全 文 ：根茎冰草醇溶蛋白遗传多样性研究
车永和 1, 2 , 杨欣明 2 , 杨燕萍1 , 李秀全 2
(1.河北科技师范学院农学系 ,河北秦皇岛 066600;2.中国农业科学院作物科学研究所 ,北京 100081)
　　摘要:为了了解冰草属稀有种根茎冰草(AgropyronmichnoiRoshev.)居群的遗传结构和差异 ,应用醇溶蛋白
A-PAGE分析技术对采集自中国根茎冰草主要生态环境内蒙古的 4个根茎冰草居群进行了遗传多样性研究。
研究表明 ,根茎冰草具有丰富的遗传多样性。 A-PAGE总计检测到 48条相对迁移率不同的电泳带纹 , 在 α、β、
γ、ω区分别有 15、9、 4和 20条。每个根茎冰草居群都具有独特的醇溶蛋白带型 , 在确定和划分根茎冰草居群上
显示出足够的遗传多样性。经聚类分析 , 可将 4个居群分为 2类。另外还探讨了根茎冰草的保护和利用策略。
　　关键词:根茎冰草;醇溶蛋白;遗传多样性;带型;聚类
　　中图分类号:Q346.5　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2008)04-0074-02
收稿日期:2008-05-20
基金项目:国家重大基础研究前期研究专项子项目 (编号:
2005CCA02300-3);河北省教育厅重点项目(编号:ZH2006001);
河北科技师范学院博士基金。
作者简介:车永和(1970—),男 , 博士 ,副教授 ,硕士生导师 ,主要从
事作物种质资源与麦类作物遗传育种研究。 Tel:(0335)8999870;
E-mail:cheyonghe2002@ 163.com。
　　根茎冰草(AgropyronmichnoiRoshev.)为禾本
科小麦族冰草属植物的一个稀有种 , 2n=28,除有根
茎外 ,其他外形与冰草属的模式种冰草 [ (Agropyron
cristatum(L.)Gaertn.]相似 ,生于沿岸沙地和沙质
草原 ,在我国分布较少 。冰草属植物在保持生态平
衡及农牧业生产中具有重要的价值 ,不仅可作为优
质牧草 、主要固沙草本植物和草坪用种 ,而且可以作
为小麦多种优异外源基因供体 ,对于小麦遗传改良
具有重要意义[ 1] ,目前在生产中已有含冰草属 P基
因组优异基因的小麦新品种推广应用 。以居群为对
象进行野生近缘植物的收集与遗传多样性研究 ,不
仅有利于阐明物种间的系统发育关系 ,而且对于确
定多样性分布中心 ,制定野外考察收集取样及保存
策略﹑有效利用均有重要的理论指导意义 。
醇溶蛋白被称为品种的生化指纹 ,虽然醇溶蛋
白只是由位于个别同源群染色体上的一对或几对基
因所决定 ,但显示出丰富的多态性[ 2-3] ,并且这些基
因表达为共显特性 [ 4] ,无互作影响。研究者应用醇
溶蛋白研究技术对山羊草属(Aegilops)[ 5] 、垂穗披碱
草(Elymusnutans)[ 6]遗传多样性进行了研究 ,也针
对西藏野生大麦近缘种系统演化关系进行了研
究 [ 7] 。在小麦中有超过 30个的醇溶蛋白等位变
异[ 8] 。可见 ,醇溶蛋白在植物的品种鉴定 、系统演
化 、遗传多样性和种质资源研究上已有广泛应用 。
目前对根茎冰草还缺少相关的深入研究 。本试
验利用改良的 pH值 3.2酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳
技术(A-PAGE),对根茎冰草居群进行分析 ,旨在
了解醇溶蛋白这一生化标记在该类植物中的可利用
性 ,研究根茎冰草居群的遗传结构和差异 ,从而为种
质资源进一步研究利用提供依据 。
1　材料与方法
1.1　供试材料
供试的 4个根茎冰草居群:Z1711、Z619、Z585和
Z1864,由中国农业科学院作物科学研究所组织的植
物资源考察组在中国北方地区连续多年考察收集而
来 ,均采集自内蒙古。目前 ,这些种子和标本被保存
在中国农业科学院国家作物种质资源复份库中 。
1.2　蛋白提取和电泳分析
每个居群取样参照车永和等 [ 9]研究结果 ,随机
取 18粒种子作为混合样提取醇溶蛋白 。采用加以
改进的 ISTA于 1986年颁布的 A-PAGE(pH值
3.2)标准程序进行电泳分析 ,电泳仪器为 Bio-Red
公司的 PROTEANR★ⅡxiCel。利用加拿大春小麦品
种 Marquis作对照 ,并进行相应的分区处理。
1.3　数据处理
参照小麦醇溶蛋白分别按迁移距离和分子量大
小划分的 α、β 、γ、ω4个分区 ,并计算根茎冰草醇溶
蛋白的相对迁移率 [ 10] 。应用中国农业科学院原作
物品种资源研究所和浙江大学合作编写的分析软件
“GEL”,进行醇溶蛋白电泳图谱的自动识别分析比
—74— 江苏农业科学　2008年第 4期DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2008.04.044
较以及指纹图谱数据库的建立 。
数据处理中对醇溶蛋白谱带采用 “ 0-1”数据
转换 ,有带记为 1,无带记为 0,获得数据矩阵 ,并用
Excel进行电泳谱带差异和遗传多样性指数的统计
分析。信息统计采用 Shannon指数 [ 11] H=-∑filnfi
和 Simpson多样性指数 [ 12] Hi=1-∑fi2 , fi为第 i个
表现型中出现的频率 ,并计算平均遗传多样性指数 。
用 NTSYS2.0版本分析数据矩阵。计算 Nei遗
传距离 ,用 SAHN程序对样品间的遗传关系进行
UPGMA聚类分析。
2　结果与分析
2.1　根茎冰草醇溶蛋白 A-PAGE分析
4个根茎冰草居群以加拿大春小麦品种 Mar-
quis为对照 ,总计检测到 48条相对迁移率不同的醇
溶蛋白带纹(表 1), α、β 、γ、ω区分别有 15、9、4和
20条 。带纹数以 ω区最多 , γ区最少 , γ+ω=α+β
区的醇溶蛋白谱带数 。根茎冰草居群 Z1711、Z619、
Z585和 Z1864分别电泳出 29、34、31和 32条带纹 。
表 1　根茎冰草醇溶蛋白的电泳带纹及其遗传多样性指数
分区 带纹数(条) Shannon-weaver指数 Simpson指数
α 15 1.609 0.800
β 9 2.178 0.885
γ 4 1.277 0.694
ω 20 2.943 0.945
整体 48 2.002 0.831
2.2　根茎冰草醇溶蛋白遗传多样性分析
经计算遗传多样性指数(表 1),在 4个电泳谱
带分区中 ω区的遗传多样性指数最高 , Shannon-
weaver和 Simpson指数分别为 2.943和 0.945;以 γ
区为最低 , Shannon-weaver和 Simpson指数分别为
1.277和 0.694;总体平均分别为 2.002和 0.831。
利用 NTSYS2.0软件 ,将 4个根茎冰草居群的醇溶
蛋白电泳图谱数据进行聚类(图 1),可将 4个根茎
冰草居群分为 2个类群 ,其中 Z619和 Z585聚为一
类 , Z1711和 Z1864为一类 。
3　讨论
3.1　根茎冰草醇溶蛋白多样性
冰草属植物取样梯度研究表明[ 9] ,取样量 12粒
的样本的平均醇溶蛋白谱带占出现平均最大醇溶蛋
白谱带数的 99.58%,平均遗传多样性指数占平均
最大遗传多样性指数的 99.79%,混合取样量保持
在 12个个体及以上能代表居群整体﹑反映居群的
整体遗传特性 。本试验基于以上研究结果混合取样
量为 18粒 ,因此 ,取样水平能够充分代表根茎冰草
不同居群的整体遗传状况。
醇溶蛋白标记揭示了根茎冰草居群间丰富的遗
传差异。本研究中 ,在 4个根茎冰草居群中检测到
了 48条相对迁移率不同的带纹 ,根茎冰草所具有的
醇溶蛋白电泳带纹数远大于对照小麦品种的带纹
数 ,并且醇溶蛋白多态性丰富 ,每一个居群呈现为一
种特殊醇溶蛋白带型。可见醇溶蛋白标记在该类植
物的研究中是一个相当有效的方法和手段。
3.2　冰草属稀有种根茎冰草的保护
杂交是植物进化和物种形成的一个常见而且重
要的组成成分 [ 13] ,大约 70%的植物种是杂种的后
裔 ,天然的种间和属间杂交在植物界比较普遍。种
间杂交对稀有种所造成的威胁与自交不亲和性基因
丧失对繁殖能力造成的冲击明显不同 ,如果稀有种
与一个繁殖上相对的常见种杂交非常频繁 ,那么稀
有种将会被杂交掉 ,虽然稀有种的特有基因可以同
化进入常见种内 ,但稀有物种自身却不再存在[ 14] 。
冰草属的异花授粉特性 ,加上相近的同源 P基因
组 ,更应防止种间杂交导致的遗传同化 。
多年对植物资源的考察收集中 ,中国农业科学
院作物科学研究所(原品种资源研究所)收集和保
存的小麦族 P基因族植物有 400余份 ,但采集到的
根茎冰草居群数量相当有限 。近年来的新疆 、陕西 、
甘肃 、宁夏 、青海和西藏考察中 ,更是一个居群未采
集到 。因此 ,对该种的研究和保护显得十分迫切。
利用生化和分子标记等手段深入开展根茎冰草遗传
研究对其进一步保护和利用具有积极作用。
参考文献:
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mongolicumKengindigenoustonorthernChina[ J] .GeneticRe-
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(下转第 76页)
—75—车永和等:根茎冰草醇溶蛋白遗传多样性研究
离体培养条件下不同育性油松胚珠发育的细胞学观察
杨远媛 , 李友丽 , 郑彩霞
(北京林业大学生物科学与技术学院 ,北京 100083)
　　摘要:离体培养条件下观察比较 28号雌性不育系和遗传背景相近的 14号可育系油松胚珠的发育过程。结
果表明 ,在离体培养条件下 , 两种育性不同的胚珠发育过程不同 ,可育系胚珠及其雌配子体在培养过程中体积明
显增大 ,雌配子体中的游离核在培养前期能正常分裂 ,其数目从 500 ～ 600个增加到 2 000多个 ,培养后期 , 胚珠珠
心 、珠被等组织过度生长 , 雌配子体出现缺口 , 游离核流失而停止发育;不育系胚珠在培养过程中体积增大 , 其雌
配子体体积只略有增大 ,游离核在培养初期就停止分裂 , 同自然条件下的败育现象一致。但两系胚珠的珠心 、珠
被等组织均能继续进行细胞分裂 、组织增生 ,后期仍能产生大量愈伤组织 , 生长情况基本相同。试验结果表明油
松胚珠中二倍体细胞有丝分裂与雌配子体游离核有丝分裂是两个相对独立的过程 ,其调节机制不尽相同。
　　关键词:油松;育性;胚珠发育;离体培养;细胞学;观察
　　中图分类号:Q132.8　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2008)04-0076-04
(上接第 75页)
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　　由于胚珠是研究器官形态发生和模式建成分子
遗传机理的一个理想系统 [ 1] ,近年来国外一些研究
收稿日期:2008-01-31
基金项目:国家自然科学基金(编号:30671655)。
作者简介:杨远媛(1980—),女 ,四川泸州人 ,博士 , 主要从事植物发
育生物学研究。 E-mail:yangyy108@tom.com。
通讯作者:郑彩霞 , 教授, 主要研究方向为植物生理学。 E-mail:
zhengcx@bjfu.edu.cn。
者通过人工诱导筛选出一些胚珠和胚囊发育异常的
突变体 , 如 sin1、bel、ovm2、ovm3,分离出一批胚珠
发育特异的基因。但是关于裸子植物生殖过程中雌
配子体游离核分裂机理研究尚属空白 ,其主要原因
是在自然条件下 ,胚珠游离核分裂易受外界环境条
件的影响 ,同时雌配子体分离技术尚不够成熟 [ 2] ,
因此胚珠离体培养可作为研究游离核分裂机理的一
个重要手段。
—76— 江苏农业科学　2008年第 4期