全 文 ：热带亚热带植物学报 2003，1 l(3)：267—270
Joamd 碡 Tropical and Subtropical Botany
盾叶薯蓣自然变异类型间的比较研究
郑晓琴 梁国鲁 李晓林
(西南农业大学园艺系，重庆 400716)
擒要：对取 自云南期纳的二倍体和三倍体盾叶薯蓣植株以及重庆城口的四倍体植株进行了形态学、染色体数 目及同工
酶的比较研究。结果表明，这 3种类型植株在叶片形态上有明显的差异。二倍体的染色体数 目是 2n=2x=20，三倍体为
2n=3x-30，四倍体为 2n-4x=40；酯酶 (EST)和超氧化物歧化酶 (SOD)酶谱显示，3种类型植株之间具有明显的相关
性，但多倍体较二倍体的酶带条数少且着色浅。这些差异除了有地理分布不同的因素外，倍性的不同也是很重要的因
素。
关t词 ：盾叶薯蓣：倍性；染色体数目；酯酶；超氧化物歧化酶
中圈分类号：Q943 文献标识码：A 文章编号：1005-3395(2003)03-0267-O4
A Comparision among Natural Variations of Dioscorea zingiberensis
ZHENG Xiao．-qin LIANG Guo．-lu LI Xiao．-1 in
(Department ofHorticulture，Southwest Agricultural University,Chongqing400716，China)
Abstract： Three types ofDioscorea zingiberensis C．H．Wright，the diploid and the triploid丘0m Qina，Yunnan
Province，and the tetraploid from Chengkou，Chongqing，were compared by means ofexamining the morphology，
chromosome numbers an d isozymes．The results showed that the three types have obvious diferences in leaf
morphology and chromosome numbers：the diploid,2n=2x=20；the triploid, 2n=3x=30；the tetraploid,2n=4x=40．
Zymograms ofesterase isozyme an d superoxide dismutase showed an obvious relation among the three types， but
thepolyploidoneshadlessbandsand showedlighter-colored comparedtothediploidone．
Key words：Di~$corea zingberensis；Ploidy；Chromosome number；Esterase ioszymes；Superoxide dismutase
盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis C．H．Wright)
是薯蓣科的一类草质藤本植物，为我国特有的薯蓣
类型，其根状茎含有较高的薯蓣皂甙元(diosgenin)，
是提取甾体类激素的重要药源植物，主要分布于河
南南部，湖北，湖南，陕西秦岭以南，甘肃天水，四川
等地【l】。薯蓣属植物的染色体基数 x=lO，常见为二倍
体(2n=2x_20) 。盾叶薯蓣作为薯蓣皂素的原料已
开发利用多年，由于过度采挖，其野生资源面临枯
竭，生态环境遭到破坏。人工栽培主要采用种子或
分根繁殖，在一定程度上缓解了原料短缺的压力，
但长期人工栽培使品种退化，产量和质量下降，化
学成分不稳定，因此有必要进行品种选育和提纯复
壮工作。我们在对云南期纳和重庆城口的盾叶薯蓣
进行选育的过程中，除了观察到二倍体植株外，还
发现三倍体和四倍体植株，对于盾叶薯蓣这种 自然
坟蔫 日期 ：2002-10-09 接受 日期：2003-03-13
变异类型还未见有报道。本文仅对盾叶薯蓣 3种类
型植株进行形态、染色体数目及同工酶的比较研
究，以期为进一步的研究和资源开发利用打下基
础 。
1材料和方法
1．1 材料
供试二倍体、三倍体植株取 自云南期纳；四倍
体植株取 自重庆城口。
1．2 不同类型植株形态 比较方法
测定叶长、叶宽、叶长 ／叶宽：选取各植株从上
至下第 l0片叶为测定对象，用游标卡尺测叶长、叶
宽，取相同标准的 l0张叶片进行测定，取其平均
值。
维普资讯 http://www.cqvip.com
268 热带亚热带植物学报 第 11卷
1．3 细胞染色体计数
以茎尖细胞的倍性为标准进行染色体计数。方
法如下：剥出茎尖生长锥一0．002 mol／L 8-羟基喹啉
预处理 2．5 h一固定(甲醇：冰醋酸 一3：1)2 h一前低
渗 8-10 min一酶解 (3％纤维素酶：3％果胶酶 =1：1)
1．5 h一后低渗 l0 min一固定 30 min以上一涂片，风
干一5％Geimsa染色 l0 min一镜检，显微摄影。
1．4 植株同工酶分析
每种类型植株分别取部位及发育程度大致相
同的嫩叶进行同工酶的检测，共取样 3次。检测酯
酶 (EST)和超氧化物歧化酶 (SOD)。
制样方法 取 4-5片嫩叶，按 1 g材料加
1 ml提取液的比例加入提取液，冰浴研磨，离心
(4 250xg)20 min，收集上清夜，一18％3保存备用。
电泳 使用聚丙烯酰胺凝胶电泳。分离胶
pH8．8，电极缓冲液为 pH8．3的Tris-Gly系统。检测
的同工酶酶类所用的分离胶浓度分别为：酯酶
(EST)12％，超氧化物歧化酶 (SOD)8％。酯酶和超
氧化物歧化酶的点样量均为 30 l，在 4℃冰箱，
170 V下稳压电泳，每个样品分别重复电泳两次。
染色及电泳结果处理 EST用乙酸 -a-萘酯
及监牢蓝 RR染色，SOD用氯化硝基 -4一氮 唑蓝
0qBT)和核黄素(VB1)，待酶带清晰，流水漂洗后置
蒸馏水中，记录 Rf值，拍照后制成干板。最后根据
电泳图谱，找出不同类型共有酶带、特有酶带，从而
比较出3种类型之间的酶特征的异同。
2 结果和分析
2．1 植株形态 比较
在相同种植条件下对 3种类型植株进行观察
比较，发现二倍体植株茎蔓生长最快，侧芽抽发力
强；四倍体次之，但茎蔓较粗；三倍体植株生长最
慢，茎蔓也很细。在叶片形态上，3种类型植株叶柄
均盾状着生，云南期纳的二倍体和三倍体植株叶片
近心形，中间裂片三角状卵形，两侧裂片圆耳状，但
三倍体叶片较二倍体的厚，叶色更绿：重庆城口的
四倍体植株叶片心形或箭形，中间裂片披针形，两
侧裂片长圆形，叶较厚，深绿色，且叶片明显大于二
倍体和三倍体植株的叶片 (表 1)。
3种类型植株的叶片形态差异较大，从叶片厚
度和叶色(表 1)上还可以看出，多倍体植株因染色体
数 目的增加而导致它的细胞体积增大，从而叶片更
厚，叶色更绿。
2．2 植株的染色体数目
3种类型植株茎尖细胞有丝分裂中期染色体数
目见图 1。
表 l 不 同类型檀 株叶片的特性
Table l Leafmorphology ofdifferent types ofD．zingiberensis
·
图 l各倍性植株染色体数 目
Fig．1 Chromsome numbers in diferent types ofD．zingiberensis
a：二倍体 Diploid，2n=2x=20； b：三倍体Triploid，2n=3x=30；c：四倍体Tetraploid，2n=4x：4O
维普资讯 http://www.cqvip.com
第 3期 郑晓琴等：盾叶薯蓣自然变异类型间的比较研究 269
2．3 植株 同工酶分析
3种类型植株的同工酶酶谱模式图及电泳图谱
见图 2。
从图2可见，各类型植株的酯酶同工酶酶谱和
酶活性均不同，其酶谱带较丰富，可划分为 A、B、C
3个区。由负极向正极方向泳动，A区泳动较慢，未
出现酶谱带； B区泳动中等，Rf值在 0．28—0．5l之
间，该区酶活性较强，共显现 ll条带。在 Rf=-0．28—
0．36之间，二倍体显现 3条特强带；三倍体 2条弱
带；而四倍体只 l条次强带。在 Rf=-0．38处，二倍体
和三倍体均显现 l条次强带；四倍体却只有 l条痕
迹带。在 Rf=0．41-0．44之间，二倍体有2条弱带；但
三倍体除了 l条弱带外，还有 l条特强带；四倍体
则是 l条次强带和 l条弱带。在 Rf=0．47—0．48之
间，二倍体有 l条强带：三倍体有 l条弱带：而四倍
A
。 O 28 ■■_
●
■■ — B
■_ = 董lj
啊瞩 O
．51 ●●- 嬲
· O．58 露
C
· O．73
a b c
EST
体则未显现酶带：在 Rf=-0．50-0．51之间，二倍体只
有 1条痕迹带；三倍体和四倍体均有 1条强带，且
四倍体的酶带较三倍体宽。C区泳动较快，但酶活性
较弱，Rf值在 0．58-0．73之间，共显现 4条带。二倍
体有 2条特征带；在 Rf=-0．70—0．73之间，三倍体有 1
条带：四倍体有2条带，其中 1条为特征带。但该区
的酶带均较弱。
此外，3种类型植株叶片的 SOD同工酶酶活性
较弱，共显现 6条带，Rf=-0．28-0．73。二倍体有 6条
带，其中有 3条特征酶带，Rf=0．36，0．52，0．62；而
Rf=-0．28，0．45，0．73的3条酶带为 3种类型植株共
有，且酶带基本相同：三倍体和四倍体只有 Rf-0．28，
0．45，0．73三条酶带，较二倍体少，且二者之间谱带
无明显差异，说明三倍体和四倍体的 SOD同工酶
比较稳定，且 SOD的多态性远小于 EST。
+ a b c
SOO
图2各倍性植株同工酶图谱
Fig．2 Zymograms ofD．zing／berensis with diferent ploidy
● 特强带 Extraordinarily deep colored band； _ 强带 Deep colored band； 口 次强带 Subordinately deep colored band
’ ’弱带 Light colored band： 痕迹带 Trace band； a：二倍体 Diploid；b：三倍体 Tfiploid；C：四倍体 Tetraploid
3讨论
3种类型植株在形态上存在明显差异，除有地
理分布不同的因素 外，染色体倍性的不同也是很
重要的。在叶片形态上，特别是叶片厚度和叶色，多
倍体植株充分体现了器官形态的巨大性。多倍体植
株器官的巨大性对于以营养器官为收获 目的的植
物，如薯蓣可能很有利用前景；另一方面，植物染色
体倍性的变化也往往会导致次生代谢物含量的变
化，这就有可能获得有效成分含量更高的药用植物
新品种，如四倍体丹参问。
多倍体产生的途径很多，一般有 3种，即(1)合
子的染色体加倍：(2)分生组织的染色体加倍：(3)fl~
子的染色体未减数。Thompson&Lumaret[5]指出：目
前已很明确，自然界绝大多数多倍体是通过未减数
(2n)配子的融合而产生的。而对于盾叶薯蓣这种多
年生草本植物，其 自然界 2n配子的发生除受植物
本身生物学特性、遗传因素和外界环境因素的控制
外，也可能是由于进行营养繁殖而提高了未减数配
子的发生频率。正如 Ramsey&Sehemske嘲认为由
于营养繁殖方式的存在，使对有性生殖的选择压力
有所松弛，从而为 2n配子或其它无功能配子的产
生提供了一个宽松的环境，促成了2n配子的形成，
并因此而影响多倍体的发生。
维普资讯 http://www.cqvip.com
270 热带亚热带植物学报 第 11卷
酯酶和超氧化物歧化酶两种同工酶酶谱证实
了3种类型盾叶薯蓣之间存在相关性，但由于地理
分布和倍性的不同，其酶谱又表现出明显的差异。
多倍体同工酶酶带条数较二倍体少，酶带着色也较
浅，且并未显现明显的特异酶带。因为在用同工酶
对同源多倍体进行分析时，多数情况下，二倍体种
的全部基因均能在多倍体中得到表达，表现同工酶
的多态性，但有一个问题就是变种蛋白质常常比主
要蛋白质的浓度要低很多，倍性水平或蛋白质亚基
数增加会扩大这种影响；另一些情况下，来 自二倍
体的特定同工酶在多倍体中会丢失州。对于引起多
倍体变种基因表达异常的原因可能有：(1)多倍体
染色体数 目的增加，据推测会使细胞核增大，降低
表面积与体积的比率，影响调整蛋白的输入，最终
影响基因的转录 ；(2)基因沉默，如同源依靠性沉
默，即某一基因当有与之同源的 DNA序列存在时，
该基因的表达下降或完全不表达。从分子机制上
看，这种沉默可以发生在转录和转录后两个层次，
通常启动子同源引发转录水平的基因沉默，而转录
后沉默多是由于编码序列或转录终止序列之间的
相互作用【 q；(3)核 一质相互作用 ，在多倍化过程
中，核基因组被加倍了，细胞质 DNA的量并没有增
加，因此核 ·质之间 DNA量的比例发生了改变，这
就可能引起调控作用的紊乱或失调。尽管目前对细
胞核与细胞质之间相互作用的机制还不十分了解，
但在研究多倍体基因组进化过程中所发现的一些
现象确实显示与细胞质有一定联系【lq。当然，引起多
倍体变种在表型上变异的因素是来 自多方面的，这
还有待我们进一步的研究。
参考文献
【l】DclectisFloraeReipublicae Popularis SinicaeAgenda~Acaderaiae
Sinikcae Edita(中国科学院中国植物志编辑委员会)．Floraof
China Tomus 16(1)【M】．Beijing：Science Press，1985．(in Chinese)
【2】PeiC(裴鉴)，ringC S(丁志遵)，ChinHC(秦慧珍)et al，A
preliminary systematic study of Dioscorea L．sect．Stenophora
Uline【．『】．Acta Phytotaxon Sin(植物分类学报)，1979，17(3)：61—
71．(inChinese)
【3】The Research Group ofDioscorea,Kiangsu hlstitut~ofBotany(江
苏省植物研究所薯蓣课题研究组)．Studies on Chinese Dioscorea
sect．StenophoraPc．EtBurk．and meir chromosome numbers
Acta Phytotaxon Sin(植物 分类 学报)，1976，14(I)：65—71．(in
Chinese)
[4】Gao SL(高山林)，ZhuDN(朱丹妮)，CaiZH(蔡朝晖)，et a1．11le
relation between charactersandquality ofcrude drugin polyploid
lines of D啪shcn(Salvia mihiorhiza Bge．) 【J】．Plant Resour
Environ(植物资源与环境)，1996，5(2)：I-4．(in Chinese)
【5】 Thompson J D，Lumaret IL The evolutionary dynamics of
polyploidplants： 画ns；establishment andpersistence【 ．Trend
Ecol Evol，l992，7(9)：303-306．
【6】 Ramsey J，Schemske D W．Pathway,mechanisms，and rates of
polyploidformation infloweringplants【J】．AnnuEcol Syst，1998，
29：467—501．
【7】 LiangF S (梁风山)，LuoYW (罗耀武)．Polyploidandits
utilizationinagricultureproduction 【J】．WorldAgro：RainFed
Crops(国外农学一杂粮作物)，1999，19(2)：20-23．(in Chinese)
【8】 XieZH(谢兆辉)，MuCH(牟春红)，WangB(王彬)，et al，Plant
polyploidizationanditsapplianceinbreeding 【J】，ChinAgri Sci
Blll(中国农学通报)，2Oo2，l8(3)：70-76，(inChinese)
【9】 GalitskiT，SaldanhaA J，StylesCA，et al，Ploidyregulation of
gene expression【J】，Science,1999，285：25l-254，
【lO]Yang J(杨继)．Theformationand evolutionofpolyploidgenomes
inptants【J】．ActsPhytotaxonSin(植物分类学报)，2001，39(4)：
357—371．(in Chinese)
维普资讯 http://www.cqvip.com