全 文 ：笋;
V o l
卷 第 2 期
23 N o
.
2
植 物 研 究
B U L L E T IN O F BO T A N IC AL R E S EA RC H
2 003 年
A Pd l
,
4 月
2砚关) 3
七种犁头尖属归{冷〕h on iu m Shc ot )t 植物和两个近缘属等位酶的研究 ’
卞福花 王仲朗 管开云
(中科院昆明植物研究所 ,昆明 65 02 04
摘 要 用凝胶电泳法分析了七种犁头尖属植物和两 个近缘属三个种的 6 种酶系统 ,检测 了 7
个等位酶位点 ,利用软件 BI O S IS 一 2 进行遗传相似性的聚类分析 ,绘出树状分支图 ,将七种犁头
尖属植物分为三个组 , 同时澄清了犁头尖属 、斑龙芋属和半夏属之间的近缘性 , 即犁头尖属与斑
龙芋属比与半夏属有较近的亲缘关系 。
关键词 等位酶 ;遗传相似性
T H E S T U D I E S O N A L L O Z YM E O F S E V E N S P E C I E S
I N T X只日O叭汪以U S C H O T T A N D TW O C L O S E G E N E RA
B I AN F u 一 H u a W AN G Zh o n g 一 恤n g GU A N K a i 一 Y u n
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u n m i n g I sn t i t
u t e of B o tan y
,
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K u n m i ng 6502 以 )
A械acr t Si x e nz ym e s y s t e m s o f s e v e n s p e e i e s i n 乃p h o n i u m a n d ht er e i n wt o e l o s e ge n e ar w e er a n a -
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z e d 场 me a n s of e l e e tor ph o er s i s . S e v e n al o即m e s it e s w e r e e h e e k e d . T r e e d i a脚m w a s dawr n u s i n g
B IO SY S 一 2 fo r e lu s et r a n a l y s i s of g e n e ti e s im il iar t y
.
S e v e n s p e e i e s o f 乃p ho n i u m w e er d i v id e d i n to
ht r e e 脚 u p s a n d th e er l a ti o n s h i p b e wt e e n 物h o n i u m , S a u or ma t u m S e h o t an d iP n e l i a eT n o r e w a s
e l a ir if e d
.
N a m e l y 23尹h o n i u m 15 e l o s e r for m S a u or ma t u m t h a n P ien l l ia
K e y w o dsr
a l o z y m e ;罗n e t ie s im il a ir t y
犁头尖属 (乃 , ho in “ m Shc ot )是天南星科中
一较大并较为进化的属 , 国外多数学者主要从形
态学方面加以研究 , 且多是研究 当地原产种
类 ￡` 一 ’ 〕 , 国内有关文献甚少 〔s 一 ’ 0〕 。 s ir玩 o n m a f ’ 〕等
查阅了世界各大标本馆本属植物的大多数标本 ,
并作了一番整理 ,但基本上仍局限于形态方面 ,有
人主 张将 犁头尖属 与斑龙 芋属 ( as uor m at u m
cs hot )t 合并 l川 ,本文带着几个疑问对犁头尖属的
7 个种和两个近缘属的三个种作了等位酶分析 ,
以期获得理想结果 。
该文检测了 10 余种酶系统 ,得到 6 种分离较
好的酶谱来分析犁头尖属 7 个种的亲缘关系以及
该属和斑龙芋属 、半夏属 ( iP sn il a eT n o er ) 的近缘
性 。
1 实验材料
等位酶实验材料取自野外采集后种植于昆明
植物园东园的 7 种犁头尖属植物— 独角莲 (介ph o n iu m g ig a n te u m E n g l ) . 、鞭檐犁头尖 ( .T 刀卿l -
l如~ (肠 d d
.
) B l
u m )
、 单籽犁头尖 ( .T e a花i-
e o l u m C
.
Y
.
w u e x H
.
L i 。 r a l )
、昆明犁头尖 ( .T
k u n m i n g e sn e H
.
U )
、 马蹄犁头尖 ( .T rir le ba ru m
( L ) S
e h o t t )
、西南犁头尖 ( .T o me ic sn e H . L i ) 、 金
平犁头尖 ( .T ij n尸姆 g e二。 Z . L . Wa gn , .H iL et F
·
· 第一作者简介 :卞福花 ( 19 73 一 ) , 女 ,硕士 , 主要从事植物的引种驯化与分类学研究 。
收稿日期 : 2 0 2 一 05 一 23
3 2卷
H
.
i Ba n)和三个对照类群— 虎掌 ( P ie nl ia Pe-da后 c teacs o h t)和高黎贡 山斑龙芋 (s ao r ulta n u m
g o a lgo i
ng e周。 2.L .从恤 ng t e H .U )及斑龙芋 (s .
二 zos I“ z n(A io t n)K uth n)
,详见表 1 , 凭证标本保存
于昆明植物研究所标本馆 ( KU N ) 。 每个种随机
取样 10 一 15 个个体 ,分别取植株上幼嫩叶片研
磨 。
2 方法
2
.
1 酶液提取
取植株上幼嫩叶片约 0 . 5 克左右 ,加 3 一 5 滴
提取缓冲液于研钵中研磨 。 匀浆 ,常温下 14 (XX) r/
而 n 离心 巧m in ,上清液贮于 一 20 ℃冰箱中备用 。
通过选用几种提取缓冲液进行对比试验并根
据结果作适当的修饰调整 ,得出采用以下提取缓
表 1
冲液提取的酶液活性较高 , 染多种酶的效果都较
好 。
提取缓冲液配方为 :
0
.
1 m o] 了L磷酸缓冲液 ( PB S )
0
.似 g m少 L 四硼酸钠 ( Sod ium et tr al 扣 r a te )
0
.
01 , m亦 L 偏亚硫酸氢钠 ( Sde in m m e abt -
i s u ilf t e )
4% w/
v 聚乙烯基毗咯烷酮 ( vP P 一 40)
0
.
2 0 2 m o l/ L抗坏血酸钠 ( A s e obr i e a e id , -so
d i u m )
0
.
01 6 me F L 二 乙基二硫代氨基 甲酸钠
( D I EA C )
调整 pH 至 7 . 5 ,最后加人琉基乙醇 ( 1% v/
v
)
。
材料来源
aT bl
e
I T卜e o ir ig n of Sep e ie 。
种名 S户沈 i es 产地城 ial yt 海拔 ltA . ( m ) 凭证标本号 V ou hc 。
独角莲 物hon iu爪 g沼 “ ~ m
350溯8绷lo2鞭檐犁头尖 .T 户呵e召诉 ,
北京药用植物研究所 (栽培 )
B e ij
n g ln欧 i t u et of Mde i e in e otB
a n y ( C司 tU找月
云南金平县 iJ即 i gn , Y u n 二
卞福花 2肠
卞福花 、李嵘 20 1
单籽犁头尖 r e司凉co lum 云南西畴县法斗 ix e hou Fad ou , 卞福花、 李嵘 1肠
昆明犁头尖 .T k u川川 ,召曰 ” 亡
马蹄犁头尖 .T td肠加￡u爪
云南昆明 Ku n m i n g , Y u o an
云南西双版纳热带植物园
ix sb
u an 沙a ” an T仰 i司 B o tan i c公 G耐 en ,
Y u n n a n
四 川朴劝具岩口 乡 Y an ib an Y a n kou . is ch u an
卞福花 2 07
西南犁头尖 .T
~
王仲朗、 卞福花 9 一 13
金平犁头尖 .T 云南金平县 iJ n P i鸣 , Yu n n an 卞福花 、 李嵘 2加
虎掌尸认吧“沁 那面公即协
高黎贡山斑龙芋
交切m山四 . 召助掩叫召~
斑龙芋 .S ,吧翻”姗
云南 Y u n an
云南保山 Baos h an , Y u n n an 2 90
19加
U eH ng ` al
.
1 1309 A
云南昆明 uK耐ng , Y un n an 李恒 8 8 19
2
.
2 电泳
采用水平切片淀粉凝胶电泳法 。
凝胶配方 : 10 % 混合淀粉 ( 马铃薯淀粉 : 可溶
性淀粉 = 5 : 3 ) , 1% 琼脂糖 , 3% 蔗糖 。
凝胶缓冲液系统 : 吗啡琳 一柠檬酸缓冲液 。
电泳缓冲液 : 0 . 04 m 0 F L 柠檬酸 , 0 . 068 m心 L
吗啡琳 。
凝胶缓冲液 : 以 1 : 19 的电泳缓冲液 : 蒸馏水
比例稀释而成 。
在 4 ℃冰箱中电泳 4 一 5 小时 。
2
.
3 特异性染色
电泳完成后 ,淀粉凝胶通过水平切片法切成
4 块薄片 , 每片通过特异性染色检测不同的酶系
统 。 显色参考王中仁 [ ’ 2 ]所述方法 , 略加修改而
成 。 显色后 ,手工和照像纪录 。
2期 卞福花等 :七种犁头尖属 (乃了爪。 n ium S cht ot)植物和两个近缘属等位酶的研究
结果分析
3
.
1酶位点的分析
共分析了 r o种酶系统 ,有 6 种酶系统表现出
等位酶带 , 即 : SK D 一 莽草酸脱氢酶 、 M D H 一 苹果
酸脱氢酶 、 DI H 一 异柠檬酸脱氢酶 、 P GI 一 磷酸葡
萄糖异构酶 、 P GD 一 磷酸葡萄糖酸脱氢酶 、 P GM -
磷酸葡萄糖变位酶 。 综合多次实验结果 , 最后确
定 6 种酶系统共 7 个等位基因酶位点 , 电泳酶谱
见图 1。
( 1 ) SK D 单体酶 ( m o n o m e d e e n z y m e ) ,在种子
植物中通常为 1 一 2 个基因位点编码 ,存在于细胞
液和质体中 。 本研究的犁头尖属植物中 , 从酶谱
看 , 是由一个基因位点上的多个等位基因编码的
单体酶 。
( 2 ) I DH 二聚体酶 ( d i m e ir e e n z y m e )存在于细
胞液中 ,受 1 一 2 个基因位点编码的 。 从酶谱看有
犁头尖属植物有两个位点编码 , 但其中一个位点
( DI H
一 2 )在某些种中缺少等位基因 ,不能称之为
等位酶 ,因此本研究只采用和分析有等位基因的
位点 ( I D H 一 l ) 。
( 3 ) M DH 由 3 一 4 个基因位点编码的二聚体
酶 ,存在于细胞液 、线粒体 、微粒体中。 从谱带上
看 ,除鞭檐犁头尖表现出 6 条带之外 (三倍体 ) ,
其余均表现为杂合体的三条带 , 是由一个位点的
两个不同等位基因编码 。 种间表现出较大的差
异 。
( 4 ) P G M 由 2 个基因位点编码的单体酶 ,存
在于细胞液和质体中。 犁头尖属 中 , 其中一个基
因位点有某些种中未检测到等位基因 , 另一个位
点种间差异也较大 。
( 5 ) P G D 常见由 2 个基因位点编码的二聚体
酶 ,存在于细胞液和质体中 ,谱带分析表明该酶由
两个不同的位点来编码 ,其中一个位点在某些种
中未检测到等位基因 。
( 6 ) PG I常见由 2 个基因位点编码的二聚体
酶 ,存在于细胞液和质体中 ,从酶谱来看 , 犁头尖
属植物中很明显是由一个基因位点多个等位基因
编码的二聚体酶 。
S K D ID H
M D H P GM
PG D
图 1 六种酶系统的等位酶电泳图谱
F ig
.
1 Zy m
o脚m s Of s i x e n z y m e s y s t e m s
3
.
2 聚类分析 近 1 一 I , 这里 I 是两个亲本种遗传一致度的平均
对多倍体的遗传学计算 目前尚未见有成熟的 值 L” ] 。 独角莲 、单籽犁头尖 、 昆明犁头尖虽为四
方法 ,但从理论上推断 ,在多倍体中表现出杂合位 倍体 〔’ “ 」 ,但从酶谱上似乎看不 出到底是同源四倍
点的比率取决于其两个亲本亲缘关系的远近 。 就 体还是异源四倍体 , 然而均表现出杂合二倍体的
四倍体而论 ,若为 “ 同源四倍体 ” (通常认为来 自 酶型 ,所以此分析按二倍体进行处理 。
种内杂交 ) , 同工酶的表现型将没有可见 的多倍 根据等位酶的表型写 出其基因型 , 采用 “ 不
化的效果 , 杂合位点的比率将会接近祖先二倍体 加权对儿平均聚类分析法 ” ( U PG M A , u n w ie ght ed
居群的平均预期杂合度 , 若为 “ 异源四倍体 ” (通 p a i r 一 g or u p m e t h o d w i th a ir thm e ti e a v e ar g i n g )计算
常认为来 自种间杂交 ) ,其杂合位点的比率将接 遗传一致度 ,通过 B or SY S 一 2 软件进行遗传相似
植 物 研 究 23卷
性的聚类分析 ( C lu se t ra na v li s)。 绘出各种之间
的遗传相似性分支图 ,遗传相似性系数见表 2 ,分
支图见图 2 。
表 2 遗传相似性系数表
T ab l e 2 Tab le of g
e n e
ict is而 1硕 yt
P o p ul iat o 1 2 3 4 5 6 7 8 9
姗430L.00.
0362.1.0
:
0 0
.
7 6 8
0
.
36 2
1
.
0以】
0
.
362
0
.
362
0
.
3 6 2
0
。
4 30
0
.
4 3 0
1
. 峨洲X】
0
.
8 57 1
. 砚洲洲)
姗36240L.00
0793624
.00.
翎0793624L.00..
362804
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02,`66
内,j
12
内j4工f砂67ō胜9
5 im i lar iyt
6 0
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十 -一一十 - -一书一一+ - -一+ - -一十十一+ - -一十一一书一一~ 一嘴一一书 -一
{ {…
-r
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+
.
-
+— +- 十 ·一一 +一计今- 十一一+一+ 一+ -一 +图 2 各种之间遗传相似性图
iF g
.
2 P h e n爬卿口 of g e n iet c is而l iar yt
1
. 独角莲 (朴即加州` m 窟活a
~
) ; 2
. 单籽犁头尖 ( .T 伪山众 o lmU ) ; 3 . 昆明犁头尖 ( .T 加秘涵喀~ ) ; 4
. 西南犁头尖
( .T
~
) ; 5
. 马蹄犁头尖 ( .T 沉如` “ 顺 ) ; 6 . 金平犁头尖 ( .T 户即巩卯川 e ) 口. 高黎贡山斑龙芋 (豁州m州团山困 . 召. 企
l堵 o拜召e玛心 ) ; 8 . 斑龙芋 ( 5 .
~ 。 )
; 9
. 虎掌 (乃反拄必 产公J山吻 )
4 讨论
4
.
1 犁头尖属的种间亲缘关系
通过等位酶资料进行遗传学计算 , 可以对类
群之间的亲缘关系的远近给出一个数量上的表
示 ,常用的就是遗传一致度 ( ge en ict in d en it yt ) 。
C ar w fo 记 [` , 1等人从已有的等位酶资料的大量类群
的统计结果表明 :种子植物属内种间的遗传一致
度约为 0 . 67 ,种内居群间为 0 . 9 。 参考这个标准 ,
从图 2 可 以看出 , 所研究的 9 个种可分为三组
( gor
u p )
:
( l ) 马蹄犁头尖 ( 里 沉 le ba : u m )和金平
犁头尖 ( .T ij 即 i刀召℃。 。 ) 为一组 ; ( 2) 单籽犁头尖
( .T ca le ico lu m ) 和高黎贡山斑龙芋 ( 5 . 9助 ligo n -
君己哪 。 )为一组 ; ( 3) 其余 5 种 :独角莲 ( .T 邵邵 n et -
u m )
,昆明犁头尖 ( .T kun m i林g e川。 ) , 西南犁头尖
( .T
o
me ic 、 。 ) ,斑龙芋 ( 5 . , oszI u m ) ,虎掌 ( 尸. p ,
da ist cet
a
)为一组 。 昆明犁头尖和西南犁头尖较接
近 ,遗传一致度大于 0 . 9 , 属于种内居群间的差
异 ,其余各种的遗传一致度都小于 0 . 9 ,被认为是
分化较好的“ 种 ” 。
等位酶分析结果与 isr h 刃 n m a 的形态学分
析 〔’ J和叶绿体 DN A 的限制性片段分析 〔’ 4 1结果基
本相符 。 据犁头尖属内的分组而言 , isr lx 力 n m 。 [,]
利用形态学性状进行表征分析 ,得出树状分支图 ,
2期 卞福花等 :七种犁头尖属 (物 ho ni uo S c ha t)植物和两个近缘属等位酶的研究
进而将犁头尖属分成 5个组 :Sc e t .H is r以。 、 。 c e L
D
~如 l i
a、 s e e r
,
eP da t
a 、 s e e t
.
G ig a n te a
、 s e e t
. 粉 -
p h o n i u m
。 按其分组法 , 独角莲属 s e e t . C ig a n et a ,
马蹄犁头尖属 s e e t . 物ho n i u m , .T h o isfr e idl i 〔s五-
bo n m a 将单 籽犁头尖归并 为 .T ho sr 一 if 商i
( M iq
.
)
v
.
S et e n i s 」属 s e e t . eP da r a 。 本研究等位
酶分析结果与此结果一致 ,很明显单籽犁头尖 、独
角莲 、 马蹄犁头尖分别归属于三个不同的组 。
4
.
2 犁头尖属与斑龙芋属和半夏属的亲缘关系
4
.
2
.
1 等位酶分析推测犁头尖属与斑龙芋属 比
与半夏属有较近的亲缘关系
两个近缘关系越近的种类 , 在所有位点上 的
所有等位基因频率越相近 , 遗传相似性系数越接
近 ;l 反之 , 两个近缘关系越远的种类 , 在所有位
点上的所有等位基因频率差别越大 , 遗传相似性
系数越接近 。〔” 〕 。 由遗传相似性系数和树状 图
可看出 ,六种犁头尖属植物与高黎贡山斑龙芋 、斑
龙芋的遗传相似性系数比与虎掌的平均遗传相似
性系数大 , 由此可推断犁头尖属与斑龙芋属 比与
半夏属有较近的亲缘关系 。
4
.
2
.
2 犁头尖属内种间的差异比三属 间的差异
还大些
从等位酶的研究结果还可看出 ,犁头间属内
种间的酶谱遗传差异 比属间差异还要大些 , 这是
与以往的分类学结果差异较大的 、甚至是相悖的 。
可能的原因我们认为 :
( l) 这三个属可能在遗传上 比较接近 , 应该
归并为同一个属 ,而且在形态和细胞学上 ,这三个
属也有较近的亲缘关系 〔” , ’ 6 1 。 如果是同一个属
内 ,这种种间的酶谱遗传差异是在合理的范围之
内。
( 2 )等位酶技术上的缺陷或者是试验的材料
和检测的酶不够量而得到误差较大的结果 。 为确
证最后结果 ,还需从分子等水平上进一步加以研
究 。
P r oc N a t I n s t cS i I
n
d
,
19 4 7
,
13 ( 5 )
:
207
一 2 30
2
.
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,
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. 乃尹ho n iu m h o isfr e d ii i n M id e e l a -
n e o u s
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.
B己1 B ot G a r d B u ert nz S e , 194 8 , 3 ( 17 ) :
40 3
3
.
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,
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.
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l s e d s p e
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( 2 )
: 4 83 一 4 97
4
.
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D iv e sr i t y Of Sh o t M
o pr h ol o gy
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f 物 h o n iu m
( Aar
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)
.
A m e r J B ot
,
19 0
,
77
: 14 75
一 14 5 1
5
.
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M a y o 5 J
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n a t io n i n 乃 , ho n ium
( Aacr
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.
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,
199 1
,
46 ( l )
: 12 9
一
13 1
6
.
H
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.
T h e g e nu
s 乃夕ho n iu m ( A aer ae 一 Aer ae ) in A u s t ir l-
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.
B lu m e a
,
19 3
,
37 : 34 5 一 37 6
7
.
S ir l拟〕nm a D , M u art a J , Iaw t s u ik K . A eR v is ion of 乃p h o -
n ium ( arA
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111
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A er e l as s iif e a t i o n of as
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C r a w fo dr D J
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E
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5山ym es i n lP a n t B i-
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O er 即n : Di o s e o ir de s P er s s . 1 989 . 14 6 -
164
14
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,
M u r a kam i N
, e t 公 . P场fo g e n y
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an 衡 5 15 Of e hlo 哪 l as t D NA . J P lan t eR s , 19 3 , 1 06 : 11
一 14
巧 . eP t e珊 n G . C y tol o群 a n d s y s et m a t i cs Of A acr e a e . N耐 J
B o t
,
1989
,
9 ( 2 )
: 1 1 9 一 166
1 6
.
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A r o l d e舰 a , 19 4 , 16 : 37 一 46
参 考 文 献
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e巧1 1. Life h i s t o 斗 of 乃刀h o n i二 t ir lo b a t u m cS h ot t .