全 文 ：. 收稿日期:2006-03-30
作者简介:胡金蓉(1982-)女 ,在读硕士研究生 ,主要从事植物生态与系统分类学研究;
通讯作者:周守标 ,教授 ,博士生导师 , E-mail:zhoushoubiao@vip.163.com。
基金项目:安徽省自然科学基金(NO.00042415)和安徽省重要生物资源保护与利用重点实验室基金(2004sys003)以及安徽省高等学校
学科拔尖人才基金资助
山罗花和天柱山罗花四个居群的数值分析
胡金蓉 ,陈乃东 ,周守标 ,王贵军 ,罗 琦
(安徽师范大学生命科学学院 重要生物资源保护与利用安徽省重点实验室 ,芜湖 241000)
摘 要:对山罗花和天柱山罗花的 4个居群的 15项形态特征进行了数值分析。结果表明:形态性状在 4个居群间
均存在一定程度的变异 , 居群间变异系数的平均值从小到大排列为:天柱山居群 (天柱山罗花)、天柱山居群(山罗
花)、黄山居群(山罗花)、鹞落坪居群(山罗花);天柱山罗花与山罗花种间的形态差异已达到极显著水平 , 山罗花的
3个居群间部分性状也具有极显著的形态差异;以形态特征为基础的 Q-聚类分析可以把天柱山罗花和山罗花聚
为两类 , 但山罗花(天柱山居群)和其他 2个居群在较远处聚在一起 , R-聚类分析发现了强正相关关系 、弱正相关
关系 、弱负相关关系的性状。
关键词:山罗花;天柱山罗花;居群;数值分析
中图分类号:Q948 文献标识码:A 文章编号:1008-9632(2007)04-0049-03
数值分析在植物分类及形态变异方面的意义正逐
步受到重视 ,不少研究揭示数值分析在探讨科 、种的分
类问题及形态性状的变异特征等方面具有重要的意
义 [ 1, 4] 。山罗花和天柱山罗花隶属于玄参科(Scrophu-
lariaceae)山罗花属 (MelampyrumL.)。山罗花属植物
形态变异较大 ,尤其山罗花在叶形 、苞叶边缘的齿形等
方面均存在较大的变异 ,但该属的研究资料甚少 ,国内
只对山罗花进行了生药显微鉴定 [ 5] 。本研究对山罗花
和天柱山罗花四个居群的形态特征进行观测 ,试图揭
示种间 、不同居群间 、居群内形态性状变异特征及其不
同居群间的相似关系 ,以期为探讨种类划分 、种间变异
提供基础资料。
1 材料与方法
1.1 材料采集
表 1 收集样品的基本情况
Table1Basicinformationofcolectedsamples
编号
Code
居群
Population
种名
Species
采集地
Locations
海拔
Altitude
采样地生境
Habitat
1 天柱山居群 天柱山罗花Melampyrumaphraditis天柱山 1250～ 1300 路边及林下
2 黄山居群 山罗花 黄山 1100～ 1400 路边及林下
3 鹞落坪居群 Melampyrumroseum 鹞落坪 800 ～ 1050 路边及林下
4 天柱山居群 天柱山 900 ～ 1100 路边及林下
2005年 7 ～ 10月 ,在黄山 、鹞落坪 、天柱山 3地采
集了山罗花和天柱山罗花 4个自然居群。每个居群取
50个左右个体。各居群采集地及其地理资料如表 1
所示。
1.2 形态特征的测量与记录
共测量记录 15项形态指标。用直尺测量以下指
标:株高 、叶长 、叶宽 ,并计算叶形系数 (叶长 /叶宽)。
用游标卡尺测量叶柄长 、花萼长 、花冠长 、花冠筒长 、花
冠檐长 、种子长 、种子宽 ,并计算筒长 /檐长 、种形系数
(种子长 /种子宽)。记录苞叶边缘的齿 (有为 1,无为
0),花冠颜色(紫红色为 1,白色为 0)。
1.3 数据处理
对获得的数据用 SPSS11.0进行统计分析。以变
异系数作为居群内各形态特征变异度的测度;用单因
素方差分析测定居群间及种间的形态差异;用聚类分
析测度居群及种间的形态分化度及性状的相关程度。
2 结果与分析
2.1 居群内形态变异
不同居群形态指标的变异系数见表 2
由表 2可知:(1)同一居群内部 ,形态性状的变异
系数值不等。以居群 1为例 , 13个性状的 CV值差异
很大 ,其中叶宽的变异程度最大 ,其 CV值为 0.338,而
变异程度最小的性状是种子长 ,其 CV值为 0.064;(2)
同一性状的变异系数值在不同居群内也存在一定程度
的差异。以叶柄长为例 ,其变异系数在居群 3中最大 ,
为 0.359,在居群 1中最小 ,为 0.203;(3)在各居群中 ,
13个性状的平均变异系数为 0.149 ～ 0.176,从大到小
49
第 24卷第 4期
2007年 8月
生 物 学 杂 志
JOURNALOFBIOLOGY
Vol.24 No.4
Aug, 2007
依次为居群 1(0.149)、居群 4(0.162)、居群 2(0.169)、居群 3(0.176)。
表 2不同居群形态指标的变异系数
Table2TheCVofmorphologicalcharacterswithinpopulations
居群
编号 株高 叶长 叶宽
叶形
系数
叶柄
长
花萼
长
花冠
长
花冠
筒长
花冠
檐长
筒长 /
檐长
种子
长
种子
宽
种形
系数
居群内
平均
1 0.198 0.268 0.338 0.229 0.203 0.124 0.072 0.082 0.089 0.075 0.064 0.106 0.086 0.149
2 0.206 0.282 0.348 0.166 0.315 0.138 0.077 0.127 0.134 0.131 0.081 0.123 0.087 0.170
3 0.213 0.334 0.349 0.167 0.359 0.139 0.086 0.131 0.138 0.117 0.066 0.107 0.088 0.176
4 0.218 0.310 0.287 0.181 0.333 0.120 0.077 0.109 0.097 0.126 0.065 0.106 0.086 0.162
平均 0.209 0.299 0.331 0.186 0.303 0.130 0.078 0.112 0.115 0.112 0.069 0.110 0.087 0.165
表 3 单因素方差分析 F-检验(山罗花和天柱山罗花)
Table3F-testofone-factoranalysisofvariance(M.roseumandM.aphraditis)
株高 叶长 叶宽 叶形系数
叶柄
长
花萼
长
花冠
长
花冠
筒长
花冠
檐长
筒长 /
檐长
种子
长
种子
宽
种形
系数
F 19.995 28.964 25.368 59.848 74.853 74.853 100.124 66.300 26.777 15.082 0.973 0.100 0.496
p 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.409 0.960 0.685
表 4 单因素方差分析 F-检验(山罗花居群间)
Table4F-testofone-factoranalysisofvariance(populationsofM.roseum)
株高 叶长 叶宽 叶形系数
叶柄
长
花萼
长
花冠
长
花冠
筒长
花冠
檐长
筒长 /
檐长
种子
长
种子
宽
种形
系数
F 14.078 9.021 22.583 85.985 1.839 1.199 0.344 1.154 3.185 0.130 1.058 0.353 0.160
p 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.000＊＊ 0.165 0.306 0.711 0.323 0.049＊ 0.878 0.098 0.907 0.852
2.2 居群间及种间的形态差异
F-检验表明(表 3),测定的 13个形态指标中 ,有
10个性状在种间的差异达极显著水平(p<0.01)。通
过 F-值的比较 ,可以发现 13个形态指标在种间的差
异依次为:花冠长 、叶柄长 、花萼长 、花冠筒长 、叶形系
数 、叶长 、花冠檐长 、叶宽 、株高 、筒长 /檐长 、种子长 、种
形系数 、种子宽。两种植物不仅营养器官形态特征差
异程度较大 ,生殖器官(除种子特征值外)差异也达显
著水平。
F-检验表明(表 4),测定的 13个形态指标中花
冠长 、花冠筒长 、筒长 /檐长 、种子宽等在山罗花居群间
差异不显著 ,花冠檐长差异显著 (p<0.05),株高 、叶
长 、叶宽 、叶形系数在居群间差异达极显著(p<0.01)。
研究发现 ,营养器官在居群间的差异程度达显著水平 ,
而生殖器官在居群间的差异程度较小 ,这可能与营养
器官的性状特征变异受外界环境影响较大 ,而生殖器
官主要由内部遗传因素控制有关。
2.3 聚类分析
2.3.1 Q-分析的结果
基于 15个形态性状特征值 ,对山罗花和天柱山罗
花四个居群进行聚类分析 ,得到聚类图 1。结果显示:
(1)当欧式距离平方为 13时 ,四个居群形成两个聚类
群;一类包括居群 1,另一类包括为 2, 3, 4三个居群。
聚类的结果很清晰的将山罗花和天柱山罗花两个种区
分开来。 (2)欧式距离平方为 10时 ,形成三个聚类群。
从图 1可以看出 ,居群 2和居群 3在最短的截取值处
首先聚在一起 ,说明山罗花的 15个形态特征在这两个
居群间的分化不明显;相对居群 3而言 ,居群 4与居群
2的空间距离更近 ,可却较远的聚在一起。这一结果
表明 ,在一定的距离范围内 ,种间的形态分化可能与地
理距离远近不呈相关性。
图 1 Q-分析结果
Fig1ResultofQ-analysis
1.天柱山居群(天柱山罗花);2.黄山居群(山罗花);
3.鹞落坪居群(山罗花);4.天柱山居群(山罗花)
2.3.2 R-分析的结果
基于 15个形态性状特征值 ,根据相关程度得到聚
类图 2。结果显示:(1)强正相关关系的性状:苞叶边
缘的齿的有无和花冠的颜色;花萼的长度和花冠筒部
的长度;叶长和叶柄长等性状之间存在极大的正相关。
性状的强正相关说明 ,这些两两性状之间可能是朝着
同一适应方向进行演化的。 (2)弱正相关关系的性
状:株高和种子长 ,叶长宽比和株高等性状之间存在较
低的相关。张守栋等 [ 1]认为这些性状在适应演化上还
没有对物种的生存造成特别大的影响 ,但这些性状可
能会在以后的演化中起作用。 (3)弱负相关关系的性
50
第 24卷第 4期
2007年 8月
生 物 学 杂 志
JOURNALOFBIOLOGY
Vol.24 No.4
Aug, 2007
状:株高和种子宽。性状的弱负相关说明 ,这两个性状
可能朝着不同的适应方向进行演化的。
图 2 R-分析结果
Fig2ResultofR-analysis
3 讨论
数值分析具有一定的分类学意义。繁缕和无瓣繁
缕的数值分析将两种分类地位存在争议的种区分开 [ 1] ;
大戟科植物通过表征聚类的结果 ,给出了较为客观的
科 、种划分 [ 2] 。天柱山罗花是周守标等 [ 6]发现的一新
种。本研究表明:(1)从变异系数看 ,天柱山罗花的总平
均变异系数均小于山罗花的 3个居群;(2)从单因素方
差分析看 ,测定的 13个形态指标中 ,有 10个性状在两者
间的差异达极显著水平(p<0.01),不仅营养器官有很
大的差异 ,生殖器官的差异程度也较大;(3)从 Q-聚类
分析看 ,用一条结合线可以把天柱山罗花和山罗花划分
开来。研究结果进一步支持新种的成立。因此 ,我们认
为数值分析可为分类提供一定的依据。
变异是生物界基本特征之一 ,对形态性状变异的
度量 、描述和分析是探讨进化问题的基础 [ 7] ;形态性状
既具有变异性又具有稳定性 ,受其本身的遗传组成和
所处生态环境两方面影响 [ 8] 。山罗花是一个分布较
广 、变异很大的种。对于一个广布种而言 ,居群分化与
地理分布有关;据同工酶资料表明 ,广布种往往含有明
显遗传差异 [ 9, 10] ;但同时植物存在巨大的表型可塑性 ,
即物种改变表型以适应环境变化的能力同时又是植物
适应生境时间异质性的一种重要机制。由表 1可知 ,
黄山居群和鹞落坪居群 、天柱山居群 (山罗花)地理分
布 、海拔高度等都有差别 ,根据图 1,可以看出前两者
在最短的截取值处就聚在一起 ,而与后者在较远处聚
类 ,说明其形态差异可能是各种环境因子和内部遗传
因素综合作用的结果。这将有待进一步研究。
性状间的相关关系及其意义。由图 2可知 ,苞叶
边缘齿的有无和花冠的颜色;花萼的长度和花冠筒部
的长度;花萼长和花冠长等呈强相关关系 ,且在极近处
聚在一起。说明天柱山罗花和山罗花的祖先在向这两
个分类群演化时 ,上述性状可能与之一过程密切相关。
叶长宽比和株高呈弱正相关关系 ,但在种间及居群间
的差异均达到极显著水平 (p<0.01)。说明这两个性
状尽管不稳定易受环境等影响 ,但在演化过程中可能
起着积极的意义。
参考文献:
[ 1]张守栋 , 王庆亚 , 顾德兴 .繁缕和无瓣繁缕六个居群的
数值分析 [ J] .云南植物研究 , 2002, 24 (2):185 ～ 190.
[ 2]徐增莱 , 余伯阳 , 徐珞珊 .大戟科植物分类的数值分析
[ J] .热带亚热带植物学报 , 2004, 12(5):399 ～ 404.
[ 3]张淑萍 , 王仁卿 , 等 .黄河下游湿地芦苇形态变异研究
[ J] .植物生态学报 , 2003, 27(1):78 ～ 85.
[ 4]李 珊 , 蔡宇良 , 等 .云南金钱槭形态变异与遗传变异
的相关性研究 [ J] .生态学报 , 2004, 24(5):925 ～ 929.
[ 5]王 冰 , 张一楠 ,等 .山罗花的显微鉴定 [ J] .时珍国医
国药 , 2000, 11(3):221 ～ 222.
[ 6]周守标 , 郭新弧 ,邵剑文 .山罗花属(玄参科)一新种 [ J]
.植物研究 , 2003, 23(3):263 ～ 265.
[ 7]葛 颂 , 洪德元 .泡沙复合体的物种生物学研究 Ⅲ性状
的遗传变异及其分类价值 [ J] .植物分类学报 , 1995, 33
(5):433 ～ 443.
[ 8]杨 继 .植物种内形态变异的机制及其研究方法 [ J] .
武汉植物学报 , 1991, 9(2):185 ～ 195.
[ 9]陈灵芝 , 主编 .中国的生物多样性(第 1版)[ M].北京:
科学出版社 , 1993.99.
[ 10]杨家宽 , 杨 继 , 主编 .植物进化生物学 (第 1版)
[ M] .武汉:武汉植物学出版社 , 1994.153.
NumericalanalysisoffourpopulationsofMelampyrum
roseumandMelampyrumaphraditis
HUJin-rong, CHENNai-dong, ZHOUShou-biao, WANGGui-jun, LUOQi
(KeyLabofBiologicalResourcesConservationandUtilizationofAnhuiProvince,
ColegeofLifeScience, AnhuiNormalUniversity, Wuhu241000, China)
Abstract:FourpopulationsofM.roseumandM.aphraditisandtheir15morphologicalcharacterswerestud-
iedbynumericalanalysis.Theresultsshowedthat:(1)Themorphologicalcharactersshowedcertainvariationwith-
in4 populations, theorderofthevariationlevelofthemwasinturnTianzhushan(M.aphraditis) (下转 44页)
51
第 24卷第 4期
2007年 8月
生 物 学 杂 志
JOURNALOFBIOLOGY
Vol.24 No.4
Aug, 2007
化及鉴定 [ J] .暨南大学学报(自然科学版), 1997, 18
(3):90 ～ 95.
[ 4]郭丽英 , 朱 洪 ,周元聪 .江浙蝮蛇(AgkistrodonhalysPal-
las)蛇毒神经生长因子的分离纯化和特性 [ J] .中国生
物化学与分子生物学报 , 1999, 15(4):585 ～ 588.
[ 5] GuoLY, ZhuJF, WuXF, etal.CloningofacDNAenco-
dinganervegrowthfactorprecursorfromtheAgkistrodon
halys[ J] .PalasToxicon, 1999, 37(3):465 ～ 470.
[ 6]李 明 陈正炎 .白眉蝮蛇蛇毒神经生长因子的研究 I,神
经生长因子(NGF)的纯化及其生物学活性鉴定 [ J] .蛇
志 , 1997, 9(4):20 ～ 23.
[ 7]郭丽英 , 庞 飒 ,阮俏俏 ,等 .尖吻蝮蛇毒中类似于神经
营养性因子物质的纯化及特性 [ J] .生物化学与生物物
理学报 , 1999, 31(2):211 ～ 214.
[ 8]吴 鹏 , 杨晓燕 ,边六交 .一种从蛇毒中纯化神经生长因
子的新工艺 [ J] .色谱 , 2004, 22(1):1 ～ 4.
[ 9] SambrookJ, FritschEF, ManiatisT.Molecularcloning:
ALaboratoryManual[ M] , 2nded.1989, ColdSpringHar-
borLaboratoryPress, NewYork.
[ 10] DaliliM, OllisD F.Transientkineticsofhybridoma
growthandmonoclonalantibodyproductioninserum-limit-
edcultures[ J] .BiotechnologyandBioengineering, 1989,
33:984 ～ 990.
[ 11]董 冰 ,张国利 , 万忠海 ,等 .免疫亲和层析纯化 EGF-
PE40[ J] .中国兽医学报 , 2003, 23(3)274 ～ 276.
[ 12] FriguetB, ChaffoteAF, Djavadi-OhanianceL.Meas-
urementsofthetrueafinityconstantinsolutionofantigen-
antibodycomplexesbyenzyme-linkedimmunosorbentassay
[ J] .JImmunolMethods, 1985, 77:305 ～ 319.
[ 13] StevensFJ.ModificationofanELISA-basedprocedure
forafinitydetermination:correctionnecessaryforusewith
bivalentantibody[ J] .MolImmunol, 1987, 24(10):1055
～ 1060.
[ 14]郭丽英 ,钟晓燕 , 吴祥甫 ,等 .江浙蝮蛇神经生长因子在
大肠杆菌中的表达及纯化 [ J] .生物工程学报 , 1999, 15
(3):293 ～ 296.
[ 15]郭丽英 ,刘杰武 , 吴祥甫 ,等 .江浙蝮蛇神经生长因子在
家蚕幼虫中的表达 [ J] .生物化学与生物物理学报 ,
1999, 31(2):203 ～ 206.
PurificationofNGFfromNajanajaatraCantorvenom
byimmunoafinitychromatography
WEIChuan-bao, HUANGYa-nan
(BiologyDepartment, WestAnhuiUniversity, Liuan237012, China)
Abstract:Nervegrowthfactor(NGF)fromNajanajaatraCantorvenomwaspurifiedbychromatographyand
SDS-PAGE.AntiserumagainstNGFwaspreparedbyimmunizedrabbits.IgGintheantiserumwaspurifiedbyoc-
tanoicacid-ammoniumsulfateprecipitationandProteinA-Sepharosechromatography.PurifiedIgGwascoupled
toCNBractivatedSepharose4BandsubsequentlyusedtopurifyNGFfromcrudeNajanajaatraCantorvenom.The
SDS-PAGEanalysisofthepurifiedNGFpreparationshowedonebandbyproteinstaining.Itshowedsignificantly
biologicalactivityandthespecificactivityofNGFwas5.0×104 U/mgprotein.TheafinityconstantofIgGand
NGFdeterminedbyELISAwas4.35 ×108L/mol.NGFweightobtainedbyimmunoafinitychromatographywas
35.2% higherthanthatbytraditionalpurificationmethod.ThismethodwastechnicalsupportforpurifyingNGFin
greatscale.
Keywords:NajanajaatraCantor;nervegrowthfactor;immunoafinitychromatography
(上接 51页)
threepopulationsofM.roseumalsoreachedaremarkablysignificantlevel.InQ-analysis, M.aphraditisandM.roseum
couldbedividedintotwogroups, butthepopulationofTianzhushanandtheothertwopopulationsofM.roseumwereclus-
teredinfardistance;InR-analysis, thecharactersofgreatpositivecorrelation, infirmpositivecorelationandinfirm
negativecorelationhadbeenfound.
Keywords:Melampyrumroseum;Melampyrumaphraditis;Population;Numericalananlysis
44
第 24卷第 4期
2007年 8月
生 物 学 杂 志
JOURNALOFBIOLOGY
Vol.24 No.4
Aug, 2007