全 文 ：第 26 卷第 12 期
2006 年 12 月
生 　　态 　　学 　　报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 26 ,No. 12
Dec. ,2006
鄂尔多斯高原不同降雨量梯度中间锦鸡儿( Caragana
davazamcii Sancz)种群的遗传结构
杨明博1 ,2 ,杨　　2 ,杨九艳2 ,3 ,清　华2 ,臧春鑫2
(1. 北京师范大学生命科学学院 ,北京　100875 ;2. 内蒙古大学生命科学学院 , 呼和浩特 　010021 ;
3. 内蒙古医学院药用植物学系 ,呼和浩特　010059)
基金项目 :国家重大基础研究规划资助项目 (2002CB111507) ;春晖计划资助项目 (Z200422215034)
收稿日期 :2005209228 ;修订日期 :2006202216
作者简介 :杨明博 (1980～) ,女 ,内蒙古人 ,博士生 ,主要从事植物生态学研究. E2mail :yasi2001 @sina. com. cn
Foundation item :This work was financially supported by The National Key Basic Research Project (No. 2002CB111507) ,Program of ChunHui Plan( No. Z20042
2215034)
Received date :2005209228 ;Accepted date :2006202216
Biography : YANG Ming2Bo ,Ph. D. candidate , mainly engage in plant ecology. E2mail :yasi2001 @sina. com. cn
摘要 :为了阐明环境条件对中间锦鸡儿适应状况的影响 ,在鄂尔多斯高原从东向西按照降雨逐渐减少的梯度选取了 5 个生境 ,
从遗传多样性的角度出发 ,应用简单重复间序列 ( ISSR)方法 ,对各生境的中间锦鸡儿种群进行了分子生态学研究 ,结果表明随
着生境由东向西的变化 ,多年平均降雨量的减少 ,中间锦鸡儿种群遗传多样性有所增加 ,大部分变异发生在种群内 (79195 %) ,
属异交类型 ,中间锦鸡儿群体间遗传距离缓慢增加 ,遗传一致度降低 ,说明生境条件的变化特别是长期形成的水分条件对中间
锦鸡儿的遗传多样性有一定的影响。
关键词 :鄂尔多斯高原 ;中间锦鸡儿 ; ISSR ;遗传多样性
文章编号 :100020933(2006) 1224027206 　中图分类号 :Q143 　文献标识码 :A
Genetic structure of Caragana davazamcii Sancz along a precipitation gradient in
Erdos Plateau
YANGMing2Bo1 ,2 , YANG Jie2 , YANG Jiu2Yan2 ,3 , QING Hua2 , ZANG Chun2Xin2 　 (1. College of Life Science , Beijing Normal
University , Beijing 100875 , China ; 2. College of Life Science , Inner Mongolia University , Huhhot 010021 , China ; 3. Department of Drug Botany , Inner Mongolia
Medical College , Huhhot 010059 , China) . Acta Ecologica Sinica ,2006 ,26( 12) :4027～4032.
Abstract :To understand the environmental effects on adaptations of Caragana davazamcii Sancz , we selected five habitats along a
precipitation gradient from east to west of the Erdos plateau to quantitatively examine the genetic characteristics of of Caragana
davazamcii population using the ISSR markers. Fresh leaves of individual plants were collected and dried with silica gels. 20
individuals were sampled randomly from per habitat . We found that the Nei’s gene index and Shannon’s diversity index increased
with decreasing in precipitation. The total genetic diversity of five populations ( HT ) was 012963 ; genetic diversity within
populations( Hs) was 012269 ; genetic diversity among populations ( DST ) was 010594 ; genetic differentiation coefficient ( GST )
was 012005 ; and gene flow was 119936. We also found that 79195 % of molecular variation in C davazamcii existed within
populations, while small among populations2suggesting a strong and active hybridization. The genetic distance between five
populations was small but increased gradually with changes of the habitats from east to west (i . e. , high to low precipitation) while
genetic identity decreased. All these indicated that precipitation that has a long2term effect on moisture may also affect genetic
diversity of C davazamcii .
Key words :Erdos Plateau ; Caragana davazamcii Sancz ; ISSR ; genetic diversitymono
鄂尔多斯高原因处于典型草原同荒漠化草原以及荒漠的过渡地带上 ,灌木群落在景观中占主导地位 ,森
林只在高原的东南部有零星分布。灌木种类是鄂尔多斯高原的优势生活型植物[1 ] ,在鄂尔多斯高原分布的
14 个主要灌木群落中 ,其中有 4 个重要的锦鸡儿群落 ,即中间锦鸡儿群系 Form. Caragana davazamcii ;狭叶锦鸡
儿群系 Form. Caragana stenophylla ;柠条锦鸡儿群系 Form. Caragana korshinskii ;藏锦鸡儿群系 Form. Caragana
tibetica [2 ] 。在鄂尔多斯高原地区 ,气候是影响灌木适应性的主要因素 ,温度和降水又是决定植被分布的最主
要的气候因子 ,然而在该地区纬度跨度不大 ,经度跨度比较大 ,因此降雨量对灌木的适应性起着举足轻重的作
用。中间锦鸡儿是位于四个重要锦鸡儿群系之首 ,在鄂尔多斯高原的固定和半固定沙丘上成为建群种 ,形成
沙地灌丛群落 ,也常散生于沙质荒漠草原群落中 ,组成灌丛化草原群落 ,中间锦鸡儿植物因具有抗旱、抗寒、耐
瘠薄、繁殖性强等特点[3 ] ,可防风固沙、保持水土、改善局部小环境 ,因此受到了广泛的关注。目前 ,关于中间
锦鸡儿的研究主要集中在以下几个方面[4～9 ] : (1)小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿的地理替代分布研究
(2)系统遗传研究 (3)化学成分分析。关于中间锦鸡儿的研究还处在初步阶段 ,研究内容和深度有限 ,鉴于鄂
尔多斯高原自东向西出现的降水梯度逐渐减少 ,选择一个合适的梯度来研究中间锦鸡儿遗传特征揭示中间锦
鸡儿的过渡分布特性和适应性是十分必要的 ,本文在鄂尔多斯高原由东向西按照降水量逐渐减少的梯度进行
选点 ,运用近几年发展起来的用于种质资源鉴定、遗传作图、基因定位、遗传多样性等的简单重复间序列 ( Inter
simple sequence repeat ,ISSR)分子标记技术[10～13 ]研究中间锦鸡儿在遗传特征上对降水梯度变化的表现 ,也许能
从更大的尺度和更深的层次上理解生态过渡性与植物物种遗传结构过渡性的联系 ,从而揭示中间锦鸡儿的分
子生态适应机制 ,为黄土丘陵地区大面积种植中间锦鸡儿用以固沙提供科学依据。
1 　材料与方法
1. 1 　野外取样
于 2004 年 7 月在鄂尔多斯高原由东至西按照水分逐渐减少的梯度选 5 个点采集了中间锦鸡儿植株的叶
片 ,这 5 个点分别位于典型草原带、荒漠草原带的及其间分布的沙地上 ,5 个采样点的多年平均降雨量逐渐减
少 ,湿润系数也逐渐降低 ,各生境描述见表 1 ,基本可以代表一个由东向西水分减少系列 ,其中各生境年均降
雨量取自近 30a 平均降雨量。在每个生境中分别随机选取 20 株中间锦鸡儿个体的叶片 ,用变色硅胶干燥 ,进
行 ISSR 分析。
1. 2 　DNA 提取与 ISSR 扩增
植物总DNA 的提取采用 CTAB 法[14 ]抽提 , ISSR 扩增反应条件经优化实验确定为 25μl 体系 ,各反应成分用
量分别为 : 10 ×PCR buffer (100mMKCl ,80mM (NH4 ) 2 SO4 , 100mMTris2HCl ,pH910) 215μl , 25mmolΠL MgCl2 210μl ,
215mmolΠL dNTP210μl ,Taq 酶 1U ,引物 1μl ,模板 DNA20ng ,d3 H2O 补足 25μl ,上述药品全部购自上海生物工程公
司 (Sangon) 。ISSR 反应程序 :首先 94 ℃预变性 5min ,然后进行 45 个循环为 :94 ℃45s ,54 ℃1min ,72 ℃115min ;
72 ℃终延伸 5min ,之后于 4 ℃保存。反应在美国 MJ Research Inc.生产的 PTC2100TM 型 PCR 热循环仪上进行。
113 　扩增产物的分离和检测
DNA 扩增产物在 015 ×TBE (0145MTris2硼酸 ,0101mM EDTA ,pH810) 缓冲系统中 ,用含有 EB (015gΠL) 的
115 %琼脂糖电泳分离 ,用 100bp 的 DNAladder 作为分子量标记 ,电压 5VΠcm ,时间 2h ,WFH2701 型多功能紫外
投射反射仪上观察并照相。
114 　数据统计分析
ISSR 扩增产物以 0 或 1 统计建立二元数据矩阵 ,扩增带存在时赋值 1 ,否则赋值 0。使用 Popgen32 软件 ,
计算多态位点比率 ,Nei’s 遗传多样性指数 ,Shannon 信息指数 ,总群体的基因多样性 ( HT ) ,群体内基因多样性
( Hs) ,群体间基因多样性 ( DsT ) ,基因分化系数 ( GST ) ,遗传距离 ( D) ,遗传一致度 ( I) 。采用 SPSS1210 软件做差
异显著性分析。
2 　结果与分析
2. 1 　ISSR 产物多态性
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本实验选用两个来自不同生境中间锦鸡儿个体进行引物筛选 ,通过 19 条引物的筛选 ,选定 13 条可产生
多态性且重复性好的引物进行 ISSR 扩增。13 条引物扩增的结果见表 2 ,从表中可以看出扩增共产生 151 条
带 ,平均每条引物产生 1116 条 ,在 151 条带中 ,有 148 条多态性带 ,平均每条引物产生 1114 条 ,多态位点百分
率达 98101 %。绝大多数位点集中在 300～2000bp (图 1) ,也有一些少数特异性位点在此范围以外 ,虽然多态
位点是对遗传多样性的一个粗略估计 ,但从中可以看出中间锦鸡儿丰富的遗传多样性 ,这也是中间锦鸡儿在
鄂尔多斯高原地区广泛分布的遗传学基础 (表 2) 。
表 1 　中间锦鸡儿样品采集地概况
Table 1 　The general situation of the sampling sites
采样点
Sampling sites
纬度
Latitude (N)
经度
Longitude ( E)
海拔
Altitude (m)
年均降水量 Annual
precipitation (mm)
湿润系数
Moisture coefficient
生境特点
Habitat character
Ⅰ 39°23′47″ 110°22′42″ 1217 322 > 0. 4 典型草原区的覆沙地Land Covered with sand in
typical steppe region
Ⅱ 39°23′24″ 109°48′25″ 1372 286 0. 4～0. 35 典型草原区的覆沙硬梁 Solid girder covered
with sand in typical steppe region
Ⅲ 39°02′01″ 109°22′44″ 1309 262 0. 35～0. 3 毛乌素沙地半固定沙丘梁上 Semi2fixed sanddune in Mu Us sandland
Ⅳ 38°36′55″ 108°42′58″ 1348 251 0. 25～0. 23 毛乌素沙地覆沙硬梁 Solid girder covered with
sand in Mu Us sandland
Ⅴ 39°14′30″ 108°02′27″ 1375 221 0. 23～0. 2 荒漠草原平缓的沙质地 Flat sandland in desert
steppe
表 2 　ISSR扩增引物、序列及扩增结果
Table 2 　List of ISSR primer labels ,primer sequences and amplification results
引物编号
No. primer
序列 (5’→3’)
Sequence (5’→3’)
总扩增带数
Total number of bands
多态性带数
Number of polymorphic bands %
AW64747 ACACACACACACACACAG 13 13 100. 00
AW64749 TGTGTGTGTGTGTGTGC 6 6 100. 00
AW64750 CTCCTCCTCCTCCTCCTC 15 15 100. 00
AW64751 TATTATTATTATTATTAT 14 14 100. 00
AW77934 AGAGAGAGAGAGAGAGC 13 13 100. 00
AW77935 AGAGAGAGAGAGAGAGG 12 12 100. 00
AW77936 GAGAGAGAGAGAGAGAC 11 11 100. 00
AW77937 CACACACACACACACAG 6 6 100. 00
AW77938 GAGAGAGAGAGAGAGAA 6 6 100. 00
AW77939 AGAGAGAGAGAGAGAGTC 14 13 92. 86
AW77940 GAGAGAGAGAGAGAGAGG 11 11 100. 00
AW77941 GAGAGAGAGAGAGAGAAT 14 13 92. 86
AW77943 GGAGAGGAGAGGAGA 16 15 93. 75
总计 Total 151 148 98. 01
表 3 　不同生境中间锦鸡儿种群多态位点的差异
Table 3 　Difference of polymorphic loci of C. davazamcii populations in
different habitats
种群
Population
多态位点
Polymorphic loci
多态位点百分比
Percent of polymorphic loci
Ⅰ 98 64. 90a
Ⅱ 113 74. 83b
Ⅲ 109 72. 19ab
Ⅳ 107 70. 86a
Ⅴ 117 77. 48b
　　经单因素方差分析同一列字母不同者差异显著 ( p < 0. 05) ,下同
the same below
　　5 个生境的中间锦鸡儿种群随着生境由东向西的
变化水分逐渐的变少 ,多态位点有增加的趋势 (表 3) ,
典型草原区的中间锦鸡儿种群的多态位点为 98 ,多态
位点比率为 6419 % ,到了荒漠草原区则达到 117 ,多态
位点比率达到 77148 %。差异显著性分析说明随着降
雨量自东向西递减 ,中间锦鸡儿在遗传上产生了一定
的适应性分化 ,向着遗传多样性增加的趋势发展。
212 　遗传多样性指数
从表 4 中可以看出 ,中间锦鸡儿种群总的 Nei 遗
传多样性指数为 012963 ,总的 Shannon 信息指数为
920412 期 杨明博 　等 :鄂尔多斯高原不同降雨量梯度中间锦鸡儿 ( Caragana davazamcii Sancz)种群的遗传结构 　
　　　　
图 1 　引物 AW64751 在 5 个生境中间锦鸡儿种群的扩增谱带
Fig. 1 　PCR2amplified fragment patterns with AW64751 primer in Caragana. davazamcii populations in different habitats
表 4 　不同生境中间锦鸡儿种群 Nei’s 遗传多样性指数、Shannon 信
息指数
Table 4 　Nei’s gene diversity index and Shannon information index of
C. davazamcii populations in different
种群
Poputation
Nei 遗传多样性指数
Nei’s diversity index
h 3 Shannon 信息指数Shannon information indexI 3
Ⅰ Mean 0. 2093 0. 3177
St . Dev 0. 1937 0. 2743
Ⅱ Mean 0. 2529 0. 3789
St . Dev 0. 1966 0. 2719
Ⅲ Mean 0. 2397 0. 3595
St . Dev 0. 2007 0. 2776
Ⅳ Mean 0. 2355 0. 3545
St . Dev 0. 1976 0. 2748
Ⅴ Mean 0. 2469 0. 3758
St . Dev 0. 1847 0. 2562
Total Mean 0. 2963 0. 4542
St . Dev 0. 1031 0. 1966
表 5 　不同生境中间锦鸡儿种群 HT、HS 、GST、Nm 3
Table 2 　 HT、HS 、GST and Nm 3 of C. davazamcii populations in
different habitats
Locus
样本
Sample size
HT HS GST Nm 3
Mean 55 0. 2963 0. 2369 0. 2005
St . Dev 0. 0234 0. 0171 1. 9936
　　3 Nm 3 = 015 (1 - Gst)ΠGst
014542 ,随着生境由东向西的变化 ,鄂尔多斯高原各生境种群两种指数均有所升高。由 Nei 指数估算各引物
检测到的基因多样性中 , Ⅱ号生境种群最高为 012529 , Ⅰ号生境种群最低为 012093 ,按顺序排列如下 : Ⅱ> Ⅴ
> Ⅲ> Ⅳ> Ⅰ;由 Shannon 信息指数估算各引物检测
到的基因多样性中 ,同样是 Ⅱ号生境种群最高为
013789 , Ⅰ号生境种群最低为 013177 ,按顺序排列如
下 : Ⅱ> Ⅴ> Ⅲ> Ⅳ> Ⅰ,和 Nei 指数估算的中间锦
鸡儿各群体的遗传多样性的大小顺序相同 (表 4) 。
2. 3 　中间锦鸡儿种群的遗传结构和基因流
从表 5 中可以看出 ,5 个生境的中间锦鸡儿种群
总的基因多样度 HT = 012963 ,其中存在于种群内的基
因多样度 Hs = 012369 ,那么种群间的基因多样度 DST
= 010594。不同生境种群间遗传分化系数 GST =
012005 ,即种群间的遗传变异占种群总的遗传多样性
的 20105 % ,绝大部分变异 (79195 %) 存在于种群内。
根据中间锦鸡儿种群间的遗传分化系数 ,计算出中间
锦鸡儿种群的基因流 Nm 3 = 119936。说明中间锦鸡
儿种群大部分变异存在于种群内 ,种群间存在着基因
交流 ,通过种群内的变异来适应恶劣的环境 ,通过种
群间的基因交流来扩展分布区。
2. 4 　中间锦鸡儿种群间的遗传距离与聚类分析
(UPGMA 法)
通过中间锦鸡儿种群的遗传距离分析结果可知
(表 6) ,随着生境由东向西的变化 ,降水量逐渐减少 ,
0304　 生 　态 　学 　报 26 卷
种群遗传距离在加大 ,基本上反应了一种地理距离的变化 ,经单因素方差分析遗传距离存在显著差异 ,其中典
型草原区的中间锦鸡儿种群 ( Ⅰ)与荒漠中间锦鸡儿种群 ( Ⅴ) 遗传距离差异显著 ( p ≤0105) ,典型草原区的中
间锦鸡儿种群 ( Ⅱ)与毛乌素沙地中间锦鸡儿种群 ( Ⅳ) 遗传距离最大 (011314) 。说明遗传分化程度在逐渐增
强 ,表明生境条件的变化特别是降水条件的变化对中间锦鸡儿种群遗传多样性具有一定的影响。
图 2 　不同生境中间锦鸡儿种群 ISSR 分析的 UPGMA 聚类图
Fig. 2 　UPGMA dendrogram of C. davazamcii populations in different
habitats
表 6 　不同生境中间锦鸡儿种群遗传距离(下三角)和遗传一致度( 上
三角)
Table 6 　Nei’s genetic distance ( below diagonal ) and genetic identity
( above diagonal) of C. davazamcii populations in different habitats
种群
Population
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅰ 3 3 3 3 0. 9267 0. 9176 0. 9053 0. 8948
Ⅱ 0. 0761a 3 3 3 3 0. 8903 0. 8769 0. 8874
Ⅲ 0. 0860a 0. 1162b 3 3 3 3 0. 9384 0. 8998
Ⅳ 0. 0995a 0. 1314c 0. 0636a 3 3 3 3 0. 8898
Ⅴ 0. 1112b 0. 1194b 0. 1056ab 0. 1167b 3 3 3 3
　　经单因素方差分析遗传距离后字母不同者差异显著 ( p ≤0105)　　图 2 是根据遗传距离利用 UPGMA 法进行聚类分析得到的 ,图中中间锦鸡儿的 5 个种群随着生境由东向西的变化 ,逐级聚在一起 ,典型草原区 ( Ⅰ、Ⅱ) 的种群聚为一类 ;沙地生境 ( Ⅲ、Ⅳ) 的种群聚为一类 ;荒漠草原区 ( Ⅴ) 的种群另为一类。说明随着环境条件的变化 ,种群的分化程度逐渐增加。3 　讨论311 　中间锦鸡儿种群分子生态适应评价对 5 个生境中间锦鸡儿种群 55 个个体用 13 条引
物进行 ISSR 扩增 ,扩增共产生 151 条带 ,在 151 个
ISSR 扩增位点中 ,仅有 3 个位点上有共同的扩增片
断 ,说明中间锦鸡儿具有极丰富的遗传多样性 ,这也
是中间锦鸡儿能够广泛分布的原因 ,可以大面积种植
的遗传学基础。随着降雨量自东向西递减 ,中间锦鸡
儿遗传多样性增加。中间锦鸡儿大部分变异发生在
种群内 ,种群间存在着基因交流 ,这是中间锦鸡儿适
应性强的遗传基础。通常来讲一个物种的遗传多样
性愈丰富 ,对环境变化的适应性就愈大 ,反之 ,遗传多
样性贫乏的物种通常在进化上的适应性就弱[15 ] ,这种
在种群间遗传结构的差异有利于中间锦鸡儿提高抵
御不良环境的能力 ,扩展其分布范围 ,增强其适应性。
312 　中间锦鸡儿种群地理分异特点
中间锦鸡儿是锦鸡儿属在草原区形成的水份系列上地理替代类群 Ser1 microphyllae 里的种 ,主要分布在
蒙古南部 ,内蒙古中部 ,是典型草原区向荒漠草原区的过渡类型[16 ] ,根据本研究中间锦鸡儿随着降雨量的梯
度变化出现了一些种内变异 ,但中间锦鸡儿是否发生了生态型的分化还有待于进一步研究证明 ,生态型是种
下单位即同种植物在不同分布区适应于不同生态条件所形成的遗传类群 ,业已证明 ,常见的和广布的种内常
常在形态和生理特性方面具有区别明显的生态型分化 ,在不同生境条件下 ,每一个生态型在个体行为上都具
有不同的反应能力 ,在大多数情况下生态型在不同样地仍保持它们的特征[17 ] ,从本研究来看 ,虽然中间锦鸡
儿在不同生境条件下发生了一些遗传上的改变 ,但是这种遗传上的改变是否稳定还有待于进一步研究证明 ,
而生态型的分化并不是植物种内唯一的生态变异式样 ,大多数情况下 ,由于生境或地理因子呈梯度变化 ,植物
呈现为梯度变异 ,因此很难找出各类群间的明显差异 ,具有广泛分布的种内的大部分变异是梯度变异所构成 ,
一些性状随着从生境系列的一端到另一端的变化而存在着很明显的级差 ,称这种变异为生态梯度变异。中间
锦鸡儿正是遵循生态梯度变异方式指示着一种地理过渡带的变化。
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