全 文 ：云南大学学报 (自然科学版) 　2001 , 23 (6):472 ～ 477 CN 53-1045/N　ISSN 0258-7971
Journal of Yunnan University
思茅松种子园遗传结构及遗传多样性
陈少瑜1 , 赵文书1 , 张树红2
(1.云南省林业科学院 云南省森林植物培养与开发利用重点实验室 , 云南 昆明　650204;
2.云南省林业科学院 热带林业研究所 , 云南 景洪　666102)
摘要:采用等位酶分析的方法对思茅松种子园内收集的 4 个思茅松群体进行遗传分析 , 以此阐述了思茅松
种子园的遗传结构和遗传多样性状况.9 种酶 16 个酶位点的遗传分析结果:思茅松种子园的多态位点比例(P)
为 73.5%;平均每个位点的等位基因数(A)为 2.42;平均每个位点的等位基因有效数(N e)为 1.54;期望杂合
度(He)为 0.295;实际杂合度(Ho)为 0.181.结果表明思茅松种子园具有较广泛的遗传基础和遗传多样性;思
茅松种子园的建立是思茅松遗传改良的有效途径之一.
关键词:思茅松;种子园;遗传多样性;遗传改良
中图分类号:Q 949.665　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7971(2001)06-0472-06
　　20世纪 40 年代以来针叶树种的遗传改良基
本上是围绕着种子园的建立而展开的.种子园是育
种与育林的连接桥梁.至今 ,世界范围内已有 70个
以上的针阔叶树种建立了种子园 ,涉及松科 、杉科 、
柏科 、壳斗科 、樟科 、桦木科 、胡桃科等世界范围内
的主要造林树种[ 1] .种子园的建立一方面包含了
林木遗传改良的成果 ,对于林木等异交为主的育种
材料 ,高水平的遗传多样性是获得遗传增益的保
障;另一方面又为一定地区造林用种提供了相对固
定的来源 ,这些种子的遗传品质将决定未来林分的
质量.因此对通过表型选择建立的种子园进行深入
的遗传分析 ,弄清种子园的遗传多样性和遗传结
构 ,进而对所建种子园的评价 ,种子园生产种子遗
传品质的了解都有重要的意义.本项研究以 1988
～ 1995年建成的思茅松种子园内收集的 4个思茅
松群体为研究对象 ,通过等位酶分析 ,揭示种子园
的遗传结构及遗传多样性状况.
1　材料与方法
1.1　思茅松种子园概况 　思茅松(Pinus kesiya
var langbianensis)是云南省的主要用材和采脂树
种.广泛分布于哀牢山以西的南亚热带山地 ,垂直
分布海拔为 700 ～ 1 800 m ,现有森林面积 102.5万
hm2;立木蓄积量 10 011.1 m 3.松香年蓄积量为
11.5万 t.由于滇南林区的开发 ,思茅松森林资源
逐渐减少 ,逆向选择加剧.种源混杂 、营林粗放 ,使
得新建林区林木生长衰退 ,木材扭曲 ,经济效益较
低.由此 ,1988 ～ 1995年在云南林业科学院普文试
验林场 ,建立了 33.3 hm2的思茅松无性系种子园 ,
以解决上述日益严重的问题.
该种子园地理位置为北纬2 2°2 5′, 东经
101°06′,海拔 850 ～ 950m ,四周为南亚热带山地季
风常绿阔叶林 ,主要树种有红木荷(Schima wal-
lichii)、短刺栲(Castanopsis echidnocarpa)、刺栲
(C.hystrix)、水锦树(Wendlandia sp.)、黄牛木
(Cratoxy lum cochinchinese)等.种子园常年受印度
洋西风支流的交替控制 ,干湿季明显 ,年均温差较
小 ,日温差大 .年平均温度20 .2 ℃, 年降水量
1 675.5mm ,年均相对湿度为 83%.土壤以赤红壤
为主[ 2] .种子园于 1988年规划 , 1989 年建立了包
含 122个无性系谱的优树汇集区及采穗圃;1990 ～
1992年采集优树种子 ,建立半同胞子测区 2.56
hm
2 ,计 91个家系;1993 ～ 1996年建立种子生产区
24.27 hm2;1993年建立展示林区 3.33 hm2 ,共 29
收稿日期:2001-05-20
　基金项目:云南省自然科学基金资助项目(98C017Q).
　作者简介:陈少瑜(1968-　),女 ,广东人 ,副研究员 ,主要从事林木遗传 、生理生化等方面的研究.
个家系;1992年建立科学试验区 0.53 hm2.
1.2　样品采集　实验材料取自于思茅松种子园优
树汇集区 4个大区(来自于 4 个地方群体)单株的
种子 ,即景东者后 、墨江永马 、思茅蔓歇坝和思茅木
乃河.各群体取 12 ～ 13单株 ,共 51个单株.种子成
熟期(12月～ 次年 1月)从以上四大区分单株每单
株随机采 5 ～ 10 个球果 ,风干脱粒 ,冰箱保存 ,备
用.
1.3　实验方法　实验时 ,从各单株的混合种子中 ,
随机抽取 6 ～ 8粒种子 ,取其胚乳 ,2 粒胚乳为一个
样 ,以确定母株的基因型.等位酶实验采用了聚丙
烯酰胺垂直板凝胶电泳和水平淀粉凝胶电泳.具体
实验方法见文献[ 3] .
1.4　遗传分析
1.4.1　基因位点 、等位基因及各位点的等位基因频
率的分析计算　酶谱的分析和判译参考文献[ 4 ,5] ,
由此获得 9种酶的基因位点和各位点的等位基因.
由于种子胚乳是单倍体 ,同株种子的酶基因位点上
的等位基因分离应该符合孟德尔遗传规律 ,若是单
态位点 ,其等位基因是一致的 ,没有分离;若是多态
的 ,等位基因的分离应为 1∶1.这样便可直接从酶谱
读出单株的基因型 ,计算出各位点的等位基因频率.
错定基因型的概率为 0.5k-1(k 为所分析的种子胚
乳数),因此每单株平均分析 8个胚乳 ,错定母株基
因的概率仅为0.007[ 6] .
1.4.2　遗传结构分析　主要遗传参数包括:多态位
点百分率 P(最常见的等位基因出现频率小于或等
于0.99的位点为多态位点)[ 7] ;等位基因平均数 A;
等位基因有效数 Ne;平均期望杂合度 He;平均实际
杂合度 Ho.计算公式和计算方法见文献[ 8 ,9] .
2　实验结果和分析
2.1　各等位酶系统的基因位点及等位基因　共分
析了 9种等位酶系统(见表 1).其中AAT 表现出 2
个活性区 ,即 2个位点Aat-1和 Aat-2 ,4个思茅
松地方群体中 ,者后和永马Aat-1和 Aat-2位点
为多态 ,各有 2 ～ 3个等位基因 ,另 2个群体这 2个
位点皆为单态;由于 Adh-2 位点不清楚 ,ADH 酶
仅分析了 Adh-1 和 Adh-3位点 , 2个位点皆为
多态位点 ,各有 3个和 4个等位基因;GDH 只有一
个活性区 ,在各群体中分别表现 1 ～ 3个等位基因;
G6PD有 2个位点 ,因 G6pd-1位点不清 ,不予分
析 ,位点 G6pd-2表现 2个等位基因;EST 有 4个
位点 ,但只有 Est-4可以纳入分析 ,此位点有 3个
等位基因;MDH 也有 4 个位点 , 其中 Mdh -2 ,
Mdh-3 ,Mdh-4都是单态位点 , Mdh-1 有 3 个
等位基因;PGD有 2个位点 ,仅 Pgd-2用于分析 ,
此位点有 3个等位基因;PGM 有 3 个位点 , 其中
Pgm-1有 4个等位基因 , Pgm-2和 Pgm-3有 3
个等位基因;SKD有 3 个位点 ,仅 Skd-3 位点用
于分析 ,此位点有 3 个等位基因.这样在 9种酶系
统中共有 16个基因位点 40 个等位基因用于遗传
分析.
2.2　思茅松种子园内 4个思茅松地方种群的遗传
多样性及种子园的遗传结构
2.1.1　等位基因的分布及频率　种子园内 4个思
茅松地方群体 9种酶 16个位点 40个等位基因的
分布及频率见表 1.
2.2.2　思茅松种子园 4个群体每个位点的等位基
因数及有效等位基因数　各种群平均每个位点的
等位基因数(A)及有效等位基因数(N e)见表 2.
2.2.3　思茅松种子园的遗传结构和遗传多样性　
由 4个思茅松群体遗传多样性各度量值的比较可
看出 ,墨江永马群体具有较高的遗传多样性 ,以上
各值分别达到了 2.56 , 81.3%, 0.231和 0.330 ,景
东者后群体的遗传丰富程度最低 ,各参数值为
2.19 ,75%,0.125和 0.237.
用种子园内 4个思茅松群体各遗传参数的平
均值来描述思茅松种子园的遗传结构和遗传多样
性.上述分析可以看出思茅松种子园各基因位点的
等位基因数 、有效等位基因数及分布情况(表 1 和
表 2).种子园总体的遗传结构和遗传多样性列于
表 3 ,由表 3 可知思茅松种子园的 A , N e , P , H e ,
Ho 值分别为 2.42 ,1.54 , 73.5%,0.295和 0.181.
3　结论和讨论
Hamrick和 Godt对 55 个裸子植物物种的多
态位点百分率(P)、每一位点的等位基因数(A)和
有效等位基因数(N e)以及平均杂合率(H e)等遗传
指标作过总结[ 10] :P =70.9 %, A =2.35 , He =
0.173;葛颂也总结了 25 个针叶树种的研究结
果[ 11] :P=61.5%, A =2.26 , H e=0.206.本项研
究结果得出思茅松种子园的 P =7 3.5%, A =
2.42 , He=0.295 ,各参数皆高于针叶树的平均值 ,
说明思茅松种子园具有较高的遗传多样性 ,遗传基
础比较广泛.
473第 6 期　　　　　　　　　　　　　陈少瑜等:思茅松种子园遗传结构及遗传多样性
表 1　种子园内 4 个思茅松群体的等位基因频率及杂合性
Tab.1 Allelic frequencies and heterozygosity for 4 populations of Pinus kesiya var.langbianensis in seed o rchard
位点 等位基因杂合性 景东者后 墨江永马 思茅蔓歇坝 思茅木乃河 平均
Aat-1
A
B
C
He
Ho
0.885
0.115
0.000
0.204
0.077
0.923
0.000
0.077
0.142
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.952
0.029
0.019
0.087
0.019
Aat-2
A
B
C
He
Ho
0.885
0.000
0.115
0.204
0.077
0.846
0.077
0.077
0.272
0.154
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.933
0.019
0.048
0.119
0.058
Adh -1
A
B
C
He
Ho
0.154
0.731
0.115
0.429
0.154
0.250
0.625
0.125
0.531
0.167
0.727
0.182
0.091
0.430
0.364
0.636
0.227
0.136
0.525
0.182
0.442
0.441
0.117
0.479
0.217
Adh -3
A
B
C
D
He
Ho
0.273
0.628
0.045
0.000
0.459
0.182
0.250
0.583
0.083
0.083
0.583
0.583
0.167
0.667
0.083
0.083
0.514
0.500
0.208
0.667
0.042
0.083
0.503
0.250
0.224
0.636
0.078
0.062
0.515
0.379
Gdh -1
A
B
C
He
Ho
1.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.923
0.077
0.000
0.142
0.000
0.769
0.115
0.115
0.382
0.308
0.708
0.083
0.208
0.448
0.250
0.850
0.069
0.081
0.243
0.140
Gpd-2
A
B
He
Ho
0.308
0.692
0.426
0.154
0.583
0.417
0.486
0.333
0.462
0.538
0.497
0.308
0.333
0.667
0.444
0.167
0.421
0.579
0.463
0.241
Est-4
A
B
C
He
Ho
0.167
0.833
0.000
0.278
0.167
0.167
0.708
0.125
0.455
0.417
0.125
0.750
0.125
0.406
0.333
0.136
0.682
0.182
0.483
0.091
0.149
0.743
0.108
0.405
0.252
Mdh -1
A
B
C
He
Ho
0.000
0.962
0.038
0.074
0.077
0.000
0.731
0.269
0.393
0.385
0.077
0.885
0.038
0.210
0.077
0.125
0.625
0.250
0.531
0.167
0.050
0.801
0.149
0.302
0.176
Mdh -2
A
He
Ho
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
474 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 23 卷
续表 1
位点 等位基因杂合性 景东者后 墨江永马 思茅蔓歇坝 思茅木乃河 平均
Mdh -3
A
He
Ho
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
Mdh -4
A
He
Ho
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
1.000
0.000
0.000
Pgd-2
A
B
C
He
Ho
0.731
0.154
0.115
0.429
0.231
0.731
0.192
0.077
0.423
0.385
0.769
0.154
0.077
0.379
0.308
0.750
0.167
0.083
0.403
0.167
0.745
0.167
0.088
0.409
0.273
Pgm -1
A
B
C
D
He
Ho
0.125
0.833
0.042
0.000
0.288
0.167
0.333
0.542
0.083
0.042
0.587
0.333
0.167
0.625
0.125
0.083
0.559
0.417
0.250
0.583
0.083
0.083
0.583
0.167
0.218
0.646
0.084
0.052
0.504
0.271
Pgm -2
A
B
C
D
He
Ho
0.846
0.115
0.038
0.000
0.269
0.231
0.808
0.115
0.077
0.000
0.328
0.231
0.769
0.115
0.077
0.038
0.388
0.385
0.773
0.091
0.136
0.000
0.376
0.273
0.799
0.109
0.082
0.010
0.340
0.280
Pgm -3
A
B
C
He
Ho
0.167
0.708
0.125
0.455
0.250
0.292
0.583
0.125
0.559
0.250
0.231
0.692
0.077
0.462
0.385
0.083
0.750
0.167
0.403
0.167
0.193
0.683
0.124
0.470
0.263
Skd-3
A
B
C
He
Ho
0.115
0.846
0.038
0.269
0.231
0.154
0.769
0.077
0.379
0.462
0.308
0.615
0.077
0.521
0.385
0.208
0.750
0.042
0.392
0.250
0.196
0.745
0.059
0.390
0.332
平均
Mean
He
Ho
0.237
0.125
0.330
0.231
0.297
0.235
0.318
0.133
0.295
0.181
475第 6 期　　　　　　　　　　　　　陈少瑜等:思茅松种子园遗传结构及遗传多样性
表 2　思茅松群体每个位点的等位基因数及有效等位基因数
Tab.2 The mean number of allele and effective number of allele for each locus
in populations of Pinus kesiya var.langbianensis in the seed orchard
位点 景东者后 墨江永马 思茅蔓歇坝 思茅木乃河 平均
A Ne A N e A N e A N e A N e
Aat-1 2 1.256 3 1.165 1 1.000 1 1.000 1.75 1.11
Aat-2 2 1.256 3 1.373 1 1.000 1 1.000 1.75 1.16
Adh-1 3 1.751 3 2.132 3 2.105 3 1.754 3.00 1.93
Adh-3 3 1.848 4 2.398 4 2.012 4 2.057 3.75 2.08
Gdh-1 1 1.000 2 1.166 3 1.811 3 1.618 2.25 1.40
Gpd-2 2 1.742 2 1.946 2 1.798 2 1.988 2.00 1.87
Est-4 2 1.385 3 1.835 3 1.934 3 1.684 2.75 1.71
Mdh-1 2 1.080 2 1.647 3 2.132 3 1.266 2.50 1.53
Mdh-2 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1.00 1.00
Mdh-3 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1.00 1.00
Mdh-4 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1 1.000 1.00 1.00
Pgd-2 3 1.751 3 1.733 3 1.675 3 1.610 3.00 1.69
Pgm-1 3 1.404 4 2.421 4 2.398 4 2.268 3.75 2.12
Pgm-2 3 1.368 3 1.488 3 1.602 4 1.634 3.25 1.52
Pgm-3 3 1.835 3 2.268 3 1.675 3 1.859 3.00 1.91
Skd-3 3 1.368 3 1.610 3 1.645 3 2.088 3.00 1.68
平均 2.19 1.377 2.56 1.636 2.44 1.612 2.50 1.552 2.42 1.54
表 3　思茅松种子园的遗传结构和遗传多样性
Tab.3 Genetic structure and genetic diversity o f seed o rchard of Pinus kesiya var.langbianensis
种群 平均每个位点的等位基因数 A
平均每个位点等位
基因有效数 N e
多态位点比例
P/ %
观察杂合度
Ho
预期杂合度
He
景东者后
墨江永马
思茅蔓歇坝
思茅木乃河
2.19
2.56
2.50
2.44
1.38
1.64
1.55
1.61
75.0
81.3
68.8
68.8
0.125
0.231
0.235
0.133
0.237
0.330
0.297
0.318
平均 2.42 1.54 73.5 0.181 0.295
　　笔者还对思茅松 3个天然种群的遗传多样性
进行了研究(见另文报道),结果为:P =66.7%, A
=2.13 , H e=0.288 ,低于种子园的相应各值.这一
结果表明思茅松种子园并没有降低其遗传多样性 ,
相反 ,与天然种群相比较还有所提高.这验证了
Wheeler & Jech 的观点[ 12] :遗传学家们不必担心
种子园由于群体数量有限可能导致遗传多样性较
天然种群低的问题.本文研究的种子园无性系数高
达 122个 ,多于国外大多数种子园(30 ～ 70个无性
系),这也是种子园维持较高遗传多样性的主要原
因.
子代的遗传结构与亲代的遗传结构紧密相关 ,
许多研究表明连续世代间的遗传结构基本不变.
Conkle
[ 13]对火炬松天然林的亲代群体和子代群体
476 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 23 卷
的研究表明:亲子代之间各位点上的最常见等位基
因频率没有明显变化;Szmidt[ 14]通过对欧洲赤松
种子园子代与天然林分种子的分析结果也表明:与
天然林子代相比 ,种子园子代的遗传多样性并没有
显著下降;从生物进化的历史来看 ,在外界环境条
件没有发生巨变时 ,上下两个世代间的遗传结构如
果发生变化 ,这种变化不会太大 ,这是一个物种得
以持续稳定地繁衍的重要条件.由此可以预测思茅
松种子园生产的种子(即其子代)的遗传结构应与
以上分析的亲代的遗传结构相似 ,而大部分种子园
生产的种子生产量方面都可以得到较高的遗传增
益 ,因此种子园作为林木改良途径是具有明显优势
的.
总之 ,思茅松种子园的建设取得了显著成果 ,
对思茅松的遗传改良具有重大意义.种子园既维持
了思茅松丰富的遗传多样性 ,其生产的种子又为思
茅松优质良种的种植和推广提供了很好的来源.
[参　考　文　献]
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Study on the Genetic S tructure and Genetic Diversity of
Pinus kesiya var.langbianensis Seed Orchard
CHEN Shao-yu1 , ZHAO Wen-shu1 , ZHANG Shu-hong2
(1.Key Labo rato ry of Forest Plant Cultiv ation and U tilization , Yunnan Academy of Forest Sciences , Kunming 650204 , China;
2.The T ropical Fo restry Institute , Yunnan Academy of Forest Sciences , Jinghong 666102 , China)
Abstract:The genetic st ructure and genetic diversity of seed orchard of Pinus kesiya var.langbianensis
has been studieded via alle-isozyme analysis of the four populations in the orchard.The analy sis on 16 loci cod-
ing for 9 isozymes show s the percentage of polymorphic loci of the orchard is 73.5%, the average number of
alleles per locus is 2.42 , the ef fective number of allele per locus is 1.54 , and the average expected and observed
heterozygosity is 0.295 and 0.181 respectively.The results implied a quite wide genet ic basis and rich genetic
diversi ty in the seed orchard , and the establishment of the seed orchard is an effective w ay of genet ic improve-
ment for Pinus kesiya var.langbianensis.
Key words:Pinus kesiya var.langbianensis;seed orchard;genetic diversity;genetic improvement
477第 6 期　　　　　　　　　　　　　陈少瑜等:思茅松种子园遗传结构及遗传多样性