全 文 ：·技术与方法· 2011年第12期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 : 2011-09-03
基金项目 : 国家自然科学基金 (30860161), 云南省教育厅科学研究基金 (2010Z073)
作者简介 : 陈名红 , 男 , 博士研究生 , 副教授 , 研究方向 : 植物分子生物学；E-mail:cmhkm@yahoo.com.cn
通讯作者 : 李成云 , 男 , 教授 , 研究方向 : 植物分子生物学；E-mail:li.chengyun@gmail.com
分子标记在百合属植物遗传多样性研究中的应用
陈名红1,2 熊华斌1 李成云2
（1云南民族大学 民族药资源化学国家民委 - 教育部重点实验室，昆明 650031; 2云南农业大学 农业生物多样性与
病虫害控制教育部重点实验室，昆明 650201）
摘 要: 介绍分子标记技术及其发展概况，并重点论述几种常见分子标记技术如随机扩增多态性 DNA(random amplifi ed
polymorphism DNA, RAPD)、简单重复序列间区 (inter-simple sequence repeat, ISSR)、扩增片段长度多态性 (amplifi ed fragment length
polymorphism, AFLP) 和内转录间隔区 (internal transcribed spacer, ITS) 等的基本原理、技术上的优缺点及其在百合属植物遗传多样
性研究中的应用现状，同时对分子标记技术在百合属植物遗传多样性研究中的应用前景进行展望。
关键词: 分子标记 百合属 遗传多样性
Application of Molecular Markers in the Research on
Genetic Diversity of Lilium
Chen Minghong1,2 Xiong Huabin1 Li Chengyun2
（1Key Laboratory of Ethnic Medicine Resource Chemistry, State Ethnic Affairs Commission & Ministry of Education, Yunnan University of
Nationalities, Kunming 650031;2Key Laboratory of the Ministry of Educational for Agro-biodiversity and Pests Control, Yunnan Agricultural
University, Kunming 650201）
Abstract: The molecular marker technology and its development situation were introduced in this paper. The basic principle, advantages
and disadvantages of several DNA molecular marker technologies, such as random amplified polymorphism DNA (RAPD), inter-simple sequence
repeat (ISSR) , amplified fragment length polymorphism (AFLP) and internal transcribed spacer (ITS). and their application in the research on
genetic diversity of Lilium were emphatically reviewed. And the application prospect of molecular marker technology in the research on genetic
diversity of Lilium is also expected here.
Key words: Molecular marker Lilium Genetic diversity
百合（Lilium spp.）是单子叶植物亚纲百合科
（Liliaccae）百合属（Lilium）植物的总称，为多年生
鳞茎草本植物，是一种集药用、食用及观赏于一体
的花卉。在我国百合分布广、种类丰富且生态习性
各异，是名副其实的百合种植物自然分布中心。据
调查，中国约有 47 个种 18 个变种，占世界百合总
数的一半以上，其中有 36 个种 15 个变种为中国所
特有 ；我国也是世界百合起源的中心，药用、食用
和观赏百合的栽培历史十分悠久，早在 1 400 多年
以前就有人工栽培的记载 [1]。近几年来，随着人们
对百合药食及观赏价值认识地不断深入，市场需求
日益增加，百合已由原来的野生或零星种植逐渐发
展成为目前的规模化种植格局。
广义的遗传多样性可指地球上所有生物所携带
的遗传信息的总和，但通常所说的遗传多样性是指
种内不同种群之间或一个种群内不同个体之间的遗
传变异的总和，是生命系统的基本特性，是物种适
应自然和发生进化的遗传基础 [2]。遗传多样性研究
可以了解物种的群体遗传结构和多样性水平，为研
究物种起源、品种分类、亲本选配及品种保护等提
供依据，是研究、保护和利用现有种质资源的重要
基础。
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011年第12期66
DNA 分子标记是指能反映生物个体或种群间基
因组中某种差异特征的 DNA 片段，它能够直接反映
基因组 DNA 间的差异。自 Botstein 和 White 等 [3] 于
1980 年利用 RFLP 作为遗传标记开始，分子标记技
术及其应用研究日新月异，新方法、新技术不断涌现。
目前，该技术已被广泛应用于用百合属植物的遗传
多样性研究、品种鉴别、群体遗传结构分析、种间
亲缘关系和系统发育研究等众多研究领域。笔者就
分子标记技术在百合属植物遗传多样性研究中的应
用进行综述与讨论，以期为深入开展百合属植物的
研究与利用提供参考。
1 分子标记技术及其发展概况
遗传标记（genetic marker）是指可追踪染色体、
染色体某一节段或者某个基因座在家系中传递的任
何一种遗传特性。目前，在植物学中所使用的遗传
标记主要有形态学标记（morphological marker）、细
胞学标记（cytological marker）、生化标记（biochemical
marker）和分子标记（molecular marker），其中分子
标记是继前 3 者之后发展起来的一种新的遗传标记
形式。形态学标记是指植物的外部形态特征，如株高、
株型、花色、粒色和叶型等 ；细胞学标记主要指染
色体核型（数目、大小、随体有无及着丝点位置等）
和带型（C 带、N 带和 G 带等）等；生化标记主要
指同工酶和储藏蛋白等生化物质；分子标记即 DNA
片段 [4]。前 3 种标记都是基因表达的结果，是对基
因的间接反映，标记数目有限，多态性较差，易受
环境条件的影响。而分子标记是研究 DNA 分子由于
缺失、插入、易位、倒位或由于存在长短与排列不
一的重复序列等机制而产生的多态性的技术，可直
接在 DNA 分子上检测生物间的差异，具有快速、微
量、特异性强、准确性高、重现性好且信息量大、
不受生育阶段、器官组织差异、环境条件及贮藏等
因素的影响等诸多优点，所以最能有效揭示物种的
本质。
近年来，随着分子生物学的飞速发展，DNA
分子标记的相关研究十分活跃，新方法、新技术
不断涌现，按其核心技术原理可分为 4 类 ：（1）基
于 DNA 杂交技术的分子标记。如限制性片段长度
多 态 性（restriction fragment length polymorphism，RF
LP）、数目可变串联重复多态性（variable number of
tandem repeats，VNTR）；（2） 基 于 PCR 技 术 的 分
子标记。如随机扩增多态性 DNA（random amplified
polymorphism DNA，RAPD）、简单重复序列（simple
sequence repeat，SSR）、简单重复序列间区（inter-
simple sequence repeat，ISSR）、DNA 单链构象多态
性（single strand conformation polymorphism，SSCP）、
序列特异性扩增区（sequence- characterized amplified
region，SCAR）及内转录间隔区（internal transcribed
spacer，ITS）；（3） 基 于 限 制 性 酶 切 和 PCR 技 术
的 分 子 标 记， 如 扩 增 片 段 长 度 多 态 性（amplified
fragment length polymorphism，AFLP）、 酶 切 扩 增 多
态性序列（cleaved amplified polymorphism sequences，
CAPS）；（4）基于 DNA 芯片技术的分子标记技术如
核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）
等。以上所有分子标记技术各有其优缺点，具体试
验中应采用哪类分子标记技术应根据研究者的试验
目的、试验材料和试验条件等因素共同决定。
2 分子标记技术在百合属植物遗传多样性研
究中的应用
百合属植物种类多，分布广，种质资源十分丰
富，国内外已在表型、染色体、蛋白质及 DNA 分子
水平对百合属间、属内、种间及种内的遗传多样性
进行了较为系统的研究，揭示了百合属植物丰富的
遗传多样性，为进一步研究、保护、开发及利用宝
贵的百合属种质资源提供了重要的科学依据 [5-8]。目
前应用于百合属植物遗传多样性研究中的 DNA 分子
标记技术主要有 RAPD、ISSR、AFLP 及 ITS 等。
2.1 随机扩增多态性（RAPD）
RAPD 是 美 国 的 Williams 等 与 Welsh 等 [9,10] 两
个研究小组于 1990 年同时提出的一种 DNA 分子标
记技术。RAPD 技术建立在 PCR 技术基础上，用一
系列（通常数百个）不同的随机排列碱基序列的寡
核苷酸单链（一般为 8-10 bp）作为引物，对所研究
的基因组 DNA 进行单引物扩增，然后用凝胶电泳分
离扩增片段，经染色来显示扩增 DNA 片段的多态性，
扩增片段多态性反映了基因组相应区域的 DNA 多态
性。相对于传统的酶学、RFLP 等方法，RAPD 标记
具有操作快速、简便、多态性丰富及适应性广等优
2011年第12期 67陈名红等 ：分子标记在百合属植物遗传多样性研究中的应用
点。但 RAPD 标记也存在某些不足，其中最主要的
是其受反应条件影响较大，检测的重复性较差 ；另
外，RAPD 标记难以区分开杂合子和纯合子基因型。
RAPD 标记技术是目前在百合属植物遗传多样性研
究中应用最多的分子标记技术。
Lee 等 [11] 应用 RAPD 技术对百合进行分类，根
据 15 个多态性的标记，对韩国的百合进行了分组。
Yamagishi 等 [12] 用 RAPD 标记对百合属植物进行了
种和种间杂种的鉴定，分析了 13 个种、9 个组内杂
种和 7 个组间杂种共 37 个样品，从 58 个随机引物
和 18 个半随机引物中，筛选出 9 个随机引物和 9 个
半随机引物，用 RAPD 标记可以很容易将这些百合
区分开来。Persson 等 [13] 用 RAPD 标记分析了星叶
百合和麝香百合居群内和居群间的遗传变异。赵祥
云等 [14] 运用 RAPD 技术对 13 个百合栽培品种和 1
个野生种进行了鉴定，并确定了品种间的遗传关系。
左志锐等 [15] 利用 RAPD 技术对百合野生种及栽培品
种共 60 份材料进行了遗传多样性分析，从分子水平
上验证了百合各栽培品种与其起源相关的野生种之
间的亲缘关系。童巧珍等 [16] 利用 RAPD 技术对 16
份不同生态型的百合种质的遗传多样性和亲缘关系
进行了分析，聚类结果和亲缘关系分析表明不同供
试百合之间的遗传多样性较高，亲缘关系较远，且
各种质遗传距离与地理距离具有一定的相关性。荣
立苹等 [17] 对中国东北地区 6 种 3 变种共 34 份野生
百合试材进行 RAPD 分析，认为中国东北地区野生
百合具有丰富的遗传多样性。
2.2 简单重复序列间区（ISSR）
ISSR 是 由 Ziekiewicz 等 [18] 于 1994 年 基 于 SSR
标记创建来的一种新型分子标记技术，其基本原理
就是在 SSR 的 3 或 5 端加锚 1-4 个随机核苷酸作
为引物，对两侧具有反向排列 SSR 的一段 DNA 序
列进行扩增，然后进行电泳、染色，根据谱带的有
无及相对位置差异，来分析不同样品间 ISSR 标记的
多态性。ISSR 技术具有重复性高、稳定性好、操作
简便快捷、成本较低、模板 DNA 用量小及安全性较
高等诸多优点。因此，被视为理想的遗传标记方法
并在百合属植物遗传多样性研究领域得到广泛而深
入的应用。
Arzate-Fernández 等 [19] 采 用 ISSR 和 cpDNA
RFLP 标记对分布于日本的濒危植物 L. maculatum
Thunb. Var. bukosanense 的两个群体进行了遗传距离
计算。吴祝华等 [20] 利用 ISSR 分子标记分析了在岷
江百合分布区随机抽取的阴坡与阳坡两个群体的遗
传多样性，发现两群体亲缘关系较近，而群体内遗
传分化强烈，阴坡群体的遗传分化强于阳坡群体。
吴学尉等 [21] 使用筛选出的 5 对 ISSR 引物，对由东
方 百 合 优 良 品 种‘Sorbonne’、‘Tiber’ 和‘Cobra’
为亲本的 4 对杂交组合获得的 40 个杂交后代指纹进
行了分析，利用 NTSY Spc 软件 UPGMA 聚类构建的
遗传关系能够较好地反映其亲缘关系。李恩香等 [22]
利用 14 个 ISSR 引物对江西省 4 个主要产地的 100
个龙牙百合（Lilium brownii var. viridulum Baker）个
体进行了遗传多样性研究，结果表明，（1）龙牙百
合的遗传多样性水平较高 ；（2）不同产地的种质间
出现明显的遗传分化 ；（3）聚类分析和主成分分析
表明，来自同一产地的个体聚在一起，丰城市罗山
居群（LS）与其他居群间的分化最大，藤田居群（TT）
与苏溪居群（SX）的关系最近。
2.3 扩增片段长度多态性（AFLP）
AFLP 是 1992 年由荷兰科学家 Zabeau 和 Vos[23]
发展起来的一种检测 DNA 多态性的新方法。AFLP
是基于 RFLP 和 PCR 相结合的 DNA 分析技术，其
基本原理是将基因组 DNA 进行限制性内切酶酶切，
然后选择特定的片段进行 PCR 扩增，使用双链人工
“接头”与基因组 DNA 的酶切片段相连接作为扩增
反应的模板，“接头”与“接头”相邻的酶切片段的
几个碱基序列作为引物的结合位点，这样就只有那
些两端序列能与选择碱基配对的限制性酶切片段被
扩增，再在高分辨率的测序胶上分开这些扩增产物。
AFLP 结合了 RFLP 和 RAPD 的优点，所需 DNA 量少，
不需 Southern 杂交，试验结果稳定可靠，重复性强，
呈典型的孟德尔遗传，单个 AFLP 反应可以检测的
位点多，多态性强。现已被广泛应用于生物多样性、
指纹图谱构建、遗传图谱构建及基因克隆等诸多研
究领域 [4]。
van Heusden 等 [24] 运用 AFLP 建立了亚洲杂种
百合连锁图谱，并结合 BSA 方法对百合抗 Fusarium
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011年第12期68
基因和抗 TBV 基因进行 QTLs 定位。柯贤锋等 [25] 以
重庆市巫山和巫溪两地的野百合为试验材料，建立
及优化了野百合 AFLP 反应体系，并认为优化后的
反应体系适合野百合遗传多样性研究。张克中等 [26]
利用 AFLP 技术对 24 份野生百合种质的亲缘关系进
行了研究，并将这 24 份种质分为 5 类 4 个亚类。
2.4 内转录间隔区（ITS）
rDNA 是编码核糖体 RNA 的基因，是由一些高
度重复序列组成的多基因家族，在植物总 DNA 中约
占 10%[27]。rDNA 的 编 码 区（5.8S、18S 和 26S） 的
序列具有很高的同源性，在系统学上主要用于属以
上的系统学研究 ；而其非编码区即 ITS 包含被 5.8S
rDNA 所分隔的 ITS1 和 ITS2 两个片段，ITS1 的长度
为 187-298 bp，ITS2 为 187-252 bp，经 PCR 扩增后
可以方便地对这两个片段进行直接测序或克隆测序，
ITS 序列变异较快，可以提供较丰富的变异位点和信
息位点，常用于种间及种下等级的系统学研究，目
前研究中所用的引物主要是 White 等 [28] 在真菌系统
学研究中所设计的引物。
Nishikawa 等 [29] 对 55 种百合及其近缘属的 Car
diocrinum giganteum、Nomocharis saluenensis 通 过 核
糖体 ITS 区间序列，研究了其亲缘关系及在系统发
育中的地位。Dubouzet 和 Shinoda[30] 通过 ITS 序列对
日本的 16 种 1 变种百合亲缘关系进行分析，研究结
果证实了 Comber 分类系统的合理性。崔光芬等 [8] 基
于 ITS 序列分析了豹子花属与 5 种百合的亲缘关系。
3 小结
百合属世界名花，除观赏价值外，还具食用、
药用等多种经济价值，因此，对百合属植物遗传多
样性深入研究具有重要的理论和实践意义 [1]。综上
所述，国内外学者已经利用分子标记技术对百合属
间、属内、种间及种内的遗传多样性进行了较为系
统的研究，揭示了百合属植物丰富的遗传多样性。
但与水稻、小麦和大豆等农作物相比，分子标记技
术应用在百合属植物遗传多样性研究中还存在较大
差距。分子标记技术以其不受环境因素、个体发育
阶段及组织部位影响，多态性强及准确率高等诸多
优点，在百合属品种鉴定、群体遗传结构分析、种
间亲缘关系和系统发育研究等方面已经显示出较为
诱人的前景 [5,14,26,29]。目前，虽然分子标记技术应用
在百合属植物遗传多样性研究中还处于起步阶段，
但有理由相信，随着分子生物学理论与技术的快速
发展，必将不断地开发出分析速度更快、成本更低、
信息量更大、准确度更高的分子标记技术，并将使
对百合属植物交配系统、基因流、各个水平遗传多
样性的研究更加广泛和深入。
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（责任编辑 狄艳红）
陈名红等 ：分子标记在百合属植物遗传多样性研究中的应用