像分析系统观察记录电泳结果。
1. 3 数据统计与处理
将电泳图谱清晰且可重复的条带赋值为 1，同一
位点的弱带且不重复或没有条带的记为 0，构建 0 /1
数据矩阵，用 POPGENE32［13］软件进行分析，计算遗
传相似系数和遗传距离［14 ～15］。用 NTsys-pc 2. 10e 做
聚类图。
Nei’s 基因多样度计算公式 H = 1 －∑Pi2，式
中，Pi为位点 i的基因频率。
Shannon信息指数的计算公式 I = －∑Pi lnPi /N，
式中，Pi为位点 i的基因频率，N为位点总数。
2 结果与分析
2. 1 馨香木兰种群的 ＲAPD扩增片段的多态性
多态位点百分率 P 指多态位点数占总位点数
的百分比。筛选出的 8 种不同引物在 4 个馨香木兰
种群的 DNA模板中的扩增带数从 8 到 11 条不等，
平均每个引物可扩增 10. 5 条 (图 1)。84 个位点
中多态带 84 条，多态率 100 %。在 4 个种群中，
文山州西畴县样点 1 种群的多态位点百分率最高，
文山州广南县种群的多态位点百分率最低。按所检
测的多态位点丰富度，4 个种群的排序为，西畴新
街 ＞昆明树木园 ＞西畴亚坪 ＞文山广南 (表 3)。
表 3 不同馨香木兰种群的多态位点情况
Tab. 3 Polymorphic sites detected with 8 primers for the
population of Magnolia odoratissima
居群 样品数
多态位
点数
单态位
点数
多态位点
百分率 /%
文山广南 14 52 32 61. 90
西畴新街 21 64 20 76. 19
昆明树木园 22 60 24 71. 43
西畴亚坪 13 56 28 66. 67
实验结果显示，ＲAPD 扩增片段在不同种群所
出现的显性频率有差异，可见馨香木兰各种群之间
存在一定程度的遗传分化。
图 1 S1006 与 XCD (第 1 ～ 15 个样品)扩增后电泳图谱
Fig. 1 Band patterns of the DNA of XCD (1 ～ 15)amplified with the primer S1006
2. 2 不同种群的遗传多样性
种群的遗传多样性指数通常用于表示种群内和
种群间的遗传变异程度，Nei’s 基因多样度和
Shannon 信息指数是衡量生物遗传多样性的 2 个重
要指标。
4 居群馨香木兰遗传多样性结果见表 4。
表 4 馨香木兰的遗传多样性
Tab. 4 The genetic diversity of Magnolia odoratissima
文山广南 西畴新街 昆明树木园 西畴亚坪 物种 种群内 种群间
H 0. 252 5 0. 300 1 0. 283 6 0. 241 0 0. 390 3 0. 303 8 0. 221 6
I 0. 368 3 0. 438 6 0. 414 6 0. 358 2 0. 568 6 0. 394 9 0. 305 5
注:H为 Nei’s基因多样性指数，I为 Shannon指数
表 4 结果显示，Nei’s 遗传分化指数文山州西
畴县新街种群较高，文山州西畴县亚坪种群的遗传
多样性最低。4 个种群的遗传多样性依次为，西畴
新街 ＞昆明树木园 ＞文山广南 ＞西畴亚坪。种的平
均遗传多样性为 0. 390 3，种群内平均遗传多样性为
0. 303 8，种群间的遗传分化指数 GST 为 0. 221 6，
28 西 部 林 业 科 学 2014 年
即种群间的遗传变异只占总变异的 22. 16 %。
Shannon遗传多样性分析结果显示，在4个种群
中，Shannon遗传多样性指数以文山州西畴县新街种
群最高，文山州西畴县亚坪种群最低。4 个种群的
遗传多样性指数依次为，西畴新街 ＞昆明树木园 ＞
文山广南 ＞西畴亚坪。种的平均遗传多样性指数为
0. 568 6，种群内平均遗传多样性指数为 0. 394 9，种
群间的遗传多样性占种的遗传多样性 0. 305 5，即种
群间的遗传变异只占总变异的 30. 55 %。
由此可见，无论 Nei’s 指数还是 Shannon 指数
统计 ＲAPD的结果基本相似，并显示出大量的分子
变异存在于馨香木兰种群内。
通过种群间的遗传距离分析可知，文山州广南
县种群和文山州西畴县亚坪 2 个种群之间的遗传距
离最大，遗传距离为 0. 331 6;昆明树木园种群与
西畴县亚坪 2 个种群之间的相似性最高，遗传距离
为 0. 185 5 (表 5)。
表 5 4 个种群的遗传距离
Tab. 5 The genetic distance (below diagonal)
of four populations
居群 文山广南 西畴亚坪 西畴新街 昆明树木园
文山广南 ＊＊＊＊
西畴亚坪 0. 331 6 ＊＊＊＊
西畴新街 0. 282 4 0. 235 2 ＊＊＊＊
昆明树木园 0. 213 5 0. 185 5 0. 247 2 ＊＊＊＊
2. 3 馨香木兰种群的聚类分析
根据遗传距离，用 NTsys 2. 10e 进行聚类分
析，得到居群间亲缘关系分支树系图，见图 2。
图 2 馨香木兰的 NTsys 2. 10e聚类图
Fig. 2 NTsys 2. 10e dendrogram among 4 populations of M. odoratissima and their varietal species based on Nei’s genetic distance
聚类分析结果显示，全部样本群体在遗传距离
为 0. 63 水平上分为两大类，其中一类是广南种群，
而另一类是其他 3 个种群，其中，西畴县亚坪与昆
明树木园样点聚为一类，揭示了昆明树木园种群的
树种主要来自西畴县亚坪，这与该树木园资料记载
相符。这也初步解释了昆明树木园居群遗传多样性
指数水平略高于西畴县亚坪而低于西畴县新街，这
与树木园树种的野生居群取样有关。
3 结论与讨论
(1)馨香木兰种群遗传多样性水平 我国木
兰属植物资源丰富，但目前国内对木兰属植物的研
究相对较少，且自然繁殖能力严重退化，导致一些
品种已面临濒危状态［1 ～ 2］。遗传多样性是物种长期
进化的结果，是种群生存和发展的前提。一个物种
的进化潜力和抵御逆境的能力取决于种内遗传变异
的大小，遗传多样性越丰富，对环境变化的适应能
力越强，研究认为濒危、特有植物具有较低的遗传
多样性［16］。通过比较木兰科几种濒危植物的遗传
多样性数据 (ＲAPD分析技术) (表 6) ，馨香木兰
植物种群遗传多样性较高，可能与其分布范围相对
较大、繁育系统异交为主、长寿命等生活史特性有
关。通过居群生物学调查，馨香木兰现存天然居群
分布于文山西畴与文山广南等地。该植物花白色，
香气浓烈，具有显著的虫媒传粉的特征，通过对馨
香木兰的传粉观察，访花昆虫观测与套袋实验，结
果显示馨香木兰以异交为主 (另文发表)，有性繁
殖有利于保持其较高的遗传多样性。另外，馨香木
兰在西畴平坝乡有 1 株树高 12 m，胸径 20 cm的大
树，据测算树龄约 100 多年，作为长寿命树种在长
期自然选择作用下，该植物适应其生存的基因被不
断地积累和保留下来，因此形成广泛的遗传基础。
可见，造成馨香木兰濒危的主要原因不是其遗传基
础，应该与木兰科其他濒危植物相似，主要是环境
气候变化以及人为干扰、生境破坏等因素。
38第 6 期 金 蕊等:云南特有濒危植物馨香木兰的遗传多样性研究
表 6 多物种基因多样性指数与 Shannon表型指数比较
Tab. 6 The comparation of genetic diversity index and Shannon index for several species
馨香木兰 大果木莲 华木莲 乐昌含笑 北美鹅掌楸 鹅掌楸 观光木
H 0. 390 3 0. 243 3 0. 184 7 0. 325 5 0. 433 1 0. 399 5 0. 259 7
I 0. 568 6 0. 365 1 0. 278 2 0. 475 1 0. 356 5 0. 618 9 0. 356 5
注:资料引自观光木 Tsoongiodendron odorum (黄久香等)［9］，乐昌含笑 Michelia chapensis (姜景民等)［10］，华木莲 Sinomanglietia glauca (林
新春等)［11］，北美鹅掌楸 Liriodendron tulipifera与鹅掌楸 Liriodendron chinense (罗光佐等)［17］，大果木莲 Manglieta grandis (徐涛等)［18］
(2)馨香木兰遗传分化与保护建议 从就地保
护与人工迁地保护的角度来说，馨香木兰种群间的
遗传分化指数 GST为 0. 221 6，即种群间的遗传变异
只占总变异的 22. 16 %，其大部分的遗传变异
(77. 84 %)存于居群内，因此，人工种群构建时，
应尽可能收集各天然居群一定数量的单株材料，以
最大限度地保持馨香木兰的遗传多样性，广南县野
生种群遗传多样性水平较低，而西畴县野生种群较
高，建议当地林业部门加强西畴县野生种群就地保
护工作，尤其加强广南县馨香木兰原生地居群的保
护。
馨香木兰聚类分析研究发现，西畴县亚坪与昆
明树木园样点聚为一类，揭示了昆明树木园馨香木
兰种群的树种主要来自西畴县亚坪，这与昆明树木
园相关种植引种研究相符［19］。昆明树木园居群遗
传多样性数据与广南种群差异明显，处于西畴县两
个居群之间;另外，聚类分析时与遗传多样性水平
较低的西畴县亚坪数值更靠近而聚为一类，这说明
现有的昆明树木园人工迁地居群的植株在野生居群
引种取样时，种源大多数没有来自遗传多样性较高
的西畴种群新街。因此，在建立馨香木兰的迁地保
育基地，利用组织培养或扦插、嫁接等无性繁殖技
术和人工林培育技术体系保存种质资源时，应根据
馨香木兰遗传多样性分析结果，从较高遗传多样性
种群来进行居群引种，以有利于提高珍稀濒危物种
馨香木兰遗传多样性保护与管理水平。
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