全 文 :西北农业学报 2016,25(3):413-422
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2016.03.013
网络出版日期:2016-03-06
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160306.1611.026.html
青藏高原蕨麻种质资源遗传多样性POD同工酶分析
收稿日期:2015-04-08 修回日期:2015-06-24
基金项目:科技部农业科技成果转化基金(2010GB2G00514);国家自然科学基金(30607026,30660019);青海省自然科学基金
(2012-Z-907)。
第一作者:刘贺贺,男,在读硕士,研究方向为药用植物资源开发与利用。E-mail:516098384@qq.com
通信作者:李军乔,女,博士,教授,研究方向为植物资源开发与利用。E-mail:ljqlily2002@126.com
刘贺贺1,2,蒋红霞1,2,富 贵1,2,白世俊1,2,包锦渊1,2,韦梅琴3,李军乔1,2
(1.青海民族大学 化学化工学院,西宁 810007;2.青海省生物技术与分析测试重点实验室,
西宁 810007;3.青海大学 农牧学院,西宁 810016)
摘 要 采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分析75份蕨麻过氧化物同工酶,结果与形态学标记、细胞水平、分子
标记研究的结果一致,显示蕨麻的遗传多样性丰富。证实蕨麻具有丰富遗传变异,为合理保护与科学利用蕨
麻资源提供科学依据。检测显示,蕨麻叶片过氧化物同工酶电泳共出现14条酶带;酶带多态位点百分率为
100%;NTSYSpc 2.1软件计算的遗传相似系数为0.214~1.000,平均值为0.681;以遗传相似系数为基础,
采用非加权类平均法进行聚类分析,在相似系数为0.67时分为2大类,第1类为蕨麻,第2类为鹅绒委陵菜。
蕨麻种质资源遗传多样性及遗传变异均较丰富。说明,蕨麻丰富的遗传多样性是在青藏高原复杂的地理环境
中长期进化的结果。
关键词 蕨麻;遗传多样性;过氧化物同工酶;聚丙烯酰胺凝胶电泳;相似系数;多态位点百分率
中图分类号 Q814.9 文献标志码 A 文章编号 1004-1389(2016)03-0413-10
蕨麻(Potentilla anserina)属蔷薇科委陵菜
属(Potentilla),是鹅绒委陵菜(Potentilla anseri-
na L.)的变种,以叶为锯齿状奇数羽状复叶,匍匐
茎,单生小花,多年生草本植物为特征,因叶片被
有白色绒毛而得名,生河岸、路边、山坡草地及草
甸,海拔500~4 100m,在甘肃、青海、西藏高寒
地区,根部膨大,含丰富淀粉[1]。蕨麻是药食兼用
的保健品,能够提高机体免疫能力,具有抗氧化、
抗衰老、抗疲劳、抗菌、抗病毒、抗真菌、抑制肿瘤、
保肝护肝、降低血脂及胆固醇等功效[2]。传统形
态学分类上,块根膨大的为蕨麻,块根不膨大的为
鹅绒委陵菜。
种质资源是遗传育种的物质基础,对种质资
源遗传多样性和亲缘关系的正确评价是合理利用
种质资源的前提。遗传多样性是确保物种延续和
不断进化的关键,开展蕨麻遗传多样性研究,对蕨
麻品种扩大遗传基础和选育新品种均有重要作
用。2010年开始,蕨麻研究中心利用形态学标
记、细胞学研究和分子标记的方法研究蕨麻种质
资源的遗传多样性,表明蕨麻不仅具有丰富的遗
传多样性,而且蕨麻的遗传变异较高。通常情况
下,植物的表现型与基因型一致,3种方法分析显
示大部分的蕨麻材料同样符合这一规律,少数蕨
麻材料存在不一致的情况,为证实差异的存在,笔
者应用生理生化标记的方法研究蕨麻种质资源的
遗传多样性。
同工酶的酶谱同等位基因之间有明确的对应
关系,因此成为一种十分有效的遗传多样性的检
测标记[3-4]。同工酶分析技术从蛋白质水平反映
物种的遗传差异,且材料来源丰富、实验技术简
单、结果易于比较,是一种十分有效的遗传标
记[5]。丁玲等[6-7]、沈镝等[8]和易刚强等[9]采用同
工酶的方法分析了菊花、芋和栀子的遗传多样性,
得到理想的结果。本试验采用聚丙烯酰胺凝胶电
泳技术,分析75份蕨麻种质资源进行过氧化物同
工酶(POD)酶谱差异研究,从蛋白质水平上对遗
传多样性进行分析,以期进一步证实蕨麻种质资
源的遗传多样性及复杂的遗传变异,为合理保护
与科学利用蕨麻资源提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
蕨麻分布广泛,生长区域地理气候条件差别
较大,很难同时采集到不同地区同一个生长期内
的野生蕨麻,课题组为了规避这一问题,从2008
年开始逐步采集中国各地区的蕨麻进行移栽,目
前已在青海省互助县、湟源县分别建立了2个蕨
麻种质资源圃,共有种质资源128份。有些地区
的蕨麻种质资源刚刚成活或植株仅有1~2株,故
选择有一定区域代表性且生长旺盛的75份种质
资源进行同工酶测定。选取的75份蕨麻种质资
源材料详见表1。
取幼苗期生长健壮的健康完整植株,剪取幼
嫩叶片1.0~2.0g,使用蒸馏水简单冲洗叶片上
的泥土和其他杂物,放入冰盒内低温保存。采集
当天带回实验室,放入4℃冰箱内遮光保存,3d
内完成同工酶的提取。
表1 供试蕨麻种质材料
Table 1 Experimental materials of Potentilla anserina
序号
No.
样品编号
Sample number
地 点
Location
海拔/m
Altitude
经 度
Longitude
纬 度
Latitude
块根是否膨大
Swolen rhizome
or not
1 林芝-41 Linzhi-41 西藏林芝地区 Linzhi Tibet 3 691 91°16.094′E 29°39.155′N 是 Yes
2 林芝-42 Linzhi-42 西藏林芝地区 Linzhi Tibet 3 691 91°16.094′E 29°39.155′N 是 Yes
3 林芝-44 Llinzhi-44 西藏林芝地区 Linzhi Tibet 3 832 91°45.118′E 29°49.254′N 是 Yes
4 林芝-57 Linzhi-57 西藏林芝地区 Linzhi Tibet 3 108 94°26.184′E 29°37.415′N 是 Yes
5 日喀则-24 Rikaze-24 西藏日喀则地区 Rikaze Tibet 3 739 90°17.191′E 29°19.480′N 是 Yes
6 日喀则-31 Rikaze-31 西藏日喀则地区 Rikaze Tibet 3 790 89°32.035′E 29°20.134′N 是 Yes
7 日喀则-32 Rikaze-32 西藏日喀则地区 Rikaze Tibet 3 788 89°27.382′E 29°19.280′N 是 Yes
8 日喀则-34 Rikaze-34 西藏日喀则地区 Rikaze Tibet 3 855 88°51.436′E 29°15.024′N 是 Yes
9 那曲-01 Naqu-01 西藏那曲地区 Naqu Tibet 4 629 91°40.478′E 32°11.216′N 是 Yes
10 那曲-02 Naqu-02 西藏那曲地区 Naqu Tibet 4 502 92°01.406′E 31°27.415′N 是 Yes
11 那曲-05 Naqu-05 西藏那曲地区 Naqu Tibet 4 630 91°52.076′E 31°18.524′N 是 Yes
12 那曲-06 Naqu-06 西藏那曲地区 Naqu Tibet 4 630 91°52.076′E 31°18.524′N 是 Yes
13 那曲-07 Naqu-07 西藏那曲地区 Naqu Tibet 4 639 91°36.190′E 30°46.504′N 是 Yes
14 那曲-17 Naqu-17 西藏那曲地区 Naqu Tibet 3 697 90°54.548′E 29°40.437′N 是 Yes
15 那曲-18 Naqu-18 西藏那曲地区 Naqu Tibet 3 697 90°54.548′E 29°40.437′N 是 Yes
16 合作-01 Hezuo-01 甘肃甘南 Gannan Gansu 2 999 102°55.155′E 34°55.836′N 是 Yes
17 合作-05 Hezuo-05 甘肃甘南 Gannan Gansu 2 994 103°05.047′E 34°45.191′N 是 Yes
18 合作-07 Hezuo-07 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 017 103°12.430′E 34°47.663′N 是 Yes
19 碌曲-01 Luqu-01 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 091 102°51.335′E 34°54.117′N 是 Yes
20 碌曲-03 Luqu-03 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 009 102°42.402′E 34°48.804′N 是 Yes
21 碌曲-05 Luqu-05 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 238 102°26.921′E 34°33.747′N 是 Yes
22 碌曲-06 Luqu-06 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 468 102°17.738′E 34°24.795′N 是 Yes
23 兰 州 Lanzhou 甘肃兰州 Lanzhou Gansu 1 644 103°15.092′E 36°10.005′N 否 No
24 临潭-01 Lintan-01 甘肃甘南 Gannan Gansu 2 888 103°23.757′E 34°40.122′N 否 No
25 临潭-灰叶 Lintan-Greyleaf 甘肃甘南 Gannan Gansu 2 888 103°23.757′E 34°40.122′N 否 No
26 夏河-01 Xiahe-01 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 029 102°29.979′E 35°20.378′N 否 No
27 夏河-02 Xiahe-02 甘肃甘南 Gannan Gansu 2 580 102°46.672′E 35°12.981′N 否 No
28 玛曲-02 Maqu-02 甘肃甘南 Gannan Gansu 3 668 102°11.590′E 34°07.103′N 是 Yes
29 白玉-01 Baiyu-01 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 796 100°41.070′E 33°17.239′N 是 Yes
30 白玉-02 Baiyu-02 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 986 100°50.690′E 33°14.975′N 是 Yes
31 大武-01 Dawu-01 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 666 100°33.379′E 34°33.346′N 是 Yes
32 大武-03 Dawu-03 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 980 100°16.728′E 34°18.552′N 是 Yes
33 大武-04 Dawu-04 青海果洛州 Guoluo Qinghai 4 179 100°12.725′E 34°11.663′N 是 Yes
34 大武-05 Dawu-05 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 757 100°17.318′E 33°26.899′N 是 Yes
35 门源-01 Menyuan-01 青海海北州 Haibei Qinghai 3 490 101°24.322′E 37°22.365′N 否 No
36 海西-61 Haixi-61 青海海西州 Haixi Qinghai 3 040 97°47.522′E 36°01.402′N 否 No
37 班玛-01 Banma-01 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 998 100°26.183′E 33°17.317′N 是 Yes
38 拉鸡山-02 Lajishan-02 青海海南州 Hainan Qinghai 3 821 101°26.603′E 36°21.428′N 是 Yes
39 刚察-02 Gangcha-02 青海海北州 Haibei Qinghai 3 380 100°38.250′E 37°07.181′N 否 No
·414· 西 北 农 业 学 报 25卷
(续表1 Continued table 1)
序号
No.
样品编号
Sample number
地 点
Location
海 拔/m
Altitude
经 度
Longitude
纬 度
Latitude
块根是否膨大
Swolen rhizome
or not
40 化隆-02 Hualong-02 青海海东 Haidong Qinghai 2 621 102°17.295′E 36°02.487′N 否 No
41 兴海-01 Xinghai-01 青海海南州 Hainan Qinghai 3 446 99°55.883′E 35°39.998′N 否 No
42 兴海-02 Xinghai-02 青海海南州 Hainan Qinghai 3 453 99°55.908′E 35°39.970′N 是 Yes
43 贵德-02 Guide-02 青海海南州 Hainan Qinghai 2 795 101°19.588′E 35°51.040′N 否 No
44 贵南-01 Guinan-01 青海海南州 Hainan Qinghai 3 359 101°05.599′E 35°30.091′N 是 Yes
45 河南-03 Henan-03 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 566 101°42.719′E 34°42.876′N 是 Yes
46 河南-04 Henan-04 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 625 101°47.097′E 34°37.760′N 是 Yes
47 久治-01 Jiuzhi-01 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 983 101°05.663′E 33°25.852′N 是 Yes
48 久治-02 Jiuzhi-02 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 869 101°18.054′E 33°23.342′N 是 Yes
49 久治-03 Jiuzhi-03 青海果洛州 Guoluo Qinghai 3 631 101°28.321′E 33°25.508′N 是 Yes
50 平安-02 Ping`an-02 青海海东 Haidong Qinghai 3 266 101°20.528′E 37°37.522′N 否 No
51 湟源-01 Huangyuan-01 青海海北州 Haibei Qinghai 2 927 101°01.570′E 36°51.399′N 否 No
52 湟源-02 Huangyuan-02 青海海北州 Haibei Qinghai 2 915 101°11.165′E 36°32.503′N 否 No
53 祁连-灰叶 Qilian-Greyleaf 青海海北州 Haibei Qinghai 2 928 100°23.006′E 38°04.296′N 否 No
54 祁连-04 Qilian-04 青海海北州 Haibei Qinghai 3 634 100°13.359′E 38°03.005′N 是 Yes
55 循化-01 Xunhua-01 青海海东 Haidong Qinghai 2 639 102°18.535′E 35°44.638′N 否 No
56 循化-02 Xunhua-02 青海海东 Haidong Qinghai 3 255 102°14.507′E 35°42.038′N 否 No
57 循化-03 Xunhua-03 青海海东 Haidong Qinghai 2 527 102°07.121′E 35°36.311′N 否 No
58 循化-04 Xunhua-04 青海海东 Haidong Qinghai 2 760 102°10.442′E 35°33.643′N 否 No
59 玉树-01 Yushu-01 青海玉树州 Yushu Qinghai 4 225 96°34.639′E 33°12.087′N 是 Yes
60 玉树-02 Yushu-02 青海玉树州 Yushu Qinghai 4 444 96°42.716′E 33°07.125′N 是 Yes
61 玉树-13 Yushu-03 青海玉树州 Yushu Qinghai 4 211 96°45.528′E 32°53.083′N 否 No
62 玉树-18 Yushu-18 青海玉树州 Yushu Qinghai 3 778 97°04.816′E 33°22.243′N 是 Yes
63 玉树-20 Yushu-20 青海玉树州 Yushu Qinghai 4 461 97°13.785′E 33°20.760′N 是 Yes
64 黄南-03 Huangnan-03 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 821 101°26.603′E 36°21.428′N 是 Yes
65 黄南-04 Huangnan-04 青海黄南州 Huangnan Qinghai 2 909 101°33.078′E 36°16.371′N 否 No
66 黄南-05 Huangnan-05 青海黄南州 Huangnan Qinghai 2 795 101°19.588′E 35°51.040′N 否 No
67 黄南-06 Huangnan-06 青海黄南州 Huangnan Qinghai 2 795 101°19.588′E 35°51.040′N 否 No
68 黄南-07 Huangnan-07 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 359 101°05.599′E 35°30.091′N 是 Yes
69 黄南-08 Huangnan-08 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 292 100°59.647′E 35°30.529′N 是 Yes
70 黄南-09 Huangnan-09 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 290 100°44.773′E 35°14.590′N 是 Yes
71 黄南-10 Huangnan-10 青海黄南州 Huangnan Qinghai 3 371 100°52.105′E 35°12.951′N 否 No
72 甘德-01 Gande-01 青海果洛州 Guoluo Qinghai 4 225 100°05.053′E 34°03.436′N 是 Yes
73 甘德-02 Gande-02 青海果洛州 Guoluo Qinghai 4 045 99°53.085′E 34°57.463′N 是 Yes
74 达日-02 Dari-02 青海果洛州 Guoluo Qinghai 4 028 99°48.116′E 33°37.535′N 是 Yes
75 大通-02 Datong-02 青海海北州 Haibei Qinghai 2 898 101°27.368′E 37°14.432′N 否 No
1.2 试验方法
1.2.1 酶液的制备 称蕨麻叶片1.0g,蒸馏水
冲洗3次,滤纸吸干后剪碎。放入4℃预冷的研
钵中,加入2mL 0.1mol/L 的 Tris-HCl(pH
8.9)的酶液提取液,冰浴下研磨至匀浆。低温提
取1h,转移至离心管中离心,4 ℃下10 000
r/min离心15min。取上清液,加等体积质量分
数为40%的蔗糖溶液,混匀后置4℃ 冰箱保存,
备用。
1.2.2 凝胶制备 采用垂直板聚丙烯酰胺凝胶
电泳,胶板厚度为1.5mm。分离胶质量浓度70
g/L,凝胶母液[6](表2)按 A∶C∶G∶水=
4∶5∶8∶4.5(G储备液当天配制)的体积比混
匀,混匀后从上部一侧缓缓加入凝胶,约占整个胶
板的3/4,加入过程中防止气泡的产生。为保持
胶面的平整,在上面加一层双蒸水。在日光灯下
凝聚,1h后当水面与胶面出现明显界面时说明
分离胶凝聚完成。用吸水纸吸去胶面上的水,加
入浓缩胶,浓缩胶质量浓度为50g/L,凝胶储备
液按B∶D∶E=2∶3∶4的体积比混匀。加完浓
缩胶后插上梳子,日光灯下凝聚,1h后浓缩胶凝
聚完成。
1.2.3 电 泳 待胶完全凝聚后,取下梳子,加样
电泳。每样孔进样量20μL,以溴酚蓝为指示剂。
电泳槽内加入pH 8.3的Tris-Gly电极缓冲液约
500mL,4℃冰箱中恒温电泳。电泳初始电压
·514·3期 刘贺贺等:青藏高原蕨麻种质资源遗传多样性POD同工酶分析
150V,溴酚蓝电泳至分离胶时稳压300V。溴酚
蓝电泳到分离胶底端1cm处时,停止电泳。
1.2.4 染 色 POD 同工酶显色参考胡能书
等[11]和郭尧君[12]采用的醋酸联苯胺法,并进行改
良。电泳完毕,小心剥取凝胶用蒸馏水漂洗数次,
置醋酸联苯胺染液5~10min,出现清晰过氧化
物酶带后迅速倒出染液,蒸馏水洗数次,拍照、保
存。染液配制:将1g联苯胺溶于9mL冰醋酸
中,再加36mL蒸馏水,混匀配成联苯胺溶液。
使用时取5mL联苯胺溶液,2mL 30g/L 的
H2O2,93mL蒸馏水,混匀。
1.3 数据处理
凝胶板上酶谱带颜色深浅反应同工酶活性的
强弱。根据电泳图(图1),将酶活性分为强、较
强、弱3个等级,绘制电泳模式图(图2)。分别计
算酶带迁移率(Rf=酶带迁移距离/前沿指示剂
距离)。根据电泳模式图将酶带分布情况转化为
0,1二态性数值,有酶带记为“1”,无酶带记为
“0”,建立POD同工酶谱带的相对迁移率和二态
数据。
表2 凝胶储备液配方
Table 2 Gelatin reserve fluid formula
编码
Code
1mol/L
HCl/mL
三羟甲基
氨基甲烷/g
Tris
四甲基
乙二胺/mL
TEMED
丙烯酰胺/g
Acr
甲叉双丙
烯酰胺/g
Bis
维生素B2/g
Vitamin B2
蔗糖/g
Sucrose
硫酸铵/g
APS
双蒸水/mL
Deionized
water
pH
A 24 18.30 0.125 50 8.9
B 24 3.000 0.320 50 6.7
C 15.0 0.450 50
D 10.0 0.365 50
E 0.4 50
F 20 50
G 0.15 50
图1 75份蕨麻过氧化物同工酶酶谱
Fig.1 Banding patterns of peroxidase isozyme in 75 Potentilla anserina
·614· 西 北 农 业 学 报 25卷
图2 蕨麻过氧化物同工酶模式
Fig.2 POD isozyme patterns of Potentilla anserina
计算各酶的多态位点百分率[13](Percentage
of Polymorphic Bands,PPB),PPB=NPB/TNB
×100 %,式中,NPB(Number of Polymorphic
Bands)为多态性条带数,TNB(Total Number of
Bands)为总条带数。使用 NTSYSpc 2.1计算
POD酶谱带的遗传相似系数(Genetic Similarity,
GS),计算公式[14]如下:GS=2a/(2a+b+c),其
中,a为2个物种群共有的多态条带,b为X 物种
群特有条带数,c为Y 物种群特有条带数。再用
非加权组平均法(Unweighted Pair Group Meth-
od with Arithmetic Average,UPGMA)进行聚类
分析并绘制相似系数树状聚类图。
2 结果与分析
2.1 POD同工酶分析
75份蕨麻种质资源叶片的POD电泳染色结
果共出现14条酶带。不同蕨麻材料出现3~10
条不同酶带,77%的材料含有6~9条酶带,酶带
出现最多的是7号(日喀则-32)、9号(那曲-01)、
10号(那曲-02)和69号(黄南-08)材料,有10条
酶带;出现最少的是52号(湟源-02)和71号(甘
德-01)材料,仅有3条酶带。
14条酶带分别用 POD-1、POD-2、POD-3、
POD-4……POD-14 表 示,Rf 值 为 0.103~
0.793。根据酶带的迁移率的大小,分为Ⅰ区、Ⅱ
·714·3期 刘贺贺等:青藏高原蕨麻种质资源遗传多样性POD同工酶分析
区、Ⅲ区。Ⅰ区(Rf<0.207)有4条酶带,包括
POD-1~POD-4;Ⅱ区(0.328<Rf>0.466)有5
条酶带,包括POD-5~POD-9;Ⅲ区(Rf>0.665)
有5条酶带,包括POD-10~POD-14。POD同工
酶活性强的条带在Ⅰ区和Ⅱ区分布较为集中,Ⅲ
区分布较为分散。
酶带出现率为6.67%~96.00%,迁移率及
出现频率见表3。酶带POD-1和POD-5的出现
率低于10.00%,可作为特异性酶带,特异性的酶
带是蕨麻材料的遗传特异性表现,具有较强的特
异性。酶带出现率在80%以上的高频率有3条
酶带,分别是POD-2(出现率为96%)、POD-7(出
现率为93%)和POD-12(出现率为81%)。出现
率在30%~80%的中频率酶带共6条,占条带总
数的42.9%。出现率在30%以下的低频条代数
为5条,占条带总数的35.7%,说明POD同工酶
的多态性极高。
按照多态位点百分率公式,多态位点百分数
为100%。有72份材料含有酶带POD-2,有70
份材料出现酶带POD-7,75份蕨麻种质资源材料
没有共有条带,14条酶带全部为多态性酶带,说
明酶带POD-2和POD-7为蕨麻资源POD同工
酶比较稳定遗传的酶带。多态性酶带数和百分率
直接反映材料的多态性,间接反映酶谱的多样性信
息含量,又可作为度量遗传变异水平高低的指标。
2.2 75份蕨麻种质资源的相似系数
NTSYSpc 2.1软件计算75份材料2 850对
两两不同材料的相似系数,结果见表4。相似系
数为0.214~1.000,平均值为0.681。
蕨麻材料7号(日喀则-32)与17号(合作-
05)、71号(黄南-10)、75号(大通-02),4号(林芝-
57)与54号(祁连-04),14号(那曲-17)与75(大
通-02)号5组之间,相似系数最小(GS=0.214),
亲缘关系最远。同一个地区的材料如1号(林芝-
表3 蕨麻同工酶酶带迁移率(Rf)及出现频率(Af)
Table 3 Mobility relative front and appear frequency of POD isozymes of Potentilla anserina
酶带 Band POD-1 POD-2 POD-3 POD-4 POD-5 POD-6 POD-7 POD-8 POD-9 POD-10 POD-11 POD-12 POD-13 POD-14
Rf 0.103 0.138 0.172 0.207 0.328 0.362 0.397 0.413 0.466 0.665 0.670 0.724 0.759 0.793
Af/% 6.67 96.00 66.67 50.67 5.33 64.00 93.33 57.33 13.33 26.67 66.67 81.33 54.67 22.67
表4 蕨麻材料的相似系数(部分)
Table 4 Matrix of similarity coefficient among 75 Potentilla anserina germplasm resources(part of results)
序号
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
1 1.000
2 0.929 1.000
3 0.643 0.714 1.000
4 0.714 0.786 0.643 1.000
5 0.786 0.714 0.714 0.500 1.000
6 0.929 0.857 0.571 0.643 0.857 1.000
7 0.643 0.714 0.429 0.786 0.571 0.714 1.000
8 0.857 0.786 0.500 0.714 0.786 0.929 0.786 1.000
9 0.786 0.714 0.429 0.643 0.714 0.857 0.714 0.929 1.000
10 0.929 0.857 0.571 0.786 0.714 0.857 0.714 0.929 0.857 1.000
11 0.786 0.857 0.571 0.786 0.714 0.857 0.857 0.929 0.857 0.857 1.000
12 0.857 0.786 0.500 0.714 0.786 0.929 0.786 1.000 0.929 0.929 0.929 1.000
13 0.714 0.786 0.643 0.714 0.786 0.786 0.786 0.714 0.643 0.643 0.786 0.714 1.000
14 0.786 0.714 0.571 0.643 0.857 0.857 0.714 0.929 0.857 0.857 0.857 0.929 0.643 1.000
15 0.643 0.714 0.571 0.643 0.571 0.714 0.571 0.643 0.714 0.571 0.714 0.643 0.643 0.571 1.000
16 0.786 0.857 0.714 0.786 0.714 0.857 0.714 0.786 0.714 0.714 0.857 0.786 0.786 0.714 0.857 1.000
17 0.429 0.500 0.786 0.429 0.500 0.357 0.214 0.286 0.357 0.357 0.357 0.286 0.429 0.357 0.643 0.500 1.000
18 0.500 0.571 0.857 0.500 0.571 0.429 0.286 0.357 0.429 0.429 0.429 0.357 0.500 0.429 0.714 0.571 0.929 1.000
19 0.786 0.857 0.714 0.786 0.714 0.714 0.714 0.643 0.571 0.714 0.714 0.643 0.929 0.571 0.571 0.714 0.500 0.571 1.000
20 0.714 0.786 0.929 0.571 0.786 0.643 0.500 0.571 0.500 0.643 0.643 0.571 0.714 0.643 0.500 0.643 0.714 0.786 0.786 1.000
21 0.714 0.786 0.929 0.571 0.786 0.643 0.500 0.571 0.500 0.643 0.643 0.571 0.714 0.643 0.500 0.643 0.714 0.786 0.786 1.000 1.000
22 0.786 0.857 0.857 0.643 0.857 0.714 0.571 0.643 0.571 0.714 0.714 0.643 0.786 0.714 0.571 0.714 0.643 0.714 0.857 0.929 0.929 1.000
23 0.786 0.857 0.857 0.786 0.714 0.714 0.571 0.643 0.571 0.714 0.714 0.643 0.786 0.571 0.714 0.857 0.643 0.714 0.857 0.786 0.786 0.857 1.000
24 0.571 0.643 0.643 0.571 0.500 0.500 0.357 0.429 0.500 0.500 0.500 0.429 0.571 0.357 0.786 0.643 0.857 0.786 0.643 0.571 0.571 0.643 0.786 1.000
25 0.571 0.643 0.500 0.429 0.643 0.643 0.500 0.571 0.643 0.500 0.643 0.571 0.714 0.500 0.786 0.643 0.714 0.643 0.643 0.571 0.571 0.643 0.643 0.857 1.000
注:最上一行及最左侧一列的编号是样品编号。
Note:Numbers of top row and left-most column are sample number.
·814· 西 北 农 业 学 报 25卷
41)和2号(大武-04),虽同是来自自西藏林芝地
区达孜县,采样点的不同,其同工酶的种类和酶带
的活性也不完全一样,相似系数为0.929。66号
(黄南-05)和67号(黄南-06)材料同样来自同一
地点,其相似系数仅为0.786。说明,居群内存在
着一定的遗传变异。
材料来源较近的8号(日喀则-34)与12号
(那曲-06),20号(碌曲-03)、21号(碌曲-05)和49
号(久治-03),41号(兴海-01)、72号(甘德-01)和
73号(甘德-02),48号(久治-02)、60号(玉树-02)
和61号(玉树-13),50号(平安-02)、59(玉树-01)
号和62(玉树-18)号两两之间13组,地域相距较
远的材料1号(林芝-41)与32号(大武-03),16号
(合作-01)与44号(贵南-01),31号(大武-01)与
45号(河南-03),34号(大武-05)与38号(拉鸡山-
02)4组,共17组材料间的相似系数最大(GS=
1.000),亲缘关系最近。可见,地域相距近和远的
地区均存在变异小、亲缘关系近的蕨麻材料。
2.3 蕨麻种质资源的聚类分析
使用NTSYSPC 2.1软件进行聚类分析,绘
制树状图,见图3。结果表明,在相似系数为0.72
时分为5类,第1类包括28份蕨麻材料,其中西
藏有11份材料,甘肃有2份材料,青海有15份材
料;第2类包括16份蕨麻材料,其中西藏有3份,
甘肃有7份,青海有6份;第3类包括7份蕨麻材
料,其中甘肃有1份,青海有6份;第4类包括14
份蕨麻材料,其中西藏有1份,甘肃有3份,青海
有10份;第5类包括10份蕨麻材料,全部来自青
海,5份材料来自玉树,海东和黄南地区各2份材
料,果洛地区1份材料;第1类与第2类在相似系
数为0.70时聚为一类即第1大类,亲缘关系相对
较近,44份材料中块根膨大的36份,为蕨麻。第
3类与第4类在相似系数为0.67时聚为一类,并
在相似系数为0.74时与第5类聚为第2大类,31
份材料中块根不膨大的17份,为鹅绒委陵菜。
图3 75份蕨麻过氧化物同工酶聚类结果
Fig.3 Cluster results of POD isoenzyme of 75 Potentilla anserina
·914·3期 刘贺贺等:青藏高原蕨麻种质资源遗传多样性POD同工酶分析
西藏的15份蕨麻材料中有14份聚在第1大
类,15号(那曲-18)聚类到第2大类。甘肃的13
份材料有9份材料也聚在第1大类,其余4份材
料聚类到第2大类,47份青海的蕨麻材料在第1
大类中有20份,第2大类中有26份。可见,蕨麻
的种质资源中遗传差异最大的是青海,其次是甘
肃,最小是西藏。海拔3 000m的18份材料,6份
聚类到第1大类,12份聚类到第2大类,海拔
3 000~4 000m的材料和海拔4 000m以上的材
料也出现类似情况,且在第2大类中均有分布。
3 结论与讨论
3.1 蕨麻种质资源遗传多样性丰富
遗传多样性包括一个物种所有个体间遗传变
异的总和,是居群生存和发展的前提[15]。遗传变
异是种群长期适应环境变化的结果,遗传多样性
丢失导致小种群对环境变化(如污染、气候变化)
的响应能力非常有限[16]。蕨麻研究中心采用的
形态学标记、细胞学研究和分子标记的方法研究
表明蕨麻种质资源多样性丰富。多态性酶带数和
多态位点百分率可以直接反映材料的多态性,间
接反映酶谱的多样性信息含量,还可作为度量遗
传变异水平高低的指标。相似系数可用来比较群
体或个体间相似程度的度量参数,相似系数越高,
说明相似程度越大,遗传背景相似性越强[17]。本
试验使用生化标记的方法揭示蕨麻14条POD同
工酶酶带全部为多态性酶带数和多态位点百分率
达到最大100%,显示蕨麻种质遗传多样性丰富,
与形态学标记、细胞学研究和分子标记的研究结
果一致。
研究显示,75份蕨麻材料的14条POD同工
酶酶带中无共同酶带,未检测到同工酶酶带及活
性完全一致的材料。仅有部分材料,如1号(林
芝-41)与32号(大武-03)等17组材料的相似系
数为1.000,仅具有相同的酶带及酶带条数,酶带
的活性并不一致,可见,蕨麻种质资源的丰富性使
不同地区间的蕨麻材料存在一定差异,这与蕨麻
广阔的生态适应性相一致。因而蕨麻在食用、药
用及生态应用上的开发前景巨大,在研究、利用和
保护野生蕨麻种质资源时,应注意不同地区和居
群的代表性。
3.2 蕨麻种质资源亲缘关系复杂
本试验聚类结果显示,50份蕨麻材料中仅有
36份聚为蕨麻一类,剩余的14份聚到鹅绒委陵
菜一类中,25份鹅绒委陵菜材料中17份聚到鹅
绒委陵菜类中,此聚类结果与形态学标记和分子
标记的聚类结果———不同比例的蕨麻材料聚到鹅
绒委陵菜中的结果一致。在采样时发现同一地区
的蕨麻性状也存在较大的差异,在甘肃临潭蕨麻
原变种和灰叶蕨麻变种共同生长,在多数采样地,
甚至同一株蕨麻,其块根的性状及色泽都不尽相
同。表明蕨麻的遗传变异高、遗传关系复杂。蕨
麻的表型是环境是基因决定还是由二者共同决
定,需要进一步深入研究。
蕨麻这种遗传复杂的关系是长期在复杂的地
理环境中适应的结果,使得蕨麻能在环境复杂的
情况下正常生长发育繁殖。同样,人们能够获得
不同品质的蕨麻资源,也为遗传育种提供了丰富
变异。
目前研究表明,许多植物在冰期时存在避难
所,而在最后一次大冰期后,不同的植物甚至同种
植物的不同种群表现不同的进化反应(扩张或者
不扩张),这些研究为植物分布区中心和边缘,种
群繁殖分配策略的比较研究提供了基础[18-20]。蕨
麻在青藏高原广泛分布,与其他许多植物一样在
冰川时期存在避难所。本试验研究的蕨麻材料来
自中国三大自然区之一的青藏高原,其自然环境
的垂直变化和水平分异与低海拔区域迥然不同,
具有独特的地生态现象及其空间格局。目前报道
的36种高山植物的谱系地理分析显示,谱系地理
模式主要表现为:一、冰期退却到高原边缘的避难
所,冰后期回迁到高原面;二、地理隔离造成冰期
存在多处避难所(含微型避难所),冰后期发生局
域性扩张[21-22]。由蕨麻复杂的亲缘关系推测蕨麻
的谱系地理模式为上述的第2种,即蕨麻在冰川
时期就地寻找避难所,躲过了严酷的环境条件,并
在冰川时期结束后逐渐分布青藏高原。生境变化
较小的蕨麻发生较小甚至不发生变异,保持了较
为原始生长类型,生境变化大的蕨麻材料发生了
较大的变异。
青藏高原及其周围地区,由于特殊的环境条
件使得蕨麻在青藏高原的分布一直处于野生状
态,为了生存繁衍,蕨麻需要适应各种不同的微环
境,环境的变化影响蕨麻同工酶基因的表达,恶劣
的环境条件是导致蕨麻表现丰富的遗传多样性的
重要原因。
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2.Qinghai Provincial Biotechnology and Analytical Test Key Laboratory,Xining 810007,China;
3Agriculture and Animal Husbandry Colege,Qinghai University,Xining 810016,China)
Abstract We used technique of polyacrylamide gel electrophoresto analyze the peroxidase isozyme in
75 Potentilla anserina.The results showed that biochemical markers were consistent with the results
in morphological markers,cel level and molecular markers,and Potentillaanserinehad genetic diversi-
ty.By peroxidase isoenzyme electrophoresis,we found 14enzyme bands of Potentilla anserina leaf;
percentage of polymorphic bands was 100%;genetic similarity coefficient calculated by the software
NTSYSpc 2.1ranged from 0.214to 1.000,and the average value was 0.681;Based on the genetic
similarity coefficient,cluster analysis was done by method of unweighted pair group method with a-
rithmetic mearns used Potentilla anserina material,Potentilla anserina was divided into two catego-
ries when the genetic similarity was 0.67,the main one of the first category was Potentilla anserina
material,the main one in the second category was Potentilla anserine material.In conclusion,rich ge-
netic diversity and variations of Potentilla anserina was caused by evolution in the complicated geo-
graphical environment of the Qinghai Tibet Plateau in long time.
Key words Potentilla anserina;Genetic diversity;POD isozyme;Polyacryamide gel electrophoresis;
Genetic similarity;Percentage of polymorphic bands
Received 2015-04-08 Returned 2015-06-24
Foundation item Transformation Fund in Agricultural Sci-tech Achievement of Ministry of Science
and Technology(No.2010GB2G00514);NNSF of China(No.30607026,No.30660019);Fund Project
in Natural Science of Qinghai Province(No.2012-Z-907).
First author LIU Hehe,male,master student.Research area:medicinal plant resourcesdevelopment
and utilization.E-mail:516098384@qq.com
Corresponding author LI Junqiao,female,Ph.D,professor.Research area:medicinal plant resources
development and utilization.E-mail:ljqlily2002@126.com
(责任编辑:潘学燕 Responsible editor:PAN Xueyan)
·224· 西 北 农 业 学 报 25卷