全 文 ：武汉植物学研究 2001, 19 (3) : 220～ 224
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
海南粗榧 (Cep ha lotaxus m ann ii Hk. f. )
5 个种群遗传多样性及分化研究Ξ
向志强1　刘玉成2　杜道林3
(1. 怀化师范专科学校生物系, 湖南怀化　418008; 2. 西南师范大学生命科学系, 重庆　400715;
3. 海南师范学院生物系, 海口　571158)
摘　要: 采用垂直板型聚丙烯酰胺凝胶电泳测定了海南粗榧 5 个种群遗传多样性和遗传分
化程度。结果表明: 海南粗榧种群遗传多样性水平较低, 多态位点比率 P = 0133, 等位基因平
均数A = 1133, 平均期望杂合度为H e= 01135, 观察杂合度为H o= 01139。种群间遗传分化程
度较低, 基因分化系数 Gst= 01123, 种群间遗传一致度和遗传距离的均值分别为 01971 9、
01028 8。黎母山种群与其它种群分化最大, 其原因可能与传粉时盛行的风向有关。
关键词: 海南粗榧; 遗传多样性; 种群分化
中图分类号: Q 948. 1　文献标识码: A 　文章编号: 10002470X (2001) 0320220205
Genetic D ivers ity and Popula tion D ifferen tia tion
of Cep ha lotaxus m ann ii Hk. f. Popula tion s
X IAN G Zh i2Q iang1, L IU Yu2Cheng2, DU D ao2L in3
(1. D ep artm en t of B iology , H uaihua T eachers Colleg e, H uaihua, H unan 　418008, Ch ina;
2. D ep artm en t of L if e S cience, S ou thw est Ch ina N orm a l U n iversity , Chongqing　400715, Ch ina;
3. D ep artm en t of B iology , H ainan T eachers Colleg e, H aikou　571158, Ch ina)
Abstract: Genet ic d iversity and popu la t ion differen t ia t ion among 5 Cep ha2
lotax us m ann ii H k. f. popu la t ion s w ere invest iga ted u sing the assay of vert ica l
slab po lyacrylam ide gel electropho resis. Cep ha lotax us m ann ii H k. f. m ain ta ined
rela t ively low level of genet ic varia t ion w ith P = 0133, A = 1133, H e= 01135
and H o= 01139. Genet ic d ifferen t ia t ion (Gst) w as low among popu la t ion s, Gst
w as 01123, and the m ean s of genet ic iden t ity and genet ic d istance w ere 01971 9
and 01028 8 respect ively. T he greatest d ifferen t ia t ion betw een M t. L im u popu2
la t ion and o thers m ay be at t ribu tab le to the p revalen t w ind direct ion in the sea2
son of po llina t ion.Ξ 收稿日期: 2000209213, 修回日期: 2001205220。
　基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39660018)。
　作者简介: 向志强 (1969- ) , 男, 硕士, 讲师, 从事植物生态学与人口资源环境经济学研究, 现为天津南开大学人
口所博士研究生。
Key words: Cep ha lotax us m ann ii H k. f. ; Genet ic d iversity; Popu la t ion
differen t ia t ion
遗传多样性是生物多样性的基础, 其水平影响物种长期生存和进化。对稀有濒危植物
遗传多样性和遗传结构的研究, 是探讨其适应性、生存力的基础, 也是分析致濒机理的基
础, 从而帮助制定科学有效的保护策略和措施。海南粗榧 (Cep ha lotax us m ann ii H k. f. )为
粗榧科粗榧属的高大乔木, 雌雄异株, 主产海南[1 ]。由于生长缓慢, 种子萌发困难, 加之人
为过度砍伐, 难以形成更新种群, 目前数量稀少, 据统计, 在海南岛, 胸径超过 10 cm 的海
南粗榧不过 1 300 株[1 ] , 为国家二级稀有濒危重点保护植物。因此, 加强这一资源的保护
和研究, 具有十分重要的意义。迄今对海南粗榧的生物学和生态学特性开展了一些研
究[1, 2 ] , 但对其遗传多样性一无所知。本研究作为海南粗榧遗传多样性研究的一部分, 采用
酶电泳技术, 对分布在海南省的 5 个主要种群进行研究, 旨在了解海南粗榧遗传多样性水
平, 群体分化大小, 为保护利用海南粗榧资源提供依据。
1　材料和方法
1. 1　材料采集和处理
根据海南粗榧地理分布, 选择了 5 个群体行研究, 它们分别为坝王岭、尖峰岭、黎母
山、卡法岭、吊罗山。1998 年 5～ 6 月, 在上述种群选择胸径> 15 cm 成年植株采集当年萌
生的嫩叶, 冷冻下迅速带至实验室, 尽快处理: 011 g 叶片加 1 mL 011 mo löL T ris2HC l 提
取缓冲液, 冰浴研磨, - 4℃下 10 000 röm in 离心 10 m in, 弃沉淀, 上清液于- 70℃冰箱贮
存待用[3 ]。5 个种群采集株数分别为: 11 株、16 株、10 株、13 株、11 株, 雌雄株大致相等。所
采集的林木间距 30～ 50 m。
1. 2　酶电泳实验
电泳集中在 1998 年 7～ 10 月进行, 采用垂直板型不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳, 浓缩
胶和分离胶浓度分别为 215% 和 7% , pH 分别为 617 和 819, 凝胶系统的制备参照文献
[ 3, 4 ]。电极缓冲液为 T ris2甘氨酸, pH = 813。采用稳压电泳 (U = 150 V ) , 待溴酚蓝前沿
移至距分离胶起点 715 cm 处, 停止电泳, 剥胶染色, 染色液配方参照文献[ 3, 5 ]。待酶带
清晰后, 摄影并画下酶带位置图。
表 1　电泳检测所用酶系统和位点数目
T able 1　T he enzym e system s and num bers of loci
酶系统
Enzym e system
缩写
A bbreviation
酶分类编码
EC N o.
位点数目
N um. of loci
氨基肽酶Am inopep tidase AM P E. C. 3. 4. 11. 1 1
脂酶 E sterase EST E. C. 3. 1. 1 3
磷酸葡萄糖异构酶 Pho sphogluco isom erase PG I E. C. 5. 3. 1. 9 1
过氧化物酶 Perox idase PER E. C. 1. 11. 1. 7 1
超氧物歧化酶 Superox ide dism utase SOD E. C. 1. 15. 1. 1 2
苹果酸酶M alic enzym e M E E. C. 1. 1. 1. 40 1
谷氨酸脱氢酶 Glu tam ate dehydrogenase GDH E. C. 1. 4. 1. 2 3
莽草酸脱氢酶 Sh ik im ate dehydrogenase SKD E. C. 1. 1. 1. 25 1
苹果酸脱氢酶M alate dehydrogenase M DH E. C. 1. 1. 1. 37 2
1. 3　等位酶分析
共检测16种酶系
统, 获得9种酶系统 (表
1)共15个等位酶位点。
据电泳图谱写出个体
基因型, 计算各种群各
等位酶位点的等位基
因频率, 等位酶位点及
等位基因的确定, 详见
文献[ 3 ]。
122　第 3 期　　　　向志强等: 海南粗榧 (Cep ha lotax us m ann ii H k. f. ) 5 个种群遗传多样性及分化研究
1. 4　数据处理
1. 4. 1　遗传多样性测度　在等位基因频率基础上, 采用 5 种常规方法来估测种群体内遗
传多样性: 多态位点比率 (P )、等位基因平均数 (A )、等位基因有效数 (A ei)、期望杂合度
(H e)、观察杂合度 (H o) [3, 6 ]。
1. 4. 2　遗传分化测度　用N ei 的基因分化系数 (Gst)、遗传一致度 ( I ) 和遗传距离 (D ) 来
衡量群体之间遗传分化大小[3, 6 ]。
1. 4. 3　基因流测度　采用W righ t的F st法间接地测定海南粗榧种群间基因流强度N m [7 ]。
表 2　5 个种群多态位点的等基因频率及杂合度
T able 2　A llelic frequencies and heterozygo sit ies
at po lymo rph ic loci in the five popu lat ions
位点
L ocus
等位基因
A llele
种群　Popu lation
尖峰岭
M t.
J ianfeng
卡法岭
M t.
Kafa
坝王岭
M t.
Baw ang
黎母山
M t.
L im u
吊罗山
M t.
D iao luo
平均值
M ean
S od 22 A 0. 718 0. 750 0. 591 0. 350 0. 636 0. 609B 0. 282 0. 250 0. 409 0. 650 0. 364 0. 391A ei 1. 680 1. 590 1. 940 1. 830 1. 870 1. 782
H e 0. 405 0. 375 0. 483 0. 455 0. 463 0. 436
H o 0. 438 0. 308 0. 367 0. 500 0. 545 0. 432
P er
A 0. 813 0. 577 0. 727 0. 400 0. 682 0. 640
B 0. 187 0. 423 0. 273 0. 600 0. 317 0. 360
A ei 1. 440 1. 950 1. 660 1. 920 1. 770 1. 748
H e 0. 304 0. 488 0. 397 0. 480 0. 432 0. 420
H o 0. 375 0. 538 0. 364 0. 400 0. 456 0. 427
E st21 A 0. 750 0. 846 0. 636 0. 250 0. 727 0. 642B 0. 250 0. 154 0. 364 0. 750 0. 273 0. 358A ei 1. 600 1. 350 1. 860 1. 600 1. 660 1. 614
H e 0. 375 0. 261 0. 463 0. 375 0. 397 0. 374
H o 0. 375 0. 308 0. 545 0. 300 0. 367 0. 379
E st22 A 0. 250 0. 192 0. 435 0. 550 0. 367 0. 359B 0. 750 0. 808 0. 545 0. 450 0. 633 0. 637A ei 1. 600 1. 450 1. 980 1. 980 1. 860 1. 770
H e 0. 375 0. 310 0. 496 0. 495 0. 464 0. 428
H o 0. 375 0. 384 0. 545 0. 500 0. 454 0. 470
A mp
A 0. 907 0. 731 0. 818 0. 400 0. 454 0. 662
B 0. 093 0. 269 0. 182 0. 600 0. 546 0. 338
A ei 1. 200 1. 650 1. 420 1. 920 1. 980 1. 630
H e 0. 169 0. 393 0. 298 0. 480 0. 496 0. 367
H o 0. 187 0. 385 0. 365 0. 400 0. 545 0. 376
平均值3
M ean
A ei 1. 168 1. 199 1. 257 1. 280 1. 270 1. 235
H e 0. 108 0. 121 0. 142 0. 152 0. 150 0. 135
H o 0. 117 0. 128 0. 146 0. 140 0. 164 0. 139
F - 0. 083 - 0. 058 - 0. 028 0. 079 - 0. 093
　3 平均值为全部 15 个位点的平均值 (M eans are averages of all 15 loci)。
2　结果
2. 1　遗传多样性
在所得到的 9 种酶系统
中共确定了 15 个等位酶位
点, 其中, S od 22、P er、E st21、
E st22、A m p 5 个位点为多态
位点 (有 2 个以上的等位基
因) , 其余 10 个位点为单态
位 点, 多 态 位 点 比 率 为
0133。5 个多态位点都只有 2
个等位基因, S od 22 有 3 种
基因型, 酶谱呈现 3 带, 其蛋
白质结构可能是一种双聚
体, 其余 4 个位点仅 2 种基
因型, 酶谱只出现 2 带, 蛋白
质结构可能是单聚体。 5 个
种群平均每个位点基因数都
为 1133, 但平均每个位点有
效 基 因 数 不 同, 分 别 为
11168、11199、11257、11280、
11270 (表 2)。海南粗榧 5 个
种群期望杂合度较低, 平均
为 01135, 观察杂合度也较
低, 平均为 01139, 实际观测
的杂合体比率与理论期望值
相当, 固定指数 F 值均接近
0, 未达到统计显著水平, 它
们差异不显著 (表 2)。
2. 2　种群分化
2. 2. 1　基因分化系数　海南粗榧种群遗传分化程度比较低, 5个种群总的遗传多样性
222 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　第 19 卷　　
H T = 01154, 种群间基因分化系数Gst= 01123, 表明总的遗传多样性有1213% 来自种群间。
但在5个多态位点中, 有2个位点的等位基因频率在种群间有了显著分化 (表3, P < 0101)。
表 3　基因多样度分析及种群分化的显著性检验3
T able 3　A nalysis of gene diversity and degree of
differen tia t ion at po lymo rph ic loci
位点L ocus H T H S D S T GS T ς2
S od 22 0. 476 0. 436 0. 040 0. 084 10. 248
P er 0. 461 0. 420 0. 041 0. 089 10. 858
E st21 0. 459 0. 374 0. 084 0. 183 22. 32633
E st22 0. 462 0. 428 0. 034 0. 055 6. 71
A mp 0. 447 0. 367 0. 080 0. 179 21. 83833
平均M ean 0. 154 0. 135 0. 019 0. 1233 H T、H S 和D S T 的平均值为全部15个位点的平均值 (M eans
of H T , H S and D S T are averages of all 15 loci) ; 33 P < 0101。2. 2. 2　遗传一致度和遗传距离　5 个种群的遗传一致度较大, 平均为 01971 9,最大达 01995, 最小为 01932, 说明种群间相似程度较高, 分化小。种群间的遗传距离也表明种群间分化小, 平均值为01028 8, 最大为 01070 4, 最小仅 01005(表 4)。2. 2. 3　聚类　根据海南粗榧种群的遗传距离, 采用平均距离法[3 ]对 5 个种群进行聚类 (图 1) , 结果表明, 黎母山种群与
其它种群遗传距离较大, 其次是吊罗山种群, 其它种群之间距离相对较小。若以 01015 遗
传距离划分, 则黎母山、吊罗山两种群各为一类, 坝王岭、尖峰岭、卡法岭种群为一类。
表 4　5 个种群遗传一致度和标准遗传距离
(表中下三角的数据是标准遗传距离)
T ab le 4　Genetic iden tity and standard genetic
distance betw een five popu lat ions (T he low er dig
diagonals are the standard genetic distances)
尖峰岭
M t.
J ianfeng
卡法岭
M t.
Kafa
坝王岭
M t.
Baw ang
黎母山
M t.
L im u
吊罗山
M t.
D iao luo
尖峰岭
M t. J ianfeng - 0. 994 0. 995 0. 932 0. 976
卡法岭
M t. Kafa 0. 006 - 0. 992 0. 934 0. 984
坝王岭
M t. Baw ang 0. 005 0. 008 - 0. 962 0. 984
黎母山
M t. L im u 0. 070 4 0. 068 3 0. 038 7 - 0. 966
吊罗山
M t. D iao luo 0. 024 3 0. 016 1 0. 016 1 0. 034 6 -
遗传距离 Genetic distance
图 1　5 个种群的UPGMA 聚类
F ig. 1　U PGM A clustering based on genetic
distances of five popu lations
3　讨论
本实验研究表明, 海南粗榧遗传多样性水平较低 (P = 0133, A = 1133, H e= 01108～
01152)。H am rick 和 Godt 曾对 55 种裸子植物等位酶研究结果进行总结[8 ] , 指出 Pϖ=
01709, Aϖ= 2135, H{ e= 01173; 葛颂也总结过 25 种针叶树种的研究结果, 得出 Pϖ= 01615,
Aϖ= 2126, H{ e= 01206。由此可见海南粗榧遗传多样性较裸子植物及针叶植物低。W righ t
指出, 种分布区域是影响遗传多样性水平的主要因子, 通常自然分布范围大的种比范围小
的种包含较多的遗传多样性[7 ]。在海南岛, 海南粗榧仅分布在海拔 700～ 1 100 m 的山地
雨林中[1, 2 ] , 分布范围并不广, 其遗传多样性较低与W righ t 观点相吻合。
有研究表明: 杂合度愈高的群体, 对环境适应力和生存力愈强。黎母山种群预期杂合
度和观察杂合度都比其它 4 个种群高 (表 2) , 不仅显示了黎母山种群的遗传多样性较高,
而且也显示了黎母山的海南粗榧具有比其它 4 个种群较强的适应力和生存力。
322　第 3 期　　　　向志强等: 海南粗榧 (Cep ha lotax us m ann ii H k. f. ) 5 个种群遗传多样性及分化研究
海南粗榧具有较低的基因多样度总量 (H T = 01154) , 存在种群间的遗传多样性只有
01019, 由 Gst 值 (01123) 可知海南粗榧全部变异量的 8717% 是发生在种群内, 只有
1213% 发生在种群间。这些结果都表明了 5 个种群的海南粗榧并没有很高的地理分化, 可
能是因为不同地理位置间具有相同的选择压力, 或者都缺乏强烈的选择压力, 也可能是地
理环境对种群间基因流缺少有效阻碍。用W righ t 的 F st 法计算的海南粗榧 5 个多态位点
基因流 (S od 22、P er、E st21、E st22、A m p 分别为 3122、2147、1157、3190、1135) 的结果表明,
海南粗榧种群间基因流很大,N m 大于 1。目前, 海南粗榧在海南岛已呈岛屿状分布, 但在
历史上或未大量开发之前可能是连续分布。W righ t 指出, 分布范围的连续性, 会影响种群
间的分化[7 ] , 因为连续分布的物种有很多基因交换的机会, 如两地区种群间不断地交换花
粉及种子, 则在遗传上种群间不会有太大的变异。基因流动可能是通过花粉和种子来完
成, 当花粉和种子成熟时可由强风驱散, 尤其在每年秋季海南粗榧花粉成熟传播时海南岛
有强烈的东南风使花粉广泛散布, 因而形成强大的基因流。
距离隔离往往在种群分化中起着很重要的作用。在一些植物中[9, 10 ] , 种群的地理距离
与遗传距离之间存在显著相关性, 地理距离愈远, 遗传距离愈大; 地理距离愈近, 遗传距离
愈小。但海南粗榧种群的遗传距离与地理距离并非十分吻合, 5 个种群的遗传距离与地理
距离之间的相关系数 r= 01538, 较查表所得 r= 01602 (0105, D f = 9) 小, 表明其遗传距离
与地理距离间并没有很高的相关性。其原因可能与传粉季节盛行的风向和地形有关。
致谢: 本实验在华南热带农业大学热带作物生物技术国家重点实验室完成, 特此致谢。
参考文献:
[ 1 ]　王献溥, 王有生. 海南粗榧濒危的原因和保护措施. 广西植物, 1994, 14 (4) : 369 372.
[ 2 ]　王有生, 崔雯涛, 王献溥. 海南粗榧生物生态学特性初步研究. 植物资源与环境, 1992, 1 (2) : 63 64.
[ 3 ]　王中仁. 植物等位酶分析. 北京: 科学出版社, 1996.
[ 4 ]　张龙翔, 张庭芳, 李令媛. 生化实验技术与方法. 北京: 人民教育出版社, 1983.
[ 5 ]　So ltis D E, et a l. Starch gel electropho resis of ferns: A comp ilation of grinding buffers, gel and electrode
buffers, and stain ing schedu les. A m er f ern, 1983, 73 (1) : 9 29.
[ 6 ]　N eiM. M o lecu lar popu lation genetic and evo lu tion. N ew Yo rk: E lsevier, 1975.
[ 7 ]　W righ t S. T he genetic structu re of popu lations. A nn E ug en, 1951, 15: 323 354.
[ 8 ]　H am rick J L , Godt M J W. A llozym e diversity in p lan t species. In: B row n A H D , C legg M T , Kah ler A C, et a l.
eds. P lan t Popu lation Genetic, B reeding, and Genetic Resources, Sunderland. M ass: Sinauer, 1990. 43 63.
[ 9 ]　A lpert P, L um aret R D i, Giusto F. Popu lation structu re inferred from allozym e analysis in the clone herb F ra2
garia ch iloensis (Ro sacene). A m J B ot, 1980: 1 002 1 006.
[ 10 ]　SchnabelA , H am rick J L. O rgan ization of genetic diversity w ith in and among popu lation of Gleditsia triacan tho s
(L egum ino sae). A m J B ot, 1990, 73 (1) : 9 29.
422 武 汉 植 物 学 研 究　　　　　　　　　　　　　　　　第 19 卷