全 文 ：第 20 卷　第 1 期　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2000 年　1 月
Vol.20　No.1　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2000
松嫩平原中部地区羊草种群的遗传结构研究
崔继哲1　曲来叶2　祖元刚2
(1.哈尔滨师范大学生物系 , 哈尔滨　150080)
(2.东北林业大学森林植物生态学开放研究实验室 , 哈尔滨　150040)
摘　要　松嫩平原中部地区的羊草 ,依其生长的微环境不同可分成灰绿色和黄绿色
两种叶色类型的种群 。移栽实验表明 ,这两类种群实际上是灰色和灰绿色两种类型
的混生群体。采用淀粉凝胶电泳技术及等位酶分析方法测定了不同生境 、不同分类
种群的遗传结构 ,发现羊草种群遗传变异度很高;但是无论如何归属 ,这一草原区域
上的羊草种群遗传分化程度很低(FST ≤0.034)。这可能与羊草为异花授粉 、不同
类型混生及种群间基因流强度大有关。
关键词　遗传结构;等位酶分析;羊草
GENETIC STRUCTURE OF LEYMUS
CHINENSIS POPULATIONS IN THE CENTEROF
SONGNEN PLAIN OF CHINA
CU I Ji-zhe1　QU Lai-ye2　ZU Yuan-gang2
(1.Department of Biology , Harbin Normal University , Harbin　150080)
(2.Open Research Labo rato ry of Forest Plant Ecology , Northeast Forestry University , Harbin　150040)
Abstract　The genetic structure of Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.in the center of
Songnen Plain of China in Heilongjiang province w as examined by means of allozyme
analysis.It w as demonstrated that this species in the area has lit tle genetic differentia-
tion among populations(F ST≤0.034).Low genetic differentiation among populations
reflects potential inf luences of gene flows.It is likely that environment st ress does not
have the po tential to influence pat terns of genetic st ructure w ithin local population.
Key words　genet ic st ructure;allozyme analysis;Leymus chinensis
羊草(Leymus chinensis)是禾本科赖草属的一种多年生的根茎型牧草 ,是松嫩草原上的
建群种或优势种 ,分布广泛[ 1] 。在其分布区内 ,气候 、土壤等环境因子变化较大 ,因其生境
国家教委跨世纪优秀人才计划基金资助项目 ,哈尔滨师范大学校科研基金项目。　收稿日期:1999-10-5
的异质性 ,羊草种群在形态[ 2 ,3] 、生理[ 4] 、解剖学等性状[ 5 , 6]上出现了明显的变异。但是分布
在不同生态条件下的羊草 ,其种群遗传结构有无差异 ,它们究竟是否会因生境不同而产生了
种内的遗传分化 ,尚缺乏研究 。为此 ,本文研究了松嫩平原中部地区草原上高岗和低洼处两
种叶色类型羊草的遗传结构 ,目的在于解决以下两方面的问题:1.不同微地势区内 、不同叶
色类型的种群内遗传变异性分布如何? 2.不同微地势间 、不同叶色间种群有无遗传上的分
化。
1　材料和方法
1.1　取样
样地位于黑龙江省西南部五里木草原 ,属松嫩平原中部地区 。在这片草原上 ,羊草可以
区分为两种类型:一种为灰绿型 ,多分布在地势较高的地方 ,土壤为碱土 ,又称碱土羊草;另
一种叶片颜色较淡 ,呈黄绿色 ,一般分布在地势相对低洼的草甸盐土地上 ,也称盐土羊草。
在草原上两种类型呈复区斑块状分布。本研究依据微地形的不同和羊草的这两种叶色类型
取样 ,灰绿类型和黄绿类型分别以WLMGG和WLMYG标记 ,各取 50余株 ,株间距离 10m
以上。将整株挖回 ,分别栽植在瓦盆中 ,置于相同条件下管理。一年后调查存活株的叶色 、
株高等植物学性状。
1.2 电泳
采用水平切片淀粉凝胶电泳[ 7]方法进行。取样株重新萌发出的嫩叶 ,用复杂提取缓冲
液[ 8]研磨 ,滤纸(6mm×2mm)吸附。采用#1B 、#R和#6三种电泳缓冲液系统 ,共检测 14
种酶 ,即天冬氨酸转氨酶 AAT 、酸性磷酸酶 ACP 、乙醇脱氢酶 ADH 、氨基肽酶 AMP 、还原型
辅酶 I 心肌黄酶 DIA 、酯酶 EST 、谷氨酸脱氢酶 GDH 、异柠檬酸脱氢酶 IDH 、苹果酸脱氢酶
MDH 、过氧化物酶 PER 、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶PGD 、磷酸葡萄糖异构酶 PGI 、磷酸葡萄糖
变位酶 PGM 和莽草酸脱氢酶 SKD 。酶谱上基因位点和等位基因的记录按照国际上通用的
方法进行 。
1.3 数据分析
应用 BIOSYS-1套装软件计算各位点上的等位基因频率 、等位基因平均数(A)、多态
位点百分率(P)、观测杂合度(Ho)、预期杂合度(He)、F -统计量 ,种群间遗传距离(D)。据
F ST值测定种群间的基因流强度[ 9] :Nm=(1-FST)/4F ST。
2　结果与分析
本研究分析的 14种酶检测到 22个位点 。其中在各种群中都表现稳定 、分辨性好的酶
有 11个 ,计 13 个位点 ,即 AAT -1 、AAT -2 、ACP 、AMP 、DIA-1 、EST 、GDH 、MDH -1 、
MDH-2 、PGI-2 、PGM 、PGD-1和 SKD , EST 和 PGI-2在全部个体中都表现一致的固定
杂合性 。对这 11种酶 13个位点的等位基因进行统计分析 ,其中 EST 和 PG I-2 位点的等
位基因频率按 M Sun[ 10]方式处理 ,即基因型固定为 aabb的位点 ,等位基因 a 和 b的频率各
为 0.5。
2.1　羊草的叶色变化
将取自天然种群中的两类羊草分株栽植于瓦盆中 ,在同一环境条件下培育一年。发现
所取试样从叶色上可区分为灰色和灰绿色两种类型 ,在原天然种群中表现为灰绿色和黄绿
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色的两种类型实际上都是由这两种叶色的植株组成的 。
2.2羊草种群的遗传变异性及遗传分化
由于天然种群中的叶色类型与栽植后的叶色类型有所不同 ,所以我们在分析时从以下
三个角度对种群进行了不同的划分 。一为原取样种群(I),以考查地势微生境差异对羊草种
群遗传分化的影响;两个种群以 WLMGG 和WLMYG 表示 。二是依栽植一年以后的叶色
不同 ,将原来的两个取样种群再各分为灰色和灰绿色两个亚种群(II),表示为 WLMGG -
G 、WLMGG-GG 、WLMYG-G 、WLMYG-GG ,分析不同生境 、不同叶色种群间的遗传差
异。三是仅根据叶色的不同 ,将原取样种群重新划分成灰色和灰绿色两个种群(III),表示
为WLM -G 、WLM-GG ,以分析不同叶色种群间有无遗传分化 。
计算了各不同类型种群相应的遗传变异性参数(表 1)。由表 1 可见 ,五里木草原上的
羊草种群遗传变异度很高 ,其多态位点百分率 P 、平均等位基因数 A 、期望杂合度 He分别为
69.2 、2.3和 0.358 ,皆高于植物种的平均水平 ,高于相同生活史植物的平均值[ 11] 。但是 ,种
群间遗传变异性是一致的 ,不同类型的羊草无论如何归属 ,种群间的遗传变异性差异很小 。
表 1 羊草种群的遗传变异(括号内是标准差)
Table 1　Genetic variability of Leymus chinensis populations in Wulimu (standard er-
rors in parentheses)
种群
Populations
样本数
sample size
等位基因数
A
No.of alleles
多态位点百分率
P P.of loci
po lymorphic
观测杂合度
Ho Observed
Heterozy gosity
预期杂合度
He Expected
Heterozygosity
WLMGG 43 2.2(0.3) 69.2 0.424(0.108) 0.364(0.083)
Ⅰ WLMYG 42 2.2(0.3) 69.2 0.426(0.111) 0.347(0.077)
WLMGG-G 11 2.2(0.3) 69.2 0.405(0.105) 0.358(0.083)
WLMGG-GG 17 2.3(0.3) 69.2 0.382(0.103) 0.382(0.086)
Ⅱ WLMYG-G 8 2.2(0.3) 69.2 0.457(0.114) 0.368(0.079)
WLMYG-GG 8 1.9(0.3) 61.5 0.431(0.123) 0.332(0.085)
WLM-G 19 2.3(0.3) 69.2 0.429(0.108) 0.362(0.080)
Ⅲ WLM-GG 25 2.3(0.3) 69.2 0.401(0.106) 0.366(0.085)
总种群
Total population
86 2.3(0.3) 69.2 0.425(0.109) 0.358(0.081)
表 2为羊草种群 F -统计量 ,其 FST值 I 类种群为 0.012 , II类种群是 0.034 , III类种群
最低 ,仅为 0.008 。表明种群无论如何划分 ,反映种群间平均基因分化的 F ST值都是很低的。
表 3为非加权遗传距离[ 12]的计算结果 ,种群间最远距离不超过 0.008 ,说明羊草种群间的
遗传相似度非常高 ,类型间的基因距离几乎为零。以上结果说明 ,在五里木草原上 ,羊草种
群虽然分布上有高岗 、低洼地的不同 ,叶色有灰色和灰绿色之分 ,但它们都属于同一遗传结
构 ,共用一个基因库 ,没有遗传上的分化 。
911 期　　　　　　　　　崔继哲等:松嫩平原中部地区羊草种群的遗传结构研究
表 2 羊草种群的 F-统计(FST值)
Table 2 F-statistics of Leymus chinensis populations in Wulimu
位点
Locus
I 类种群
Population I
II 类种群
Population II
I II 类种群
Population I II
AAT-2 0.003 0.058 0.008
ACP 0.033 0.054 0.016
DIA-1 0.015 0.054 0.018
ES T 0.000 0.000 0.000
MDH-1 0.000 0.046 0.003
MDH-2 0.018 0.046 0.011
PGI-2 0.000 0.000 0.000
PGM 0.006 0.033 0.003
SKD 0.016 0.021 0.005
平均　Mean 0.012 0.034 0.008
表 3 羊草种群的遗传距离分析
Table 3 Genetic distance among Leymus chinensis populations in Wulimu
I 类种群
WLMYG
WLMGG
0.007
II 类种群
WLMGG-GG
WLMYG-G
WLMYG-GG
WLMGG-G
0.000
0.000
0.000
WLMGG-GG
0.008
0.000
WLMYG-G
0.000
II I类种群
WLM-GG
WLM-G
0.000
3　讨　论
不同叶色是羊草明显可资区别的一种性状。关于羊草叶片形态的分化 ,前人有不同的
报道[ 2 , 13] 。根据我们的观察及研究 ,就叶色而言 ,五里木草原上的羊草有两种稳定的类型:
一种为灰色 ,叶较宽 ,质较硬 ,厚度大 ,有腊质层;另一种是灰绿色 ,叶较窄 ,质较软 ,厚度小 ,
有腊质层 。在五里木草原上没有发现具有遗传基础的“真正”的黄绿色类型 。五里木天然种
群中表现出的黄绿色类型 ,一般都生长在地势低洼处 ,经栽植发现 ,它实际上是灰色或灰绿
色类型。因此 ,我们认为 ,这种黄绿色可能是由于微地形不同引起土壤水分或养分条件改变
所致 。等位酶分析的结果证实 ,微地形的差异没有影响到羊草种群的遗传结构(表 1 , I)。
移栽实验揭示 ,五里木天然种群中的灰绿色羊草实际上也包含着灰色和灰绿色两种类
型 ,羊草天然种群由灰色和灰绿色这两种类型混生构成 。因而 ,天然种群表现出的灰绿色和
黄绿色只是不同的生境型 。移栽后表现出的灰色十分典型 ,但灰绿色有一定的变幅 ,如有的
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植株叶片上表皮灰色而下表皮灰绿色 ,有的植株叶片上下表皮色泽较为均一 、皆呈灰绿色 ,
有的植株间灰绿色程度不一等 。对种群遗传分析的结果表明 ,这两种类型之间在遗传结构
上也没有什么不同 ,显示在等位酶水平上 ,这两种类型间没有明显的分化(表 1II、III ,表
2II 、III ,表 3)。
种群分化主要受自然选择或遗传漂变两种自然力的干预[ 14] ,繁育系统也是决定种群分
异程度的重要因素 ,异交不但利于区域种群内个体间的基因交换 ,而且可使种群间有显著的
基因流[ 15] 。基因流一向被视为是使种群遗传构成均质化的主要因素之一 ,种群间的基因流
若大于 1(Nm>1),则能发挥其均质化作用[ 14] 。本文用每代种群间迁移者数目(Nm)来反
映种群间基因流强度 , I 类种群 Nm 值为 20.58 , II类种群为 31.00 , III 类种群为 7.10。可
见 ,虽然不同类型的种群间基因流存在一些差异 ,但都远大于 1。Nm 远大于 1 ,完全可以防
止遗传漂变导致的种群分化[ 16] ,植物种群间的基因流可能是在种范围内联结自然种群的一
种重要的力量[ 15] 。因此 ,本研究中羊草种群间分化程度低与羊草是风媒传粉 、异花授粉植
物 ,灰色和灰绿色在天然种群中混生 ,种群间基因流强度大密切相关 。
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