全 文 ：云南大学学报 (自然科学版), 2003 , 25 (增刊):78 ～ 83 CN 53-1045/N　ISSN 0258-7971
Journal of Yunnan University
紫斑百合居群生物学研究
何显静1 , 李　标2 , 虞　泓1 , 3
(1.云南大学 生命科学学院 生态遗传学实验室 , 云南 昆明　650091;
2.重庆邮电学院 生物信息学院 , 重庆　400065;
3.云南英茂生物技术实验室 ,云南 昆明　650106)
摘要:应用居群生物学原理和方法 , 以分布于云南境内的紫斑百合(L ilium nepalense D.Don)3 个居群为研
究对象 , 从形态性状 、常规染色体以及 ISS R位点 3个层次展开研究 ,旨在阐明紫斑百合的遗传体制和遗传多样
性.紫斑百合为广布种 ,从滇西北到滇南都有分布.其居群内存在巨大的遗传变异 , 个体杂合程度较高 , 适应力
强.杂合有利性以及环境的异质性是造成居群内多态现象的重要原因.丰富的遗传多样性不仅为紫斑百合的自
然选择进化提供了保证 ,还为开发利用这一野生花卉资源提供了基础信息.
关键词:紫斑百合;居群;遗传多样性;ISS R
中图分类号:Q 949.718.23　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7971(2003)S-0078-06
　　百合这一球根花卉凭借其艳丽的色彩和美观
的外形受到人们的喜爱.然而 ,由于缺乏具有知识
产权的特色品种 ,云南省每年需要花费大量的外汇
从国外进口 2 500 ～ 3 000万头种球 ,且进口种球种
植一两年后严重退化[ 1] .因此 ,选育具有优良性状
的野生百合花卉已成为解决这一问题的关键.
紫斑百合(Li lium nepalense D.Don)是百合科
(Liliaceae)百合属(Li lium)卷瓣组(Sect.S ino-
martagon Comber)多年生球根草本植物[ 2] .花色为
黄色或淡绿色 ,花被反卷且散发淡淡幽香.本文就
紫斑百合居群生物学特征进行调查研究 ,并对开发
利用这一野生花卉资源所面临的问题和措施进行
初步探讨.
1　材料和方法
1.1　实验材料　以引种于昆明小哨乡英茂实验室
保育基地内(海拔 2 100 m),原分布于元阳胜春乡
五子山(海拔 1 700 ～ 1 940 m)、元阳胜春乡绍普山
和中巧山(海拔 1 400 ～ 1 700 m)以及大理苍山电
视台(海拔 2 300 ～ 2 500 m)的紫斑百合为材料.以
分布于西山的川百合(海拔 2 100 ～ 2 400 m)为外
类群进行形态 、染色体以及 ISSR的研究.
1.2　形态数据测量及处理　从引种于保育基地的
紫斑百合 3个居群中分别随机抽取 30 个个体 ,挂
牌测量株高 、基茎 、叶片长宽 、内外瓣长宽 、花丝长 、
花药长宽 、雌蕊长.得到的数据用 SAS 软件处理 ,
分析其遗传多样性以及遗传变异量的分配情况.
1.3　染色体及核型分析　采用植物染色体常规压
片法[ 4 ～ 6] ,每个居群选取已挂牌的 10个个体的根
尖 ,放入 0.05%秋水仙碱溶液中 ,在 4℃条件下预
处理 20 ～ 24 h ,Carnoy 溶液固定 10 ～ 12 h ,1 当量
的盐酸 65℃解离 5 min ,Schiff染液染色 30 min ,材
料经漂洗液 、蒸馏水洗涤后压片镜检.染色体类型
划分参照 Levan和李懋学的方法[ 7 , 14] .核型类型以
Stebbins的分类标准为依据[ 3] .按 Arano 和 Kuo 的
方法计算核型不对称系数及染色体相对长度系
数[ 15] .用巢式方差分析法检测染色体在细胞间 、个
体间 、居群间以及种间的遗传变异情况.
1.4　ISSR分析　每个居群选取已挂牌的 20个个
体的幼嫩叶片用 CTAB法提取 DNA.从 28个引物
中挑选出 9个适合的引物 ,以提取的 DNA 为模板
对紫斑百合各居群进行 PCR扩增.扩增产物用质
收稿日期:2003-03-02
　基金项目:国家自然科学基金资助项目(3960073);云南大学省级生物技术人才培养基地资助项目.
　作者简介:何显静(1976-　),女 ,硕士生 ,主要从事植物生态遗传学方面研究.
量分数为 2%的琼脂糖凝胶电泳检测.电泳图谱照
相后 ,用 Rapdistance和 Popgene 软件进行处理.
2　实验结果
2.1　形态特征　所检测的紫斑百合 3 个居群的
形态性状都具有差异 ,其变异范围见表 1.巢式分
析表明(表 2),各性状在居群间方差分配量为 0 ～
29.60.而在个体间方差分配量为 70.40 ～ 100.00.
平均有 17.85%的遗传变异来自于居群内 , 82.
15%的遗传变异来自于个体间.
2.2　染色体特征　各居群中期染色体形态见图
2 ,核型模式见图 3.4个居群的核型均为极不对称
型.紫斑百合 3个居群的最长与最短染色体比值大
于川百合.它们着丝点端化值比较接近 ,且都小于
川百合(表 3).
以染色体相对长度为变量 ,分析此变量在居群
间 、居群内个体间 、细胞间以及同源染色体间的分
配情况.仅有 2.082 7%的变异来自于居群间(表
4).4个居群染色体数目恒定.但染色体结构上存
在较大的差异(图 2).
2.3　分子水平特征　9 个 ISSR引物在紫斑百合
3个居群中扩增出72个重复性好的条带 ,平均每个
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表 1　紫斑百合形状变异
　　　　　　　　　　　　　　　Tab.1 Morphological variation of L ilium nepalense　　　　　　　　　　　　　cm
性状 株高 叶长 叶宽 花瓣长 花瓣宽 雌蕊长 花丝长 花药长 花药宽
变异范围 62 ～ 188 2.1 ～ 17.9 0.5～ 3.7 7.6～ 14.9 1.0～ 4.1 7.1～ 10.4 5.7 ～ 8.5 1.2 ～ 3.3 0.2 ～ 0.5
表 2　紫斑百合形态性状巢式方差分析
　　　　　　　　　　　　　　　　　　Tab.2 Nested analysis of Lilium nepalense　　　　　　　　　　　　　　cm
性状 株高 叶长 叶宽 花瓣长 花瓣宽 雌蕊长 花丝长 花药长 花药宽
居群间方
差百分率 23.68 28.52 29.60 0 10.26 24.37 20.44 1.93 21.82
个体间方
差百分率 76.32 71.48 70.40 100.00 89.74 75.63 79.56 98.07 78.18
误　　差 0 0 0 0 0 0 0 0 0
表 3　紫斑百合各居群与川百合西山居群核型比较
Tab.3 Karyo type of Lilium nepalense and Lilium dav idii
居群　　　 核型公式　 相对长度系数
染色体长
度比 平均臂比 核型
着丝点端
化值/ %
紫斑百合
高海拔居群
4 m(2 SAT)+10 st
(2 SAT)+10 t 4 L+4M 2+16M 1 1.98 5.98 3 A 80.46
紫斑百合低
海拔居群
4 m(2 SAT)+12 st
(6 SAT)+8 t
4 L+4M 2+
14 M 1+2 S 2.16 5.73 3 B 80.14
紫斑百合大
理苍山电视台
4 m(2 SAT)+12 st
(2 SAT)+8 t(2 SAT)
4 L+6M 2+12 M 1+
2 S
1.38 5.99 3 A 80.46
川百合 4 m(2 SAT)+10 st(2 SAT)+10 t(2 SAT) 4 L+4M 2+16 M 1 1.33 7.46 3 A 81.72
79增刊　　　　　　　　　　　　　　　何显静等:紫斑百合居群生物学研究
引物扩增 8个条带.紫斑百合 3个居群的多态条带
比率分别为 93.34%, 88.52%,82.26%.除分布于
大理苍山的紫斑百合 PPB 值(82.26%)小于川百
合西山居群(83.33%)外 ,其余 2个紫斑百合居群
的 PPB值都高于川百合(表 5).紫斑百合 3个居群
基因多样性指数 ht指数是 0.320 2 ,亚居群基因多
样性指数 hs指数是 0.246 5 ,基因分化系数 GST为
0.230 0 ,有 77%的遗传变异来自居群内.18号引
物扩增电泳图谱见图 1所示.
图 1　紫斑百合元阳低海拔居群 18 号引物扩增图
F ig.1 P18 primer used in amplifying of the low
altitude population of Lilium nepalense
3　讨　论
3.1　遗传体制　遗传体制是物种繁育方式 、居群
动态 、染色体编制等各因素综合作用的结果.它决
定了居群承受环境变化的能力和程度 ,控制着居群
的重组性状和类型[ 8] .
3.1.1　繁育方式　有研究指出川百合自花授粉后
子房在 31 ～ 36 d 的时间内枯萎 a[ 9] .紫斑百合有
类似情况:花部形态特征保证了在自然情况下花粉
不会黏附到同一朵花的柱头上;偶而同一朵花的花
粉黏附在柱头上时 ,则发生自交不亲合 ,或同花授
粉不座果 ,或偶尔产生种子但胚和胚乳发育不全 ,
竞争能力低于异花授粉产生的种子.
授粉昆虫在花间飞舞 ,紫斑百合居群个体间基
因开始流动.随着重组的不断发生以及偶然产生的
突变 ,个体间的遗传变异必然存在 ,居群内多样性
势必越来越丰富.紫斑百合不同居群花期相近 ,昆
虫在不同居群间授粉 ,居群间发生杂交.这样两个
基因库开始混合 ,居群间的差异也就减小了.紫斑
百合的鳞茎度过休眠期后 ,第 2年春季出芽生长进
行营养繁殖.可以看出有性生殖过程中产生了变
异 ,而营养繁殖则将那些有利变异固定下来.使紫
斑百合能更好的适应环境.
紫斑百合在分布区内 ,居群不发生周期性的大
收缩和大扩张.但随着人类活动的干扰 ,个别居群
渐渐缩小 ,该居群的基因库也在缩小.但由于紫斑
表 4　紫斑百合各居群染色体相对长度方差分量百分比分配情况
　　　　　　　　Tab.4 Variance allo cation of the relative leng th chomosome of Lilium nepalense　　　　　　　　%
居群间方差
分量百分比
个体间方差
分量百分比
细胞间方差
分量百分比
同源染色体方差
分量百分比
实验误差方差
分量百分比
2.082 7 2.722 8 11.813 1 83.381 4 0
　　显著水平≥5%
表 5　各居群遗传多样性
Tab.5 Analy sis of ISSR-generated banding patterns
Populations N b
① N pb② PPB/ %③ I ④ S ⑤
川百合 54 45 83.33 0.411 8 0.245 2
紫斑百合低
海拔居群 61 54 88.52 0.447 2 0.231 4
紫斑百合高
海拔居群 66 62 93.94 0.438 4 0.193 1
紫斑百合大理
苍山电视台 62 51 82.26 0.402 8 0.248 2
①条带数;②多态条带数;③多态条带比率;④ Shannon多样性指数;⑤标准差
80 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 25 卷
A , E:ZA 居群;B , F:ZB居群;C , G:ZC居群;D , H:CX居群
图 2　紫斑百合与川百合中期染色体形态及核型模式图
F ig.2 Metaphase chromosome and idiogram of L.nepalense and L.dav idii
81增刊　　　　　　　　　　　　　　　何显静等:紫斑百合居群生物学研究
百合居群内及居群间不断的有杂交发生 ,总的基因
库恒定不变.
3.1.2　染色体的编制和多态性　紫斑百合染色体
数目恒定 , 24 条染色体组成了 12个连锁群.但染
色体内存在着结构变异.倒位 、易位增加了同源染
色体的杂合性.同时 ,紫斑百合不同居群染色体上
随体及次缢痕数目存在着较大变化.这是核型多型
性和核型分化的一个重要特征.揭示了紫斑百合丰
富的遗传多样性[ 6] .由于紫斑百合染色体长度比大
于川百合 ,其起源可能晚于川百合 ,是比较进化的
类群.通过巢式方差分析发现绝大多数的变异来自
于同源染色体间 ,其次为细胞间 、个体间 ,仅有一小
部分来源于居群间.所研究的紫斑百合与川百合都
未发现 B染色体(有报道指出:大理苍山小川百合
不时出现 B染色体 ,但频率较低[ 10])这是卷瓣组的
一个突出特点 ,与百合组或钟花组不同.紫斑百合
染色体结构多态性大大提高了居群复杂的适应值 ,
使居群能够产生较多的生物量.
3.2　遗传多样性　在 DNA 水平上 ,紫斑百合居群
内遗传变异较为丰富.分子上的遗传多样性决定了
紫斑百合形态和细胞水平上的多样性.
从对紫斑百合的营养性状和生殖性状的分析
中发现:各个形状所表现出的差异既有遗传因素的
作用又有环境因素的影响.鳞茎 、茎 、叶的变异程度
远远大于花部的变异程度.这与通过移栽实验证明
植株的营养部分远比花果更易受环境的改变的结
论相一致.这就在实验上证实了分类学家的常有信
念—在分种和区分各级单位时 ,花果往往是比较可
靠的鉴定性状[ 3] .
紫斑百合种下分类存在分歧[ 2 , 11] .而划分亚种
或变种的依据主要是叶片长度和宽度.然而 ,在野
外观察中发现叶子长宽变异较大.仅凭此来划分变
种是不全面的.叶形的多样性是紫斑百合居群存在
丰富的遗传变异的有力证据之一.
4　开发利用
研究紫斑百合的居群生物学特征能为开发利
用这一野生花卉资源提供信息支持.由于居群内多
态性丰富 ,引种时应尽可能多的选取植株 ,从而保
证获得最大的遗传变异信息.对于各个居群 ,则选
取有代表性的.
紫斑百合花色艳丽 ,花型美观 ,是较有前景的
云南省野生花卉之一.开发该野生花卉的同时 ,应
考虑怎样才能持续利用现有资源.一方面 ,研究和
保护紫斑百合种质资源的遗传多样性[ 1 , 12] ,为遗传
改良育种提供基础信息;另一方面 ,用组织培养技
术[ 13]对选育出的优良品种进行快繁 ,固定优良性
状 ,缩短育种周期.通过科技手段使有限的资源发
挥无限的作用.
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82 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 25 卷
The population study of Lilium nepalense
HE Xian-jing1 , LI Biao2 , YU Hong13
(1.Labora tory of Ecological Genetics , Schoo l of Life Science , Yunnan University , Kunming 650091 , China;
2.School of Bioinfo rma tion , Chongqing University of Posts and Telecommunications , Chongqing 400065 , China;
3.I nmol Laboratory of Biotechnolog y , Kunming 650106 , China)
Abstract:According to the population genetics theories ,3 populations of Lilium nepalense D.Don were
studied to explain the genetic system and genetic diversity of this plant.The result suggested that this species
distributed w idely in Yunnan province.There w ere high genetic v ariations w ithin 3 populations.Because of the
advantages of individual heterozygosis , the plant could g row well in the habitat.The abundant genet ic diversity
pledged the process of evolution to succeed.On the other hand , it provided information for wild lily f low ers cul-
tivat ion.
Key word:Li lium nepalense D.Don;populat ion;genet ic diversity ;inter-simple sequence repeat
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(上接第 74 页)
Progress in the application of molecular biological techniques
into pollution ecology
SONG Chun-jing1 , SONG Chun-juan2 , DUAN Chang-qun1
(1.School of Life Science , Yunnan University , Kunming 650091 , China;
2.School of Life Science , Nankai University , T ianjin 300071 , China)
Abstract:The molecular biological techniques has been used w idely and it has a profound impact on pollu-
tion ecology .This paper summarized the molecular biological techniques which can be used in pollution ecolo-
gy , including elect rophoresis , molecular markers , DNA sequencing , genetic engineering and so on.Dynamic
analy sis of population in contaminated environment ,diversity of communi ty structure ,bioassay s and biomoni-
toring ,biological alert system for the lagging ecological consequences under pollution , biological remediation
w ere also reviewed in this paper.Several different techniques to be explored and put into use comprehensively
in pollution ecology research were discussed.
Key words:molecular biological technology ;pollution ecology ;population dynamics;genetic diversity ;en-
vironmental moni toring
83增刊　　　　　　　　　　　　　　　何显静等:紫斑百合居群生物学研究