全 文 ：中国大蒜(Allium sativum L.)18个品种的酯酶
同工酶多态性分析 ①
1高述民　1李凤兰　2陆帼一　2杜慧芳　2赵　英
1(北京林业大学生物学院　北京　100083)
2(西北农林科技大学园艺学院　杨凌　712100)
摘要　采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分离了中国大蒜 3个生态型(低温反应敏感型 、低温反应中间
型和低温反应迟钝型)中 18 个较典型的品种的酯酶同工酶 , 并用排序分析法对 18 个品种的亲缘关系进
行了分析 , 将 18 个品种分为 3 个变种群:1.“苏联”蒜变种群(var.Russia), 2.吉木萨尔白皮蒜变种群
(var.Jimusaer), 3.中国内陆大蒜变种群(var.China)。其中中国内陆大蒜变种群又可分为 5 个品种群:①
关中蒜品种群 , ②西北蒜品种群 , ③西南蒜品种群 , ④云贵蒜品种群 , ⑤华东蒜品种群。实验结果初步证
实 ,大蒜生态型不能完全等同于基因型 , 酯酶同工酶的变化可能更能说明大蒜的亲缘进化关系。
关键词　大蒜 ,酯酶同工酶 , 生态型 ,亲缘关系
Polymorphism Analysis of Esterase Isozyme in 18 Cultivars
of Chinese Allium sativum L.
1
GAO Shu_Min　1LI Feng_Lan　2LU Guo_Yi　2DU Hui_Fang　2ZHAO Ying
1(Biology College , Beijing Forestry University , Beijing 100083)
2(Horticulture College , North Western Agriculture and Forestry Science Technology University , Yangling 712100)
Abstract　Esterase(EST)isozymes in clove of 18 cultivars from 3 ecotypes of Chinese Allium
sativum L.were studied using vertical slab polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE).And the
phylogenetic relationship of these cultivars were estimated by ordination analysis.The results indi-
cated that 18 garlic varieties could be divided into three varietases , 1.Russia varietas groups;2.
Jimusaer varietas groups;3.China inland varietas groups.The last group could be divided into five
variety groups:①Guanzhong variety group;②Northwestern variety group;③Southwestern variety
group;④Yun_gui variety group;⑤East China variety group.The ecotypes of garlic is not equiva-
lent to the genetypes.Phylogenetic relationship of garlic may be reflected by the changes of esterase
isozyme.
Key words　Garlic , Esterase isozyme , Ecotypes , Phylogenetic relationship
大蒜(Allium sativum L.)为百合科葱属植物 ,用于人类食物调味品及人畜疾病的治疗 ,
具有降低血糖 、降低胆固醇 、治疗癌症 、老年痴呆症 , 增强智力 、美容等功效(徐培文 ,
2000)。此外 ,大蒜蒜瓣制剂可防治艾滋病 ,能使病人免疫细胞的活性增强 3 ～ 14倍(汪开
治 ,2000)。世界大蒜品种繁多 ,我国是大蒜主产国之一 ,共有 200多种地方品种。但绝大
多数品种不能结种子 ,主要靠无性繁殖 ,退化现象十分严重。为了充分利用这些种质资
① 作者简介:高述民 ,男 , 1962年出生 ,博士 ,副教授。研究方向:植物形态与发育分子生物学。
收稿日期:2002-10-29　　接受日期:2003-01-21　　责任编辑:崔郁英
植物学通报　2003 , 20(6):723～ 729
Chinese Bulletin of Botany
源 ,有必要对其进行系统分类研究 。樊治成等(1993)曾对收集的 75个品种作了生态型分
类研究 ,徐培文等(2002)应用 RAPD技术分析了 80份大蒜种质遗传特性 。我们在前期有
关大蒜体细胞胚培养各阶段的酯酶同工酶变化研究工作(高述民和陆帼一 ,2000;高述民
等 ,2001)和前人对大蒜生态型分类研究 、RAPD分析工作的基础上 ,对 18个大蒜品种及同
一品种的不同器官的过氧化物酶 、酯酶同工酶进行了多态性分析 ,结果表明酯酶同工酶多
态性较好。并对酯酶同工酶作为大蒜种质资源的分类依据进行了探讨 ,认为酯酶同工酶
是研究大蒜遗传多样性 、系统分类及亲缘关系的经济 、有效指标之一 。
1　材料和方法
1.1　实验材料
供试的18个大蒜品种名称及来源见表 1。前 17个品种由西北农林科技大学园艺学
院大蒜种质资源课题组提供 ,最后一个品种引自新疆吉木萨尔县 。在鳞茎成熟期取鳞茎
进行不同品种间酯酶同工酶分析。同时 ,取“苏联”红皮蒜的根 、心叶 、蒜薹和天蒜等进行
各器官间酯酶同工酶差异分析 。
表 1　供试的 18 个大蒜品种名称及来源
Table 1　18 Garlic varieties and their sources
代号
Code
品种名称
Name of varieties
原产地
Sources
纬度
Latitude
1 普陀大蒜Putuo 陕西洋县 Yang County , Shannxi 33°14′
2 白河火蒜Baihe early 陕西白河 Baihe , Shannxi 32°48′
3 蔡家坡七叶蒜 Caijiapo seven leaves 陕西岐山Qishan ,Shannxi 34°28′
4 嘉定 2号 Jiading No.2 上海嘉定 Jiading , Shanghai 31°24′
5 太仓白蒜Taicang white 江苏太仓Taicang , Jiangsu 31°26′
6 陇县火蒜Long County early 陕西陇县 Long county ,Shannxi 34°54′
7 苍山 蒜Cangshan 山东苍山Cangshan, Shandong 34°51′
8 呼沱大蒜Hutao 陕西洋县 Yang county , Shannxi 33°14′
9 陆良 蒜 Luliang 云南陆良 Luliang ,Yunnan 25°03′
10 宁强山蒜Ningqiang mountain 陕西宁强Ningqiang , Shannxi 32°48′
11 兴平白皮Xingping white 陕西兴平 Xingping , Shannxi 34°54′
12 苏联红皮蒜 Russia 山东泰安Taian , Shandong 36°10′
13 伊宁红皮Yining red 新疆伊宁 Yining County , Xinjiang 44°02′
14 来安 蒜 Laian 安徽来安 Laian , Anhui 32°28′
15 贵阳 蒜Guiyang 贵阳Guiyang ,Guizhou 26°35′
16 金堂早蒜 Jintang early 四川成都Chendu , Sichuan 30°52′
17 软叶 蒜 Soft leaves 四川彭县Peng county ,Sichuan 30°56′
18 吉木萨尔白皮 Jimusaer white 新疆吉木萨尔县 Jimusaer county , Xinjiang 44°02′
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1.2　实验方法
样品提取:取上述样品0.4 g ,切碎 ,加入研磨缓冲液(Tris_柠檬酸 ,pH 8.2)600 μL ,冰
浴研磨 ,匀浆。匀浆液经 4 000 r/min离心 20 min ,取上清液置于-20℃冰箱中备用。
电泳:采用聚丙烯酰胺凝胶垂直板电泳(PAGE)。分离胶浓度 7.2%,浓缩胶浓度
3%,凝胶缓冲液为 Tris_HCl(分离胶 pH 8.8 ,浓缩胶 pH 6.8),电极缓冲液为 Tris_甘氨酸 。
上样量70 μL ,并滴入一滴 40%蔗糖和一滴溴酚蓝 ,恒流 20 mA ,4℃条件下电泳约 6.5 h ,
待指示剂前沿移到离底边 0.5 cm 时停止电泳 。用 Fast BlueRR Salt和α_萘酯 、β_萘酯染色 ,
制成干胶片 ,用薄层扫描仪扫描 。实验重复 2次 。相似系数= a品种和 b品种共有的谱
带数 ÷(a品种谱带数+b品种谱带数);不相似系数=1-相似系数。
2　结果和讨论
2.1　大蒜酯酶图谱的特征
依据 18个品种的酯酶图谱(图1),可将其分为 3个基因位点 ,即 Est_1 、Est_2和 Est_3。
其中 Est_1中有 8个复等位基因 ,Est_2中有 2个复等位基因 , Est_3中有 2个复等位基因 。
Est_1a、Est_1f 、Est_2a和 Est_2b所表达的 4条酶带为 18个品种所共有。
2.2　大蒜品种间亲缘关系分析
18个品种间酯酶谱带相似系数(c)及不相似系数(d)见表 2 ,参照王义弘(1982)排序
法并加以改进进行比较。其中 ΢为不相似系数总和 ,Xi为所求品种沿 X轴对 a(΢最大)
品种的距离。供试品种中 18号品种΢最大为874.80 ,记为 a ,在 X轴上定为零;12号品种
与其距离(Xi)最远为 68.42。e 为各品种在X轴上的吻合性差度值。供试品种中 16号品
种 e 最大为 50.77 ,记为 a′,在 Y轴上定为零;Yi为所求品种沿 Y轴对 a′品种的距离。12
号品种与其距离(Yi)最远为 62.50。D为不相似距离。依据 Xi和 Yi绘双向坐标分布图
(图 2)。“苏联”红皮蒜(12号)与其他 17个品种的亲缘关系最远 ,D=70.07;其次吉木萨
尔白皮蒜(18号)与其他品种的亲缘关系也较远 ,表现出酯酶带分布独特 。说明“苏联”红
皮蒜最古老 ,其次为新疆吉木萨尔白皮蒜。进一步证明大蒜的起源中心在中亚 。
图 1　大蒜不同品种蒜瓣酯酶同工酶 PAGE 电泳模式图谱
Fig.1　Esterase isozyme PAGE pattern of garlic clove from different cultivars
6 期 高述民等:中国大蒜(Allium sativum L.)18个品种的酯酶同工酶多态性分析 725　
现有的18个品种 ,依据其二维分布 ,将“苏联”红皮蒜划为“苏联”红皮蒜变种群(var.
Russia),吉木萨尔白皮蒜可划为吉木萨尔白皮蒜变种群(var.Jimusaer),两品种均属高纬度
(44°)品种。其余 16个品种可划为中国内陆大蒜变种群(var.China),依他们之间的相互距
离(距离<12),表现出分布多态性 ,又可划分为①关中蒜品种群 ,包括 1 、3 、6 、7 、8 、10 、17
号等 7个品种;②西北蒜品种群 ,包括 13号 1 个品种;③西南蒜品种群 ,包括 2 、11 、和 15
号等 3个品种;④云贵蒜品种群 ,包括 9 、14和 16号 3个品种;⑤华东蒜品种群 ,包括 4和
5号 2个品种 。其中 3 、6 、7 、10号 4个品种的亲缘关系十分相近;9和 14号 2个品种的亲
缘关系十分相近;4和 5号 2个品种的亲缘关系十分相近 。其次 ,1 、11号 2个品种是关中
蒜品种群和西南蒜品种群的过渡类型 ,17号(关中蒜品种群)和 9 、14号 2品种(云贵蒜品
种群)的亲缘关系较近;13号(西北蒜品种群)和 1号(关中蒜品种群)、2号(西南蒜品种
群)的亲缘关系较近 ,4 、5号品种(华东蒜品种群)与 2 、11 、15号(西南蒜品种群)的亲缘关
系也较近 。以上说明大蒜自西域引入我国关中地区后 ,随后又引入西南 、云贵和华东等地
种植 ,形成了多态的品种群。
图 2　大蒜酯酶同工酶谱带相似程度的二维排序
Fig.2　The polar ordination for esterase zones of garlic clove
2.3　亲缘关系与生态型不能完全等同
酯酶同工酶是一种单体酶 ,一条酶带代表一个基因产物 ,在系统进化的遗传分析中具
有快速 、简便 、准确的优点 。根据以上结果 ,酯酶同工酶能够反映大蒜品种间的亲缘关系 ,
但却不能完全反应其生态型。如按生态型(樊治成等 ,1994)划分 ,16号和 17号属低温反
应敏感型 ,13号和 18号属低温反应迟钝型 , 12号和其余的 13个品种同属于低温反应中
间类型。但依据亲缘关系分类 ,16号和 17号品种分属于云贵蒜品种群和关中蒜品种群 ,
13号和 18号品种分属于西北蒜品种群和吉木萨尔白皮蒜变种群 ,12号品种与其余的 13
个 品种的亲缘关系很远 ,属独立的“苏联”红皮蒜变种群 。而其余的13个品种又分属于
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6 期 高述民等:中国大蒜(Allium sativum L.)18个品种的酯酶同工酶多态性分析 727　
关中蒜品种群 ,西南蒜品种群 ,云贵蒜品种群及华东蒜品种群。可见 ,生态型与亲缘关系
不完全一样。前者与品种的适应性密相相关 。如 12号品种尽管比较古老 ,但由于适应性
广 ,得以保存下来。又如 13号品种和 11号品种亲缘关系较近 ,但前者在高纬度地区 ———
新疆伊宁长期驯化栽培 ,形成了低温反应迟钝型的生物学特性;而后者长期在关中地区栽
培 ,却形成了低温反应中间型的生物学特性。另外 ,上述 3 、6 、7 、10号等 4个品种 ,9和 14
号2个品种 ,4和 5号 2个品种的不相似距离尽管为零 ,但由于长期驯化栽培 ,表现出不同
的生物学特性 ,为不同的品种 ,如 7号苍山蒜和 3号蔡家坡七叶蒜为不同品种 。
2.4　大蒜不同器官的酯酶同工酶多态性
大蒜不仅品种间的酯酶同工酶图谱有差异 ,同一品种的不同器官之间的图谱也有一
定的差异 。苏联红皮蒜的根 、蒜瓣 、心叶 、蒜薹和天蒜的酯酶同工酶酶谱见图 3。
图 3　苏联红皮蒜不同器官的酯酶 PAGE电泳模式图谱
Fig.3　Esterase PAGE pattern of different organs of garlic `Russia
①Est_1a 、Est_1e、Est_1f和 Est_3a为各器官所共有。 ②根的酯酶谱带较少为8条 ,最显
著特征是不含 Est_2位点的酯酶谱带 。蒜瓣特有 Est_1g 和 Est_1h二条带。蒜薹 Est_3a表
达活性特强;天蒜特有 Est_3a00;心叶无特殊酯酶带 。③蒜瓣与天蒜 ,心叶与蒜薹之间相似
系数较高 。可见 ,各器官酯酶同工酶图谱不同 ,可作为器官识别的分子标记 。
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参 考 文 献
王义弘 , 1982.介绍几种植被分析法.东北林学院学报 ,1:153～ 158
汪开治 , 2000.大蒜可防治艾滋病.植物杂志 , (1):6
徐培文 , 2000.国外大蒜生产.世界农业 , 257(9):22～ 23
徐培文 ,曲士松 ,黄宝勇 ,石琰景 ,刘恒英 ,张杰 ,孙晋斌 ,宋洪平 , 2002.应用 RAPD技术分析大蒜种质遗传特性和检测
蒜种纯度的研究.山东农业科学 , 1:7～ 12
高述民 ,陆帼一 , 2000.大蒜体细胞胚胎发生研究进展.植物学通报 , 17(4):338～ 344
高述民 ,陆帼一 ,杜慧芳 , 2001.大蒜体细胞胚发育分化中特异蛋白和某些生理生化变化.植物生理学通讯 , 37(3):207
～ 210
樊治成 ,陆帼一 ,杜慧芳 , 1994.大蒜(Allium sativum L.)品种资源数量分类的研究.西北农业大学学报 , 22(3):1～ 5
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