全 文 ：第 28卷　第 3期 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Vol. 28　 No. 3
　 2008年 6月 Journal o f Central South Univ er sity o f Fo rest ry& Techno log y Jun. 2008　
文章编号: 1673- 923X ( 2008) 03- 0055- 05
南天竹超氧化物歧化酶同工酶的研究
唐　丽 1 ,刘友全 1 ,钟秋平 1, 2
( 1.中南林业科技大学 资源与环境学院 ,湖南 长沙 410004; 2.中国林科院亚热带林业实验中心 ,江西 分宜 336600)
摘　要: 　采用聚丙烯酰胺凝胶电泳 ( PAGE)对湖南南天竹 13个种质资源的超氧化物歧化酶 ( SOD)同工酶谱进行了分析 ,并依据不
同种质间酶带特征的不同 ,利用聚类分析的方法 ,研究了南天竹种质间的亲源关系及遗传多样性 .结果表明:这些种质资源共出现 11
条酶带 ,且所有种质资源都有 2条共同特征的谱带 ;同时不同种质资源酶谱带数目、迁移率、酶活性及分布特征均有不同程度的差异 ,
SOD酶谱聚类分析将湖南南天竹 13个种质分为 3大类 .
关键词: 　南天竹 ;超氧化物岐化酶同工酶 ;亲缘关系 ;遗传多样性 ;聚类分析
中图分类号: 　 Q8149; S795. 9　　　　文献标志码:　 A
Analysis of Superoxide Dismutase Isoenzyme fromNandina domestica
TANG Li1 , L IU You-quan1 , ZHONG Qiu-ping1, 2
( 1. School of Resou rces and Environm en t, Cen t ral Sou th Univ ersi ty of Fores t ry and Tech nology, Ch angsha 410004, Hunan, China;
2. Th e Exp erimental Center of Subt ropical Fores t ry, Fenyi 336600, Jiangxi, China)
Abstract: An analysi s of th e superoxide dismutas e i soenzyme f rom 13 varieties of Nand ina domest ica w as carried ou t by us ing PAGE
elect roph oresis. And on the basis of th e di fferen t characteri sti cs of th es e varieties betw een enzyme belt and the clus ter analysis
method , thei r p ro-source relationship and g enetic diversity w ere s tudied. Th e resul t s sh ow th at th e emerg ence of a total of 11 en zyme
bel t s, th e en zymatic spectra number, Rf , en zyme activi ty and spect ra dis trib ution in di fferen t Nandina varieties all have discrepancy;
th at th e variet ies all h ave tw o common featu res among th e bands w ith dif f erences am ong th emselves; and that al l th e 13 varieties in
Hunan can b e divid ed into th ree main categories.
Key words: Nand ina domest ica; superoxide dismutas e i soenzyme; p ro-source relationship; genetic diversi ty; cluster analysis
南天竹 Nandina domest ica Thunb.属小檗科南天竹属植物 ,是一种具有观赏、生态、药用等多种价值的树
种 .南天竹枝干挺拔如竹 ,羽叶展开而秀美 ,秋冬时节转为红色 ,异常绚丽 ,穗状果序上红果累累 ,且经久不落 ,
鲜艳夺目 ,为园林绿化中观叶观果的优良树种 .南天竹在绿化环境、美化园林、净化空气、涵养水源、防风固沙、
保持水土等方面都起着非常重要的作用 [ 1, 2] .
同工酶已在几十种作物中得到了较为广泛的应用 [3～ 10 ] ,其中 PO D同工酶最引人注目 ,研究也较多 [11, 12 ] ,
但有关南天竹 SOD同工酶研究尚未见报道 .为此 ,笔者选用湖南不同地方 13个南天竹种质植物 ,对其 SOD同
工酶进行了研究 ,从蛋白质水平探讨南天竹不同地方种质资源的遗传多样性 ,以揭示南天竹 SOD同工酶的变
化规律 ,为南天竹遗传育种和品种鉴定以及园林利用提供科学依据 .
1　材料与方法
1. 1　试验材料
试验于 2005年 4月至 2007年 6月在湖南长沙中南林业科技大学植物园进行 .对湖南地区的 13个地方品种
收稿日期: 2008-03-21
基金项目: 湖南省教育厅科学研究项目 ( 05C328) .
作者简介: 唐　丽 ( 1966- ) ,女 ,湖南祁阳人 .副教授 ,博士 ,主要从事森林培育及观赏园艺的教学与科研工作 . E-mai l: lil y0286rose@ 163.
com.
DOI : 10. 14067 /j . cnki . 1673 -923x . 2008. 03. 020
进行栽培比较试验 .试材由各地区提供 ,分栽培种和野生种两个类型 .表 1为供试材料的基本情况 .
表 1　 13个种质南天竹
Table 1　 13 diff erent district variet ies of Nand ina
编号 类型 来源 备注
V 01 栽培种 洪江 怀化地区
V 02 栽培种 跳马 长沙地区
V 03 栽培种 岳阳县 岳阳地区
V 04 野生种 黄花机场 长沙地区
V 05 栽培种 汨罗 岳阳地区
V 06 野生种 桃江 益阳地区
V 07 野生种 祁阳 永州地区
V 08 栽培种 韶山 湘潭地区
V 09 野生种 张家界 张家界地区
V 10 野生种 衡山 衡阳地区
V 11 栽培种 芦淞区 株洲地区
V 12 栽培种 宜章 郴州地区
V 13 野生种 苏仙区 郴州地区
　　每个种质资源各剪取 3～ 5样株中部新梢鲜叶片 4～ 5
枚 ,装入冰壶带回实验室 ,放入冰箱 ( - 10℃ )备用 .
1. 2　样品处理
取单株叶片洗净晾干 ,剪去叶柄 ,称试样 2 g,置冰浴研
磨中 ,加 3 mL样品提取液 ,研磨成匀浆 ,冰冻 ( 4℃ ) ,离心
( 10 000 r /m ) 15 min,取上清酶液冰浴备用 [13, 14 ] .
1. 3　电泳、染色及照相
进行垂直平板不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳 ,分离胶浓
度为 7. 5% ,浓缩浓度为 4% ,胶板厚度为 1. 5 mm,点样量为
20μL,电极缓冲液为 Tris-甘氨酸 ( p H 8. 3) [ 15～ 17] ,每个种
质资源设 4次重复 .先 80 V预泳 30 min,后调电压至 180 V,
电泳 3～ 4 h,至溴酚蓝离玻璃板底部 1 cm附近停止电泳 .
超氧化物岐化酶 ( SOD)同工酶染色方法 [18 ]: 将电泳凝
胶浸泡在 2. 45 mmo l /L氮蓝四哇 ( N BT)溶液中 ,黑暗条件下浸泡 20 min;然后将胶片移入到含有 28 mmol /L
四甲基乙二胺 ( EDTA)、 28 mmo l /L核黄素、 36 mmol /L磷酸缓冲液 ( pH7. 8)中 ,黑暗条件下浸泡 15 min;最后
将胶片浸泡在含有 0. 1 mmo l /L EDTA, 50 mmol /L磷酸缓冲液 ( pH7. 8)中强光下光照 20～ 30 min,直至出现
白色酶带 ,用蒸馏水冲洗凝胶 ,然后用 3%的冰醋酸保存 ,照相 [19, 20 ] .计算超氧化物岐化酶酶带迁移率 (R f ): Rf=
酶带迁移距离 /前沿指示剂距离 [21 ] .
图 1　 13个南天竹种质资源 SOD同工酶电泳图
Fig. 1　 Electrophoretograms of Superoxid Dismutase
Isoenzyme of 13Nandina
　　电泳后凝胶 ,在 BIO-RAD凝胶成像系统中拍照 .
应用 SPSS13. 0软件 ,计算 Dice相似系数 ,并进行聚类
分析 .
2　结果与分析
2. 1　南天竹不同种质资源 SOD同工酶酶谱分析
通过 SOD同工酶酶谱图 (见图 1)可以清楚地看
到 ,南天竹 13个种质资源有 11条酶带 ; 13个地方种质
的超氧化物岐化酶 ( SOD)同工酶谱带、酶活性和含量
变化特征不尽相同 ,各个种质在各区的迁移率、酶带浓
度、扩散程度也不相同 ;同时各种质间酶带差别还表现在酶带的深浅不同 ,说明超氧化物岐化酶同工酶谱带表
现出了很强的多态性 .
2. 2　南天竹 13个种质资源的 Rf值及相似系数、遗传距离
将 SOD同工酶胶版上的谱带根据其有无转化为 0 /1,记录在 0 /1矩阵中 .对南天竹 13个种质资源的 SOD同
工酶酶谱带进行测量 ,并计算其 R f值 ,其谱带用 Dice相似系数计算它们的相似系数和遗传距离矩阵 (见表 2,表
左下方是相似系数 ,右上方是遗传距离 ) .统计结果发现 13个种质资源共有 11条超氧化物岐化酶同工酶谱带 ,
且表现为很强的多态性 .
相似系数大 ,遗传距离小 ,说明种质资源间的亲缘关系较近 ,遗传差异小 ;相反 ,种质资源间的亲缘关系较
远 .从表 2可以看出 , 13个种质资源的相似系数在 0. 364～ 1. 000;相似系数最大、遗传距离最小的是 V 05与 V 04
号 ,其相似系数为 1. 000,遗传距离为 0. 000,说明 V05与 V 04的亲缘关系最近 ,遗传变异小 ,它们的超氧化物岐
化酶酶谱特征具有高度的相似性 ;相似系数最大、遗传距离最小的是 V 13与 V 03号种质资源 ,它们之间的相似
系数为 0. 364,遗传距离为 1. 000,说明它们之间亲缘关系最远 ,遗传差异较大 .
56 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第 28卷
表 2　 13个地理种源相似系数和遗传距离
Table 2　 Dice similarity coeff icients between 13Nand ina
材料 V01 V02 V 03 V 04 V 05 V06 V07 V08 V 09 V 10 V11 V12 V13
V01 0. 262 0. 336 0. 400 0. 400 0. 333 0. 533 0. 333 0. 455 0. 273 0. 455 0. 400 0. 556
V02 0. 738 0. 067 0. 455 0. 455 0. 538 0. 429 0. 385 0. 500 0. 167 0. 333 0. 636 0. 600
V03 0. 664 0. 933 0. 333 0. 333 0. 429 0. 333 0. 429 0. 385 0. 231 0. 385 0. 500 0. 636
V04 0. 600 0. 545 0. 667 0. 000 0. 200 0. 273 0. 400 0. 111 0. 333 0. 333 0. 250 0. 429
V05 0. 600 0. 545 0. 667 1. 000 0. 200 0. 273 0. 400 0. 111 0. 333 0. 333 0. 250 0. 429
V06 0. 667 0. 462 0. 571 0. 800 0. 800 0. 231 0. 333 0. 091 0. 455 0. 273 0. 200 0. 333
V07 0. 462 0. 571 0. 667 0. 727 0. 727 0. 769 0. 231 0. 167 0. 333 0. 167 0. 455 0. 400
V08 0. 667 0. 615 0. 571 0. 600 0. 600 0. 667 0. 769 0. 273 0. 273 0. 273 0. 600 0. 333
V09 0. 545 0. 500 0. 615 0. 889 0. 889 0. 909 0. 833 0. 727 0. 400 0. 200 0. 333 0. 250
V10 0. 727 0. 833 0. 769 0. 667 0. 667 0. 545 0. 667 0. 727 0. 600 0. 200 0. 556 0. 500
V11 0. 545 0. 667 0. 615 0. 667 0. 667 0. 727 0. 833 0. 727 0. 800 0. 800 0. 556 0. 250
V12 0. 600 0. 364 0. 500 0. 750 0. 750 0. 800 0. 545 0. 400 0. 667 0. 444 0. 444 0. 429
V13 0. 444 0. 400 0. 364 0. 571 0. 571 0. 667 0. 600 0. 667 0. 750 0. 500 0. 750 0. 571
表 3　不同种质酶带的迁移率
Table 3　 The relocation rate of enzyme belt
材料 酶带数及迁移率
S FS F
酶带数
V01 1( 0. 02) 4( 0. 43, 0. 51, 0. 59, 0. 66) 1( 0. 82) 6
V02 1( 0. 02) 4( 0. 43, 0. 51, 0. 59, 0. 66) 2( 0. 78, 0. 91) 7
V03 1( 0. 02) 5( 0. 43, 0. 46, 0. 51, 0. 59, 0. 66) 2( 0. 78, 0. 91) 8
V04 1( 0. 02) 3( 0. 46, 0. 59, 0. 66) 4
V05 1( 0. 02) 3( 0. 46, 0. 59, 0. 66) 4
V06 1( 0. 02) 3( 0. 46, 0. 59, 0. 66) 2( 0. 82, 0. 96) 6
V07 1( 0. 02) 3( 0. 46, 0. 59, 0. 66) 3( 0. 72, 0. 78, 0. 96) 7
V08 1( 0. 02) 3( 0. 43, 0. 59, 0. 66) 2( 0. 72, 0. 96) 6
V09 1( 0. 02) 3( 0. 43, 0. 59, 0. 66) 1( 0. 96) 5
V10 1( 0. 02) 3( 0. 43, 0. 59, 0. 66) 1( 0. 78) 5
V11 1( 0. 02) 2( 0. 57, 0. 66) 2( 0. 78, 0. 96) 5
V12 1( 0. 02) 2( 0. 46, 0. 59) 1( 0. 82) 4
V13 1( 0. 02) 1( 0. 59) 1( 0. 96) 3
　　电泳中带电分子由负极向正
极移动 ,按其聚集程度及显示顺
序 , 可将整个 酶谱划分为 S
( 0. 0 < Rf < 0. 3)、 FS ( 0. 3 < Rf <
0. 7)、 F( 0. 7 < R f < 1. 0 ) 3大区
域 ,迁移率分别为 0. 02～ 0. 30、
0. 30～ 0. 66、 0. 72～ 0. 96 (见表
3) . 13个种质迁移率均不完全相
同 ,这种差异说明了南天竹供试
各种质的遗传差异 .
2. 3　 13个种质资源 SOD同工酶
酶带数及迁移率分析
从图 2可以清楚地看出 ,酶
谱区带共有 11条 ,各种质酶带数
为 3～ 8条不等 ,带位也有差异 , V01～ V 13号种质的酶谱带分别为 6、 7、 8、 4、 4、 6、 7、 6、 5、 5、 5、 4、 3条 ; V 03号的
酶带数最多 ( 8条 ) , V13号的酶带数最少 ( 3条 ) .酶带的特点和迁移率都不同 , Rf 0. 02、 Rf 0. 59这两条酶带为 13
个种质所共有的固有酶 ,染色较深 ,酶带相对稳定 ,酶活性较强 .
图 2　 13个种质资源 SOD同工酶酶谱模式示意图及各
带相对泳动率 (Rf )
Fig. 2　 Electrophoretograms of SOD Isoenzyme of 13
Nandina and Rf
　　按照各南天竹种质酶分子带电性、形状和大小的
不同 [22 ] ,以及各试样在电泳中移动速率 Rf的差异 ,对
南天竹不同种质 SOD同工酶酶谱特征进行分析 ,结果
见表 3.从表 3可以看出 ,根据扫描图谱泳动速率 ( R f )
的差异程度 ,在各地方种源南天竹显示出 13条酶谱区
带中 , R f 0. 02、 Rf 0. 59这两条酶带为 13个种质所共有
的特征谱带 .在不同个体植株叶片的 SOD同工酶酶谱
带 ,除少数特征酶谱区带外 ,多数酶谱带的出现频率有
较大程度的差异 .其中 R f0. 66的谱带在南天竹各种质
资源中的出现频率较高 ,而 Rf 0. 72、 Rf 0. 91的谱带在
南天竹各种质资源中出现频率则较低 .
由此可见 ,通过 SOD同工酶电泳对近缘种或种内
品种间进行遗传多样性的比较分析时 ,采用计算酶谱
频率的方法 ,即从群体水平比较各种质资源之间的异
同程度 ,结果表明共有的特征性酶谱带即可认为是相
57第 3期 唐　丽等:南天竹超氧化物歧化酶同工酶的研究
互之间具有共同起源的基因表现 ,又能反映系统发育或地理分布上的同源 ,而不同的酶谱带显示了各自在特定
的生长环境或不同进化历程中已发生了趋异分化 ,这就说明其遗传的差异程度是较大的 .
2. 4　聚类分析
图 3　 13个种质资源同工酶聚类分析
Fig. 3　 Superoxid Isoenzyme of 13Nandina cluster analysis
　　采用 SPSS13. 0软件对 13个种质资源间的亲缘关
系及遗传差异进行聚类分析 ,以超氧化物酶同工酶图
谱记录数据及相似系数为测量指标 ,得出聚类图 (见图
3) .
从图 3可知 ,各个类之间的距离在 25的坐标内 ,可
以很直观地看出整个聚类的过程和结构 ; 13个种质在
坐标距离范围内被聚成 3大类 ,其中 V 01、V 02、V 03、
V 10号被聚为一类 , V 04、 V05、 V06、 V09、 V12号被聚
为一类 , V 07、V 08、 V11、 V13号被聚为一类 .每一类亲
缘关系相对较近 ,而与其它种质间的亲缘关系相对较
远 .由图 3还可以看出 ,各种质的聚类水平差异较大 ,
故可依据聚合度的差异在组 (种 )水平上继续分组 (类
群 ) .
由于同工酶酶带的多态性和活性的不同 ,在聚类
时可能产生一定的误差 ,因此利用同工酶分类也要兼
顾形态分类进行整合 ,只有这样 ,才能更准确地确定南天竹种质之间的亲缘关系及遗传多样性 ,为南天竹育种
和选育工作提供理论依据 .
虽然同工酶谱含有重要的生物学信息 ,但酶谱型只是一种表型 ,会受生理和人为因素的影响 ,不能直接反
应 DNA水平上的差异 [23 ] .此外 ,并不是所有的变异都能被检测出 ,所以在遗传多样性分析时 ,还需要对酶谱进
行细致的遗传分析 [24～ 27 ] .
2. 5　聚类结果的 Mantel检验
应用 N TSYSpc2. 1软件的 Mantel T-test统计学检验进行遗传距离与聚类结果之间的相关性分析 ,并作显
著检验 ( 1 000次置换 ) .结果表明遗传距离矩阵与聚类结果矩阵 (协表征矩阵 )之间极显著相关 ,相关系数为 0.
743 58( P= 0. 002 0 < 0. 01) , T= 6. 542 0.说明聚类结果很好地反映了种质间的遗传关系 .
3　讨　论
本次试验主要研究的是超氧化物岐化酶与不同种质之间的亲源关系及遗传多样性 .对 13个南天竹不同种
质资源 SOD同工酶分析表明 , V01～ V13号种质资源的酶谱带分别是 6、 7、 8、 4、 4、 6、 7、 6、 5、 5、 5、 4、 3条 . V 03号
的酶带数最多 ( 8条 ) , V 13号的酶带数最少 ( 3条 ) .酶带的特点和迁移率都不同 , Rf 0. 02、R f 0. 59这两条酶带为
13个种质所共有的固有酶 ,染色较深 ,酶带相对稳定 ,酶活性较强 .
13个种质的遗传相似系数在 0. 364～ 1. 000之间 .相似系数最大、遗传距离最小的是V 05与V 04号 ,其相似
系数为 1. 000,遗传距离为 0. 000,说明 V05与V 04的亲缘关系最近 ,遗传变异小 ,它们的超氧化物岐化酶酶谱特
征具有高度的相似性 .相似系数最小、遗传距离最大的是 V 13与 V 03号种质资源 ,它们之间的相似系数为 0.
364,遗传距离为 1. 000,说明它们之间亲缘关系最远 ,遗传差异较大 .同时根据相似系数将 13个种质资源聚为 3
大类 ,其中 V 01、 V 02、 V 03、V 10号被聚为一类 , V 04、V 05、 V06、 V09、 V12号被聚为一类 , V07、 V08、 V 11、 V 13
号被聚为另一类 .应用 N TSY Spc2. 1软件的 Mantel T-test统计学检验 ,遗传距离矩阵与聚类结果矩阵 (协表征
矩阵 )之间极显著相关 ,相关系数为 0. 743 58( P= 0. 002 0 < 0. 01) , T= 6. 542 0,说明聚类结果很好地反映了种
质间的遗传关系 .
13个种质资源间的 SOD差异较大 ,特别是栽培种和野生种亲缘关系较远 .不同地方来源的种质资源的酶
带数和活性不同 ,可能是因为不同环境条件的影响 .但从相似系数可以看出同工酶受环境影响较小 ,与前人的
试验结果一致 [28～ 30 ] ,说明不同地区的南天竹种质资源过氧化物酶酶谱特征具有一定的变异 ,但变异较少 .
58 中　南　林　业　科　技　大　学　学　报 第 28卷
SOD是一种与氧环境有关、具有清除氧自由基能力的酶 ,是研究生物抗逆境与清除自由基有关反应机理
的特殊工具酶 .本试验通过对湖南 13个地方种质资源的 SOD同工酶酶谱分析 ,表明南天竹种质 SOD同工酶存
在质和量的差异 .用植物 SOD同工酶作为分类的参考指标 ,将有助于鉴定物种亲缘关系和分析种系统演
化 [31～ 33 ] .
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[本文编校:谢荣秀 ]
59第 3期 唐　丽等:南天竹超氧化物歧化酶同工酶的研究