全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
一 , , 一
自然环境胁迫对旱冬瓜 矛下以 菌基因
多样性的影响 关
唐晓萌‘ 代玉梅‘ 熊 智 , 张忠泽‘ 张成刚“
’
‘ 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 西南林学院 , 昆明
摘要 利用 一 方法 , 研究云南鸡足山及无量山不同生境下旱冬瓜根瘤内 厂叹戒血 菌基因多样性
及其变化 , 以 了解不同自然环境胁迫对 厂‘ 成故 菌基因多样性的影响 结果表明 , 多样性随地域 、 海拔和
坡向不同而变化
,
鸡足山 几视 故 菌基因类型 比无量山丰富 鸡足山旱冬瓜根瘤内的 几视成必 菌在山底
处 , 指数平均 为 山顶海拔 以 上 , 指数随之上 升到 南坡
几视 故 菌多样性高于 北坡 , 表 明多样性指数与环境胁迫大小成正相关 自然环境胁迫是产生和保持
肠召 , 菌基因多样性的重要因子之一
关键词 乃视 自然环境胁迫 基因多样性
文章编号 一 一 一 中图分类号 文献标识码
代 物 记 一
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几飞
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引 言
凡叹 ’ 菌是一类能与非豆科植物共生结瘤固
氮的放线菌 , 这一共生体系在固沙造林 、水土保持等
方面均发挥着重要作用 研究表明 , 局视 菌具
有丰富的基因多样性 , 其多样性受多种因子影响 , 自
然环境胁迫是重要 因子之一 ”〕对 乃双 、 菌多样
性的研究 , 不仅有助于人们更清楚地 了解 尹权
菌的起源和进化过程 , 构建固氮能力强 、抗逆性强的
高效共生体系 , 而且可为有效地开发利用这一固氮
资源提供理论依据
云南无量 山地处云岭余脉 , 属南亚热带山地季
风气 候 , 年均 气 温 ℃ , 霜期短 , 年平 均 降水量
植被茂密 , 物种丰富 ’
,
鸡足 山地处云
南干热河谷的宾川地区 , 属低纬度高原季风气候
,
年均气温 ℃ , 无霜期长 温度低于 ℃天数为
, 年平均降雨量为
,
两地代表了两种
不同的气候类型 , 环境差异较大 这种环境差异为我
们研究 自然环境胁迫对旱冬瓜 , , ,咖
根瘤内 石 菌基因多样性的影响 , 提供了便利
条件 本文 以两地旱冬瓜根瘤内 石 为研究对
象 , 利 用
一
方 法 分 析 自然 环 境 胁 迫 对
凡双 菌基因多样性的影响
材料与方法
供试材料
采用梯度网格法 , 分别在无量 山和鸡足 山采集具有不
同海拔高度 表 的旱冬瓜根瘤 , 垂直高度每隔 一
至少采集一个样品 采集的样品及时晾晒 , 以防根瘤腐烂 , 并
在 一 ℃保存备用
研究方法
的提取和纯化 的提取采用 法 ’礴
取 一 ℃冷藏的根瘤 一 个 , 洗涤干净 , 再用 乙醇表
面消毒 后 , 将瘤磨碎 , 加人 裂解液 , 在
, 国家重点基础研究发展规划资助项 目
, 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
应 用 生 态 学 报 卷
℃温育 一 裂解后用氯仿 异戊醇 抽提 次 , 用
体积乙酸钠和 倍体积冰乙醇沉淀 去掉上
清液后 , 沉淀分别用 、 和 的乙醇洗涤
次 , 每次 一 含有沉淀物的离心管开盖干燥后 , 用去离
子水溶解 , 储存在 一 ℃备用 最后利用少量胶回收试剂盒
上海华舜公司 , 纯化 粗提物
表 根瘤样品
妞 川刁
直电泳 , 凝胶银染毛‘ 」 电泳图谱数值用软件
转化为二元性状编码矩阵 用 软件处理距
离矩 阵 , 构建非加权配对算术平均法〔’心〕树状 图 用软件
转化为图形
坡向 ‘
印
印
印
别
印
印
印
印
印
印
代表鸡足山 , 代表无量山 ,
、 、 、 分别代表坡向南
坡 、北坡 、 北偏东及北 偏西
, , ,
, , ,
扩增 扩增引物为 气
拼 反应体系中含 只
产 , 产 · 一 的 , 拜
· 一 , 引物 拜
· 一 ‘ , 聚合酶 单位 公 司 , 模板
拜 , 拜 , 补充水到 拜 在 扩增仪
公司的梯度扩增仪 上 , ℃预变性 后 , ℃变性
, ℃退火 , ℃延伸 , 共 个循环 , 最后
在 ℃下延伸 巧
,
产物在 一 ℃下储存备用
丙烯酞胺凝胶电泳 采用 聚丙烯酞胺凝胶垂
结果与分析
电泳图谱
利用特异引物 对采集的旱冬瓜 凡视 动
菌基因组进行 扩增 , 得到重复性好 , 稳定清晰 ,
分子量在 一 饰 之间的特异条带 , 图谱见图
以两山样品各为一组 比较分析可见 , 除样品 、
外 , 不同山的样品属于不同基因类群 图
指纹图谱中 , 鸡足 山样品在 处出现组内
共有带 , 无量山样品在 和 处出现组内共
有带 , 组间带型差异大于组内带型差异 图 , 说明
旱冬瓜 菌基因多样性与采集样品的地域有
关
, ‘’ , 这可能是基因流 造成的 ‘
聚类分析树状图
根据电泳图不同谱带 , 用 软件分
析得到聚类分析的树状图 图
从图 可 以看出 , 所有样品在 相似性水平
上相聚 为便于分析及分群 , 用相似性 作为界
定线 , 在此相似性上所有样品可划分为 种基因型
图
两山间 几视 多样性比较
参照 ‘ 】提出的相似性公式 , 对 万沁 菌
指纹图谱 图 进行相似率分析 结果表明 ,
无量山 几欢 故 菌的 指纹图谱中 , 各样品带型
相似性很高 , 平均为 左右 , 而鸡足山 厂沁 故 菌
的 指纹 图谱中 , 各样品带型相差较大 , 虽 在
处出现组内共有带 , 但各样品都有其独特的
谱带 , 各样品带型相似性平均小于 较低
的相似性指明 , 鸡足山 厂论 菌的基因组之间差
异要 比无量山大
不同海拔处 多样性比较
按 凝胶分析软件程序计算出不同海拔
处 厂知 菌香农一威纳多样性指数
’
变化 ‘ , 计算结果见图
决定香农一威纳多样性指数
’
大小的因素为
基 因种类数 目和各基 因型之间个体分配的均匀
性〔‘ 〕基因种类数目多 , 可增加多样性 各基因型之
间个体分配的均匀性增加 , 也会使多样性提高 当
种基因型每一种恰好只有一个个体时 , 信息量最
大 , 即多样性最丰富 当全部个体都为同一基因型
应 用 生 态 学 报 卷
℃温育 一 裂解后用氯仿 异戊醇 抽提 次 , 用
体积乙酸钠和 倍体积冰乙醇沉淀 去掉上
清液后 , 沉淀分别用 、 和 的乙醇洗涤
次 , 每次 一 含有沉淀物的离心管开盖干燥后 , 用去离
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上海华舜公司 , 纯化 粗提物
表 根瘤样品
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转化为二元性状编码矩阵 用 软件处理距
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转化为图形
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公司的梯度扩增仪 上 , ℃预变性 后 , ℃变性
, ℃退火 , ℃延伸 , 共 个循环 , 最后
在 ℃下延伸 巧
,
产物在 一 ℃下储存备用
丙烯酞胺凝胶电泳 采用 聚丙烯酞胺凝胶垂
结果与分析
电泳图谱
利用特异引物 对采集的旱冬瓜 凡视 动
菌基因组进行 扩增 , 得到重复性好 , 稳定清晰 ,
分子量在 一 饰 之间的特异条带 , 图谱见图
以两山样品各为一组 比较分析可见 , 除样品 、
外 , 不同山的样品属于不同基因类群 图
指纹图谱中 , 鸡足 山样品在 处出现组内
共有带 , 无量山样品在 和 处出现组内共
有带 , 组间带型差异大于组内带型差异 图 , 说明
旱冬瓜 菌基因多样性与采集样品的地域有
关
, ‘’ , 这可能是基因流 造成的 ‘
聚类分析树状图
根据电泳图不同谱带 , 用 软件分
析得到聚类分析的树状图 图
从图 可 以看出 , 所有样品在 相似性水平
上相聚 为便于分析及分群 , 用相似性 作为界
定线 , 在此相似性上所有样品可划分为 种基因型
图
两山间 几视 多样性比较
参照 ‘ 】提出的相似性公式 , 对 万沁 菌
指纹图谱 图 进行相似率分析 结果表明 ,
无量山 几欢 故 菌的 指纹图谱中 , 各样品带型
相似性很高 , 平均为 左右 , 而鸡足山 厂沁 故 菌
的 指纹 图谱中 , 各样品带型相差较大 , 虽 在
处出现组内共有带 , 但各样品都有其独特的
谱带 , 各样品带型相似性平均小于 较低
的相似性指明 , 鸡足山 厂论 菌的基因组之间差
异要 比无量山大
不同海拔处 多样性比较
按 凝胶分析软件程序计算出不同海拔
处 厂知 菌香农一威纳多样性指数
’
变化 ‘ , 计算结果见图
决定香农一威纳多样性指数
’
大小的因素为
基 因种类数 目和各基 因型之间个体分配的均匀
性〔‘ 〕基因种类数目多 , 可增加多样性 各基因型之
间个体分配的均匀性增加 , 也会使多样性提高 当
种基因型每一种恰好只有一个个体时 , 信息量最
大 , 即多样性最丰富 当全部个体都为同一基因型
应 用 生 态 学 报 卷
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海拔
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威纳多样性指数变化
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实线为鸡足 凡刀成必 的多样性指数变化 目
一
东 、
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虚线为无量山 厂沁 必 的多样性指数变化
一 吃 卢, 之 一 厂’,刀成必
南坡旱冬瓜根瘤 内 凡视 必 菌多样性则相对较 丰
富 , 基因类型达 种 , 图谱带型相似性系数平均低于
, 说明南坡基因差异 比北坡大 , 具有更高的基因
多样性
综上所述 , 旱冬瓜根瘤内 厂沁 菌基因多样
性 , 随地域生存条件的恶劣更 为丰富 随海拔的增
高〔
, 〕, 多样性指数增大 北坡向基因多样性低于南
坡向 , 即自然环境胁迫越大 , 凡视 故 菌基因多样性
越丰富 自然环境胁迫是产生和保持 阴 故 菌基
因多样性的重要因子
显 这种特殊的生态环境是研究不同环境环境胁迫
对 几视 ’ 菌基因多样性影响的理想基地
关于 自然环境胁迫产生丰富的基因多样性的原
因 , 等〔
·
川 通过实验提 出 , 在恶劣环境 、
高紫外线辐射等小生境环境胁迫胁迫下 , 可能引起
基因不稳定 , 产生更多的复制错误 , 造成更多基因多
样性 , 以满足生存需要〔’” , 这可能是一种复杂的适
应生态环境胁迫的策略 但关于 自然环境胁迫还有
许多未解决的问题 , 如高紫外线辐射 、 干旱等不同
形式的环境胁迫是怎样影响基因多样性的 有多大
比例的基因多样性是由自然选择保持的等等 , 仍有
待进一步的研究 找到这些 问题的答案 , 将会对研
究人员了解生命进化适应和物种形成的机制具有重
大的科研价值
参考文献
讨 论
本文对云南省鸡足 山 、 无量 山不 同 自然环境胁
迫下旱冬瓜根瘤内的 马叹 菌基因多样性及变化
进行了研究 结果表明 , 其基因多样性与 自然环境
胁迫成正相关 这与其它关于 自然环境胁迫对基因
多样性影响的研究结论基本一致 , , ”
等 利用 技术对 以色列东北部 株
二粒小麦 应人活 进行了研究 , 结果表
明自然环境胁迫对 多样性有影响 ”〕通
过 尸 及 方法研究了以色列卡梅尔山分布
在南北坡向多种生物 肠比沪勿 “ 必 ,
犷故 等 的基因多样性
, 结果表明 , 无论是在全
球范围 , 还是小区域范围 , 多样性都是有规律性的 ,
多样性与环境差异密切相关 , 自然环境胁迫越大 , 多
样性越丰富
以上研究大多只是研究分散的几个样点或只从
某方面进行研究 , ‘“ , 本文则从地域 、 海拔及坡 向
三方面进行综合分析 , 比较全面地反映了 自然环境
胁迫对 厂沁 菌的基因多样性的影响 此外 , 本研
究选取的地区是低纬度 、 高海拔和相对高差较大的
山地 , 由于地形地貌的复杂多样 , 立体气候十分明
卫场 , 亏
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作者简介 唐晓萌 , 女 , 年生 , 硕士研究生 , 主要从事结
瘤固氮的放线菌分子生态学方面的研究
一
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