全 文 ：羽毛针禾种群遗传多样性分析
张 玲1，王绍明2* ，张 霞2，徐海霞2，陆嘉惠2
(1．新疆塔里木大学，新疆阿拉尔 843300;2．新疆石河子大学生命科学学院，兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832000)
摘要 ［目的］从分子水平对羽毛针禾居群内、居群间的遗传分化进行研究，揭示其遗传多样性水平。［方法］使用11 条RAPD引物对生
长于古尔班通古特沙漠的优良固沙植物羽毛针禾进行居群遗传变异分析。［结果］7 个居群 76 个样品共检测到 125个位点，总多态位
点百分比为 96． 8%，居群内平均多态位点百分比为 45． 3%;羽毛针禾种群 Shannon表型多样性指数(I)为 0． 515 1，Nei’s基因多样度指
数(h)为 0． 347 1;居群间的基因分化系数为 0． 528 4，即有 52． 84%的遗传多样性存在于居群间。［结论］羽毛针禾居群有较为丰富的遗
传变异，且各居群间已有了明显分化。
关键词 羽毛针禾;RAPD;遗传多样性
中图分类号 S132 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2011)21 －12643 －03
RAPD Analysis of the Genetic Structure of Stipagrostis pennata Populations
ZHANG Ling et al (Tarim University Xinjiang，Alar，Xinjiang 843300)
Abstract ［Method］The level of genetic diversity inside and among Stipagrostis pennata populations was explored through the research on the
study on its genetic differentiation at molecular technique．［Method］The genetic variation of good sand-fixating plant-Stipagrostis pennata popula-
tion in Gurbantunggut Desert was analyzed with 11 RAPD primers．［Result］The results fowolled:11 amplifiction random primers used to total of
125 loci in 76 samples from 7 populations were detected and the proportion of polymorphic loci was 96． 8%，the proportion of average polymorphic
loci inside its population was 45． 3% ． The diversity index(I)of the Stipagrostis pennata population-Shannon was 0． 515 1 and the diversity index
(h)Nei gene was 0． 347 1． The coefficient of the gene variation among populations was 0． 528 4 which revealed that the genetic diversity of
52. 84% was existed among populations．［Conclusion］There was rich genetic variation in Stipagrostis pennata population and obvious genetic dif-
ferentiation appeared among populations．
Key words Stipagrostis pennata;RAPD;Genetic diversity
基金项目 国家自然科学基金项目(30660031，31060067) ;国家重大基
础研究前期研究专项(2004CCA02800)。
作者简介 张玲(1977 － ) ，女，甘肃武威人，讲师，从事植物遗传多样性
研究。* 通讯作者，教授，博士，硕士生导师，从事植物生态
学研究，E-mail:westwild@ 163． net。
收稿日期 2011-04-15
羽毛针禾［Stipagrostis pennata(Trin)De Winter)是禾本
科芦竹亚科针禾属(Stipagrosits Nees)的植物，为多年生草
本，常形成草丛，须根多且韧性大，外被沙套，呈辐射状排列。
羽毛针禾是土著固沙禾草，有许多优良的荒漠适应性，如耐
高热严寒、耐风蚀、抗旱、耐沙埋［1］。羽毛针禾主要分布在新
疆准噶尔盆地南缘，奇台、阜康、石河子及沙湾等地的古尔班
通古特沙漠附近，海拔为 300 ～ 800 m，是荒漠植被的共建
种［2］。羽毛针禾作为沙漠的优良固沙植物，显示了顽强、独
特的适应性。新疆是我国荒漠化最严重的地区之一，恢复、
重建沙漠边缘的自然植被是建立荒漠 －绿洲生态系统的首
要技术，而首选的自然植物要耐盐碱、耐干旱、抗逆性强，兼
具重要的经济价值和生态意义，羽毛针禾正满足以上要
求［3］。国内学者对羽毛针禾的 RAPD体系建立［4］、周围土壤
特性［5］、繁育生态学［6］、交配系统［7］、组织培养［8］及居群结
构［9］等方面作了研究，但缺乏对该物种遗传多样性和遗传结
构的相关研究。
分子标记技术从最早的形态学标记到现在种类繁多的
分子标记，其数据的可靠性、可操作性及科学性都有了极大
提高。笔者采用 RAPD方法研究羽毛针禾的遗传多样性，从
分子水平对羽毛针禾居群内、居群间的遗传分化进行初步研
究，揭示其遗传多样性水平，为探明荒漠植物的遗传背景、种
质资源的合理利用和荒漠地区抗性基因的筛选等提供依据。
1 材料与方法
1． 1 材料采集与处理 分别于 2003 年 8 月和 2004 年 5 月
在阜康、石河子市 121团二连和 147 团一连的古尔班通古特
沙漠及呼克公路沿线采集 7个居群的样本:F(阜康)、Y(147
团一连)、S(沙包村)、SM(121 团东)、SL(121 团二连)、SN
(试验场附近)、SP(试验场西) (图 1)。羽毛针禾是克隆繁殖
和种子繁殖的植物，故每个居群依样地大小分别采取 10 ～ 15
个株丛幼嫩的叶材料，其中彼此间隔 20 ～ 50 m，采集后装冰
袋带回，立即存入 －70 ℃冰箱内保存待用。
图 1 羽毛针禾居群分布
Fig． 1 The distribution of Stipagrostis pennata populations
1． 2 基因组 DNA的提取及检测 用 CTAB法进行 DNA的
提取［10 －12］，用琼脂糖凝胶电泳法检测。
1． 3 引物筛选和 PCR扩增 RAPD体系反应稳定以后，从
80条随机引物中筛选出条带清晰、多态性好的 11 条引物对
所有样品进行扩增试验。PCR扩增的反应体系为:总反应体
积 15 μl，其中 10 ×反应缓冲液 1． 25 μl，MgCl2(25 mmol /L)
0． 75 μl，10 mmol /L dNTP(dATP、dTTP、dGTP、dCTP)1 μl;模
板 DNA(10 ～30 ng /μl)1 μl，随机引物(10 μmol /L)0． 4 μl，
Taq酶(5 U /μl，上海 Sangon)0． 12 μl，超纯水 7． 9 μl，在 PTC-
200PCR扩增仪上进行 DNA扩增。反应程序为:在 95 ℃ 下
安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2011，39(21):12643 － 12645 责任编辑 郑丹丹 责任校对 卢瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2011.21.161
变性 30 s，35 ℃ 45 s，72 ℃ 80 s，5个循环，94 ℃变性 45 s，36
℃ 40 s，72 ℃ 70 s，35个循环，最后在72 ℃再延伸5 min，4 ℃
保存。扩增产物用 1． 5%琼脂糖(含 0． 5 mg /ml EB)凝胶电泳
分离，电压 55 V，电泳缓冲液为 1 × TBE，以 GeneRulerTM 100 bp
DNA Ladder Plus作为分子量标准电泳105 min。在UV光下检
测 PCR扩增产物，并通过 BIO RAD GEL DOC分析凝胶成像系
统拍照并保存。
1． 4 扩增产物的记录与数据分析 电泳结果通过带谱记录
形成原始数据矩阵，有带的记录为“1”，无带的记录为“0”，
通过 popgene 32［13］软件包分析羽毛针禾的多态位点比率
(proportion of polymorphic sites /sico，PPS) ，观察等位基因数
(A)和有效等位基因数(Ne)、Shannon 多样性指数(I)和 Neis
基因多样性指数(h) ，并估算各亚种群之间的遗传距离、基因
流(Nm)和基因分化系数(GST)等。基于 Neis遗传距离
［14］，
并采用非加权平均法(UPGMA) ，对羽毛针禾 7 个亚种群的
遗传关系进行分析并构建聚类图。
2 结果与分析
2． 1 多态性位点比率 从 80 条引物中选择了 11 条可以扩
增出条带清晰、反应稳定的引物，共检测到 125 个条带，平均
每个引物检测到 11． 4 个条带。由表 1 可知，种群内多态位
点百分比最高的是 147团一连种群，s4引物的多态位点百分
比为 84． 6%。种群内的 RAPD 平均多态位点百分比，SN 种
群的最高，为 50． 4%;最低的为 SM种群，为 40． 0%。种群内
平均多态位点百分比为 45． 3%。
表 1 11条引物检测 7个羽毛针禾种群多态位点数
Table 1 Polymorphic loci of 7 S． pennata populations detected by 11 primers
引物 Primers F S SL SM SN SP Y Ⅱ
s4 4(0． 307) 3(0． 231) 5(0． 384) 2(0． 154) 4(0． 308) 8(0． 615) 11(0． 846) 14(1． 000)
s11 7(0． 636) 5(0． 455) 3(0． 273) 7(0． 636) 7(0． 636) 3(0． 273) 3(0． 273) 11(0． 910)
s32 6(0． 667) 6(0． 667) 5(0． 556) 5(0． 556) 7(0． 778) 4(0． 444) 7(0． 778) 13(1． 000)
s38 4(0． 364) 3(0． 273) 6(0． 545) 5(0． 455) 4(0． 364) 5(0． 545) 4(0． 364) 11(1． 000)
s112 5(0． 455) 5(0． 545) 4(0． 273) 6(0． 545) 5(0． 455) 5(0． 455) 1(0． 091) 9(1． 000)
s113 3(0． 300) 6(0． 600) 5(0． 500) 4(0． 400) 5(0． 500) 5(0． 500) 6(0． 600) 10(0． 900)
s116 3(0． 333) 4(0． 444) 3(0． 333) 3(0． 333) 5(0． 556) 6(0． 667) 3(0． 333) 9(0． 889)
s117 4(0． 364) 5(0． 455) 6(0． 545) 2(0． 182) 3(0． 273) 4(0． 364) 5(0． 455) 11(0． 910)
s119 6(0． 400) 5(0． 333) 7(0． 467) 7(0． 467) 7(0． 467) 6(0． 400) 8(0． 533) 15(0． 929)
s120 6(0． 546) 8(0． 727) 5(0． 455) 4(0． 364) 7(0． 636) 2(0． 182) 4(0． 364) 11(1． 000)
s309 5(0． 357) 9(0． 643) 6(0． 429) 6(0． 429) 9(0． 643) 4(0． 286) 9(0． 643) 14(1． 000)
Ⅰ 53(0． 424) 56(0． 448) 61(0． 488) 50(0． 400) 63(0． 504) 52(0． 416) 61 (0． 488) 125(0． 968)
注:括号内数字是多态位点百分比。I．总位点数;Ⅱ．总位点数和多态性位点数。
Note:Figures in the brackets represent the percentage of polymorphic loci． I． Total loci;Ⅱ． Total loci and polymorphic loci．
2． 2 羽毛针禾种群的遗传多样性 通过 RAPD分析获得 7
个羽毛针禾居群内平均多态位点百分比(p* ) ，各居群的遗
传变异由高到低依次为 SN ＞ Y = SL ＞ S ＞ F ＞ SP ＞ SM。居群
内平均每个位点的平均等位基因数(A)、平均有效等位基因
数(Ne)、Shannon表型多样性指数(I)和 Nei，s基因多样性指
数(h) ，在各个居群内的变化趋势基本上是相似的，各指数在
SN居群最高，SM居群最低(表 2)。
表 2 羽毛针禾种群遗传多样性指标
Table 2 Genetic diversity indexes of S． pennata populations
种群
Populations
N p* A Ne h I
F 11 0． 424 1． 424 0 1． 273 6 0． 155 1 0． 228 9
S 11 0． 448 1． 448 0 1． 275 6 0． 161 9 0． 241 5
SL 11 0． 488 1． 488 0 1． 298 6 0． 175 4 0． 262 2
SM 11 0． 400 1． 400 0 1． 237 0 0． 136 5 0． 204 3
SN 11 0． 504 1． 504 0 1． 339 8 0． 192 0 0． 282 2
SP 10 0． 416 1． 504 0 1． 260 1 0． 151 1 0． 224 4
Y 11 0． 488 1． 488 0 1． 293 4 0． 173 7 0． 259 9
合计 Total 76 0． 968 1． 952 0 1． 601 2 0． 347 1 0． 515 1
2． 3 羽毛针禾种群遗传分化和聚类 羽毛针禾 7个种群内
平均遗传多样性(HPOP)和总的种内遗传多样性(HSP)分别为
0． 243 3、0． 515 1，种群内遗传多样性比率(HPOP /HSP)为
0． 472 3，种群间遗传多样性比率［(HSP －HPOP)/HSP］为0． 527 6。
种群内基因遗传多样性(HS)为 0． 163 7，总的种内基因多样
性(HT)为 0． 347 1，种群内基因多样性比率(HS /HT)为
0． 472 3，而基因分化系数(GST)为 0． 528 4。这些数据都说明
7个种群之间发生了明显的分化现象，有 52． 84%的遗传变
异存在于种群之间，47． 16%的遗传变异存在于种群内部。
基于 Neis遗传距离并采用 UPGMA法(表 3) ，对羽毛针
禾 76个个体间的遗传关系进行了分析，发现羽毛针禾 7 个
种群有明显的以各自地域为中心的聚集趋势，说明这 7个种
群之间已有不同程度的遗传分化。
从聚合情况来看，整个种群是沿着东西或自西向东聚
合，也许存在着同方向的分布或者起源。7 个种群明显分为
3个分支(图 2) ，第一分支为阜康种群和 147团一连种群;第
二分支是 121 团二连、沙包村、121 团东 3 个种群;第三分支
图 2 羽毛针禾种群间的 UPGMA聚类分析
Fig． 2 UPGMA clustering analysis of S． pennata populations
44621 安徽农业科学 2011 年
是试验场附近和试验场西 2 个种群。也可以说在一定程度
上形成了 2个大的分支，即以 121 团为中心的所有小斑块亚
种群聚在了一起，阜康和 147团一连种群聚合在一起。
3 结论与讨论
3． 1 羽毛针禾的遗传多样性 试验所选 7个种群的生境间
隔有一定距离，共采集了 76 个样本，11 条随机引物检测到
125个位点，多态位点百分比为 96． 8%，说明羽毛针禾有较
为丰富的遗传多样性。Hamrick等报道了对 165 个属 449 个
植物种的等位酶研究统计结果，在种水平上平均多态位点百
分比率为 50%，每个群体的平均多态位点百分率为 34%［15］。
而羽毛针禾种水平上的总多态位点百分比率为 96． 8%，种群
内平均多态位点百分比为 45． 3%，2 个数据明显高于 Ham-
rick等的报道，说明羽毛针禾种群的多态性相对高一些。羽
毛针禾种群的多 态 性 与 碱 蓬 (Suaeda acuminata)［16］
(98. 9%)、梭梭(Haloxylon ammodendron)［17］(96. 0%)种群的
多态位点百分比率较接近，可能与羽毛针禾植物同样能适应
干旱环境、土地贫瘠有一定关系，高水平的遗传变异可以更
顺利地适应环境，维持种群的稳定性。
3． 2 羽毛针禾的遗传分化和结构 羽毛针禾种群 Shannon
多样性指数和 Neis多样性指数分别为 0． 515 1、0． 347 1(表
2) ，种群间的遗传距离分布在 0． 213 1 ～0． 366 2(表 3) ，平均
遗传距离为 0． 286 5，表明 7 个羽毛针禾种群间存在一定遗
传分化。王洪新等认为，对种群内、种群间的遗传多样性的
分配唯一肯定起作用的是繁育系统［18］。自交植物的 GST大
于 0． 51，这样的群体趋向于形成一个内部均一而相互异质的
小群体，而羽毛针禾的 GST为 0． 528 4，表明 52． 48%的遗传变
异存在于种群之间，而 47． 16%的遗传变异存在于种群内部，
羽毛针禾遗传分化较高。综上所述，羽毛针禾有丰富的遗传
变异，印证了它是适应荒漠环境的顽强植物。
UPGMA聚类分析表明，在大范围内某种程度上可以说
表 3 RAPD分析 7个种群间的遗传一致度与遗传距离
Table 3 Genetic identity and genetic distance among 7 populations based on RAPD analysis
种群 Populations F Y S SL SN SM SP
F 0． 768 3 0． 722 6 0． 734 8 0． 714 3 0． 746 4 0． 749 0
Y 0． 263 6 0． 746 1 0． 754 9 0． 710 6 0． 763 5 0． 693 4
S 0． 324 9 0． 292 9 0． 808 0 0． 768 3 0． 754 8 0． 713 5
SL 0． 308 2 0． 281 2 0． 213 1 0． 775 6 0． 788 2 0． 790 1
SN 0． 336 5 0． 341 6 0． 263 6 0． 254 1 0． 742 9 0． 743 2
SM 0． 292 5 0． 269 8 0． 281 3 0． 238 0 0． 297 1 0． 792 9
SP 0． 289 1 0． 366 2 0． 337 5 0． 235 5 0． 296 8 0． 232 0
注:对角线以上为遗传一致度，对角线以下为遗传距离。
Note:Above the diagonal line represent genetic identity，below the diagonal line represent genetic distance．
遗传距离和地理距离有一定的相关，7 个种群以地理位置聚
为 3个小分支，但是在小范围内的聚类表明地理距离和遗传
距离是不相关的，比如 S与 SL种群的地理距离大于 S与 SM
种群，但是 S与 SL种群的遗传距离却小于 S与 SM种群。地
理相距较远的种群间分化大，而地理距离近的局域种群间分
化程度低，基因频率随地理距离表现出梯度变化，聚类分析
所表现出的遗传亲缘也是一种地理距离的镜像反映。
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5462139卷 21期 张 玲等 羽毛针禾种群遗传多样性分析