全 文 ：植物资源与环境　1999 , 8(4):11 ～ 16　　　　　　
Journal of Plant Resources and Env ironment　
　　　
薏苡属(Coix L .)2种 1变种的遗传多样性
及亲缘关系的初步分析
马建霞　潘泽惠　刘心恬　於　虹
(江　苏　省中国科学院植物研究所 ,南京 210014)
摘要　利用垂直板型聚丙烯酰胺凝胶电泳技术 , 检测了薏苡属(Coix L.)2 种 1 变种:薏苡(Coix
lacryma-jobi L.)6 个居群 、念珠薏苡(C.lacryma-jobi var.maxima Makino)3 个居群和薏米(C.
chinensis Tod.)2个居群共 11 个居群 5 个酶系统 6 个位点上 9 个等位基因的分布情况 , 结果表明:
薏苡 、念珠薏苡和薏米的遗传多样性水平普遍较低 ,每个位点等位基因平均数(A)分别为 1.2 , 1.1
和 1.2;多态位点百分数(P)分别为 16.7 , 11.3 和 16.7;平均期望杂合度(He)分别为 0.06 , 0.03 和
0.07。聚类分析不能从遗传上将以上的 2 种 1 变种区分开。
关键词　等位酶;薏苡属;居群;遗传多样性
Analysis of genetic diversity and taxonomic relations among two species and one varity
of Coix L.　Ma Jianxia , Pan Zehui , Liu Xintian , Yu Hong (Inst itute of Botany ,
Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences , Nanjing 210014), J .Plant
Resour.&Env iron.1999 , 8(4):11 ～ 16
Allozyme variation at 6 loci encoding 5 enzymes was examined in 6 , 3 and 2 populations
across the ranges of Coix lacryma-jobi L., C.lacryma-Jobi var.maxima Makino and
C.chinensis Tod., respectively , using vertical slab poly acrymide gel elect rophoresis.
The result indicated that all three species are genetically depauperate in their population:
mean number of alleles per locus (A)is 1.2 , 1.1 and 1.2;percentage of loci
polymopholic (P)is 16.7 , 11.3 and 16.7;mean expected heterozygosity (He)is
0.06 , 0.03 and 0.07 , respectively.Cluster analysis indicated that three species can no t
be distinguished each other conspicuously.
Key words　allozyme;Coix L .;population;genetic diversity
薏苡属(Coix L.)全世界约 10种 ,主要分布在东南亚地区。我国薏苡属植物资源丰富 ,有
5种 2变种[ 1] ,栽培历史久远 ,是农业上的小品种之一 。由于其营养丰富及在医药 、保健方面
的重要作用 ,素有保健滋补之“王”的美誉。为了充分利用薏苡资源 ,作者收集了全国 12个省 、
市 、自治区 53个地方居群 ,进行了生殖生物学观察和实验 ,结果表明薏苡属植物既可同株异序
授粉 ,又可异株授粉;形态观察发现薏苡(Coix lacryma-jobi L.)在总苞形状 、大小 、颜色 、硬度
及颖果品质等方面发生了稳定的遗传分化;核型研究发现薏苡处于中等演化水平 ,而薏米(C.
国家自然科学基金资助项目(编号:39670087)
　　　马建霞:女 , 1968年 10月生 ,学士 ,助理研究员 ,主要从事珍稀濒危植物遗传多样性研究。
　　　收稿日期　1999-07-28
chinensis Tod.)处于演化较高的水平[ 2] 。本研究以薏苡属 2种 1变种:薏苡 、薏米和念珠薏苡
(C.lacryma-jobi var.max ima Makino)的 11居群的实生苗为材料 ,采用垂直板型聚丙烯酰
胺凝胶电脉技术 ,分析了 5种同工酶 6个等位酶位点的基因型 ,目的在于:(1)结合形态变异
分析 ,了解薏苡 、念珠薏苡和薏米的遗传多样性 ,为种质资源的开发提供分子生物学依据;(2)
从分子水平上探讨薏苡属内 2种 1变种间的亲缘关系 。
1　材 料 与方 法
1.1　实验材料
收集薏苡 2种 1变种 11个居群的当年生种子 ,于次年 4月播种 ,在幼苗长出 4 ～ 5片叶子
时 ,从上往下取第三片展开的健康叶为材料 ,取样地点及取样数见表 1。
表 1　薏苡取样居群的地点及样本数
Tab 1　Sample localities and size of Coix L.populations sampled
代号
Code
分类群
Taxon
样本数
Sample size
取样地点
Localit y
1 薏苡 C.lacryma-jobi L. 5 黑龙江呼兰 Hulan , Heilongjiang
2 薏苡 C.lacryma-jobi L. 5 南京 Nanjing
3 薏苡 C.lacryma-jobi L. 10 安徽滁县 Chuxian , Anhui
4 薏苡 C.lacryma-jobi L. 5 杭州 Hangzhou
5 薏苡 C.lacryma-jobi L. 5 南宁 Nanning
6 薏苡 C.lacryma-jobi L. 10 海南詹县 Zhanxian , Hainan
7 念珠薏苡 C.lacryma-jobi var.maxima Makino 5 黑龙江肇东 Zhaodong , Heilongjiang
8 念珠薏苡 C.lacryma-jobi var.maxima Makino 5 杭州 Hangzhou
9 念珠薏苡 C.lacryma-jobi var.maxima Makino 5 黑龙江富锦 Fujin , Heilongjiang
10 薏米 C.ch inensis Tod. 5 浙江缙云 Jinyun , Zhejiang
11 薏米 C.ch inensis Tod. 5 南宁 Nanning
1.2　酶的提取 、凝胶电泳和染色
以 1∶10(叶片质量 g∶提取液体积 mL)的比例将去脉的叶片在提取缓冲液中冰浴匀浆提
取。初提液在 0 ～ 4℃下离心 20 min(12 000 r/min),取上清液-50℃保存。提取缓冲液基本
按照 Parks(1990)[ 3]的配方配制 。
采用垂直板型不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳方法 ,浓缩胶浓度为 3%, Tris-HCl缓冲液 pH
6.8 ,分离胶浓度除 SOD为 10%以外 ,其余均为 7%, Tris-HCl缓冲液 pH 8.8 ,电极缓冲液为
pH 8.3的 0.1 M Tris-甘氨酸。参照Wendel &Weeden(1989)的方法进行染色[ 4] ,电泳所用的
酶系统有以下 9种:甲醇脱氢酶(ADH)、天冬氨酸转氨酶(AAT)、过氧化氢酶(CA T)、酯酶脱
氢酶(ES T)、还原型辅酶 I心肌黄酶(DIA)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、过氧化物酶(PER)、多酚氧
化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)。遗传分析时采用了变异稳定 、染色适中 、没有有明显的
发育变化和器官特异性的 5种酶即 AAT 、DIA 、GDH 、PPO 和 SOD。参照王中仁的方法[ 5] ,进
行各个体的基因型判译。
12　　　　　　　　　　　　　　　植　物　资　源　与　环　境　　　　　　　 　　　　　　8 卷
2　结 果 和分 析
2.1　薏苡属植物的遗传多样性
表 2为薏苡属 2种 1变种的 11 个居群的基因频率分布情况 ,在检测到的 9个等位基因
中 ,有 1个基因固定在薏苡中;每个居群的遗传多样性指标列于表 3 ,可以看出 ,2种 1变种的
遗传多样性水平差异不明显 ,普遍较低 。
表 2　薏苡属取样居群的等位基因频率
Tab 2　Allel ic frequencies of Coix L.populations sampled
位点
Locus
等位
基因
Allele
居群等位基因频率　Allelic f requencies of populations
呼兰
Hulan
南京
Nanjing
滁县
Chuxian
杭州
Hangzhou
南宁
Nanning
詹县
Zhanxian
肇东
Zhaodong
杭州
Hangzhou
富锦
Fujin
缙云
Jinyun
南宁
Nanning
AAT-1 A 0.000 0.400 0.000 0.200 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
B 0.750 0.400 0.000 0.800 0.800 1.000 0.000 0.000 0.000 0.600 0.800
C 0.250 0.200 1.000 0.000 0.200 0.000 1.000 1.000 1.000 0.400 0.200
AAT-2 A 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
DIA-2 A 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
GDH-1 A 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
PPO-1 A 0.100 0.000 0.000 0.000 0.000 0.050 0.100 0.200 0.000 0.000 0.000
B 0.900 1.000 1.000 1.000 1.000 0.950 0.900 0.800 1.000 1.000 1.000
SOD-1 A 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000
表 3　薏苡属取样居群的遗传多样性指标(括号内数字是标准差)
Tab 3　Parameters of genetic diversi ty of Coix L.populations sampled(number in bracket i s standard errors)
居群
Populations
每个位点的
平均样本量
Mean sample
size per locus
每个位点的
基因平均数 A
Mean no.of
alleles per locus
多态位点
百分数 P
Percentage of
loci polymorphic1)
平均杂合性 Mean heterozygosity
观察杂合性(Ho)
Direct-count
期望杂合性(He)
Expected
heterozygosity2)
近交系数
(F)
Inbreeding
coef ficent
1.呼兰 Hulan 　　4.7(0.2) 　 1.3(0.2) 　33.3(0.033) 　0.033(0.033) 　0.105(0.073) 　0.685
2.南京 Nanjing 5.0(0.0) 1.3(0.3) 16.7(0.000) 0.000(0.000) 0.119(0.119) 1.000
3.滁县 C huxian 10.0(0.0) 1.0(0.0) 0.0(0.000) 0.000(0.000) 0.000(0.000) 　　/
4.杭州 Hangzhou 4.8(0.2) 1.2(0.2) 16.7(0.000) 0.000(0.000) 0.059(0.059) 1.000
5.南宁 Nanning 5.0(0.0) 1.2(0.2) 16.7(0.000) 0.000(0.000) 0.059(0.059) 1.000
6.詹县 Zhanxian 10.0(0.0) 1.2(0.2) 16.7(0.017) 0.017(0.017) 0.017(0.017) 0.000
7.肇东 Zhaodong 5.0(0.0) 1.2(0.2) 16.7(0.033) 0.033(0.033) 0.033(0.033) 0.000
8.杭州 Hangzhou 4.7(0.3) 1.2(0.2) 16.7(0.067) 0.067(0.067) 0.059(0.059) -0.136
9.富锦 Fujin 5.0(0.0) 1.0(0.0) 0.0(0.000) 0.000(0.000) 0.000(0.000) 　　/
10.缙云 Jinyun 5.0(0.0) 1.2(0.2) 16.7 0.000(0.000) 0.089(0.089) 1.000
11.南宁 Nanning 5.0(0.0) 1.2(0.2) 16.7(0.000) 0.000(0.000) 0.059(0.059) 1.000
　1)最常见的等位基因出现的频率不超过 0.95的位点认为是“多态的” A locus is considered polymorphic if the frequency
of the most common allele does not exceed.0.95　　2)无偏差估计 Unbiased estimate
薏苡的遗传多样性指标:每个位点等位基因平均数为A=1.2 ,多态位点百分数为 P=16.
7 ,平均观察杂合度和平均期望杂合度分别为 Ho=0.01和 He=0.06 ,薏苡 6个居群对遗传多
样性的贡献差异很大 , 70%的居群多样性指标超过平均值 , 黑龙江呼兰居群甚至达到
134 期　　　　　马建霞等:薏苡属(Coix L.)2 种 1变种的遗传多样性及亲缘关系的初步分析
P=33.3 ,而安徽滁县琅琊山及海南詹县居群 6个位点全是单态;念珠薏苡的遗传多样性指标
为:A=1.1 , P =11.3 , He=0.03 , Ho =0.03;薏米的遗传多样性指标为:A=1.2 , P=16.7 ,
He=0.07 , Ho=0.00。
2.2　居群 、种 、变种的亲缘关系
2.2.1　遗传相似度　根据基因频率的分布 ,得到属内 2种 1变种 11个居群的遗传相似度(表
4),根据遗传相似度用不加权对儿平均法对薏苡进行分支分析的树状分枝图见图 1。结果表
明薏苡种内分化较大 ,其中 ,安徽滁县居群与薏苡种内部分居群的遗传相似度值小于 0.90 。
而念珠薏苡及薏米的种内分化则很小(I>0.9);薏苡 、念珠薏苡和薏米三者的遗传相似度值较
大达 0.915 ～ 1.000。
表 4　薏苡属取样居群遗传相似度的矩阵
Tab 4　Matrix of genetic similarity coefficients of Coix L.populations sampled
居群
Populations
居群　Populat ions
呼兰
Hulan
南京
Nanjing
滁县
C huxian
杭州
Hangzhou
南宁
Nanning
詹县
Zhanxian
肇东
Zhaodong
杭州
Hangzhou
富锦
Fujin
缙云
Jinyun
南宁
Nanning
1.呼兰 Hulan 1.000 0.985 0.907 0.999 1.000 0.997 0.908 0.906 0.907 1.000 1.000
2.南京 Nanjing 1.000 0.923 0.988 0.981 0.958 0.921 0.915 0.923 0.989 0.981
3.滁县 C huxian 1.000 0.859 0.894 0.832 1.000 0.997 1.000 0.943 0.894
4.杭州 Hangzhou 1.000 0.999 0.996 0.856 0.850 0.859 0.987 0.999
5.南宁 Nanning 1.000 0.996 0.891 0.886 0.894 1.000 1.000
6.詹县 Zhanxian 1.000 0.831 0.827 0.832 0.977 0.996
7.肇东 Zhaodong 1.000 1.000 0.941 0.891 0.997
8.杭州 Hangzhou 1.000 0.936 0.886 0.943
9.富锦 Fujin 1.000 0.943 0.894
10.缙云 Jinyun 1.000 1.000
11.南宁 Nanning 1.000
2.3　种内 、变种内居群分化水平
F 统计量(F-statistics)是衡量居群间基因分化程度的指标 ,薏苡种内居群间 FST=0.459 ,
说明 45.9%的变异存在于居群间 ,表明各居群间的分化较大 ,接近自交种的 0.505;而念珠薏
苡和薏米居群间则分化很小 ,念珠薏苡种内居群间 F ST=0.074 ,薏米种内居群间 FST=0.048。
3　讨　　论
3.1　薏苡的遗传多样性水平
同工酶谱是基因的表现型 ,既包括基因的直接产物 ,也包括转录后的修饰产物 ,因此用酶
带的多少来反映遗传变异存在很大的误差。等位酶分析是根据酶谱判断个体的遗传基础 ,因
此 ,常用来检测生物居群的遗传变异。本研究发现 ,薏苡 、念珠薏苡和薏米在酶水平上的遗传
多样性水平相似 ,与 Harm rick等(1989)对 165个属 449种植物的统计结果相双[ 6](一年生草
本的多态位点百分数 P =22.0 ,等位基因平均数 A=1.35),本研究的薏苡属 2 种 1变种居群
在酶位点水平上的变异或多样性水平(P=16.7 , A=1.2)相对较低 。
14　　　　　　　　　　　　　　　植　物　资　源　与　环　境　　　　　　　 　　　　　　8 卷
图 1　薏苡遗传相似度的树状分支图
Fig 1　Dendrogram of genetic similarity of Coix lacryma-jobi L.
物种的遗传多样性水平主要取决于物种的分布区域 ,居群的遗传多样性水平主要取决于
居群繁育系统和分布区域 。薏苡居群的遗传多样性较贫乏 ,可能有以下 3个原因:(1)遗传基
础窄 ,薏苡是农业上的小品种 ,没有大面积栽培 ,采集的居群位于农民房前屋后的零碎园地上 ,
调查发现农民最初只从山上采下几株 ,然后留种 ,来年播种 ,这样 ,栽培的薏苡居群的基因只是
野生状态基因库中的部分基因;(2)内繁育程度较高 ,本研究发现 ,薏苡的固定指数(近交系
数)F=0.737 ,说明薏苡的内繁育程度较高 ,这与作者对薏苡属的生殖生物学的研究相一致 ,
生殖生物学研究表明 ,薏苡属风媒传粉的同株异序授粉植物 ,授粉试验发现薏苡还可以异株授
粉[ 2] ,自然条件下 ,可能同株异序授粉的比例较大 ,经过这种自交和近交的繁育方式 ,杂合体
不足 ,显示出纯合体过量 ,从而导致遗传多样性的丧失 。(3)供试的样本量偏少 ,分析位点也
较少 ,一定程度会影响遗传多样性的分析结果 。
薏苡分布于全国各地 ,本次研究采集了从南到北有代表性的 6个居群 ,薏苡的繁育系统使
薏苡居群间的遗传分化水平较高 ,各居群常常具有自己的遗传结构 ,对薏苡的多样性贡献差异
较大 ,本研究就发现黑龙江呼兰的多样性水平较高(P=33.3),对于这些多样性较高的居群要
加以保护 ,以便作为进一步改良品种的基因来源。因念珠薏苡及薏米的样本量过少 ,在此不加
讨论 。
3.2　薏苡属 2种 1变种间的亲缘关系
遗传相似度反映了种内种间亲缘关系的远近程度及基因交换的程度。大量的等位酶资料
统计表明:种子植物属内种间的遗传相似度约为 0.670 , 种内居群间的遗传相似度约为
0.900[ 5] 。《中国植物志》根据形态学差异将薏苡属划分为 5种 2变种 ,根据该书的划分 ,薏苡 、
154 期　　　　　马建霞等:薏苡属(Coix L.)2 种 1变种的遗传多样性及亲缘关系的初步分析
薏米是不同的种 ,念珠薏苡属于薏苡的种下变种[ 1] ,但从本研究的结果看 ,在等位酶水平上不
能将三者在种 、变种水平区分开(I≥0.9),这与生殖生物学的研究结果相吻合:变种间不存在
生殖隔离 ,只要花期接近 ,极易杂交结实 ,潘泽惠等(1994)[ 2]根据薏苡品种间杂交亲和力水平
及腊叶标本 ,认为薏米归入薏苡的分类较为合理。《中国植物志》第 10卷禾本科采用独立成种
的分类处理 ,值得进一步商榷 。
本研究发现薏苡 6个居群间的遗传分化程度较大 ,接近自交种的分化水平 ,正象遗传变异
一样可能主要与它的繁育系统有关 。内繁育促使纯合过量 ,居群间分化程度加大 ,安徽滁县居
群与其他居群的遗传距离最远 , I 值介于 0.87 ～ 0.90之间 ,遗传相似度小于居群而大于种 。
形态学观察未发现该居群与其他居群有明显 、稳定的差异 ,结合其他植物研究的结果 ,说明形
态与分子在进化上的不一致是相当普遍的。另外 ,薏苡 、念珠薏苡和薏米在形态上很易区分 ,
而在等位酶水平上相似 ,或许它们的遗传分化重点不在等位酶水平上 ,也许他们形态学上的差
异是建立在个别基因基础上的 ,有限的位点不能监测到该基因的存在 。
本研究的 2种 1变种 ,虽然从形态上不难区分 ,但是 ,种内居群间 ,居群内个体间形态变异
较大 ,目前 ,分类上还存在争论 ,因此 ,尽管等位酶分析在系统发育研究中的适用性还有争
论[ 7] ,本文仍然采用了这种办法。由于等位酶分析本身存在的缺点和试验取样量的偏少[ 5] ,
在一定程度上可影响分析结果的真实性 ,本文仅仅根据所取样本的等位酶遗传信息 ,对种内 、
种间居群的遗传多样性及亲缘关系作出初步估计 。
参　考　文　献
1　中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志　第十卷第二分册.北京:科学出版社 , 1997.291.
2　庄体德 ,潘泽惠 ,姚欣梅.薏苡属的遗传变异性及核型演化.植物资源与环境 , 1994 , 3(2):16～ 21.
3　Parks C R , Wendel J F , S ew ell M M , et al.Genet ic cont rol of isozyme variat ion in the genus Liriodendron L.Joumal of
Heredi ty , 1990 , 81(4):317～ 323.
4　Weeden N F , Wendel J F.Genet ics of plant isozymes.In:Solt is D E , Soltis P S.ed.Isozymes in Plant Biology.Port land:
Dioscorides Prees , 1989.46～ 73.
5　王中仁.植物等位酶分析.北京:科学出版社 , 1996.50～ 51.
6　Ham rick J L.Isozymes and the analysis of genetic st ructure in plant populations.In:S olt is D E , Soltis P S.ed.Isozymes in
Plant Biology.Portland:Dioscorides Press , 1989.87～ 105.
7　Mu rphy R W.T he phytogenetic analysis of allozyme data invalidity of coding alles be presence/ absence and recommended
p rocedures.Biochem Syst Ecol , 1993 , 21(1):25～ 38.
(责任编辑:宗世贤)
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