全 文 ：羊草不同地理种群的同工酶研究 3
汪　敏　钱　吉　郑师章　(复旦大学生命科学学院 ,上海 200433)
【摘要】　对我国从内蒙古到吉林的荒漠草原、典型草原、草甸草原、盐碱地草原的 5 个样
点上羊草的 6 种同工酶进行了研究 ,通过聚类分析发现羊草种群随着地理生态环境的不
同 ,在同工酶水平上发生着不同程度的种内分化. 羊草在同工酶水平上的分化受多个环境
因子的综合影响 ,而且与羊草耐寒性能存在一定的内在联系.
关键词 　羊草 　同工酶 　种内分化 　聚类
Isozymes of different geographic populations of Leymus chinensis. Wang Min , Qian Ji and
Zheng Shizhang ( College of L if e Sciences , Fudan U niversity , S hanghai 200433) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,1998 ,9 (3) :269～272.
Six isozymes of Leym us chinensis from desert , typical , marsh and saline2alkali grasslands
stretching across the Inner Mongolia to Jilin Province of China were studied. Cluster classifica2
tion indicates that there existed a certain intraspecific differentiation of isozymes of L . chinensis
in different geographic habitats , which was affected by comprehensive effects of many environ2
mental factors , and internally related to the cold2resistance of the grass.
Key words 　Leym us chinensis , Isozyme , Intraspecific differentiation , Cluster classification.
　　3 国家自然科学基金重点资助项目 (39330050) .
　　1996 - 01 - 08 收稿 ,1996 - 11 - 12 接受.
1 　引 　　言
　　羊草 ( L eym us chi nensis) 是禾本科赖
草属的一种多年生根茎禾草 ,其生态幅度
较宽 ,广泛地分布于我国的东北、内蒙古和
新疆等地 ,东西横跨经度为 92°～132°,南
北纵跨为 36°～62°之间 ,在如此广泛的分
布区域内 ,降水、温度、湿度、光照、海拔等
诸多因子都有着较为明显的差别 ,必然为
不同生境下羊草的生态型分化提供了可
能[2 ] .任文伟等[5 ]发现不同生境条件下的
羊草在形态、热值、水分反应等方面具有明
显的分化 ;杜占池等[8 ]发现生长于不同土
壤类型羊草的光合和蒸腾作用特性有所不
同 ;王克平等[1 ]对羊草的物种分化从细胞
学和染色体的水平进行了遗传基础分析 ;
卢萍[4 ]对兴安盟不同地理及生态环境下
羊草酯酶同工酶的研究发现 ,不同地理及
生态环境下的羊草种群存在着种内分化 ;
陈世龙[11 ]对内蒙古东部地区不同类型草
原羊草的过氧化物酶和细胞色素氧化酶的
同工酶的研究表明 ,羊草虽随地理生态条
件发生不同程度的种内分化 ,但在总体上
却保持着较大程度的一致性 ;张丽萍等[13 ]
对来自同一天然草地上两种叶色的羊草不
同器官的过氧化物酶和酯酶同工酶进行分
析比较 ,得出两类羊草叶色的差异只是形
态上的变异的结论. 所以 ,纵观目前在羊草
种内分化方面的研究工作 ,主要集中于羊
草的形态学、生理生化及解剖学等方面 ,虽
在蛋白质分子水平也有一些研究 ,但还是
限于 1、2 个同工酶指标和小范围内采集的
样本. 本文对我国从内蒙古到吉林 5 个不
同类型草原的羊草的 6 种同工酶进行分
析 ,以期从蛋白质分子水平来探讨羊草的
种内分化.
应 用 生 态 学 报 　1998 年 6 月 　第 9 卷 　第 3 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 1998 ,9 (3)∶269～272
2 　材料与方法
2. 1 　材料
　　将采自阿巴嘎旗 (阿旗) 、西乌珠穆沁旗 (西
乌旗) 、海拉尔市郊的谢尔塔拉、中国科学院生态
定位站 (定位站) 和吉林的羊草种子在温室内
25 ℃盆栽萌发 ,定期浇水 ,以充分保持土壤湿润.
5 个采样点的生境资料见表 1.
2. 2 　方法
　　采收萌发后 40 日苗期各地理种群的植株 ,
充分冼净吸干 ,按张丽萍等[13 ]的方法提取酶液.
以不连续系统垂直板聚丙烯酰胺凝胶电泳 ,对过
氧化物酶 ( PER) 、酯酶 ( EST) 、α2淀粉酶 (AM Y) 、
异柠檬酸脱氢酶 ( IDH) 、谷氨酸脱氢酶 ( GDH) 和
醇脱氢酶 (ADH)的同工酶进行比较分析. 分离胶
浓度为 7. 5 % ,浓缩胶浓度 3. 1 % ,加样量 40μl ,恒
表 1 　几个主要考察地点的生境资料
Table 1 Habitat conditions of f ive sampling plots
阿　旗
Aqi
定位站
Station
西乌旗
Xiwuqi
谢尔塔拉
Xieertala
吉　林
Jilin
纬度 Latitude (°) N44 N43. 6 N44. 6 N50. 3～50. 7 N44. 6
经度 Longitude (°) E115 E116. 7 E117. 6 E19. 07～121. 25 E120～124
海拔 Altitude (m) 1100～1300 1000～1300 1000～1300 700～800 500
≥10 ℃积温 2000 2200 2000 1700 2545～3374
Total temperature
年降水 (ml) 200～250 350 300～350 350～450 313～581
Annual percipitation
湿润系数 0. 13 0. 3 0. 3 0. 6～0. 9 0. 8
Moisture coefficient
土壤类型 栗钙土 典型栗钙土 暗栗钙土 黑钙土 盐碱土
Soil type Chestnut soil Typical chestnut Dark chestnut Chernozem Salt alkali
soil soil soil
草原类型 荒漠草原 典型草原 典型草原 草甸草原 湿润草原
Prairie type Desert prairie Typical prairie Typical prairie Meadow prairie Moist prairie3 阿旗的种子采自牧民的围栏内 ,不一定有代表性.
压 120V 电泳 3. 5～4h ,染色[7 ] ,用 7. 5 %冰醋酸2
30 %乙醇215 %甘油固定.
3 　结 　　果
3 . 1 　各种群羊草的同工酶电泳图谱
　　5 个样点 6 种同工酶电泳结果有差别
的是 PER、EST、IDH 和 AM Y(图 1) , GDH
和 ADH 在 5 个样点中未出现任何差异 (图
略) .
3 . 2 　各种群间的遗传距离
图 1 　5 个样点羊草的同工酶谱
Fig. 1 Isozymic chromatograph of Ley m us chinensis from sampling plots.
072 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　9 卷
　　将 5 个样点作为实体 ,同工酶的每条
谱带作为一个属性 ,将其转化 0～1 性状的
二元属性. 从图 1 可以发现 , EST 和 PER
酶不仅存在条带上的有无差异 ,而且还存
在条带浓淡 (反映酶活性) 上的差异 ,对于
这种属性的处理 ,分别将浓淡和无条带记
为 1、0. 5、0 ,将仅有浓淡差别的条带记为
1、0 ,从而得出表 2 的原始数据阵列.
　　根据表 2 的数据求出 5 个样点间的欧
氏距离系数[10 ] (表 3) .
表 2 　5 个样点 4 种同工酶的原始数据阵列
Table 2 Original matrix of four isozymes in f ive sapling
plots
阿旗
Aqi
西乌旗
Xiwuqi
谢尔塔拉
Xieertala
吉林
Jilin
定位站
Station
EST - 1 1 0 0 0 0
EST - 2 1 0 0 0 0
EST - 3 0 1 0. 5 1 0. 5
EST - 4 0 1 0. 5 1 0. 5
EST - 5 1 0 0 0 0
EST - 6 0 1 0 1 0
AM Y - 1 1 0 0 0 1
AM Y - 2 0 1 1 1 1
PER - 1 1 1 0 0 0
PER - 2 0 1 0 1 1
PER - 3 1 0. 5 0 0 0. 5
PER - 4 1 1 0 1 0
IDH - 1 1 1 1 1 1
IDH - 2 1 1 0 1 1
表 3 　5 个样点间的欧氏距离系数
Talbe 3 Euclidean coeff icient among f ive sampling plots
阿旗
Aqi
西乌旗
Xiwuqi
谢尔塔拉
Xieertala
吉林
Jilin
定位站
Station
阿旗 0. 000
Aqi
西乌旗 3. 041 0. 000
Xiwuqi
谢尔塔拉 3. 082 2. 398 0. 000
Xieertala
吉林 3. 317 1. 118 2. 121 0. 000
Jilin
定位站 2. 784 2. 121 1. 803 1. 936 0. 000
Station
3 . 3 　聚类分析结果
　　利用表 2 的欧氏距离系数 ,采用胡嘉
琪等[15 ]开发的可在 IBM2PC 及其兼容机
上使用的“数值分类软件”(N TS) ,用不加
权的方法对 5 个样点的羊草进行聚类分析
(U PGMA) . 用 2 种判断方法对不同聚类
策略进行比较 ,都表明用组平均法进行聚
类效果最佳 ,把 5 个样点的羊草分为 3 种
类群 ,第一类群包括谢尔塔拉和定位站 ,第
二类群包括吉林和西乌旗 ,第三类群包括
阿旗 (图 2) .
图 2 　用组平均法对 5 个样点羊草的聚类分析
Fig. 2 Cluster analysis of Ley m us chinensis from five sam2
pling plots by the strategy of group average.
4 　讨 　　论
　　关于羊草生态型划分的问题长期以来
一直存在着争议 ,在很长一段时间内的普
遍认识是羊草仅是一种生态型 ,不同地域
羊草的形态、发育和生理上的差异只是不
同的适应型或生境型而已[8 ] . 王克平等[2 ]
对我国东北及内蒙古不同地区的羊草从其
形态特征和发育的差异 ,划分成以地名命
名的 4 个气候生态型 ;杜占池[8 ]则根据光
合及蒸腾作用的不同将羊草分为 3 种土壤
生态型. 陈世龙[11 ]和卢萍[4 ]的同工酶研究
结果表明 ,在不同地理生态条件下的羊草
其同工酶在保持较大程度一致性的同时存
在着同工酶水平的种内分化. 本文对我国
从内蒙古到吉林 5 个样点的羊草 ,选用 6
种同工酶研究表明 ,5 个样点的羊草同工
酶随着地理生态环境的不同而发生着不同
程度的种内分化. 但是 ,从总体上看 ,它们
之间的同工酶没有明显谱带多少的差异 ,
而其差异主要表现在谱带的强弱 ,即酶的
活性上. 由此可认为 ,5 个地理种群的羊草
在同工酶水平保持着较大的一致性 ,但存
在一定程度的种内分化.
1723 期 　　　　　　　　　　汪 　敏等 :羊草不同地理种群的同工酶研究 　　　　
　　张丽萍等[13 ]应用同工酶技术研究表
明 ,形态上的差异 ,并不一定表现为分子水
平上的差异. 我们的研究结果也基本上证
明了这一观点. 在研究不同类型草原羊草
的性状、生理、细胞解剖时发现 ,吉林、谢尔
塔拉与其余 3 个样点的羊草 ,彼此之间存
在着明显的差异 ,但本文的研究结果表明
它们在同工酶水平上的差异表现出与形
态、生理、细胞解剖水平上的差异很不一致
的结果 ,吉林与西乌旗 ,谢尔塔拉与定位站
在同工酶水平上的分异却十分相似.
　　水分因子一直被认为是众多环境因子
中影响羊草生长发育的关键因子和限制性
因子[3 ,6 ] . 但本文的研究结果却表明 ,5 种
草原羊草在同工酶上的差异并不与水分差
异一致 ,说明羊草在同工酶水平上分化可
能是受多个的环境因子的综合影响 ,而不
仅仅是水分因子. 对 5 个样点的生境资料
进行主分量分析 ( PCA) ,也发现对所含信
息量大于 99 %的第一和第二主分量负荷
值最大的是海拔和 ≥10 ℃的积温 (分析数
据略) . 在抗寒试验中 ,吉林和西乌旗的羊
草最抗寒 ,阿旗最差 ,而谢尔塔拉和定位站
居中 ,这种研究结果与本文的聚类结果非
常相似 ,推测 5 个样点的羊草在同工酶水
平上的分异很可能与它们的抗寒性有关.
　　由于基因的调控作用和差别表达[12 ] ,
会造成同一植株的同工酶随着不同的发育
时期和环境条件的改变而出现酶谱上差
异. 我们曾对 5 个样点 40、60 和 90 日苗期
的羊草进行 6 种同工酶分析 ,发现 5 个样
点 60 日和 90 日苗期羊草的 6 种同工酶谱
完全一致 ,未出现任何分异 ,而 40 日苗期
的羊草除 GDH、ADH 外 ,其余 4 种同工酶
都不同程度地存在着分化. 所以建议羊草
同工酶研究的材料最好小于 40 日苗期. 卢
萍[4 ]对羊草进行酯酶同工酶分析时发现 ,
10 日苗期的羊草是各生育期中酯酶同工
酶谱中条带数较多和差异最大的.
　　羊草是一种禾本科异花授粉的植
物[1 ] ,为了研究其种内遗传结构及其变
异 ,很有必要从等位酶的水平研究其种群
内遗传分化 ,探讨其种群内杂合度 ,群体间
的遗传距离 ,以及种群遗传结构与环境之
间的相关性. 过去 ,在双子叶植物 ,如野生
大豆[9 ] 、辽东栎[14 ]等 ,都有比较成功的探
索 ,但如何对异花授粉的单子叶植物的等
位酶进行研究有待深入研究.
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