全 文 ：西北大学学报(自然科学版)
2005年 2月 , 第 35卷第 1期 , Feb. , 2005, Vo .l 35, No 1.
Journal o fNo rthwe st University (Na tural Science Edition)
　　收稿日期:2003-09-16
　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(30270154);陕西省教育厅重点基金资助项目(00JK007)
　　作者简介:李　珊(1976-), 女 ,陕西西安人 , 西北大学博士生 ,从事植物分子进化和分子生态学的研究。
庙台槭的居群遗传结构和遗传多样性
李　珊 1, 2 ,阎桂琴3 ,赵桂仿1
(1.西北大学生命科学学院秦岭生物多样性研究中心 , 陕西西安　710069;2.同济大学 生命科学与技术学院 ,上海
　200092;3. 山西师范大学 生物学系 , 山西 临汾　041004)
摘要:目的　研究庙台槭 (Acerm iaota iense P. C. Tsoong)自然居群的遗传结构和种内遗传多样性。
方法　选取 20条 RAPD随机引物对 3个庙台槭居群的 39个个体进行 PCR扩增得到一系列 0, 1数
据 ,用 Popgen32, AMOVA和 SPSS 9. 0软件进行数据分析。结果　20条引物共检测到 128个 RAPD
位点 ,庙台槭物种水平的多态性位点比率为 53. 13%,居群水平的多态位点比率分别为秦岭中段南
坡居群 42. 90%,中段北坡居群 18. 75%,秦岭西段居群 32. 78%。聚类分析及主成分分析显示 3个
居群的个体有以彼此为中心的聚集趋势。庙台槭居群间基因流大小仅为 Nm =0. 703 6。结论　庙
台槭具有较低的遗传多样性 ,尤其是在居群水平上;庙台槭居群间已发生了强烈的遗传分化;庙台
槭居群间的基因流很小 ,遗传漂变和随之而来的近交可能是刻划居群遗传结构的主要因素 。
关　键　词:庙台槭;保护遗传学;RAPD
中图分类号:Q948. 1　　文献标识码:A　　文章编号:1000-274Ⅹ (2005)01-0071-04
　　庙台槭(Acer m iaotaiense P. C. Tsoong)是槭树科
槭属的落叶乔木 ,为我国特有种 ,现仅零星分布于秦
岭中 、西段及巴山山地 ,个体数量极为稀少 ,已处于濒
危状态[ 1] 。本文试图通过 RAPD分子标记研究庙台
槭自然居群的遗传结构和种内遗传多态性 ,分析导致
庙台槭濒危的可能原因 ,预测其遗传学命运并提出一
些保护意见作为参考。另外 ,本研究也为进一步探讨
槭属植物的系统演化提供重要的理论依据。
1　材料与方法
1. 1　植物材料
研究材料采自陕西佛坪县白马沟 (BMG)、平利
县丰周坪(FZP)、眉县点兵场(DBC)、太白县羊皮沟
(YPG)、太白铜墙铁壁 (TQTB)、甘肃天水小陇山
(XLS)等地 。为了数据分析的方便 ,将 6个采样点
归并为 3个居群 ,分别为秦岭中段南坡居群 SMQ
(由白马沟 、丰周坪个体组成),秦岭中段北坡居群
NMQ(由太白铜墙铁壁 、点兵场 、羊皮沟个体组成)和
秦岭西段居群WQ(由甘肃天水个体组成 )。采样时
选取健康 、幼嫩叶片置于装有硅胶的塑料袋中 ,迅速
干燥 , -80℃超低温冰箱中保存(图 1)。
1. 2　总 DNA提取 、PCR扩增及产物检测
由于槭树科植物体内含有较多的酚类 、多糖 、萜
类物质 ,用常规方法难以提取到高质量的 DNA[ 2] 。
因此 ,本研究采用改良的 SDS法提取庙台槭的总
DNA
[ 3] ,最终获得了质量较好 ,可用于下游操作的
总 DNA。
扩增反应在 TEMP-TRONTC热循环仪上进行。
扩增产物经 1. 4%琼脂糖凝胶 (含 0. 5 mg /m l EB)
电泳分离 , Kodak Sc ientific Imag ing System s凝胶成像
系统 120(Estman Kodak C ompany)照相。
1. 3　数据分析
数据分析用 Popgen 32, AMOVA和 SPSS 9. 0三
种软件进行 ,统计多态位点比率 ,用 Popgen 32软件
计算 Shannon多样性指数(I)、居群间遗传分化系数
(GS T ),并由 GST值估算基因流 (Nm )的大小 。用
AMOVA软件分析遗传变异在居群内及居群间的分
布。用 SPSS 9. 0软件计算个体间欧氏距离(Euclid-
ean D istance),并用W ard (1963)平方和增量法进行
DOI牶牨牥牣牨牰牨牭牪牤j牣cnki牣xdxbzr牣牪牥牥牭牣牥牨牣牥牨牴
个体间聚类分析 ,最后 ,用 SPSS 9. 0软件进行主成 分分析(PCA)。
图 1　庙台槭采样图
F ig. 1　Sam ple-co llec ting m ap o fAcerm iaotaiense
2　结果与分析
2. 1　RAPD产物多态性分析
用 20条随机引物对 3个居群 39个个体进行
RAPD扩增 ,共检测到 128个位点 ,其中多态位点 68
个 ,多态位点比率为 53. 13%。秦岭中段北坡居群 ,
中段南坡居群和西段居群的多态位点数分别为 24,
58和 47个 , 相应的多态位点比率为 18. 75 %,
42. 9%和 36. 7%(见表 1)。
表 1　3个庙台槭居群的多态位点数 (多态位点比率 )
Tab. 1　Polymorphic loci of three populations ofAcerm iaotaiense (proportion of polymorph ic loci)
引物编号 引物序列(5′-3′)
秦岭中段北坡
居群 (NMQ)
秦岭中段南坡
居群(SMQ) 秦岭西段居群 (WQ) 总位点数 /%
S12 CCTTGACGCA 1(0. 167) 2(0. 334) 1(0. 167) 2(0. 334)
S18 CCACAGCAGT 1(0. 143) 3(0. 429) 1(0. 143) 4(0. 570)
S45 TGAGCGGACA 1(0. 143) 3(0. 429) 2(0. 286) 4(0. 571)
S56 AGGGCGTAAG 1(0. 143) 2(0. 286) 3(0. 429) 4(0. 571)
S64 CCGCATCTAC 1 (0. 125) 4(0. 500) 3(0. 375) 4(0. 500)
S66 GAACGGACTC 2(0. 286) 4(0. 571) 4(0. 571) 4(0. 571)
S69 CTCACCGTCC 1(0. 143) 3(0. 429) 2(0. 286) 3(0. 429)
S70 TGTCTGGGTG 1(0. 200) 2(0. 400) 2(0. 400) 3(0. 500)
S72 TGTCATCCCC 2(0. 286) 4(0. 571) 5(0. 714) 5(0. 714)
S73 AAGCCTCGTC 2(0. 333) 4(0. 667) 4(0. 667) 4(0. 667)
S85 CTGAGACGGA 1(0. 200) 3(0. 600) 1(0. 200) 3(0. 666)
S88 TCACGTCCAC 0(0. 000) 2(0. 333) 1(0. 167) 2(0. 333)
S89 CTGACGTCAC 2(0. 286) 4(0. 571) 3(0. 429) 4(0. 571)
S92 CAGCTCACGA 1(0. 200) 2(0. 400) 2(0. 400) 3(0. 600)
S93 CTCTCCGCCA 0(0. 000) 2(0. 400) 0(0. 000) 3(0. 600)
S94 GGATGAGACC 0(0. 000) 1(0. 167) 2(0. 333) 2(0. 333)
S95 ACTGGGACTC 1(0. 143) 3(0. 429) 3(0. 429) 3(0. 429)
S97 ACGACCGACA 1(0. 125) 3(0. 375) 2(0. 250) 4(0. 500)
S98 GGCTCATGTG 2(0. 400) 3(0. 600) 2(0. 400) 3(0. 600)
S99 GTCAGGGCAA 3(0. 429) 4(0. 571) 4(0. 571) 4(0. 571)
Tota l loci(%) 24(18. 75) 58(42. 90) 47(36. 70) 68(53. 13)
　　Shannon多样性指数显示 ,庙台槭在物种水平
上的遗传多样性为 0. 291 8。秦岭中段北坡居群的
遗传多样性为 0. 156 9,中段南坡居群为 0. 206 9,秦
岭西段居群为 0. 173 8。 3个居群遗传多样性大小
依次排列为:秦岭中段南坡居群 >秦岭西段居群 >
秦岭中段北坡居群 。Nei基因多样性指数值显示出
与 Shannon多样性指数类似的趋势(见表 2)。
—72— 西北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　第 35卷
表 2　3个庙台槭居群的遗传多样性指数分析
Tab. 2　Genetic diversity index analysis of the three populations ofAcerm iaota iense
Shannon多样性指数 平　均 Ne i基因多样性指数 平　均
秦岭中段北坡居群 0. 1568 秦岭中段北坡居群 0. 087 5
秦岭中段南坡居群 0. 206 9 秦岭中段南坡居群 0. 126 8
秦岭西段居群 0. 173 8 秦岭西段居群 0. 124 7
居群内平均遗传多样性 0. 179 2 居群内基因多样性 0. 113 0
种内总的遗传多样性 0. 290 9 种内基因多样性 0. 193 3
居群内遗传多样性比率 0. 616 0 居群内基因多样性比率 0. 584 6
居群间遗传多样性比率 0. 384 0 居群间遗传分化系数 0. 415 4
2. 2　遗传变异的分布
AMOVA分析显示 ,居群内的遗传变异 (VW )为
9. 163 0,居群间的遗传变异 (VA)为 6. 760 8,居群内
遗传变异占总遗传变异的 57. 54%,居群间遗传变
异占总变异量的 42. 46%。
Nei基因多样性分析显示居群间的遗传分化系
数 (GST)为 0. 415 4,即居群间遗传变异占总遗传变
异的 41. 54%。AMOVA分析与 N ei基因多样性分
析结果基本一致 ,表明庙台槭自然居群间已产生较
大的遗传差异。
2. 3　遗传距离与聚类分析
通过 Ne i(1972)遗传距离分析 ,庙台槭 3个居
群间的平均遗传距离为 0. 323(0. 235 ～ 0. 382)。秦
岭中段北坡居群与秦岭西段居群之间的遗传距离最
小(D =0. 235),秦岭中段南坡居群与秦岭西段居群
之间的遗传距离最大(D =0. 382)。
计算个体间的欧氏距离 ,基于该距离 ,采用平方
和增量法构建个体间的遗传关系树状图 。
图 2显示 3个居群的个体有以彼此为中心的聚
集趋势。当截取值为 7时 , 39个个体按所属居群聚
为 3支 ,说明独立成支的 3个居群间已产生分化。
当截取值为 15时 , 39个个体聚为两大支 ,第一
支包括来自秦岭中段北坡居群和秦岭西段居群的个
体 ,第二支由来自秦岭中段南坡居群的个体聚成 ,说
明两大支之间存在相当程度的遗传分化 ,聚类分析
结果与庙台槭的实际地理分布相一致。
图 2　庙台槭个体聚类分析图(秦岭中段北坡居群:D1, D2, T, Y;秦岭中段南坡居群:L, F1-20;秦岭西段居群:G1-14)
F ig. 2　Dendrogram o f 39 individua ls ofAcerm iaotaiense(NMQ:D1, D2, T, Y;SMQ:L, F1-20;WQ:G1-14)
　　主成分分析结果显示:前 3个主分量共描述了
69. 19%的变异。
其中:第一主分量 (Factor 1, X轴 )包含的信息
量为 38. 09%;第二主分量(Fac to r 2, Y轴 )包含的信
息量为 20. 42%;第三主分量 (Facto r 3, Z轴 )包含
的信息量为 10. 68%。
利用第一 、第二 、第三主分量得出的 3-D分布图
(见图 3)显示 , 3个居群的 39个个体以其地理来源
的不同 ,被明显地分为 3个区域 。这进一步印证了
聚类分析结果的可靠性 。
3　讨　论
3. 1　庙台槭的遗传多样性
遗传多样性及其遗传学过程对物种的生存和发
展起着决定性作用。大量研究证据表明 ,稀有和濒
—73—第 1期　　　　　　　　　　　　　　　　李　珊等:庙台槭的居群遗传结构和遗传多样性
危物种中普遍存在着遗传多样性丧失的现象 [ 4] 。
根据 Hamrick＆Godt(1990)对 449个植物物种等位
酶研究的总结 ,特有种的遗传变异水平明显低于广
布种 ,尤其在居群水平 [ 5] 。对我国特有濒危植物银
杉(Ca thaya argyrophy lla)的等位酶和 RAPD研究也
表明 ,稀有和濒危物种的遗传多样性水平偏低。庙
台槭与大多数稀有和濒危物种类似 ,遗传多样性水
平较低。
图 3　基于 RAPD标记的庙台槭个体主成分分析图
F ig. 3　P rincipa l Com ponen tAna lysis o f RAPD pheno types o f 39 ind iv idua ls
　　尽管缺乏化石方面的证据 ,但从现今的分布格
局看 ,庙台槭过去的分布范围可能明显大于现在 。
现今庙台槭个体数量大为减少 ,分布范围极度缩小 ,
已成为狭域分布的物种 ,由此造成 “瓶颈效应 ”,形
成小种群 [ 6] 。小种群十分容易受到遗传漂变的影
响 ,对一些有害的遗传效应 ,如近交衰退有更大的敏
感性。近交繁殖增加了居群内的纯合性 ,降低杂合
性 ,导致居群内遗传多样性减少 ,居群间遗传分化的
产生 ,并与有害基因的固定一起增加了居群的脆弱
性 ,最终影响了现代庙台槭基因库的规模 。除此之
外 ,庙台槭属于长寿命物种 ,其本身存在一些生殖上
的障碍或衰退 ,如形成败育花粉 、败育胚珠 ,结子率
低 、畸形种子比例大等 ,遗传多样性和居群数量的恢
复过程十分缓慢 。这也说明庙台槭居群内部的遗传
潜力不够丰富 ,庙台槭林的维持和恢复没有足够的
遗传基础。
3. 2　庙台槭的居群遗传结构和分化
居群遗传结构指遗传变异在时间 、空间上的分
布样式 ,是一个物种最基本的特征之一 ,不仅受突
变 、基因流 、选择 、遗传漂变的共同作用 ,还与物种的
进化历史和生物学特性有关[ 7] 。 Ham rick＆ Godt
(1990)对 165属 449种裸子 、被子植物群体进行研
究 ,结果表明以自交为主的物种 ,平均 GST =0. 51,即
群体间的遗传多样性占总多样性的一半以上 ,而异
交为主的物种 GS T =0. 10,即有 90%的遗传变异发
生在群体内部 [ 8] 。庙台槭的交配系统以远交为主 ,
而基因分化系数 GST =0. 415 4,接近自交种 ,显示居
群间已发生了强烈的遗传分化。
基于 GST值 ,通过 W right(1969)的公式 (Nm =
0. 5(1 -GST ) /GS T),得到庙台槭居群间的基因流大
小仅为 Nm =0. 703 6, Nm <1,暗示遗传漂变和随之
而来的近交可能成为刻划居群遗传结构的主要因
素[ 9] 。我们分析 ,庙台槭居群间很少的基因交流可
能与以下几方面因素有关:①庙台槭的花期较短 ,
各居群花期不同 ,开花的植株数少 ,花粉败育率高 ,
花粉流的形成受阻;②结实率低 ,果实较重 ,传播距
离不会很远 ,居群间种子流很难形成;③种子萌发
率低 ,易被害虫啃食;④呈间断的 “岛屿”状分布 ,居
群间明显的地理隔离 ,花粉流 、种子流的形成进一步
受阻 。
3. 3　庙台槭的保护策略
根据庙台槭的遗传结构特点和保护遗传学原
理 ,本文提出 4点保护措施:①就地保护 ,不仅要保
护庙台槭个体的正常生长 ,而且要维持在同一生境
下其他物种的正常生长 ,采取必要措施维护其生存
环境 ,并使环境逐步恢复到原有自然状态;②迁地
保护 ,实地调查发现 ,庙台槭的个体数量十分稀少 ,
生境已不再适宜其自然的更新 ,很有必要进行迁地
—74— 西北大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　　第 35卷
保护;③增加有效居群大小 ,大范围的收集种子 ,将
其撒入居群中 ,在人工条件下进行种子繁殖或利用
营养繁殖 、无性克隆等方法维系居群内的遗传多样
性 ,提高生存能力;④加强宣传教育 ,提高公民保护
意识。同时 ,建议将庙台槭的种质纳入种质资源库
中 。
参考文献:
[ 1] 　狄维忠 , 于兆英. 陕西省第一批国家珍稀濒危保护植
物 [ M ] . 西安:西北大学出版社 , 1987. 190-193.
[ 2] 　田　欣 , 郭振华 ,李德铢. 基于 ITS与 trnL-F序列探讨
槭树科的系统发育 [ J] . 植物学报 , 2002, 44 (6):714-
724.
[ 3] 　阎桂琴 , 李　珊 ,赵桂仿 , 等. 太白红杉总 DNA的提取
及鉴定 [ J] . 西北大学学报 (自然科学版), 2001, 31
(1):53-56.
[ 4] 　RICHARD B PRIMACK. E ssentia ls o f Conse rva tion B io l-
ogy[ M ] . H unan Science Techno logy P ress, 1996. 139-
152.
[ 5] 　HAMRICK J K , GODT M J. A llo zym e D ive rsity in P lan t
species[ M ] . Sunde rland:S inanue r, 1990. 43-63.
[ 6] 　刘慎鄂. 气候变迁与植物移动 [ A ] . 编委会. 刘慎鄂文
集 [ C] . 北京:科学出版社 , 1985.
[ 7] 　邹喻苹 ,葛　颂 , 王晓东. 系统与进化植物学中的分子
标记 [M ] . 北京:科学出版社 , 2001. 125-130.
[ 8] 　HAMRICK J K , GODT M J. A llo zym e D ive rsity in P lan t
species[ M ] . Sunde rland:S inanue r, 1990. 43-63.
[ 9] 　SLATKIN M. Gene flow in natura l popu lations[ J] . Ann
Rev Eco l Syst, 1985, 16:393-430.
(编　辑　徐象平)
Population genetic structure and genetic d iversity ofAcer m iaotaiense
LI Shan
1, 2 , YAN Gui-q in3 , ZHAO Gu i-fang1
(1. C ollege of L ife Sc ience, B iodive rsity Research Center o fM ts. Q inling, Northw estUniversity, X i′an, 710069, China;2. College of
L ife Science and Techno logy, Tong jiUniversity, Shangha i, 200092, China;3. Departm ent o f B io logy, ShanxiNo rm al Un ive rsity, L in-
fen 041004, China)
Abstract:A mi 　To study the genetic structure and genetic varia tion o f natura lAcerm iaotaiense popu lations. M eth-
ods　 The tota lDNA o f39 indiv idua lsw ere amplified by 20 random primers and amp lified production w ere separa-
ted by agarose ge l e lec trophoresis, then using Popgen32, AMOVA and SPSS 9. 0 so ftw are to analyze a series o f 0,
1 data. Results　128 loc iwe re amplified by 20 random p rime rs, the proportion of polymorphic lociw as 53. 13% in
species leve l, 42. 9%, 18. 75% and 32. 78%were in the popula tions o f south slope, north slope o f them iddle part
ofM ts. Q inling and the w est part ofM ts. Q inling respective ly. C lustering ana ly sis and principal factors ana ly sis
suggested that individuals o f three popu lations had the tendency o f assemb ling independen tly. Based on theGST val-
ue andW righ t′s formula, gene flow among populations w as ca lcula ted and the va lue w as 0. 7036. Conclusion　
G ene tic dive rsity o fAcerm iaotaiensewas low at the species leve l, especially in the leve l of popu lations. Ce rtain ge-
netic differen tia tion occu rred among popu lations. Gene flow w as sma ll and gene tic drift and inbreedingm ight be the
ma in facto rs in fluencing popula tion genetic structure of Acerm iaota iense.
Key words:Acer m iaotaiense;conserva tive gene tics;RAPD
—75—第 1期　　　　　　　　　　　　　　　　李　珊等:庙台槭的居群遗传结构和遗传多样性