全 文 ：第 3 卷 第 4 期
1 9 9 0 年 8 月
林 业 科 学研 究
FO R E S T R E S EA R C H
V o l
.
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。
4
A u g
。 , 1 9 9 0
毛白杨种内过氧化物同工酶变异
杨自湘 顾万 春 李 玲
(中国林业科学研究院林业研究所 )
摘要 用聚丙 烯酞胺凝胶 电泳分离了 1 05 份毛白杨的过氛化物 同工酶 , 经三年
重 复, 共获 8 种酶谱 , 表现 了毛白杨种内遗传多型性 。 第一种酶谱是毛 白杨种的主
要酶谱型 , 占全部试材的8 5 。 7 % 。 同属一种酶语型的材料 , 其形 态 、 性别及生长习
性都有明显差异 , 曾被定为新种 、 变种或变型 , 不同酶谱材料 的形 态分竣应晚于酶
分子水平 的分歧。 将 8 种酶谱 的相似系数值进行聚类 , 第 工、 1 、 皿 、 W 类酶谱因
发 生较早 可聚为一类 , 此类是毛 白杨 的主要类型 。 第 y 、 砚、 姐 、 孤种游谱是近代
毛 白杨与派 内几个种进行多元化 、 多地、 多次杂交的新类型 。
关键词 毛白杨 , 过氧化物同工酶 ; 酶谱相似 系数
毛白杨 (p 叩 : lus to m o tos a c ar r) 是我 国特有的白杨派树种。 分布广 , 适 应性强 , 生长
迅速 , 材质优良 , 为人喜爱 。 据记载已有 2 。。0多年栽培历史 。 有 关 林 木育种和生物系统学
研究表明 , 毛白杨为杂种起源〔’1 , 种内形态变异复杂 , 分类学家在毛 白杨种下进行了各种分
类 , 最终未有统一结果 。 为了育种需要 , 本试验应用电泳分离过氧化物同工酶 , 分析毛白杨
种下各形态变异类型的遗传差异 。
一 、 材 料 与 方 法
(一 ) 材料
表 1 沛河林场1肠份材料的来派及过叙化物同工酶谱表现一口亩本文于 1 9 8 9年 8 月 30 日收到
3 3 6 林 业 科 学 研 究 3 卷
1
.
1 05 份毛白杨无性系试材采自河北漳河林场毛白杨收集圃 (该圃材料来源于 6 省 、 市
15 个地区) 。 在该场进行三年重复育苗试验(表 1 ) , 每年一次电泳分析 。
2
。 对比材料来源 :
(1) 42 份形态有差异材料 , 采自河南焦作毛白杨收集圃。
(幻 17 份用形态特征定名材料 , 采自河南农科院内。
(3 ) n 株毛白杨实生后代 , 采自山东冠县苗圃。
(二) 分析方法
在 1 9 一年生毛白杨剪碎树皮中 , 加入 3 m l样 品提 取液 (班 7 . 2 , 。. 02 m l磷 酸缓 冲
液中含20 %蔗糖 , 10 %甘油)研磨 。 用垂直板状聚丙烯酞胺凝胶电泳 (浓缩胶 2 。 5 % , 分离胶
7
。
5 %
, 电泳电压 2 50 V , 电泳 4 h 。 用联苯胺染色 )。
(三) 计算方法
1
. 酶带迁移率
(*了卜爵默橇一
2
. 酶谱相似系数 将每一条酶带作为一个性状 , 借王义弘 [z] 表征分类的相似系数 , 参考
胡志 昂阔提出酶谱距离进行计算 :
酶谱相似系数 _ 两分类群酶谱相同酶带数一两芬奥霹.酶谱;颧酬参致 -
二 、 结 果 分 析
(一 ) 谱带多型性
与植物种内形态多形性一样囚 , 林木种群内分子水平上的变异也具多样性 , 这种分子水
平上差异是遗传的 , 因而林木种群内的遗传多型性也普遍存在 。 同工酶谱是酶分子的表现形
式 , 酶谱多样性也就是酶分子差异的表现 。 将 1 05 份试材的过氧化物同工酶分析结果归纳出
8 种酶谱 (图 1 、 表 1 ) , 观察到同一类型酶谱的染色深浅有差异 , 这仅反映了酶活性的相对
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4 期 杨自湘等 : 毛白杨种内过氧化物同工酶变异 33 7
差异 , 而不是结构基因的差异 , 故暂不讨论 。 8 种酶谱都可分电泳慢区(A )和快区(B )。 A
区共分离出9条酶带(A : ~ A 。) , B 区分离出 5 条酶带(B : ~ B 。) 。各条酶带的迁移率 (RI )值列入
表 2 。 A 区 9 条酶带组成 6 种构型 , 第 I 、 五 、 顶种酶谱相同为一种构型 , 其余五种不一。 B
区差异较小 , 组成三种构型 , 第 亚种酶谱多B : 酶带 , 第租种酶谱多 B. ~ B 。酶带 , 第丁 、 V
无 B 区的染色弥散区 。
表 2 八种醉诊型各条区带的迁移率
1 !八 _ A _ A _ A A , 人 . A _ A . A - R R _ n _ 1 n⋯ 1} } ‘ ’ ‘ ’} ‘ ” } “ . 1 ‘ ’ ‘ } ‘ ’ ‘ ‘ . 3 } 一 1 ~ 乙 ~ 哥 ~ .
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2 。 0 。 2 9 0 。 3 1 0 。 5 5 0 。 5 9 0 . 6 3 0 。 66
三个来源的对照材料 , 同样具有酶谱多型性。 ¹ 从焦作毛白杨收集圃采集的材料可分离
出 4 种谱带 , 即上述 8 种酶谱的前 4 种 (第 I ~ W 种酶谱 ) 。 º 从河南省农科院苗圃采集的17
份不同形态的毛白杨 , 也同样分离出前 4 种酶谱 。 » 从山东冠县采集的n 株毛白杨实生后代
表现出第 I 、 工 、 y 3 种酶谱。 由此可见漳河林场毛白杨收集圃材料较为齐全 , 有代表性 ,
可作毛白杨种内变异研究试材 。上述的 8 种酶谱表现了毛白杨种类酶谱多样性和遗传多型性。
(二) 醉谱的地域差异
10 5份材料中归第 工种酶谱材料有 90 份 , 占全部试材的舫 。7 % (表 1 ) , 它们 的分布与毛
白杨种的分布区吻合 , 采自北京圆明园的百年老树也表现出此种酶谱 , 一般认为这株老树与
毛白杨定名的模式相似 。 第 l 种酶带只有 1份 (易县毛白杨 ) 。 第 l 种酶谱有 5 份 , 分布在河
北省邢台、 邯郸 , 河南省新乡、 焦作、 郑州 , 陕西省渭南、 户县、 眉县等地 。 第万种酶谱共
4份材料 , 分布在河南省新乡、 焦作 、 郑州 , 其余四种只出现在个别地区 。从表 1还可看出,
河南省新乡、 焦作 、 郑州一带酶谱类型多 , 共有五种 , 形态特征较为复杂。 C . A 。 斯特斯间认
为分类群的歧异中心就是该物种起源中心 , 因此可认为河南省中部新乡、 焦作、 郑州一带应
是毛白杨起源地之一 。
三 、 谱带差异与种内形态差异的关系
属于第 工种酶谱的90 份材料 , 在形态 、 物候 、 生长习性、 性别及地理分布上并不完全相
同 , 一些分类学家已根据形态差异从中划分出一些新变种 , 如陕西的截叶毛白杨 、 山东的抱
头毛白杨 、 河北的塔形毛白杨 、 河南毛白杨 、 小叶毛白杨等1, . , 71。 河南农科 院钱士金先生
提供的不同形态毛白杨中 , 也有属第 工种酶谱而具不同形态的差异 (表 3 ) , 以上说明种内形
春的差异并不一定反映在同工酶的差异上, 本试验发现有差异的酶谱, 其形杏都有明暴不同,
3 38 林 业 科 学 研 究 3 卷
众所周知 , 同工酶是由基因直接控制表达的性状 , 而形态性状差异是受环境制约的。 分类学
家划分物种的主要根据是形态差 异及地理分布 , 很少考虑亲缘关系 , 而育种学家划分种群则
注意物种的遗传差异及亲缘关系研究。 事实证明同工酶及蛋白质的分子结构在进 化 中 具 有
一定的保守性 laJ , 不受环境的制约 , 所以过氧化物同工酶分子进化速率是稳定的 , 可用来比
较分类群间亲缘关系 13 1 。 由于形态特征、 形态进化不稳定 , 受环境制约 , 因而毛白杨种群遗
传差异的研究用同工酶差异作标记更为有益 。 不同形态型的毛 白杨具有同一种酶谱 , 说明这
些不同形态型间的毛白杨亲缘关系很近 , 只有形态分化 、 性别分化 , 没有酶分子水平分化 。
属于第 n 种酶谱的易县毛白杨比第 I 种表 3 17 份毛白杨的形态型与醉讼型
醉 潜类型 毛 白 杨 形 态
塔形箭杆 、 细板箭杆 、 粗板箭杆 、 光皮小
叶 、 灰皮 、 大皮孔 、 密孔三 权毛 白杨
l { 银丛 、 塔形银白 、 钻 天箭杆 毛 自杨
、 一“ ‘L 、 ”“ 、 注白“ 、 梨”} 、 光皮团 , ,
} 、遭n!·灰 白、 ‘卜皮 孔毛 自杨
酶谱多一条 B ,酶带。 这种酶谱与第 工种酶谱
分子水平差异说明易县毛白杨与毛白杨的亲
缘关系远于上文所列举的几种形态型 (新 变
种的毛 白杨 ) 。 进行毛 白杨种内杂交 (毛白杨
x 小叶毛白杨或河南毛白杨) , 可获得 种 子
较多 , 而进行毛 白杨 x 易县毛白杨杂交很难
得到种子 。 这也说明毛白杨与易县毛白杨的
亲缘关系远些 , 不亲合性高 。
丧 3 还可看出 , 属于第 皿 、 砰种酶谱的一些毛白杨各自具有不同的形态型 , 如全面考虑
毛 白杨种内的形态变异 , 很难分辨出主要性状和次要性状 , 加上形态分类种逐渐增多 , 无法
归并 , 易造成混乱 。 如果增加酶谱变异分析 , 就可将多种形态变异归为几类 , 使分类的层次
更清晰 。 由此可见用同工酶差异作为形态分类补充的优越性。
四 、 谱 带 分 类
表 4 表明 8 种酶谱的相似系数变异幅度很大 , 从0 . 50 ~ 。. 93 。 种内性状相似系数的阶元
线应划在什么地方 ? 尚未确定 。 分类学家基本观点是要求种内形态差异小 , 遗传墓础一致 ,
对于种内酶谱的相似系数的变异范围了解不多。 从核桃属10 个种植物过氧化物同工酶谱相似
性研究 〔’l看出, 种间相似系数变异在。. 2 ~ 。. 79 , 种内相似系数变异在。. 75 ~ 1 . 0 之 间。 张相
歧等研究蕃茄属内四个种的过氧化物同工酶 I‘。] , 种间相似性 0 . 60 左右 , 种内相似性在 0 . 96 ~
表 4 8 种醉奋的相似系效Ik l)
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一。 . 8 2 ’ _ ⋯‘⋯⋯⋯
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1
.
0 之间 。 唐稚英等研究 ￡” 〕黑杨派种间相似
值均大于。。 60 , 白杨派 内山杨与银白杨种间
相似值为0 . 8 3 , 可见毛白杨种内遗传差异较
大 。 如果以第 工种酶谱为基本类型 , 则与其
它 7 种酶谱相似系数 分 别 为 。. 93 、 0 . 8 8 、
0
.
8 6
、
0
。
8 6
、
0
.
8 6
、
0
.
8 3
、
0
。
5 3(表 4 ) , 可见
除第 Y 种酶谱外 , 与其它六种酶谱都有较近
亲缘关系。 第 I 种酶谱与第 亚种酶谱 (易 县
一
E白杨的酶谱)又比与其它六种酶谱更相似 ,
亲缘更近些 。 第 I 种酶谱与第租种酶谱关系
型””一I!!l!,"
相似系敛值
4 期 杨自湘等 : 毛白杨种内过氧化物同工酶变异 3 3 9
稍远于第 l 种酶谱 。 已知第顶种酶谱材料是用毛白杨作亲本进行白杨派内人工杂交种的无性
系。 从山东省冠县苗圃采集毛自杨实生后代里发现一株具有第 正种酶谱 , 因无法考证其花粉
的来源 , 也就无法确定是引入外种花粉 , 还是亲本杂种的分离 , 但至少也相似于第vI 种酶谱
的材料(引入过白杨派内外种基因)。 具有第 v 种酶谱的毛白杨也是天然种子繁殖的后代 , 同
样无法确定双亲的遗传基础 , 但从表 4
看出 , 此种酶谱与毛白杨酶谱分歧较大 ,
因此可认为这种毛白杨是由于重复几次
引入了外种基因的后代产生 的遗 传 变
异 。
为了更进一步分析 8 种酶谱间的亲
缘关系 , 将酶谱相似系数聚类(图 2 )。
离差平方和距离为。. 23 时 , 8 种酶谱分
成四类 : 第 工、 五 、 皿 、 IV 种酶谱为一
类(它们亲缘较近 ) , 班 、 孤种为第二类 ;
孤种第三类 , V 种为第四类。 将离差平
方和距离增加至。。 28 时 , 第 I 、 卫 、 兀 、
万 、 VI 、 顶六种酶谱 可 划 为一类 。 第
一 : 目_ _ 0. 16 卜酬 I U · U了 !袱 , 1 1舰 JL 厂一一一一了2 3像 , L - 一一一
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6 0
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7
孤又V
酶谱相似系数的离差平方和距离
图 2 毛 自杨 种内 8 种过氧化物同工酶谱相似系数聚类
姐还是各属一类 。
三 、 结果与讨论
1
. 毛白杨是一个形态变化复杂的物种 , 过氧化物同工酶存在着分子水平差异 , 种 内具
种酶谱 , 表现了种内同工酶的遗传多型性 。
2
。 分类学家根据形态划分的一些变种如截叶毛白杨 、 抱头毛白杨、 河南毛白杨、 小 叶
p
s
v有
毛白杨、 塔形毛白杨⋯⋯等等虽然形态上有差异 , 但过氧化物同工酶谱一致 , 没有分子水平
的差异 , 而易县毛自杨与毛自杨之间不单有形态差异还存在同工酶分子水平的差异 , 因而它
们之间遗传差异不应是同一分类水平上的差异。
3
。 根据各种酶谱出现频率及酶谱聚类结果 , 可认为具第 I 、 亚、 1 、 万种酶谱的材 料
应是毛白杨种的主要类型(发生较早) , 而具第 v 、 vI 、 孤 、 vI 种酶谱的材料与毛白杨亲缘关
系较远(近代发生的) 。 因为毛白杨本身是杂种起源 , 现代毛白杨种群应是毛白杨与派内几个
种多元化、 多地性和多次性进行杂交的杂种种群 。
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INT R ASPE C !F .C ISO PE R OX !DASE V AR IAT ION OF
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幼d they Pos ib ly oc e u r re d in m ed e rn tim e s 。 B eea 喂 P . to 用 e n t o s a 15 se lf o r ig -
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