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Peroxidase isozyme variations among germplasm resources ofOphiopogon japonicus in the Sichuan Basin

四川盆地麦冬种质资源的过氧化物同工酶分析



全 文 :书四川盆地麦冬种质资源的过氧化物同工酶分析
刘江,陈兴福,杨文钰,张树平,刘卫国,赵雪莉
(四川农业大学农学院,四川 雅安625014)
摘要:为了探讨不同产地25份麦冬样品间的亲缘关系及与其外观性状的关系,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,进
行过氧化物(POD)同工酶分析,并使用SPSS软件对谱带作聚类分析。结果显示,不同产地麦冬样品的POD同工
酶有10种酶谱类型,每种POD酶谱类型具有6~11条酶带;不同株型麦冬的酶谱类型相同;来源相同,外观性状不
同的麦冬样品,其POD同工酶酶谱类型不同。因此,四川盆地麦冬种质资源具有丰富的遗传多样性,其遗传差异
与地理分布联系并不紧密,而与形态特征联系较紧;过氧化物同工酶分析可以作为川产麦冬种质资源鉴定的重要
参考依据,并可用于判断其遗传差异及亲缘关系。
关键词:麦冬;过氧化物同工酶;外观性状;亲缘关系
中图分类号:S567.23+2;Q946.5  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)06025905
  麦冬(犗狆犺犻狅狆狅犵狅狀犼犪狆狅狀犻犮狌狊)为百合科沿阶草属多年生草本植物,其地下茎短而粗,须根发达,对土壤的强
穿透力和强剪切力,使其具有固土、切断土表径流防止水土流失的优良特性,是一种固土护坡的优良地被植物,且
四季常绿,耐阴性强,常配植成观赏草坪,是园林中常用的边缘材料[1,2]。
过氧化物酶(peroxidase,POD)是植物抗逆过程中的关键酶之一,是基因表达的产物,目前已被广泛应用于
植物的系统演化研究,许多研究表明,利用POD同工酶可进行种的划分和种间亲缘关系的分析[3];形态特征是药
用植物优良品种选育的重要参考指标与区分标志[4],四川盆地不同产地的麦冬,其植物形态特征、质量产量等方
面均存在不同程度差异,本试验通过聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分析了25个不同产地麦冬样品的POD同工酶,并
利用聚类分析探讨其酶谱特征、酶谱类型、种内亲缘关系及与其外观性状的关系,为麦冬优良品种选育及系统演
化研究提供酶学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试材料于2007年3月采集于四川省和重庆市内的23个地区(表1),采集后即移栽于四川农业大学教学
农场。除14和15号样品来源于绵阳市三台县的普通栽培地外,其他21个样品均为野生资源。
1.2 试验方法
1.2.1 酶液的提取 于2008年4月麦冬成熟期的上午9-10点取麦冬新鲜成熟叶片0.5g,冰浴研磨,加1mL
提取液(1mol/LTrisHClpH值8.0,20mmol/LEDTA,pH值8.0)混匀后,3500r/min离心10min,取上清
液于-20℃低温下保存。
1.2.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳 7.5%分离胶[pH值8.9TrisHCl溶液:0.8mL;聚丙烯酰胺分离胶溶液:1.2
mL;蒸馏水:1.6mL;10% N,N,N′,N′四甲基乙二胺(tetramethylenediamine,TEMED):40μL;10%过硫酸铵
(ammoniumpersulfate,Ap):40μL];2.4%浓缩胶(pH值6.7TrisHCl溶液:0.42mL;聚丙烯酰胺浓缩胶溶
液:1.25mL;40%蔗糖溶液:1.25mL;10%TEMED:30μL;10%AP:30μL)。参考文献[5,6]的方法,采用醋酸
联苯胺法染色。标定酶带位置,观察酶带深浅,计算各酶带宽度与其相应的相对迁移率(mobilityrelativefront,
犚犳=酶带中心移动距离/指示剂前沿移动距离)及出现频率(appearfrequency,犃犳=出现该谱带的样品数/供试
样品总数)。
第18卷 第6期
Vol.18,No.6
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
259-263
2009年12月
 收稿日期:20090225;改回日期:20090429
基金项目:四川省育种攻关项目(No.2006yzggl212)资助。
作者简介:刘江(1986),男,四川江油人,在读硕士。
通讯作者。Email:chenxf64@sohu.com
表1 样品来源及其犘犗犇同工酶类型
犜犪犫犾犲1 犛狅狌狉犮犲狅犳狋犺犲犿犪狋犲狉犻犪犾狊犪狀犱狋狔狆犲狊狅犳狆犲狉狅狓犻犱犪狊犲犻狊狅狕狔犿犲犫犪狀犱狊
序号
No.
样品来源
Origin
酶谱类型Typeof
peroxidaseisozymebands
序号
No.
样品来源
Origin
酶谱类型Typeof
peroxidaseisozymebands
1 乐山市市中区Shizhong,Leshan A 14 绵阳市三台县1Santai,Mianyang1 C
2 自贡市市中区Shizhong,Zigong B 15 绵阳市三台县2Santai,Mianyang2 C
3 宜宾市长宁县Changning,Yibin C 16 自贡市富顺县Fushun,Zigong E
4 宜宾市南溪县 Nanxi,Yibin A 17 广安市武胜县 Wusheng,Guangan B
5 宜宾市市中区Shizhong,Yibin A 18 南充市南部县 Nanbu,Nanchong G
6 泸州市市中区1Shizhong,Luzhou1 E 19 广安市市中区Shizhong,Guangan H
7 泸州市市中区2Shizhong,Luzhou2 D 20 巴中市平昌县Pingcang,Bazhong H
8 内江市市中区Shizhong,Neijiang F 21 巴中市市中区Shizhong,Bazhong I
9 资阳市简阳市Jianyang,Ziyang B 22 达州市市中区Shizhong,Dazhou J
10 资阳市市中区Shizhong,Ziyang B 23 南充市仪陇县 Yilong,Nanchong J
11 重庆市涪陵区1Fuling,Chongqing1 B 24 达州市大竹县 Dazhu,Dazhou J
12 重庆市涪陵区2Fuling,Chongqing2 E 25 德阳市旌阳区Jingyang,Deyang I
13 乐山市峨嵋山市Emeishan,Leshan C
1.3 数据处理方法
依据0/1二态编码原则,对各样本谱带分别赋值,使用SPSS软件欧氏不相似系数平方矩阵、类间平均链锁
法计算类群间距离,对不同产地麦冬POD同工酶酶谱进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 麦冬POD同工酶酶谱类型
对四川盆地内25个不同产地的麦冬材料进行POD同工酶分析,其叶片POD酶同工酶酶谱可划分为A~J
共10种类型(图1),不同产地麦冬叶片POD同工酶变异类型列于表1。各类型酶谱含有6~11条谱带,G型酶
谱所含谱带数最少(6条);B、C、H型酶谱所含谱带数最多(11条);A、D、E型酶谱均含有8条谱带,F、I型酶谱均
含有9条谱带,J型酶谱含有10条谱带(图1)。6号材料为D型酶谱,8号材料为F型酶谱,18号材料为G型酶
谱;B型酶谱包括5个材料(2,9,10,11,17号),数量最多,占总数的20%;其次是C型酶谱包括4个材料(3,13,
14,15号),占总数的16%;A型酶谱、E型酶谱和J型酶谱都有3个材料,均占总数的12%;H型酶谱和I型酶
谱,各有2份材料,均占总数的8%(表1)。
2.2 麦冬POD同工酶酶带特征
25个不同产地的麦冬材料共电泳出12条POD同工酶酶带(图1),大致可以分为快、中、慢3个区,快区谱带
包括P1、P2、P3和P4,中区谱带为P5、P6、P7和P8,慢区包括P9、P10、P11和P12这4条谱带,其中P12最慢,其
迁移率为0.03。
此外,P12、P11、P8和P5这4条谱带在所有材料中均出现(图1),为麦冬叶片POD同工酶比较稳定的谱
带;P3和P10谱带除了G型酶谱没有外,其余各型酶谱均含有,其出现频率为96%。剩余的酶带在各材料间变
化较大,各酶带迁移率及出现频率见表2。
2.3 麦冬外观性状与POD同工酶酶谱类型的关系
在栽培品种中,川产麦冬分为直立型和匍匐型2类,直立型麦冬叶片直立生长、株型松散、叶色浅绿;匍匐型
麦冬叶片匍匐生长、株型紧凑、叶色深绿;14和15号即为不同株型样品,二者均来源于绵阳市三台县的普通栽培
地,其POD同工酶酶谱类型同为C型(表1);6和7号样品同为泸州市市中区野生资源,6号样品的叶片长、叶
宽、分蘖数、叶片数等外观性状均小于7号样品(表3);二者的POD同工酶酶谱类型也不尽相同,其中,6号样品
062 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.6
为E型酶谱,7号样品为D型酶谱,D和E型酶谱的谱带数均为8条(图1),其中,D型酶谱含有弱带P6,缺少强
带P9,E型酶谱含有强带P9,缺少弱带P6,其他谱带仅在强度上存在不同程度的差异,总体上来看,E型酶谱的
酶带强度大于D型酶谱;11和12号样品同为重庆市涪陵区野生资源,11号样品的叶片长、叶宽、分蘖数、叶片数
等外观性状均小于12号样品(表3);二者的POD同工酶酶谱类型差异较大,其中,11号样品为B型酶谱,12号
样品为E型酶谱,B型酶谱含有11条谱带,E型酶谱含有8条谱带(图1),二者在快区的谱带类型有明显差异。
图1 四川盆地麦冬过氧化物同工酶酶谱
犉犻犵.1 犣狔犿狅犵狉犪犿犿狅犱犾犲狅犳犘犗犇犻狊狅狕狔犿犲狊狅犳犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊犻狀犛犻犮犺狌犪狀犫犪狊犻狀
表2 供试麦冬犘犗犇同工酶酶带迁移率(犚犳)及出现频率(犃犳)
犜犪犫犾犲2 犕狅犫犻犾犻狋狔狉犲犾犪狋犻狏犲犳狉狅狀狋犪狀犱犪狆狆犲犪狉犳狉犲狇狌犲狀犮狔狅犳犘犗犇犻狊狅狕狔犿犲狊狅犳狋犲狊狋犲犱犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊
酶带Band P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12
迁移率犚犳 0.75 0.68 0.65 0.58 0.42 0.37 0.30 0.25 0.17 0.15 0.10 0.03
出现频率犃犳(%) 48 64 96 36 100 72 68 100 80 96 100 100
表3 不同类型犘犗犇同工酶麦冬的主要外观性状平均值
犜犪犫犾犲3 犕犲犪狀狏犪犾狌犲狅犳犪狆狆犲犪狉犪狀犮犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋狔狆犲狊狅犳犘犗犇犻狊狅狕狔犿犲狊
序号
No.
样品来源
Origin
过氧化物同工酶PODisozymes
酶谱类型Type 谱带数Number
叶片长
Leaflength(cm)
叶宽
Leafwidth(cm)
分蘖数
Tilernumber
叶片数
Leafnumber
6 泸州市市中区1Shizhong,Luzhou1 E 8 19.13 4.03 4.0 64.7
7 泸州市市中区2Shizhong,Luzhou2 D 8 33.96 9.82 5.0 108.0
11 重庆市涪陵区1Fuling,Chongqing1 B 11 19.12 3.76 5.6 112.0
12 重庆市涪陵区2Fuling,Chongqing2 E 8 32.30 9.65 6.5 115.0
162第18卷第6期 草业学报2009年
2.4 麦冬POD同工酶聚类分析
运用欧氏距离,对不同产地麦冬进行聚类分析,结果如图2所示,当T>20时,25个麦冬样品被分为2类,类
一包含10个样品,以重庆市涪陵区2样品和泸州市市中区2样品为代表;类二包含15个样品,以不同株型的2
个绵阳三台县样品和重庆市涪陵区1及泸州市市中区1样品为代表;样品来源相同,株型不同的14号(直立型)
和15号(匍匐型)样品在聚类图的最底层即被归为一类(图2);而来源相同,外观性状不同的12和11号样品、7
和6号样品被归为距离相差较大的不同类别;其他产地样品根据其来源地在地理位置上的接近程度未能呈现出
明显的规律性。
图2 麦冬过氧化物同工酶聚类(欧氏聚类)
犉犻犵.2 犇犲狀犱狉狅犵狉犪犿狅犳犘犗犇犻狊狅狕狔犿犲狊狅犳犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊(犈狌犮犾犻犱犲犪狀犱犻狊狋犪狀犮犲)
3 结论与讨论
25个不同产地麦冬样品的POD同工酶酶谱共有10种类型,共电泳出12条酶带,供试样品具有丰富的遗传
多样性;25个样品谱带中的P12、P11、P8和P5这4条谱带在所有材料中均出现,为四川麦冬叶片POD同工酶
比较稳定的谱带;不同产地麦冬其POD同工酶具有特异性和稳定性,利用同工酶技术研究麦冬植物起源、进化、
分类、亲缘关系鉴定是切实可行的。
产地相同的不同株型麦冬样品,其POD同工酶酶谱类型相同;曹毅等[7]对四川绵阳直立和匍匐2种麦冬进
行核型分析和染色体计数,发现二者在遗传上无明显差异,其是由同一种在长期栽培过程中演变而来;来源相同,
外观性状不同的样品,其POD同工酶酶谱类型并不相同,在聚类分析中也被归为距离相差较大的不同类别,其他
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产地样品根据其地理位置的差异未能呈现出明显的规律性,这与徐柯等[8]的研究结果类似。
POD同工酶与植物的抗逆性生理有关,是植物保护酶系的重要保护酶之一[9],在逆境中POD同工酶的提高
有利于清除活性氧,缓解不利因素对植物自身构成的威胁,从而达到保护的目的[10,11];通过对来源相同,外观性
状不同的两对样品的农艺性状和POD同工酶酶谱谱带的比较分析,发现农艺性状表现优势较弱的样品,其酶谱
的酶带强度大于农艺性状表现优势较强的样品,说明农艺性状表现优势较弱的样品POD同工酶含量较高;麦冬
喜温暖湿润、较荫蔽的环境,耐寒,忌强光、高温及干旱[12],农艺性状表现优势较弱的样品,其叶片表面积较小,在
强光、高温等逆境条件下,其损伤也相对较小,这为麦冬在抗逆性生理保护作用的比较上,提供了一定的生化依
据。
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犘犲狉狅狓犻犱犪狊犲犻狊狅狕狔犿犲狏犪狉犻犪狋犻狅狀狊犪犿狅狀犵犵犲狉犿狆犾犪狊犿狉犲狊狅狌狉犮犲狊狅犳
犗狆犺犻狅狆狅犵狅狀犼犪狆狅狀犻犮狌狊犻狀狋犺犲犛犻犮犺狌犪狀犅犪狊犻狀
LIUJiang,CHENXingfu,YANGWenyu,ZHANGShuping,LIU Weiguo,ZHAOXueli
(ColegeofAgronomy,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an625014,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thisstudyexploredtherelationshipsbetweengeneticandmorphologicalcharacteristicsof犗狆犺犻狅
狆狅犵狅狀犼犪狆狅狀犻犮狌狊using25samplescolectedfromdifferentareasoftheSichuanBasin.Peroxidaseisozyme
(POD)wasstudiedusingverticalslabpolyacrylamidegelelectrophoresis(PAGE)andthezymogramswerean
alyzedusingSPSSsoftwareversion13.0.Therewere10differentPODbandtypesandeachbandtypewas
composedof6to11bands.TherewasnosignificantdifferenceinPODbandtypebetweenerectiveandcreepy
morphotypes.Thebandtypewasdifferentbetweenmaterialscolectedinthesameareabutwithdifferentmor
phologicalcharacteristics.TherewereplentifulPODvariationsamongthegermplasmresourcesof犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊
intheSichuanBasin.Thegeneticrelationshipwasnotassociatedwithgeographicaldistributions,butwasobvi
ouslyrelatedtothemorphologicalcharacteristics.PODcharacteristicscouldbeconsideredasasignificantrefer
encebaseintheclassificationofthegermplasmmaterialsof犗.犼犪狆狅狀犻犮狌狊,andcouldbeusedtodeterminethe
geneticdifferenceandrelationshipsofthegermplasmmaterials.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犗狆犺犻狅狆狅犵狅狀犼犪狆狅狀犻犮狌狊;peroxidaseisozymes;morphologicalcharacteristis;geneticrelationship
362第18卷第6期 草业学报2009年