全 文 ：doi:10.3969/ j.issn.1002-7351.2009.02.009
不同盐度梯度下一年蓬的遗传多样性
和遗传分化
倪福明 ,李钧敏 ,吴建江 ,王冬旭 ,李建辉
(台州学院生命科学学院 ,浙江 临海 317000)
摘要:利用 RAPD技术对 3 个不同盐度梯度下入侵杂草一年蓬的遗传多样性和遗传分化进行了研究。结果表明 , 12 个随
机引物在 90 株个体中共检测到 187 个可重复位点 ,其中多态位点 158 个 ,总多态位点百分率为84.49%, 3 个种群平均多态
位点百分率为 70.77%。采用 Shannon信息指数计算的 3 个种群总的遗传多样性为 0.4522 , 平均为 0.4027;采用 Nei指数
计算的 3个种群总的基因多样性为 0.3042 ,平均为 0.2746。 3 个种群的多态位点百分率 、Shannon 信息指数 、Nei指数大小
顺序均为 P2>P1>P3。 AMOVA分子变异显示 , 88.54%变异来源于种群内 , 11.46%变异来源于种群间。一年蓬高的遗传
多样性与低的遗传分化与其生物学特性有关 , 是其广泛入侵的重要原因。
关键词:一年蓬;盐度梯度;RAPD;遗传多样性;遗传分化
中图分类号:Q943　　　文献标识码:A　　　文章编号:1002-7351(2009)02-0044-04
Genetic Diversity and Differentiation of Erigeron annuns in Different Sal inity Gradients
NI Fu-ming , LI Jun-min ,WU Jian-jiang ,WANG Dong-xu, LI Jian-hui
(College of Lif e Science , Taizhou Univerity , Linhai 317000 , Zhejiang , China)
Abstract:Genetic diversity and differentiation of Erigeron annuns in three different salinity g radients were analy zed using r andom
amplified polymorphic DNA (RAPD)technique.The results showed that 187 repetitiv e lo ci w ere produced in 90 individuals using
12 random primers , among which 158 loci were polymorphic and the to tal percentage of polymo rphic loci w ere 84.49% with an av-
erage of 70.77%.Estimated by Shannon informative index , the genetic diversity was 0.4522 with an average of 0.4027.Estimated
by NEI index , the total gene div er sity w as 0.3042 with an average of 0.2746.The percentage of polymorphic loci , Shannon infor-
mative index and Nei index all ranked in the decreased order:P2>P1>P3.Analy sis of mo lecular variance showed that 88.54% of
v ariance ex isted within populations w hile 11.46% of variance existed among populations.High genetic diversity and low genetic dif-
ferentiation might be due to the biological characteristics of Erigeron annuns , which might be the main reason for the wide invasion.
Key words:Erigeron annuns;salinity gradient;RAPD;genetic diversity ;genetic differentiation
　　一年蓬(Erigeron annuns)为菊科(Compositae)飞蓬属(Erigeron)1年生或 2年生草本植物。一年蓬
属于区域性恶性杂草 ,原产北美洲[ 1] 。目前 ,一年蓬广泛分布于全国各地 ,特别是在东南沿海地区有暴发
蔓延的趋势。一年蓬喜生肥沃向阳的土壤 ,在贫瘠的土壤上亦能生长 ,现已广泛入侵果园 、苗圃和农田 ,形
成单优势种群 ,造成危害。一年蓬的种子体积细小且数量众多 ,质量轻且具冠毛 ,易随风传播[ 2] ,导致了
一年蓬较其它植物具有适应能力强 、生态适应范围广泛等特点。在浙江玉环县的围垦滩涂上 ,一年蓬也广
泛入侵形成了优势种群。关于一年蓬的研究不多 ,仅见其化学成分与化感作用的研究。
随机扩增多态 DNA (RAPD)分子标记技术由于其具有简便 、快速 、经济 、DNA 用量少 、多态性好等特
点 ,被广泛应用于植物遗传多样性和遗传结构的研究中[ 3-5] 。最近研究表明 , RAPD与 AFLP 一样可以作
为可靠的分子标记使用[ 6] 。本文采用分子标记技术分析一年蓬在不同盐度梯度滩涂上的遗传多样性与
遗传分化 ,旨在探讨一年蓬在滩涂上的生态适应能力的分子机理 ,同时也为一年蓬的防治提供理论依据 。
　收稿日期:2008-09-31;修回日期:2008-11-23
　基金项目:浙江省自然科学基金项目(Y505331)
　作者简介:倪福明(1984-), 男 ,浙江桐乡人 , 台州学院在读本科生 ,从事植物遗传多样性的研究。
　通讯作者:李钧敏 , 浙江临海人 ,从事植物分子生态学研究 , Email:lijm@tzc.edu.cn。
第 36 卷 第 2 期
2 0 0 9 年 6 月
福 建 林 业 科 技
Jour of Fujian Forestry Sci and Tech
Vol.36　No.2
Jun., 2 0 0 9
1　材料与方法
1.1　样品采集与处理
于 2007年 7月 ,在浙江玉环县西北部乐清湾内漩门二期蓄淡围垦滩涂上 ,根据距海塘不同距离设立
3个样地 ,采集 3个一年蓬种群 ,每一种群取 30个成熟植株 ,相邻植株间的距离在 10 m 以上 ,于 4℃条件
下带回实验室 ,洗净 ,晾干 , -70℃低温冰箱保存 ,供提取 DNA 。同时每个样地采集 3份 0 ～ 15 cm 土壤 ,
带回实验室 ,采用称重法测定土壤含盐量。3个样地的基本情况如表 1所示 。
表 1　3个一年蓬种群的基本情况
居群 距离海塘/ m 地理位置 围塘时间/ a 土壤含盐量/g·kg-1
P1 10 28°14′N 、121°12′E 6 8.4821
P2 1570 28°15′N、121°13E 15 2.8940
P3 2960 28°14′N 、121°15′E 27 2.6989
1.2　DNA 的提取与定量
DNA的提取采用改进的 SDS 法[ 7] 。经 0.8%琼脂糖凝胶电泳分析 ,用 GIS凝胶成像分析系统(上海
天能科技服务公司)拍照定量 , -20℃保存备用。
1.3　PCR扩增与产物鉴定
随机引物购自上海 Sangon公司 ,经优化的扩增反应条件为:10 μL PCR反应体积 ,1 ×Taq酶配套缓
冲液(10 mmol·L-1 Tris·HCl , pH 9.0 , 50 mmol·L-1 KCl , 0.1% Triton X -100), 0.15 mmol·L-1 4 ×
dNTP ,0.75 U Taq酶(上海华美公司), 10 ng 模板 DNA , 3.6 pmol引物(上海 Sangon 公司), 1 μg·μL-1
BSA 。对照加入除模板 DNA外的以上各成分 ,用双蒸水代替总 DNA。经优化的 PCR扩增程序为:94 ℃
预变性 5 min;94℃变性 1 min ,40 ℃退火1 min ,72℃延伸 1.5 min ,共 35个循环;72 ℃完全延伸 5 min。所
有反应在美国 Thermo 公司生产的 P×2热循环仪中进行。扩增产物在 1.6%的琼脂糖凝胶(含 0.5 μg·
mL-1溴化乙锭)中电泳 ,电泳缓冲液为 0.5×TBE ,用 GIS 凝胶成像分析系统(上海天能科技服务公司)拍
照保存。
1.4　数据处理
用λDNA/ EcoR Ⅰ +Hind Ⅲ分子量标准参照做分子量标记 ,对照反应产物在凝胶上的相应位置 ,按
扩增有无记录电泳带谱 ,有带记为“1” ,无带记为“0” ,得到 RAPD 表型数据矩阵 。将矩阵输入 POPGENE
32软件进行分析 ,计算多态位点百分率 、Shannon 信息指数 、Nei指数 、遗传分化系数(Gst)、种群间的遗传
相似度和遗传距离 ,由 Gst值估算基因流(N m)的大小。根据种群间的遗传距离 ,通过算术平均数的非加
权成组配对法(unweighted pair g roup method with arithmeticmean , UPGMA)进行聚类分析 。同时采用
AMOVA (analy sis of molecular variance ,AMOVA 1.55)软件分析遗传变异在种群内和种群间的分布。
2　结果与分析
2.1　一年蓬种群的遗传多样性
从 100多个引物中共筛选出扩增条带清晰 、重复性好的 12个随机引物(表 2)作为正式 RAPD引物 ,
对3个一年蓬种群共 90株个体的 DNA 样品进行 RAPD分析 。其中引物S85的扩增结果如图1所示。12
个引物共检测到 187个可重复的位点 ,其中多态位点有 158 个 ,总多态位点百分率为 84.49 %(表 3)。3
个一年蓬种群的多态位点百分率为 67.38 %～ 75.94%,平均为 70.77%,以 P2种群最高 ,P1种群次之 ,P3
种群最低 。
·45·第 2 期 倪福明 , 等:不同盐度梯度下一年蓬的遗传多样性和遗传分化
表 2　RAPD分析用的 12 个随机引物序列
引物 序列 引物 序列 引物 序列
S36 AGCCAGCGAA S99 GGCTCATGTG S306 ACGCCAGAGG
S68 TGGACCGGTG S161 ACCTGGACAC S312 TCGCCAGCCA
S85 CTGAGACGGA S213 AGGACGGCCA S344 CCGAACACGG
S93 CTCTCCGCCA S303 TGGCGCAGTG S370 GTGCAACGTG
图 1　一年蓬 P1种群的 RAPD扩增结果(引物 S85)
M 为λDNA/ EcoR Ⅰ +Hind Ⅲ分子量参照物;1～ 24为个体 1～ 24。
表 3　3 个一年蓬种群的遗传多样性
居群 样本数 多态位点数 多态位点百分率/ % Shannon 信息指数 Nei基因多样性
P1 30 129 68.98 0.3953 0.2707
P2 30 142 75.94 0.4241 0.2873
P3 30 126 67.38 0.3887 0.2658
总体 90 158 84.49 0.4522 0.3042
2.2　一年蓬种群的遗传分化
由Shannon信息指数计算的种群内和种群间的遗传变异见表 4 ,在总遗传变异中 , 89.05%存在于种
群内 , 10.95%存在于种群间。种群间的遗传分化系数(Gst)为 0.0973。由 Gst估算的种群间基因流(Nm)
为 3.3373。AMOVA分析结果显示(表 5),在总的遗传变异中 ,11.46%的变异发生在种群间 , 88.54%的
变异发生在种群内 ,种群间和种群内变异均极显著(Υst =0.1146 , P <0.001)。以上几个指标均显示东
南石栎种群内 、种群间均产生遗传变异 ,但主要遗传变异存在于种群内。
表 4　3个一年蓬种群的遗传分化
Shannon 信息指数 Nei指数
种群内遗传多样性 , Hpop 0.4027 种群内的基因多样性 , HS 0.2746
种群总的遗传多样性 , H sp 0.4522 种群总的基因多样性 , H T 0.3042
种群内遗传多样性所占比率 , Hpop/ H sp 0.8905 种群内基因多样性所占比率 , HS/ HT 0.9027
种群间遗传多样性所占比率 ,(H sp-Hpop)/ H sp 0.1095 遗传分化系数 , G st 0.0973
基因流 , Nm 3.3373
表 5　一年蓬种群内和种群间分子变异的 AMOVA分析
变异来源 自由度 总方差 平均方差 变异组分 变异百分率/ % 显著度
种群间 2 205.7556 102.878 2.7271 11.46 <0.0010
种群内 87 1832.5667 21.064 21.0640 88.54 <0.0010
·46· 福 建 林 业 科 技 第 36 卷
2.3　一年蓬种群的遗传距离
通过 POPGENE 32软件计算东南石栎种群间
的遗传相似度和遗传距离(表 6)。3 个一年蓬种
群间的遗传相似度为 0.9348 ～ 0.9449 , 平均为
0.9388。其中 P2种群与 P3种群的遗传相似度最
高;P1种群与 P3种群最低。种群间的遗传距离为
表 6　3 个一年蓬种群间的遗传相似度与遗传距离
种群 P1 P2 P3
P1 - 0.9367 0.9348
P2 0.0654 - 0.9449
P3 0.0675 0.0566 -
＊:对角线上方为 Nei遗传相似度 ,对角线下方为遗传距离。
图 2　3个一年蓬种群间的聚类分析
0.0566 ～ 0.0675 ,平均为 0.0632。根据种群间的遗
传距离 ,通过 UPGMA 进行聚类分析(图 2), P2种
群与 P3种群之间的遗传距离较小 ,先聚在一起 ,再
与 P3种群聚合 。
3　结论与讨论
本研究采用 RAPD分子标记技术发现了一年
蓬具有较高的遗传多样性:3个不同盐度平均多态位点百分率为70.77 % ,总多态位点百分率为 84.49%,
Shannon信息指数计算的 3个种群总的遗传多样性为 0.4522 ,平均为 0.4027 ,Nei指数计算的 3个种群总
的基因多样性为 0.3042 ,平均为 0.2746。这与其它入侵植物的研究结果较为接近 ,如紫茎泽兰(Euatori-
um adenophorum)[ 8] 、薇甘菊(Mikania micrantha)[ 9] 、葱芥(A lliaria petiolata)[ 10]和鸭舌草(Monochoria
vaginalis)[ 11]等入侵植物均具有较高的遗传多样性 。但也有例外 ,如早雀麦(Brmus tectorum)[ 12] 、香泽兰
(Chromolaena odorata)[ 13]和水葫芦(Eichhornia crassipes)[ 14]的遗传多样性很低。不同入侵植物具有不
同的遗传多样性 ,可能与其起源特点及生物学特性有关。一年蓬为菊科植物 ,具有较强的有性繁殖能力 ,
且种子细小 ,数量多且轻 ,易传播 ,对环境的适应能力强 ,生态适应范围广 ,因此具有较高的遗传多样性。
3个一年蓬种群的多态位点百分率 、Shannon信息指数和 Nei指数均表现为 P2种群最大 , P1种群次
之 ,P3种群最小。与 P1种群相比 ,P2种群的围塘时间较长 ,土壤盐度较低 ,一年蓬入侵较久 ,形成的种群
较大 ,个体数量较多 ,种群的遗传多样性也较高;但 P3 种群的围塘时间最长 ,遗传多样性却最低 ,究其原
因 ,可能与 P3种群虽然围塘时间最久 ,但是后期盐碱滩涂的盐度的变化并不大 ,与 P2种群的土壤含盐量
相异不大(表 1),对一年蓬的定居仍具有一定的限制 。但由于 P3种群开发的时间也最久 ,大多数样地均
被周围居住的农民开发成鱼塘发展养殖业 ,人为破坏较为严重 ,因此导致一年蓬种群的遗传多样性显著性
下降 。
3个不同盐度梯度的一年蓬种群间的分化程度很低 ,遗传分化系数 Gst为 0.0973。AMOVA 分析结
果显示 ,总的遗传多样性有 88.54%存在于种群内 ,11.46 %存在于种群间。结果表明 ,一年蓬种群大部分
变异存在于种群内 ,种群间存在着强烈基因流(N m =3.3373)。杂草的遗传多样性的高低反映了物种对外
界环境适应能力的强弱[ 15] 。一年蓬的生物学特性决定了其具有高的遗传多样性与低的遗传分化 ,这表明
一年蓬在盐碱地上也具有很强的适应能力 ,这也是一年蓬广泛入侵的重要原因 。
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·47·第 2 期 倪福明 , 等:不同盐度梯度下一年蓬的遗传多样性和遗传分化
17.68%;地下芽占 14.14%,以蕨类植物为主。群落物种多样性指数以草本层与灌木层较高 ,乔木层与层
外层物种多样性指数较低 。
野外调查结果表明:闽江源国家级自然保护区长柄石杉多分布在山的北坡 ,海拔 560 ～ 1 650 m 均有
分布 ,但在海拔 650 ～ 950 m范围内分布量较大 ,多以单株星散分布为主 ,团块分布偶见于海拔 650 ～ 800
m左右 ,腐殖质丰富 、郁闭度 、空气湿度均较适合的适生环境 ,这与张君诚等的报道一致[ 5] ,此数值可为人
工栽培选择适生环境提供参考 。由于石杉类植物属古老的蕨类植物类群 ,对生长环境要求苛刻 ,现今环境
的变化与森林面积的持续缩减已对其生存构成了严重威胁 ,人工栽培成为该植物资源合理保护 、开发和利
用的重要途径。长柄石杉的人工栽培除了要考虑海拔 、坡向 、坡度 、湿度 、土壤等非生物因素外 ,还需关注
其生物环境 ,栽培地需保持一定的物种多样性和适合的群落结构 ,模拟其自然的适生环境 ,以提高长柄石
杉人工栽培的成活率和产量。长柄石杉群落植物组成中 ,有不少物种属于药用植物 ,从经济效益考虑 ,可
选择套种 、间种部分彼此为正联结关系的药用植物 ,以实现经济效益的最大化。有关长柄石杉群落物种关
联性状况有待作进一步的研究 。
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·92· 福 建 林 业 科 技 第 36 卷