全 文 ：第 27 卷 第 11 期 干 旱 区 资 源 与 环 境 Vol． 27 No． 11
2013 年 11 月 Journal of Arid Land Resources and Environment Nov． 2013
文章编号:1003 － 7578(2013)11 － 057 － 05
6个白榆种群遗传多样性的 RAPD分析
*
吴丽芝1，昭日格2，高平升3，冯玉军4，李钢铁1
(1．内蒙古农业大学，呼和浩特 010018;2．呼和浩特民族学院，呼和浩特 010051;
3．内蒙古准格尔旗林业局，准格尔旗 010321;4．内蒙古乌审旗林业局，嘎鲁图镇 017300)
提 要:以科尔沁和浑善达克沙地的 6 个天然白榆种群为研究对象，采用 RAPD 分子标记技术，从 35 条
引物中筛选出扩增多态性较多且扩增产物稳定的 17 条 10bp引物。对 6 个白榆种群的 180 个叶片样品的基因
组 DNA进行扩增，共检测到 181 个位点，多态位点有 96 个，多态位点百分比为 52． 89%;不同种群内的遗传多
样性水平差异不大，Nei＇s多样性指数(h)和 Shannon＇s多样性指数(I)为 0． 2611 和 0． 3814，遗传多样性主要存在
于种群内;群间的遗传分化系数 Gst为 0． 3768，种群内的遗传变异所占比例为 62． 32%;6 个种群的遗传距离显
示，科尔沁沙地和浑善达克沙地白榆各种群间的遗传距离不明显。
关键词:遗传多样性;白榆;RAPD;保护
中图分类号:Q346 文献标识码:A
白榆(Ulmus pumila)为榆科(Ulmaceae)榆属(Ulmus)，又称榆、家榆［1］，是我国分布最为广泛和重要的
树种之一，其材质优良，具有良好的耐旱、耐寒、耐盐碱和抗风能力，是北方广大平原和盐碱地、沙荒地营造
用材林、防护林以及四旁绿化的重要树种。它生长快、寿命长，能够生长在干旱瘠薄的固定沙丘和栗钙土
上，而且年年结实、结实量大，翅果散布远，发芽能力强，扎根迅速，幼苗健壮，所以成为生态环境恶劣区最
重要的保土、固沙树种［2，3］。国内对白榆的研究较少，主要集中在白榆植被恢复及生态建设［4 － 7］、根系分
布特征［8］、局部种群遗传多样性［9，10］、组织培养叶片再生［11］、遗传改良［12］、更新［13］及病虫害防治［14 － 16］等
方面。文中研究采用 RAPD分子标记技术［17］，在分子水平上对科尔沁和浑善达克沙地有重要分布区的天
然白榆的遗传多样性状况进行较全面的分析研究，揭示两大沙地榆树的遗传变异状况，为榆树遗传资源的
科学保护、利用和遗传改良提供科学依据。
1 材料与研究方法
1． 1 材料采集
2010 年 7 月中旬，在内蒙古地区白榆的主要分布地科尔沁和浑善达克沙地选取长势良好、无病虫害
的白榆 6 个种群分别进行采集(表 1)，每个种群随机取 30 株树的嫩芽，两两样株间保持 50 ～ 100m的距离
(根据种群面积可以变动)。
采用低温保存和硅胶干燥两种
方法进行保存。为了保证样本
的代表性，每株取 4 份样品，不
同方法各 2 份;为了保证重复
取样的准确性，对每株树的形
态特征，地形，立地条件进行测
量记录，并拍照。
表 1 白榆实验材料采集地信息
Tab． 1 Collecting zone information for Ulmus pumila experiment materials
种群号 采集地 地理位置
海拔
(m)
采集时间
Pop1 通辽市奈曼旗白音塔拉 43°0754″N，120°3836″E 326 2010，07，08
Pop 2 通辽市科左后旗乌丹塔拉林场 42°5753″N，122°4718″E 206 2010，07，09
Pop 3 通辽市科左中旗乌苏吐保护区 43°4638″N，123°1757″E 134 2010，07，10
Pop 4 锡林浩特市正镶蓝旗那岱庙 42°5225″N，116°0750″E 1324 2010，07，21
Pop 5 锡林浩特市正镶蓝旗高格斯台 43°0220″N，116°0418″E 1241 2010，07，22
Pop 6 锡林浩特市正镶蓝旗宝绍岱 42°3738″N，115°3624″E 1284 2010，07，23
* 收稿日期:2012 － 10 － 16;修回日期:2012 － 11 － 7。
基金项目:国家自然基金项目(31260202)资助。
作者简介:吴丽芝(1961 －) ，女，副教授，研究方向:林业与土地资源管理方面的研究。
DOI:10.13448/j.cnki.jalre.2013.11.003
1． 2 基因组 DNA提取与浓度测定
白榆 DNA采用改良后的十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)法进行提取［10］。用琼脂糖凝胶电泳法和紫
外分光光度检测法对白榆基因组 DNA进行质量检测［17］，所得到的 DNA 的 OD260 /OD280在 1． 8 左右，DNA
浓度在 670． 0 ～ 115． 0ng /μl左右(表 2);经部分样品的重复检测，可确保 DNA的浓度和纯度。
1． 3 PCR扩增及产物测定
在 Biometra Tgradient PCR 仪上进行测定。经过反复的实验筛选出最佳反应体系为:25μL 反应体积
中，Taq DNA聚合酶 1U，dNTP0． 2mM，Mg2 + 1mM，引物 0． 8mM，1 × Buffer2． 5μL，模板 DNA30ng。基本扩增
程序:94℃预变性 3min;94℃变性 1min，37℃退火 1min，72℃延伸 1min，40 个循环;72℃延伸 5min;4℃保
存。用 1． 5%的琼脂糖凝胶对扩增产物进行电泳分离，DNA marker 作为分子标记，确定扩增产物分子量。
在凝胶成像仪成像，并拍照。
1． 4 数据统计与分析
将凝胶成像图片以高清晰全真照片方式打印出来，人工检测条带的有无。清晰可辨的电泳条带全部
用于统计分析，按扩增条带的有无记数，当某一位点扩增带出现时，赋值为1，不存在时赋值为0，从而
把图形数据转换成二元数据。采用 POPGENE1． 32 软件计算多态位点百分率(PPB)，计算 Nei＇s 多样性指
数，Shannon＇s多样性指数，遗传分化系数，基因流，并利用遗传距离矩阵进行聚类分析。
2 结果与分析
2． 1 RAPD扩增产物分析
利用筛选出的 17 个引物和优化的 RAPD反应体系，对科尔沁沙地和浑善达克沙地的 6 个天然白榆种
群的 180 个个体进行全面的 RAPD 分析，结果共得到 181 条谱带，位点范围介于 200 ～ 4500bp 之间。在
181 个位点中，有 96 个多态位点，多态位点百分比为 52． 89%，引物 3 和 9 对白榆种群扩增的 RAPD 谱带
(图 1 － 2)。由表 3 可以看出，那岱庙种群的多态位点百分比最大，为 63． 68%，宝绍岱种群的多态位点百
分比最小，为 44． 24%。
表 2 紫外分光光度检测 DNA浓度
Tab． 2 DNA chroma detected by ultraviolet spectrophotometry
个体 OD260 OD280
OD260 /
OD280
DNA浓度
(ng /μl)
Pop1 0． 110 0． 057 1． 912 275． 0
Pop2 0． 046 0． 025 1． 840 115． 0
Pop3 0． 268 0． 143 1． 874 670． 0
Pop4 0． 158 0． 087 1． 816 395． 0
Pop5 0． 215 0． 119 1． 807 537． 5
Pop6 0． 074 0． 040 1． 850 185． 0
注:DNA浓度 = OD260 /0． 02 × L ×稀释倍数;
0． 02 为 ug /ml DNA钠盐的吸光度;L为样品槽的光径。
表 3 白榆不同种群间的多态位点百分比
Tab． 3 Polymorphic loci percentage
种群 样本数 位点数
多态位
点数
多态位点数
百分比(%)
Pop 1 30 181 82 45． 79
Pop 2 30 181 110 60． 55
Pop 3 30 181 94 51． 93
Pop 4 30 181 115 63． 68
Pop 5 30 181 108 59． 46
Pop 6 30 181 80 44． 24
合计 30 181 96 52． 89
2． 2 白榆遗传多样性分析
科尔沁沙地白榆的 Nei＇s多样性指数(h)和 Shannon＇s多样性指数(I)介于 0． 1918 ～ 0． 2849 和 0． 2873
～ 0． 4133;浑善达克沙地白榆 Nei＇s多样性指数(h)和 Shannon＇s多样性指数(I)介于 0． 2276 ～ 0． 2999 和 0．
3342 ～ 0． 4366(表 4)。浑善达克沙地白榆的 Nei＇s多样性指数(h)和 Shannon＇s多样性指数(I)均高于科尔
沁沙地的白榆。
2． 3 白榆种群遗传结构分析
表 4 不同种群白榆的遗传多样性指数
Tab． 4 Genetic diversity of different population of Ulmus pumila
种群名称 H I 种群名称 H I
Pop 1 0． 1918 0． 2873 Pop 4 0． 2999 0． 4366
Pop 2 0． 2849 0． 4133 Pop 5 0． 2958 0． 4289
Pop 3 0． 2668 0． 3822 Pop 6 0． 2276 0． 3342
注:Nei＇s多样性指数(H)、Shannon＇s多样性指数(I)。
表 5 白榆遗传分化比较
Tab． 5 Genetic differentiation of Ulmus pumila
名称及种群数 Ht Hs Gst Nm
科尔沁沙地 3 个种群 0． 3754 0． 2478 0． 3398 0． 9716
浑善达克沙地 3 个种群 0． 4001 0． 2744 0． 3142 1． 0914
6 个种群 0． 4190 0． 2611 0． 3768 0． 8270
注:Ht:种群总遗传多样性，Hs:种内遗传多样性，Gst:遗传分化系
数，Nm:基因流。
·85· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 27 卷
图 1 引物 3 扩增的 RAPD图谱
Fig． 1 Result of PCR amplification using 3 RAPD primers
图 2 引物 9 扩增的 RAPD图谱
Fig． 2 Result of PCR amplification using 9 RAPD primers
天然白榆 6 个种群间的遗传分化系数 Gst为 0． 3768，即种群之间的遗传变异所占比例为 37． 68%，种
群内的遗传变异所占比例为 62． 32%。科尔沁沙地 3 个种群和浑善达克沙地 3 个种群的遗传分化系数
Gst分别为 0． 3398 和 0． 3142，即种群之间的遗传变异所占比例分别为 33． 98%和 31． 42%，种群内的遗传
变异所占比例分别为 66． 02%和 68． 58%(表 5)。由遗传分化系数 Gst 计算所得基因流结果显示，科尔沁
沙地白榆种群间基因流 Nm =0． 9716，基因流小于 1，表明种群间基因交流水平较低;浑善达克沙地白榆种
群间基因流 Nm =1． 0914，基因流大于 1，表明种群间基因交流水平较高(表 5)。
2． 4 白榆的遗传一致度及遗传距离分析
白榆不同种群间的遗传一致度在 0． 6649
～0． 7802 之间变化，宝绍岱(Pop6)和那岱庙种
群(Pop4)的遗传一致度最大，白音塔拉(Pop1)
和那岱庙种群(Pop4)的遗传一致度最小。6 个
种群的遗传距离显示，遗传距离最大的是 0．
4081，存在于白音塔拉种群(Pop1)与那岱庙种
群(Pop4)之间，遗传距离最小的是 0． 2482，存
在于宝绍岱种群(Pop6)和那岱庙种群(Pop4)
之间(表 6)。
表 6 6 个白榆种群的遗传一致度和遗传距离
Tab． 6 Genelic identily and genetic distance
among Ulmus pumila population
种群 1 2 3 4 5 6
Pop1 ＊＊＊＊ 0． 7692 0． 7675 0． 6649 0． 7623 0． 7131
Pop2 0． 2625 ＊＊＊＊ 0． 7763 0． 7384 0． 7469 0． 7579
Pop3 0． 2647 0． 2532 ＊＊＊＊ 0． 7014 0． 7724 0． 7404
Pop4 0． 4081 0． 3032 0． 3547 ＊＊＊＊ 0． 7485 0． 7802
Pop5 0． 2714 0． 2919 0． 2582 0． 2897 ＊＊＊＊ 0． 7246
Pop6 0． 3381 0． 2772 0． 3006 0． 2482 0． 3221 ＊＊＊＊
注:上三角为遗传一致度(I) ，下三角为遗传距离(D)。
·95·第 11 期 吴丽芝等 6 个白榆种群遗传多样性的 RAPD分析
利用遗传距离矩阵进行聚类分析，在 6 个白榆种群中，Pop2 和 Pop3 结合后与种群 Pop1 结合，再与
Pop5 结合，最后与 Pop6 和 Pop4 的结合点结合。在科尔沁沙地和浑善达克沙地的 6 个白榆种群中，那岱
庙种群和宝绍岱种群最先聚合，其它 4 个种群聚合后与前 2 个种群结合(图 3)。
图 3 6 个白榆种群聚类图
Fig． 3 Dendrogram of Ulmus pumila linn． population
3 讨论
3． 1 白榆遗传多样性
多态位点百分比(PPB)、Nei＇s基因多样性(h)与 Shannon＇s 基因多样性指数(I)都是度量遗传多样性
水平的常用指标。对于植物物种水平和种群水平上的遗传多样性而言，多态性百分比(PPB%)在 50%左
右被认为遗传多样性是丰富［9］。白榆的多态性百分比无论是在物种水平上(PPB =52． 89%)，还是在种群
水平上(PPB =63． 68%)均较高。本研究中，白榆的 PPB 值与锡盟沙地榆的研究结果(PPB = 48． 04%)很
接近［9］，低于马尾松［18］、山杏［19］、油松［21］等多态位点百分比 89． 5%、81． 9%、83． 56%。白榆总 Nei＇s 基因
多样性指数为 0． 2611;总 Shannon＇s基因多样性指数为 0． 3814，低于油松［21］的总 Nei＇s基因多样性指数 0．
3786 及总 Shannon＇s基因多样性指数 0． 4772。
3． 2 白榆种群遗传结构
对物种来说，制定保育策略的前提是研究分析遗传变异在种群间的分布式样。RAPD 分析结果显示
白榆遗传多样性主要保持在种群内个体间，分化系数 Gst为 37． 68%。与沙地榆［9］的遗传分化为 44． 60%
基本相似，大于欧洲赤松［18］、北美乔松［19］、银衫［20］的 RAPD 分析中得到遗传分化系数为 12． 38%、11．
40%和 34． 7%。基因流交换频繁的物种，种群间遗传分化小，反之，种群间遗传分化大［20］。种群之间的基
因流用种群每代迁移数来度量。根据 Hamrick等的观点，若每代迁入个体数 Nm 大于 1，基因流就足以抵
制遗传漂变的作用，也同时防止了种群分化的发生，若 Nm小于 1，漂变就成为种群遗传结构的主导因素。
文中研究结果表明，白榆的基因流 Nm为 0． 8270 ＜ l，种群之间基因流较少，可能产生遗传漂变导致的种群
分化。白榆的种子比较小，主要是靠风力扩散种子，扩散距离非常远，但是由于白榆生存条件比较恶劣生
长较困难，所以保持较小的基因流。
3． 3 聚类与分析
文中研究通过遗传距离聚类分析将 6 个种群划分为两大类。其中，Pop4 和 Pop6 为 1 类，二者间遗传
距离最小，说明这两个种群在遗传组成上最相似，由于这两个种群位于浑善达克北部，地理分布较近，基因
交流比较频繁，导致两个种群间的遗传一致比较大。在第 2 类中，Pop2 和 Pop3 聚为一个亚类，然后又与
Pop1 聚一个亚类，最后与 Pop5 聚为一类。Pop5 位于浑善达克沙地与科尔沁沙地的 3 个种群地理位置较
远，但遗传距离相近，再聚类聚为一个亚亚类，说明其种群可能起源相同;由于 Pop4 和 Pop6 的遗传距离相
对较小，同时它们之间地理距离也相对较近，因这两个种群也可能起源相同。
4 结论
白榆在科尔沁沙地及浑善达克沙地形成了独特的稀树草原生态系统，它在遗传多样性水平上有着相
·06· 干 旱 区 资 源 与 环 境 第 27 卷
似之处。刘果厚等［9］对锡盟沙地榆遗传多样性的研究中所选用对照白榆材料采自浑善达克沙地的沙地
榆，其实验结果支持其作为白榆的变种的结论。文中在结合前人研究的基础上，针对白榆分布地区的特
性，以科尔沁沙地和浑善达克沙地的白榆为研究对象，结果表明:天然白榆的不同种群内的遗传多样性水
平差异不大，Nei＇s多样性指数(h)和 Shannon＇s 多样性指数(I)的统计结果均显示白榆的遗传多样性主要
存在于种群内;白榆不同种群间存在着一定的遗传变异;科尔沁沙地和浑善达克沙地白榆各种群间的遗传
距离不明显。针对天然白榆种群遗传多样性主要存在于种群内，但种群数量较少的特点，建议选择遗传多
样性水平高的种群进行重点保护，此外还要增加有效种群大小。
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Genetic diversity of six populations in Ulmus pumila by RAPD
WU Lizhi1，ZHAO Rige2，GAO Pingsheng3，FENG Yujun4，LI Gangtie1
(1． Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019，P． R． China;
2． Huhhot University for Nationlities，hohhot 010010，P． R． China;
3． Jungar Forestry Bureau Inner Mongolia，Jungar，010321;4． Wuxin Forestry Bureau Inner Mongolia，Galutu，017300
Abstract:The genetic diversity and genetic structure of six Ulmus pumila populations in Horqin Sand Land and
Otingdag Sand Land were assessed by using RAPD markers． 17 primers were chosen from 35 kinds of 10bp ran-
dom primers，which could produce polymorphic，clear and stable bands． From 180 individuals of 6 populations，
17 primers yielded 181 clearly identifiable bands，and among them 96 polymorphic bands were polymorphic． As
analyzed by POPGENE1． 32，the percentage of polymorphic loci(PPB)was 52． 89%;Nei＇s index and Shannon＇s
index of the gene diversity were 0． 2611 and 0． 3814 in special． The genetic differentiation was Gst = 0． 3768．
The genetic variation among populations was37． 68%，and within population was 62． 32% ． The genetic diversities
in 6 populations were similar，Between two sandland genetic distance is not obvious．
Key words:genetic diversity;Ulmus pumila;RAPD;conservation
·16·第 11 期 吴丽芝等 6 个白榆种群遗传多样性的 RAPD分析