全 文 ：第 19卷 第 2期
1 9 9 8年 12月
海 洋 水 产 研 究
M A R IN E F I SH E R I E S R E SE A R C H
Vo l
.
1 9
,
No
.
2
D e e
. 、
1 9 9 8
青岛汇泉湾大叶藻种群遗传多样性的研究
刘志鸿 ’ 董树刚 ’ 牟海津 3 杨永杰 ’ 高明君
(
’ 中国水产科学研究院黄海水产研究所 , 青岛 2 66 0 7 1 )
(
z青岛海洋大学海洋生命学院 , 青岛 2 66 0 03 )
(
3青岛海洋大学水产学院 , 青岛 26 6 00 3 )
摘要 采用聚丙烯酞胺凝胶垂直平板电泳技术对青岛汇泉湾大叶藻种群内部
的遗传多样性进行了初步分析 , 共研究 了 6种酶 , 得到该种群多态位点的比例
( %P ) 为 5 6 . 5 2%, 每个位点平均等位基 因数 A/ L 为 1 . 34 7 8 , 根据其中 17 个位
点 , 25 个等位基因得到平均杂合度的预期值 eH 为 0 . 2 12 2 , 观测值 H。 为 0 . 3 2 51 ,
对其遗传偏 离进行 D测验表明 , 大叶藻的杂合度较高 , 属于遗传多样性较为丰富
的物种 。
关键词 大叶藻 同工酶 等位酶分析 遗传多样性
随着人类活动不断加剧 , 人类对地球资源的破坏也越来越严重 , 引发了人们的忧虑和
不安 。 其中如何对物种及基因资源的合理开发和保护 己成为生物工作者所关注的大事 。
大叶藻 (oZ s et ar m ar in a iL n n . )属多年生海草 , 生长于低潮带 。 在美国麻省沿岸大时一藻
夏季每天 的 生 产力 是 4 . s g cm/ 2 (杨 宗岱等 1 981 ) , 青 岛地 区 大 叶藻年 生 产力 是
5 6 4 g C / m
Z
(杨宗岱等 1984 ) , 大叶藻作为浅海水域初级生产力的提供者之一 , 具有重要的
生态学意义 。 由于它是一种海洋高等植物 , 具有某些陆地高等植物所不具有的遗传特征 ,
如抗盐 、 耐海水等 , 对此进行开发将对陆地高等植物的遗传育种具有深远意义 。
本文通过对大叶藻同工酶的特征变化来评估大叶藻 自然种群遗传变异水平 , 为我国
海洋高等植物的遗传学研究和合理利用大叶藻的遗传资源提供科学依据 。
材料和方法
1
.
1 材料
样品采集地点为青岛汇泉湾低潮带 。 采集时间 19 9 5 年 n 月 。 样本采回后立即取茎 、
叶各 0 . 2 9 , 用蒸馏水冲洗 , 滤纸吸干 , 装袋后 于一 70 ℃冰箱中保存待用 。 各酶用样本大小见
表 l 。
1
.
2 同工酶电泳
同 一 J一酶电泳及染色方法按胡能 一书等 ( 1 9 8 5 ) , e h e n e y 等 ( 2 9 8 7 ) , M a r s d e n 等 ( 198 4 ) ,
S o s a ( 19 9 3 )方法并略作修改 。
收稿日期 : 19 9 7一 1 1一 ( )7 ; 接受 日期 : 1 9 9 8一 0 3一 0 5
海 洋 水 产 研 究 第 19 卷
同工酶型 过氧化物酶
Is o Zy m e ty p e
馨酶七 5 1
表 1 各酶材料样本大小
T a b l e 1 S a m P l e s一 z e o f e a e h 一 s o Zy m e
谷氨酸脱氢酶 酸性磷酸酶
G D H A C P
碱性磷酸酶
A L P
细胞色素氧化酶
O X
样本大小
S a m P l e s l z e
州一 .一一 . - -一 - - - - - - - - - - - - -~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
.
3 种群遗传的数量分析方法
多态位点的 比例 P %、 位点平均等位等基因数 AL/ 、
期值 H e 按 L u等 ( 1 9 9 4 )方法 。
H a r d y
一
W in b e r g遗传偏离指数 D按王喜忠等 ( 1 9 9 2
群体平均杂合度的观测值 H。 和预
方法 。
2 结果
2
.
1 在本实验所研究的 6种酶中 , 碱性磷酸酶表现为单态 , 其余 5 种酶为多态 , 根据王中
仁 ( 19 9 4) 等位酶分析方法 , 对等位酶带分析如下 , 各等位酶基因频率见表 2 。
醋酶 本实验中醋酶 (见 图 1) 可初步推测 由 E S T一 1 一 E ST 一 5 , 5 个位点控制 。 其中
ES T一 1 , EST一 2 属于单态位点 , ES T一 4 , ES T一 5 为多态位点 。
过氧化物酶 过氧化物酶 (见 图 2) 可初步推测 由 PRX一 1 一 PRX一 7 , 7 个位点控制 。
PRX一 6 为单态 , PRx一 , PR X一 4 含有等位基因 a 和哑等位基因 扩 。 其余各位点均含有两个等
位基因 a , b 。 其中 PRX一 7 在某些个体有缺失现象 。
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7
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一
6
P R X
一
5
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3
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一
2
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图 1 酉旨酶酶谱表型模式
F i g
.
1 D i a g r am m at i
e r e P
r e s e n t a t io n o f
E ST yZ m
o g r am P h
e n o t y Pe s
图 2 过氧化物酶酶谱表型模式
F i g Z D ia g r am m at i
e r e P r e s e n tat io n o f
P R X zy m o g
r a m Ph e n o ty Pe s
第 2 期
谷氨酸脱氢酶
刘志鸿等 :青岛汇泉湾大叶藻种群遗传多样性的研究 2 9
谷氨酸脱氢酶 (见图 ) 3, 均呈现一条带或无带 , 可认为此位点由等位
基因 a 和哑等位基因 a 。构成 。
酸性磷酸酶 酸性磷酸酶 (见图 4) , 可初步分为 AC P-1 一 ACP一 5 , 5 个位点 。 ACP一 1一
ACP一 4 为单态 , AC P一 5 由两个等位基因 a , b 构成 。
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图 3 谷氨酸脱氢酶酶谱表型模式
F19
.
3 D i a g r a m m at i e r e P re s e n t at i o n o f
G D H yZ m o g r a m Ph e n o yt P e s
图 4
F i g 4
酸性磷酸酶酶谱表型模式
D ia g r am m at i
e r e P r e s e n t at io n o f
E S T yZ m
o gr am Ph
e n o ty Pe s
. 口 . . . . . . . . .甘 . d肠旧场 . . 曰 . .曰曰曰山自山曰口曰
r男多费!努】一 阅里艘州
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皿四鼓理理芝 ; 皿肠翌至13习 留班越 l 田留皿 1 O X 一 2
隆墨 舞舞难鑫翻
图 5 碱性磷酸酶酶谱表型模式
F 19
.
5 D ia g r am m at i
e r e p r e s e n t at i o
n o f
A L P z y m o g r a m Ph e n o ty Pe s
图 6 细胞色素氧化酶酶谱表型模式
F 19
.
6 D ia g r am m at i
e r e P r e s e n tat io n o f
O X yZ m o g r am Ph
e n o yt Pe s
3 O 海 洋 水 产 研 究 第 19 卷
碱性磷酸酶 碱性磷酸酶 (见图 )5 在迁移率为 0 . 9 和 0 . 97 处 , 均有酶带出现可初步
断定为单态酶 。
细胞色素氧化酶 细胞色素氧化酶 (见图 6) 活性弱 , 酶谱着色浅 , 可初步分为 OX一 1 一
o x 一 4 , 4 个位点 。 其中 Ox 一 3 为单态 , o x一 , o x 一 2 , o x一 4 均含有等位基因 a 和哑等位基因 扩 。
表 2 各位点基 因频率及杂和度
T a b l e 2 A ll e l e fr e q u e n e l e s a n d h e et or yZ g o s t 、e s o f e a e h lo e u s
竺点
L U U U S
等位基因
A l l e l e
基因频率
A ll e le fr e q u e n e l e s
杂合度的预期值
E x P e c et d v a lu e o f a v e r a g e d
h e et r o yz go
s iyt ( H e )
杂合度的观察值
O b s e vr e d v a l u e o f a v e r a g e d
h e et r o yZ g o s一yt ( H o )
1 ES T
一 1
2 ES T
一
2
3 ES T
一
4
4 E S T
一
5
5 G D H
6 A C P
一
1
7 A C P
一
2
8 A C P
一
3
g A C P
一
4
10 A C P
一
5
1 1 O X
一 1
12 O X
一
2
13 O X
一
3
14 O X
一
4
15 A L P
一
l
16 A L P
一
2
17 P R X
一
l
18 P R久 一 2
19 P R X
一
3
2 0 P R X
一
4
2 1 P R X
一
5
2 2 P R X
一
6
2 3 P R X
一
7
a 1 0 0
a 1 0 0
a 0 46 5 9 0 4 9 7 7 0
.
9 3 1 8
b 0
.
53 4 】
a 0
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7 8 3 3 0 3 3 9 5 0 4 3 3 3
b 0 2 1 6 7
a/ a
o
0 7 3 3 3 / /
a 1 0 0
a 1 0 0
a 1 0 0
a 1 0 0
a 0
.
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4 9 8 5 0 6 11 1
b ( )
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5 2 7 8
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a 1 0 0
留 a o ( ) . 17 5 ( ) / /
a 1 0 0
a 1 0 0
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8 5〔) 0 / /
a 0
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4 6 6 7 0 4 9 7 8 0
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5 3 3 3
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.
5 6 6 7 0 4 9 1 1 0 83 3 3
b 0
.
4 3 3 3
留 ao 0 . 56 6 7 / /
a ()
.
19 1 7 0 30 9 9 0
.
2 5
b ()
.
8 0 8 3
a ()
.
5( ) ( ) ( ) 0 5 0 0 0 0 9 8 3 3
b () 5〔) ( ) (〕
a ( ) : 38 :3 : 3 0
.
4 7 2 8 0 5 6 6 7
b ( )
.
6 16 7
平均值 A v e r a g e d 0 2 12 2 ( H e ) 0 3 2 5 1 ( H o )
2
.
2 根据表 2 中各等位基 因频率 , 总结 23 个位点 , 得到多态位点的比例 P%为 56 , 52 % ,
每个位点平均等位基因数 AL/ 为 1 . 3 47 8 。
对其中 17 个位点 , 25 个等位基因 (不包含含有哑等位基因的位点) 得到群体平均杂
合度的观测值 H o 为 0 . 3 2 5 1 , 预期值 H e 为 0 . 2 1 2 2 , H a r d y一w i n b e r g 遗传偏离指数 D 为
0
.
5 3 2 0
。
3 讨论
自然选择是造成遗传多态的原因之一 。 如在杂和体具有选择优势的情况下 , 遗传多
态得以保持 。 燕麦中有 3 1% ( A ve rn a B ar ba at ) 和 54 % ( A ve ar fa ut a ) 位点为多型性
第 2期 刘志鸿等 :青岛汇泉湾大叶藻种群遗传多样性的研究 13
( M a r s ha l l e t al
.
19 8 4 )
,褐藻 aH l i功少5 id o ie a 中有 5 6
.
0%位点是多型性 (L u e t a l . 19 9 4 ) 。
对此种群大叶藻 内 6 种同工酶的等位酶分析得到多态位点的比例 (P % )为 56 . 52 % ,与以上诸
值相 比与 H id o i c a 类似 。
同 P %一样 ,平均每个位点的等位基因数量 ( A /)L 也是一个粗略的统计指标 。 H id io ca
A zL 值为 1 . 8 4 ( L u e t a l . 1 9 9 4 ) , 石花菜属 G e l i id u m a r bus e u al A /L 值为 1 . 15 ( S o s a 19 9 2 ) ,
而大叶藻 A几 值为 1 . 347 8 , 与 以上诸值相比差别不大 。
用于度量遗传变异的另一个重要参数平均杂合度的预期值 (H e) ,能够比较恰当地度量
遗传变异的程度 。 H a m ir ck 等 ( 1 9 89) 总结 468 个植物种群 , 得到 H e 的平均值为 0 . 1 13 , 大
叶藻的 He 为 0 . 2 1 1 2 , 高于平均值 。 对于几种海藻 :万 id o i e a 的 H e 为 0 . 2 0 5 , G e lidu m
c a n a r i e n s i s (石花菜属 )的 H e 为 0 . 0 4 1 ( S o s a , 19 9 3 ) , G . a r bus e u al 的 H e 为 0 . 0 4 4 。 由以上
可见大叶藻的杂和度相对于植物种群平均水平偏高且与 H id io ca 接近 。
根据平均杂合度的预期值和观察值得到 H ar d y 一w inb er g遗传偏离指数 D 值为 0 . 5 3 2 0 ,
表明此大民「藻群体对 H ar d y 一W in b er g 平衡有一定的偏离 ,杂和子偏多 ,杂合度较高 ,遗传变异
水平较高 。
一般认为生活于比较稳定的环境中的生物杂合性低 。 反之大叶藻生长于低潮带和潮
下带 ,海水交换率高 ,水流冲击力大 ,可 以推测大叶藻的杂合度较高与其所处的这种环境有
关 。
由于本文所研究的位点有限 ,且聚丙烯酞胺凝胶电泳带型复杂 ,对于位点的划分有不
可避免的人为因素 ,另外同工酶作为遗传变异型的表型 ,它本身的表达受一些非遗传因素
的限制 ,这都会对结果产生一定的影响 ,但从宏观上来看 ,它能够在一定程度上反映出一个
种群的遗传结构 ,为了解和研究这样一种海洋高等植物提供一些帮助 。
在个别情况下 ,有的等位基因并不表达或表达得很微弱 ,称为哑等位基因 ,相当于隐性
基因 ,但纯合时也不表达 。 哑等位基因不常见 ,不通过繁殖测验也很难确定 (王中仁 19 94) 。
对于本文中某些含有哑等位基因的位点 , 还缺乏一定的证据 , 所以没有计入最后杂合度
的结果中 。
参 考 文 献
土喜忠 , 等 19 9 2 . 群体遗传学原理 四川大学出版社
上 中仁 19咧 植物遗传多样性和系统学研究中的等位酶分析 . 生物多样性 , 2 ( 1) : 38 一 4 3
土中币 . 19 9魂 植物遗传多样性和系统学研究中的等位酶分析 . 生物多样性 , 2 ( 2) : 91 一 95
王中仁 . 19 9 4 . 等位酶分析的遗传学基础 . 生物多样性 , 2( :3) : 149 ~ 15 6
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C h e n e y
,
D卫 , e t a l l 97 8 B 一o s y s t e m a t l e s t u d ie s o f th e er d a lg a l g e n u s E u c h e u m a l e l e t r o P ho r e t 1c v a r z a t一o n a m o n g F l o r生da
P o P u l a t l o n s M a r一n e B i o l o g y
,
4 7 : 2 5 1一 2 6魂
32 海 洋 水 产 研 究 第9 1卷
Ha mr ieJ k上 , e t a l l 9 89卫 l an t P o Pu l a t i o n g e n e t l e s , b re e d l n g a n d g n e t 1e r e s o u r e e s S u n d e r Ia n g : s l n a u e r A s s o e 一a t e s , In e P u b l l s h e r s
4 3 ~ 6 3
L u T T
,
e t a l l 9 94 G e n e t . e d i v e r s , yt a n d g e n e t i e s t r u e ut r e . n th e b r o w n a lg a e H a l一d yr s d l o i e a (F u e a l e s : C y s t o s e i r a e e ae ) 一n ht e
So u t h e r n C a l一fo r n 一a M a r i n e B一o l o gy
,
12 1 : 3 6 3 一 3 7 1
M a r sd e n W J N
,
e t a 卜 19 84 A p r e l lm 一n a卿 一n v e s t : g a t一o n o f th e e le e t r o ph o r e t i e e ha r a e t e r一s t l e s o f e n 写m e s fro m a arn g e o r
m a c r o s c o P l c
b r o wn
a lg a乓 B o tan l e a M a r l n a , X X V l l : 5 2 ] 一 52 6
M
a r s h a l l
.
D R
.
,
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.
l 96 9 G e n e t ie P o ly m o r Ph z s m in A v e n a fa t u a a n d A b a br at a N a t u r e
,
22 1
,
2 7 6 ~ 2 7 8
M e M
l l l a z l
,
C 19 82 Is o yZ m e s 一n s e a g ar s s e s A q u a t B o t
,
14 ( 3) : 2 3 1 一 2 4 3
S o s a P A 19 9 2 G e n e t l e v a r l a b 一l一yt a n d d z fe r e n t iat l o n o f s P o r o P h y t e s a n d g a m e P h y et s 一n P o P u l a t l o n s o f G e l l d 一u m a rb u s e u l a
( G e l
`
id a c e a e
一
R h o口d尸hy at )d e t e rnr , n e d b y , s o yZ m e e l e e t r o Ph o r e s l s
,
M
a r i n e B l o l o g y
,
1 13 : 6 7 9 ~ 6 8 8
S o s a P A 19 9 3 G e n e t 一e v a r 一a b i l一yt o f G e l l d 一u m e a n a r一e n s 一s (R h O 口op hy at ) d e t e r m 一n e d by i s o yZ m e e l e e t r o P h o r e s一s
,
J P hy c o l
,
2 9 1 1 8 一
12 4
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L iu z h i h o n g ’ , D o n g s h u g an g Z
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Y an g Y o n自i e Z an d o ao M i n自un Z
( ’ Y e l lo w s e a F i s h e r ie s 尽e s e ar e h I n s ti tu t e , Q i n g d a o 26 60 7 1
2 e o l le g e o f m a r in e L i企 s e i e n e e , o e e a n u n iv e r s ity o f Q in g d a o , Q i n g d a o 2 6 60 0 3 )
( ’ e o l le g e o r F is h e r i e s , o e e a n u n iv e r s i yt o f Q i n g d a o
,
Qi
n g d a o 2 6 60 03 )
ABS TRAC T V e rt i e a l P A G E m e ht o d w
a s u s e d h e r e t o s t u d y t h e g e n e t i e d iv e r s i ty o f a
g e o g r a Ph i e P o P u lat i o n o f Z m ar i n a L i n n
.
fr o m H u iQ u an b ay o f Q i n g d a o
.
S i x k i n d s o f Is o z y m e ( E S T
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e e x P e r im e n t a l
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5 2% : (2 ) A v e
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a l l e l e s p e r l o e u s (A /L ) w a s 1
.
3 4 7 8 ; (3 ) A
v e r a g e o b s e vr e d h e t e r o z y g o s i ty (H o ) w as 0
.
32 5 1
,
a v e r雌 e e x p e e t e d h e t e r o z y g o s i t y (H e ) w a s 0 . 2 1 2 2 ( 17 l o e i , 2 5 a ll e l e s ) . 0 一 t e s t i n g s h o w e d ht at
a v e r a g e d h e t e r o z y g o s iyt o f Z m a r in a L i n n
.
w a s e o m P a r at i v e ly h ig h
,
an d i t w
a s r i e h i n g e n e t i e
d i v e r s it y
.
KEYWORDS Z d s et r a m a r in a L in .n I s o yz m e A l lo z y m e an a ly s i s G e n e t ic d iv e r s iyt