全 文 ：第27卷　第 2期　　　　　　　　西 南 师 范 大 学 学 报(自然科学版)　　　　　　　　 2002年 4月
Vol.2 7 　No.2　　　　　Journal of Southwest China Normal University (Natural Science ) Apr. 2002
文章编号:1000 5471(2002)02 0219 07
缙云山特有植物缙云黄芩的等位酶变异研究①
林长松1 , 何　平2 , 邓洪平2
1.六盘水师专生物系 , 贵州六盘水 553004;2.西南师范大学生命科学学院 , 重庆 400715
摘要:采用聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳检测了重庆缙云山特有植物缙云黄芩(Scutellaria tsinyunensis C.Y.Wu et S.
chow)7个居群 70 个个体的过氧化物酶(POD)、 细胞色素氧化酶(CYT)、超氧化物歧化酶(SOD)、 淀粉酶(AMY)和酯
酶(ES)5种等位酶谱带的变异式样.并将所得酶谱带进行编码 , 然后分别用 Jaccard 和 Sokal-Michener结合系数结合
不加权组平均法(UPGMA)进行聚类.7个居群等位酶谱带分布表明 , 只有 15.56%的等位酶谱带在所有个体中是恒
定的 , 其余 84.44%的等位酶谱带在个体间显示出或多或少的变异.在居群水平上 , 也只有 22.22%的等位酶谱带
是恒定的 , 77.78%的等位酶谱带存在有分化.聚类分析结果表明缙云黄芩同一居群的个体间在等位酶谱带上表现
出很大的相似性 , 即居群内个体间表现出较大的遗传同质性;而来源于不同居群的个体酶谱则表现出明显的趋异
性 , 显示出缙云黄芩不同居群之间发生了较明显的遗传分化.
关　键　词:缙云黄芩;等位酶变异;聚类分析;遗传分化
中图分类号:Q943 文献标识码:A
缙云黄芩(Scutellaria tsinyunensis C.Y.Wu et S.Chow), 隶属于唇形科(Labiatae)黄芩亚科(Scutellarioideae
Briq.)黄芩属(Scutellaria Linn.)黄芩亚属(Subg.Scutellaria)下的顶序黄芩组(Sect.Stachymacris A.Hamilt)宽
叶黄芩亚组(Subsect.Peregrinae Boiss.).在形态上接近于同属的红茎黄芩(Scutellaria yunnanensis Levl.), 主
要区别在于本种叶无柄或具极短的柄[ 1 ,2] , 仅分布于重庆北碚缙云山.在自然环境中 , 缙云黄芩居群呈相
互隔离的 “岛屿” 状分布 , 各居群之间距离相对较远 , 存在生殖隔离 , 经两年跟踪观察发现 , 每一居群占
领空间狭窄 , 分布范围在进一步缩小 , 且个体数量不断减少 , 具有濒危植物的特点.主要生于海拔 330 ～
820 m的林荫下 , 尤喜水沟边或路旁林沿处等较阴湿但又有一定光照的环境中 , 主要以根茎进行克隆繁
殖 , 因而居群中多由许多无性系分株构成.
目前 , 对缙云黄芩的研究仅限于种的描述 , 除此而外 , 未见有过对缙云黄芩的研究 , 笔者用等位酶电
泳分析结合数量分析方法 , 试图探明缙云黄芩居群内和居群间的遗传变异模式 , 为进一步研究该物种提供
一定的理论依据.
1　材料与方法
1.1　取材及样品提取
于2000年10月 、 11月对缙云山缙云黄芩分布范围进行实地考察 , 确定了缙云黄芩 7个居群(表 1).
在每个居群中分别随机选取有代表性的植株各 10株 , 将其当年生功能叶取下 , 放入冰壶并迅速带回实验
① 收稿日期:2001 06 13
作者简介:林长松(1970-), 男 , 植物学硕士 , 讲师.
基金项目:教育部重点科技基金资助项目;重庆市科技计划资助项目.
DOI :10.13718/j.cnki.xsxb.2002.02.021
室.将样品叶片洗净 , 用吸水纸吸干 , 称取鲜质量 3 g 左右 , 剪碎后置于事先在冰箱内冷却过的研钵中 ,
然后加入少量石英砂和等体积的提取缓冲液[ 3] , 在冰浴中迅速将其研磨匀浆 , 经 100目尼龙纱布过滤 , 将
滤液在TGL-高速台式离心机上以 15 000 r/min离心20 min , 取上清液并加入少量 10%甘油和 12滴1%的溴
酚蓝指示剂溶液 , 置于冰箱冷冻室内保存备用.
表 1　7个样地的环境资料
Table 1　Ecological Data of 7 Sample Plots
样地号 地点 海拔/
m
坡度 坡向 土壤厚度/
cm
土壤 pH 土壤含水量/% 群落透光率 群落类型
Ⅰ 园艺场 465 43° NW28° 18.5 4.5 29.9 0.55 针阔混交林
Ⅱ 北温泉后山 335 41° NE42° 18.5 5.0 19.2 0.28 慈竹及常绿阔叶林
Ⅲ 绍龙观 530 21° NE24° 13.5 5.5 26.6 0.35 慈竹及常绿阔叶林
Ⅳ 白云竹海 615 26° SE85° 19.0 4.5 4.70 0.45 慈竹及常绿阔叶林
Ⅴ 洛阳桥 705 29° SE57° 28.0 4.5 24.8 0.25 常绿阔叶林
Ⅵ 海螺洞 730 14° SE26° 29.5 5.0 42.1 0.30 常绿阔叶林
Ⅶ 青龙寨后门 695 33.5° NW5° 28 4.5 35.7 0.32 常绿阔叶林
1.2　酶电泳
采用不连续聚丙烯酰胺小型垂直板凝胶电泳 , 分离胶及浓缩胶的制备及染色方法见表 2.用微量进样
器进样 , 每个样品槽中进样量为 50μL.开始以100 V的电压电脉 , 待溴酚蓝指示剂进入分离胶成横向连
续的一条线时(约 20 min), 再将电压调至250 ～ 300 V , 恒压电泳 , 至溴酚蓝指示剂走到距凝胶末端约 1 cm
处停止电泳 , 然后将玻板从电泳槽中取下剥胶[ 4] .
表 2　缙云黄芩 5种等位酶的制胶浓度及染色方法
Table 2　The Gel Preparation For Electrophoresis and Colouring Methods of Five Allozymes in S.tsinyunensis
酶名称 酶代号 浓缩胶 分离胶 催化剂 染色剂
过氧化物酶 PER 7% 4% 1%过硫酸铵 联苯胺———愈创木酚
细胞色素氧化酶 CYT 7% 4% 1%过硫酸铵 α-萘酚 、 二甲基对苯二胺
超氧化物歧化酶 SOD 7% 4% 1%过硫酸铵 NBT、 核黄素 、 TEMED
淀粉酶 AMY 7% 4% 1%过硫酸铵 I-KI
酯　酶 ES 7.5% 3% 0.5%过硫酸铵 醋酸-1-萘酯 、 坚劳蓝 RR盐
1.3　电泳结果的处理
将各酶的胶板在染色前迅速测量出指示剂的迁移距离 l 0 , 染色固定后再测量出每条酶带的迁移距离
l1 , 用公式 Rf=l1/ l 0计算出每条谱带的迁移率(Rf 值), 然后绘制各酶的谱带示意图 , 并摄影和制作干胶
片作永久保存.依据数量分类中二态特征的 0/1编码原则[ 5] , 制成 70×45的二态数据矩阵表.最后 , 将
原始数据矩阵用 NTSYS-pc程序[ 6] , 采用 Jaccard和Sokal-Michener结合系数结合不加权组平均法(UPGMA)分
别进行聚类 , 得出个体间数状聚类图[ 7-11] .
2　结果与讨论
从等位酶谱带 Rf值和二态数据矩阵可以得出缙云黄芩7个居群的等位酶谱带在数量 、 Rf值及分布上
的概况表(表 3).5个酶系统共检测出酶谱带 45条 , 其中过氧化物酶(PER)11条 , 细胞色素氧化酶(CYT)11
条 , 超氧化物歧化酶(SOD)7条 , 淀粉酶(AMY)6条 , 酯酶(ES)10条.从这 45条酶谱带的分布情况来看 ,
在不同的居群中酶谱带分布的数量存在着一定的差异.各居群按酶谱带数量的多少排列顺序为:居群 Ⅵ ,
居群Ⅳ , 居群Ⅴ , 居群Ⅰ , 居群 Ⅲ , 居群 Ⅶ , 居群 Ⅱ.酶谱带数分别为 35条 , 32条 , 29条 , 26 条 , 24
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条 , 22条.可见 , 就每一居群内部而言 , 5个酶系统的酶谱带数最多的有 35条(居群 Ⅵ), 而酶谱带数最
少的仅有 22条(居群Ⅱ).这表明 , 5个酶系统的45条酶谱带并不是在每一个居群中都同时出现 , 而是表
现出在不同的居群中既有普遍存在的共同的酶谱带 , 也有仅存在于某些特定的居群中 , 在其他居群中没有
分布的酶谱带 , 有些甚至仅存在于某一特定的居群中 , 成为这一居群所特有的谱带.
表 3　缙云黄芩 7个居群的等位酶谱带分布概况
Table 3　The Allozyme Bands Distribution Among 7 Populations of S.tsinyunensis
酶谱/ Rf 值
居群
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
酶谱/ Rf 值
居群
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
RER Rf 0.89 + - - - - - + SOD Rf 0.92 + - - - - - -
0.84 +′ + - - + - - 0.84 +′ +′ + +′ +′ +′ -
0.82 +′ + - - + - + 0.82 - - +′ +′ +′ +′ -
0.76 - - +′ + +′ +′ + 0.76 + + +′ + +′ +′ +
0.71 - - +′ + +′ + - 0.70 +′ - + - - + -
0.63 - - - + - - - 0.66 +′ + - +′ + +′ +′
0.61 - - - + - + - 0.60 + + + + + + +
0.31 - +′ - +′ - +′ +′ AMY Rf 0.28 - - + + +′ + +
0.24 + + + + + + + 0.25 + - - + +′ +′ +′
0.06 + +′ + + + + + 0.22 +′ + - - +′ +′ -
0.03 + + +′ +′ + + +′ 0.17 +′ - + + + +′ +′
CYT Rf 0.84 - - - +′ - - - 0.14 +′ + +′ +′ - +′ +′
0.81 - - - +′ - - - ES Rf 0.11 +′ + +′ +′ - +′ +
0.78 + - + + - - + 0.94 + + + + + + +
0.73 + +′ + + + +′ - 0.91 - - +′ +′ - +′ -
0.70 + + + + + + + 0.88 - - +′ + + +′ -
0.67 + + - + + + + 0.83 - - - - - +′ -
0.61 - - - + + - + 0.81 - - - - + +′ -
0.57 - - - - - + - 0.78 + + + + + + +
0.53 - - - - - +′ - 0.74 + + + + + + +
0.21 - - - - - + - 0.69 - + + +′ +′ +′ +′
0.13 + + + + + + + 0.64 - - +′ - + - -
0.25 + + - - + + -
注:“+” 表示指定居群的所有个体均有分布, “+′” 表示指定居群的部分个体有分布 , “ —” 表示指定居群的所有个体均无分布.
　　根据等位酶谱带的分布特点 , 可以将等位酶的分布归结为 8种类型[ 8](表 4).其中 , 类型 Ⅰ是在 7个
居群的所有个体所共有的谱带类型 , 共有 7条;类型Ⅱ是在居群水平上普遍存在 , 但具体到某一居群则未
必每一个个体都存在的谱带类型.这一类型的酶谱带只有 3条;类型Ⅲ至类型VII分别为在 2 ～ 6个居群中
有分布 , 而其余 1 ～ 5个居群中没有分布的酶谱带类型;类型 Ⅷ为某一居群所特有的谱带类型 , 共有 8条.
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表 4　缙云黄芩等位酶谱带分布的类型
Table 4　The Distribution Types of the Allozyme Bands in S.tsinyunensis
谱带类型 分布 酶谱带 比例
Ⅰ (+)7 PER Rf 0.24 CYT Rf 0.70 , 0.13
SOD Rf 0.60 ES Rf 0.94 , 0.78 , 0.74 15.56%
Ⅱ (+′)7 RER Rf 0.06 , 0.03 SOD Rf 0.76 6.67%
Ⅲ (+)6 (—)1 CYT Rf 0.73 , 0.67 SOD Rf 0.84 , 0.66
AMY Rf 0.17 , 0.14 , 0.11 ES Rf 0.69 17.78%
Ⅳ (+)5 (—)2 PER Rf 0.76 AMY Rf 0.28 , 0.25 6.67%
Ⅴ (+)4 (—)3 PER Rf 0.82 , 0.76 , 0.31 CYT Rf 0.78
SOD Rf 0.82 AMY Rf 0.22 ES Rf 0.88 , 0.25 17.78%
Ⅵ (+)3 (—)4 PER Rf 0.84 CYT Rf 0.61 SOD Rf 0.70 ES Rf 0.91 8.89%
Ⅶ (+)2 (—)5 PER Rf 0.89 , 0.61 ES Rf 0.81 , 0.64 8.89%
Ⅷ (+)1 (—)6 PER Rf 0.63 , CYT Rf 0.84 , 0.81 , 0.57 , 0.53 , 0.21
SOD Rf 0.92 , ES Rf 0.83 17.78%
注:(+)7表示等位酶谱带存在于 7 个种群的所有个体;(+′)7 表示等位酶谱带分布于 7 个种群 , 但有些种
群的部分个体中可能没有分布;(+)6 (—)1表示 6个种群有分布 , 1 个种群没有分布;(+)5 (—)2表示 5 个
种群有分布 , 2 个种群没有分布 , 其余类推.
　　由以上分析可以发现 , 就个体水平而言 , 它们共有的谱带有 7条 , 占总谱带数的 17.78%, 这 7条酶
谱带不仅在每个个体中都有分布 , 而且明显 、清晰 , 可以判断其为缙云黄芩种水平上特有的特征谱带 , 其
余38条(占总谱带数的84.44%)在个体水平上或多或少存在着差异.就居群而言 , 它们共有的谱带共有 10
条 , 占总谱带数的 22.22%, 这 10条谱带虽然有 3 条在某些居群的部分个体中没有表现 , 但从总体水平
看 , 这些谱带的分布较普遍 , 而且酶谱均较浓 , 较明显 , 因而 , 这 10条谱带应该都为该植物的特征谱带 ,
这表明生长在不同小生境中的缙云黄芩保持着一定的遗传一致性(genetic identity).其他 35条谱带(占总谱
带数的77.78%)在不同居群之间存在着或多或少的差异.其中有 8条分别为某一特定居群所特有 , 占总数
的17.78%.居群 VI表现最为突出 , 共有 4条特有谱带.由此可见 , 由于空间的隔离 , 限制了居群间个体
的相互基因交流 , 在进化中那些适应了新的环境的遗传变异得以保存下来 , 致使居群间在酶谱上愈来愈发
生分化 , 形成了较高水平的居群特有谱带[ 9] .但在居群内部 , 酶谱带却保持较高水平的一致性.
对5种酶系统的二态数据矩阵的 Jaccard结合系数用不加权组平均法(UPGMA)聚类的结果(图 1)可以看
出 , 从 Jaccard结合系数 0.6处可将 70个个体划分为 6个(A-F)酶谱表征群(isozyme phenon), 在这 6个酶
谱表征群中 , A-Jac-0.6表征群包含了居群 Ⅰ和居群Ⅱ的全部 20个个体 , 其余 5个表征群恰好每个表征
群分别代表1个居群.它们分别为:B-Jac-0.6表征群代表居群Ⅴ, C-Jac-0.6表征群代表居群Ⅳ, D
-Jac-0.6表征群代表居群 Ⅶ , E-Jac-0.6表征群代表居群 Ⅲ , F -Jac-0.6表征群代表居群 Ⅵ .虽然A
-Jac-0.6表征群包括了居群Ⅰ和居群Ⅱ两个居群的个体 , 但如果进一步从 Jaccard结合系数 0.68处划分 ,
则可将70个个体划分为 8个(a-h)酶谱亚表征群.A-Jac-0.6表征群被化分为 a-Jac-0.68和 b-Jac-
0.68 2个酶谱亚表征群 , 恰好分别代表居群 Ⅰ和居群Ⅱ , 每个居群的个体分别各自聚为一类.而 F-Jac-
0.6表征群被化分为 g-Jac-0.68和 h-Jac-0.68 2个酶谱亚表征群 , 其余4个亚表征群(c-f)分别和 4个
表征群(B-E)对应 , 也刚好各自代表 1个居群.即从 Jaccard结合系数 0.68处划分 , 除居群 Ⅶ 被化分为 2
个亚表征群以外 , 其它 6个居群恰好每个居群的所有个体归为 1个亚表征群.
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图 1　缙云黄芩等位酶二态数据矩阵 Jaccard结合系数的 UPGMA聚类图
Fig.1　The Dendrogram of Jaccard Association Coefficients Clustered By UPGMA
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　　采用Sokal-Michener(SM)结合系数和不加权组平均法(UPGMA)聚类的结果(图 2)可以看出 , 从 Sokal-
Michener(SM)结合系数0.72处可将 70个个体划分为 5个(A-E)酶谱表征群(isozyme phenon), 在这 5个酶
谱表征群中 , A-SM-0.72表征群包含了居群 Ⅰ 、 居群Ⅱ和居群 Ⅶ 的全部 30个个体 , 其余 4个表征群恰
好每个表征群分别代表 1个居群.它们分别为:B-SM-0.72表征群代表居群Ⅴ , C-SM-0.72表征群代
表居群Ⅲ , D-SM-0.72表征群代表居群Ⅳ, E-SM-0.72表征群代表居群 Ⅵ ;从 Sokal-Michener结合系
数0.79处划分 , 则可划分为 7个(a-g)酶谱亚表征群.A-SM-0.72表征群被化分为 a-SM-0.79和 b-
SM-0.79 2个酶谱亚表征群 , E-SM-0.72表征群被化分为 f-SM-0.79和 g-SM-0.79 2个酶谱亚表征
群.居群Ⅰ和居群Ⅱ2个居群的所有 20个个体共同构成 a-SM-0.79亚表征群.居群 Ⅵ则被化分为 f-SM
-0.79和 g-SM-0.79 2个酶谱亚表征群 , 其余 4个居群恰好每个居群的 10个个体化归为 1个亚表征群.
它们分别为:居群 Ⅶ 属于 b-SM-0.79亚表征群 , 居群Ⅴ属于 c-SM-0.79亚表征群 , 居群 Ⅲ 属于 d-
SM-0.79亚表征群 , 居群Ⅳ属于 e-SM-0.79亚表征群.虽然 a-SM-0.79 亚表征群包括了居群 Ⅰ和居
群Ⅱ2个居群的所有 20个个体 , 但如果进一步划分 , 则每个居群的个体分别各自聚为一类.
图 2　缙云黄芩等位酶二态数据矩阵 Sokal-Michener结合系数的UPGMA聚类图
Fig.2　The Dendrogram of Sokal-Michener Association Coefficients Clustered By UPGMA
综上所述 , 来自同一居群的缙云黄芩个体在 PER , CYT , SOD , AMY和 ES 5种等位酶谱上表现出很大
的相似性 , 说明居群内个体间具有较大的遗传同质性 , 而来源于不同居群的个体却在酶谱上表现出明显的
趋异性和遗传差异性.这与该物种的分布模式和生殖特性有关 , 缙云黄芩的这种间断式 “岛屿” 状分布 ,
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而且居群对空间的占有非常狭窄 , 空间隔离限制了居群间个体的相互基因交流 , 在长期的进化过程中那些
适应了新生境的遗传变异体在居群内得以保存下来 , 致使居群间发生了较高水平的酶谱差异性和遗传分
化.而在居群内部 , 个体虽然能够正常开花传粉 , 但由于缙云黄芩较普遍地进行无性繁殖 , 居群内个体间
通过异花传粉形成的基因多样性相对较异花传粉的 、 能随机交配的物种少 , 从而导致居群内在遗传上保持
较高水平的同质性.
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Studies on Allozymic Differention of Scutellaria Tsinyunensis
Which is Endemic to Mt.Jingyun of Chongqing
LIN Chang-song1 , 　HE　Ping2 , 　DENG Hong-ping2
1.Liupanshui Teachers College of Gui Zhu Province , Liupanshui 553004 , China ;
2.School of Life Science , Southwest China Nomal University , Chongqing 400715 , China
Abstract:The Peroxidase(PER), Cytochrome oxidase(CYT), Superxide dismutase(SOD), Amylase(AMY)and Esterase
(ES) of 70 individuals from 7 small populations of Scutellaria tsinyunensis , which is endemic to Mt.Jingyun of
Chongqing , were investigated using the techniques of Polyacrylamide gel electrophoresis.The bands of the allozymes are
scored to construct the two_state data matrix which is calculated by the Jaccard and Sokal-Michener association coeffi-
cients clustered by UPGMA.The analysis of the allozyme band distribution types among 7 populations reveal that only 15.
56% allozyme bands are permanent to all the individuals and the other 84.44% allozyme bands show more or less varia-
tion among individuals.However , only 22.22% allozyme bands are permanent to populations and the other 77.78% al-
lozyme bands differentiated among populations.The clustering analysis indicate that individuals from the same populatu-
ions maintain high genetic identity ,while individuals from the different populations show clear genetic difference.It can be
inferred that there exits high genetic differentiation in S.tsinyunensis on allozyme level.
Key words:scutellaria tsinyunensis;allozyme variation;clustering analisis;genetic difterentiation
责任编辑　汤兴华　　　　
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