全 文 ：Studies on Esterase Isozymes Among Species of Roegneria ,
Elymus , Hystrix and Kengyilia in Triticeae
ZHANG Chun , ZHOU Y ong-hong , YU Hai-qing , F AN Xing , ZHANG Hai-qin
(T riticeae Research Institute, Sichuan Agricultural University , Dujiangyan 611830 , Sichuan , China;
Key Laboratory of Southwest Crop Genetic Resources and Improvement , Ministry of Educa tion ,
Sichuan Agricultural University , Yaan 625014 , Sichuan , China)
Abstract:The esterase(EST)isozymes of 19 species from Roegneria C.Koch , Elymus L., Hystrix
Moench and Kengyi lia Yen et Yang are analyzed by polyacrylamid gel electrophoresis.There are 24
bands w ith different migration rate.The results show that:①There exists ex tensive genetic diversity
among the 19 species , and the relat ionships among the genera are larger than that among the species in
the genus;②The species w ith the same genomes , similar to each o ther in morphological characters are
clustered together;Hystrix patula is grouped w ith 4 species of Elymus , while H .duthiei and H .
longearistata are clustered ! together;③The present results are comparable w ith those obtained from
studies on morphology and cytology , and this suggests Kengyil ia , Roegneria , Elymus are valid gen-
era , the taxonomic status of Hystrix are still in discussion.
Key words:Roegneria;Elymus;Hystrix ;Kengyi lia;esterase isozymes;cluster analy sis
鹅观草属 、披碱草属 、猬草属和
仲彬草属物种的酯酶同工酶分析
张　春 , 周永红 , 于海清 , 凡　星 , 张海琴
(四川农业大学 小麦研究所 , 四川 都江堰　611830;
教育部作物基因资源与遗传改良重点实验室 四川农业大学 , 四川 雅安　625014)
摘要:对小麦族鹅观草属 、披碱草属 、猬草属和仲彬草属 19 个物种的幼叶酯酶同工酶比较分析 ,电泳分离出迁移率
不同的 24 条酶带。结果表明:①4 个属 19 个物种的酯酶同工酶酶谱多态性较高 ,遗传差异较大 , 其属间变异大于
种间变异;②形态相似 , 染色体组相同的物种聚类在一起;猬草属模式种 Hystri x pat ula 和披碱草属的 4 个物种聚在
一起 ,而 H.duthiei 和 H.longearistata 聚在一起;③酯酶同工酶分析结果与前人的细胞学和形态学研究结果基本一
致 。仲彬草属 、鹅观草属和披碱草属作为属分类等级处理是恰当的 ,猬草属的系统地位有待进一步研究。
关键词:鹅观草属;披碱草属;猬草属;仲彬草属;酯酶同工酶;聚类分析
中图分类号:Q949.714.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-2650(2006)02-0130-05
　　鹅观草属 Roegneria C.Koch 、披碱草属 Elymus
L.、猬草属 Hystrix Moench 、仲彬草属 Kengyi lia
Yen et Yang 是禾本科小麦族 Tri ticeae Dumorter 的
4个多年生属 。它们中许多种类是优良的牧草 ,饲
用价值较高 ,有些种类还具有普通小麦 、大麦的一些
抗病和抗逆基因 ,是当代麦类作物和牧草育种宝贵
的种质资源[ 1] 。
Roegneria是小麦族中最大的属 , 其模式种为
R .caucasica C.Koch 。而 Elymus 的模式种为 E.
sibiricus L.。自它们建立以来 ,有过多次大的变动 。
第 24 卷　第 2 期
2006 年 6 月 　　　　　　　　 　
四川农业大学学报
Journal of Sichuan Ag ricultural University
　　　　　　　　 　Vol.24 No.2
Jun.2006
收稿日期:2005-10-17
基金项目:国家自然科学基金(Nos.30270099 , 30470135);教育部长江学者和创新团队发展计划;四川省教育厅重点项目。
通讯作者(Corresponding author)。
DOI :10.16036/j.issn.1000-2650.2006.02.002
Roegneria 物种长期被置于广义的冰草属 Agropy-
ron Gaertn.s.lat.下作异名处理 。Nevski 论述了
Roegneria 与 Agropyron 的差异 ,系统整理了 Roeg-
neria和 Elymus[ 2] 。耿以礼对中国分布的 Roegner-
ia 、Elymus 和 Hystrix 进行了系统整理[ 3] 。然而 ,
Tzvelev 将 Roegneria 与 Elymus合并 ,并以 Elymus
为合并后的属名[ 4] 。Löve 认为小麦族不同的属具
有不同的染色体组 ,认为 Elymus具有 H和 St染色
体组[ 5] 。Dewey 也赞成将 Roegneria 归于E lymus ,
但指出东亚的许多物种不含 H而含有 Y染色体组 ,
并且有 StHY 染色体组组合的物种[ 6] 。 Hystrix 的
模式种为H .patula Moench ,由于具有 StH染色体
组 , Dew ey 把它组合到 Elymus 中[ 6] 。但 Jensen
等[ 7] 、张海琴等[ 8] 报道 Hystrix 的其他一些物种具
有Ns染色体组 ,与赖草属 Leymus Hochst.和新麦
草属 Psathyrostachys Nevski的 Ns染色体组相似 。
Yen和 Yang 以 K .gobicola Yen et Yang 为模式种 ,
建立了仲彬草属 ,该属物种具有 StYP染色体组[ 9] 。
Jensen[ 10]报道了耿以礼[ 3] 建立的鹅观草属拟冰草
组 Roegneria Sect.Paragropyron 的物种含有与
Kengyi lia 相似的 StYP染色体组 ,故 Yang 等[ 11] 把
这组植物组合到 Kengy ilia 中。因此 ,这 4个属的
分类地位 、系统亲缘关系和物种划分还存在极大分
歧 ,其焦点在于:这 4 个属合并为一属 , 即 Ely-
mus
[ 5 , 6 , 10]还是将其划分为独立的属[ 12-14] 。
同工酶是基因表达后的分子水平的表型 ,可以
在分子水平上反映一些从外部特征上难以鉴定的遗
传变异[ 15] 。在小麦族植物的生物系统学研究中 ,酯
酶同工酶因其组织特异性和遗传多样性而被广泛应
用 。本文通过对小麦族 4个属 19个物种的酯酶同
工酶分析来探讨它们之间的亲缘关系 ,为这几个属
及其物种的正确分类提供生化方面的依据 。
1　材料与方法
1.1　供试材料
8种鹅观草 、4 种披碱草 、3 种猬草和 4种仲彬
草共 19个物种的名称 、染色体组 、编号 、来源见表 1。
1.2　方　法
1.2.1　样品提取
取生长同时期幼叶 0.5 g 剪碎后加入蒸馏水 ,
在冰浴中碾磨成匀浆 ,离心(4000 r/min)20 min ,放
于-20 ℃冰箱中保存备用。
1.2.2　电泳及染色
采用垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳法[ 16] ,分离
胶浓度为7.2%,浓缩胶浓度为 3.1%, Tris-HCl作
凝胶缓冲液 ,点样量为每槽 40 μL ,溴酚蓝作前沿指
示剂。室温下电泳 ,初始电压 180 V ,指示剂进入分
离胶后 ,电压调至220V ,待指示剂距离胶下缘1cm
表 1　供试材料
Table 1　The materials used in this study
序号
No. 物　　种Species 染色体数目Chromosome No.染色体组Genomes 编　号Accession 来　源　　Origin　　
1 Roegneria caucasica Koch 28 StY PI531573 亚美尼亚
2 R.ely trigioides Yen et J.L.Yang 28 StSt ZY2001 西藏昌都
3 R.alashanica Keng 28 St- ZY2003 宁夏银川
4 R.kamoji Ohwi 42 StYH 88-89-281 四川雅安
5 R.japonensis(Honda)Keng 28 StY Pr 87-88-332 四川宜宾
6 R.ciliaris(T rin.)Nevski 28 StY 88-89-238 黑龙江哈尔滨
7 R.amurensis(Drob.)Nevski 28 StY PI547303 前苏联
8 R.grandis Keng 28 StY ZY3158 陕西临潼
9 Elymus sibiricus L. 28 StH Y2906 甘肃合作
10 E.tangutorum (Nevski)Hand.-Mazz. 42 StHH ZY2008 西藏昌都
11 E.caninus(L.)L. 28 StH Y2730 瑞典
12 E.nutans Griseb 42 StYH PI499450 内蒙古
13 Hystrix patula Moench 28 StH Pr 80-81-398 加拿大渥太华
14 H.longearistata (Hack)Ohwi 28 Ns- ZY2005 日本京都
15 H.duthiei(Stapf)Bor 28 Ns- ZY2004 四川崇州市
16 Kengyilia gobicola Yen e t Yang 42 StYP Y9503 新疆塔什库尔干
17 K .rigidula (Keng)J.L.Yang , Yen et Baum 42 StYP W622130 甘肃夏河
18 K .m utica (Keng)J.L.Yang , Yen et Baum 42 StYP Y2873 青海格尔木
19 K.melanthera(Keng)J.L.Yang , Yen et Baum Baum 42 StYP Y2708 四川红原
131第 2期　　　　　　张　春(等):鹅观草属 、披碱草属 、猬草属和仲彬草属物种的酯酶同工酶分析　　　　　　　
时停止电泳。后采用醋酸萘酯-固兰 RR盐染色
法 ,室温下染色至酶带清晰为止 ,用 7%冰醋酸固定
5min ,清水漂洗 。按酶带迁移率 R f 、酶带染色深浅
及酶带数目绘制酶带模式图。
1.3　数据处理
同工酶区带的相对迁移率 R f 计算参照
Kuhns
[ 17]的方法:R f =酶带迁移距离/溴酚蓝迁移
距离。聚类分析按方开泰方法进行[ 18] :酶谱相似系
数=两个分类群中相同酶带数/两个分类群中酶带
总数 。
2　结果与分析
2.1　属 、种间的酶谱比较
供试材料的幼叶酯酶同工酶电泳图及酶谱模式
图见图 1 ,各个材料的迁移率 Rf 值见表 2。
由图 1 和表 2可看出 ,供试材料的幼叶酯酶同
工酶谱共分离出 24条酶带(E1 ～ E24)。根据酶谱
形态特征 ,如:酶带多少 、着色程度 、迁移率 ,进行分
区 ,将它划分为 3个区 ,即 A 区(R f =0 ～ 0.35), B
区(R f =0.41 ～ 0.80),C区(R f =0.81 ～ 0.95)。在
A 区中共有 6条酶带。E5是 Roegneria 中 6个物种
的共同且特有酶带 , E18 是 R .elytrigioides 和 R .
alashanica 所特有的酶带。B 区中共产生 13 条酶
带 ,酶带强弱不等 , Hystrix 和 Elymus 的酶带主要
在此区。C区中酶带较少 ,其中 E24 为迁移率最大
的酶带(R f=0.95)。E23和 E24染色较深且是 E-
lymus物种的共同酶带。E22为 Kengyilia 物种所
特有的酶带 。
2.1.1　属间酶谱分析
Roegneria 和 E lymus 物种的酶带较丰富 , 而
Hystrix 和Kengyi lia 物种的酶带较少 。A 区 Roeg-
neria 物种有 0 ～ 6条酶带 ,多集中于 E4 、E5和 E6;
Elymus和 Hystrix 在此区酶带很少;Kengyilia 在
此区无酶带 。B 区共有 13 条酶带 , Roegneria 在此
区酶带较丰富;Elymus的大部分酶带几乎都分布在
此区 ,其中 E10 、E12 、E14 、E23及 E24 为该属共有
酶带 ,只是强弱不同;Hystrix 在此区有 3 ～ 7条带 ,
无共有酶带;Kengyi lia 在此区仅有一条带 ,且都为
弱带 。C 区仅有 5 条带 , Roegneria 有 1 ～ 2 条带;
Elymus 有 2 ～ 3 条带 , E23 和 E24 为共有酶带;
Hystrix 有 1 ～ 3条带 , E24 为共有的酶带;Kengyil-
ia 在该区有 2条共同酶带且 E22为其特有酶带。
2.1.2　属内种间酶谱分析
Roegneria 8个物种在 3个区都有较大差异 ,没
图 1　4 个属 19 份材料的酯酶同工酶电泳图及其酶谱模式图
Fig 1　Poly acrylamid gel zymogram moded of esterase
iso zyme of 19 species of Roegneria , Elymus , Hystri x and Kengyilia
132　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　四川农业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 24 卷
表 2　19 份材料的酯酶同工酶带的差异
Table 2　The variety of EST isozymes of 19 species
序号
No.
Rf 值　　Rf value
A
1 2 3 4 5 6
B
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
C
20 21 22 23 24
酶带数
Band No.
1 0.26 0.30 0.35 0.41 0.81 5
2 0.60 0.72 0.74 0.78 0.81 5
3 0.60 0.72 0.74 0.78 0.81 0.85 6
4 0.15 0.18 0.20 0.26 0.30 0.35 0.41 0.46 0.49 0.52 0.56 0.64 0.70 0.72 0.76 0.91 0.95 17
5 0.26 0.30 0.35 0.41 0.46 0.80 6
6 0.30 0.35 0.41 0.46 0.80 5
7 0.30 0.35 0.41 0.46 0.49 0.80 6
8 0.26 0.30 0.35 0.41 0.60 0.76 0.81 7
9 0.35 0.52 0.60 0.64 0.70 0.74 0.91 0.95 8
10 0.41 0.46 0.52 0.60 0.70 0.76 0.81 0.91 0.95 9
11 0.35 0.41 0.46 0.52 0.60 0.64 0.70 0.74 0.91 0.95 10
12 0.26 0.35 0.41 0.46 0.52 0.60 0.64 0.70 0.74 0.91 0.95 11
13 0.35 0.41 0.46 0.52 0.60 0.64 0.70 0.74 0.81 0.91 0.95 11
14 0.41 0.49 0.56 0.95 4
15 0.41 0.49 0.56 0.95 4
16 0.46 0.81 0.89 3
17 0.81 0.89 2
18 0.46 0.81 0.89 3
19 0.46 0.81 0.89 3
有共有的酶带 ,其中 R .kamoji 拥有最丰富的酶带
(酶带数为 17);R .caucasica 、R .grandis 相同的酶
带较多;R .alashanica 和 R .ely trigioides 的酶带几
乎完全相同;R .japonensis , R .cil iaris 和 R .a-
murensis的酶带也极为相似 。E lymus 的 4 个物种
的酶带十分相似 ,不同种之间差异很小。 Hystrix 3
个物种间 , H.longearistata 和H .duthiei 酶带的 Rf
值完全相同只是强弱不同 ,而 H .patula 与前两者
的差异较大。Kengyil ia 4个物种的酶带数目较少 ,
不同种之间差异很小 。
2.2　属 、种间的聚类分析
利用 19个种的酯酶同工酶带纹在 N TSYS 软
件中 ,计算物种间的相似性系数 ,并进行聚类分析
(图 2)。
物种间遗传相似系数变幅在 0.38 ～ 1.00之间 ,
表明各物种的亲缘关系有较大的差异 。以 0.75 为
阈值可以将供试材料分为六大类。 Roegneria 8 个
物种聚成 3类 , R .caucasica 、R.grandis 、R .japo-
nensis、R .ci liaris 和 R .amurensis 聚为 Ⅰ类;R .
alashanica 和 R .ely trigioides 聚为 Ⅲ类;R .kamoji
单独聚为一类 Ⅵ 。4个 Elymus 物种与 Hystrix 模
式种 H .patula 聚在一起为 Ⅴ类 。 Hystrix 的 H .
longearistata 和H .duthiei单独聚为Ⅱ类 , Kengyi l-
ia 4个物种聚为Ⅳ类。
图 2　19 份材料的聚类分析图
Fig 2　Dendrog ram of 19 species of Roegneria , Elymus ,
Hystrix and Kengyilia constructed from a matrix of
g enetic similarity coefficient based on ES T isozymes
3　讨　论
细胞学上 , Roegneria 的模式种 R .caucasica 具
StY染色体组 , Elymus的模式种E .sibiricus 具 StH
染色体组 , Hystrix 的模式种H .patula 具 StH染色
体组 ,而 Kengyil ia 的模式种K .gobicola 具有 StYP
133第 2期　　　　　　张　春(等):鹅观草属 、披碱草属 、猬草属和仲彬草属物种的酯酶同工酶分析　　　　　　　
染色体组 。在 Roegneria 中 ,有的物种只有 St 染色
体组 , 如无芒类群的 R .alashanica 和 R .elytri-
gioides ,应属于拟鹅观草属 Pseudoroegneria[ 14 , 19] 。
由于 Hystrix 的模式种H .patula 具有 StH染色体
组 , Dew ey(1984)把它并入到 Elymus 中[ 6] 。但
Jensen等[ 7] 、张海琴等[ 8] 报道 Hystrix 除具 StH染
色体组的物种外 ,还具有 Ns染色体组的物种。
本研究酶谱分析和聚类分析结果表明 , 4 个属
19个物种的酯酶同工酶酶谱多态性高 ,它们的遗传
差异较大。从酶谱上看 , 4个属的属间变异大于属
内种间变异 ,但各个属中的不同物种之间也存在一
定的多态性 。聚类分析表明 ,在 Roegneria 中不同
物种间差别较大 。 R .japonensis 、R .ci liaris 和 R .
amurensis聚为一类。其中 R .japonensis与 R .ci l-
iaris亲缘关系较近 ,其相似系数高达 0.96。Löve[ 5]
把 R .amurensis处理为 R .ciliaris 的变种;卢宝荣
等[ 20]通过酯酶同工酶和酸性磷酸酯酶同工酶酶谱
的比较 ,将 R .japonensis处理为R .ci liaris的变种;
魏秀华[ 21]将 R .amurensis 作为R .cil iaris 的亚种 ,
将 R .japonensis 作为 R .ci liaris 的变种 。 R .
alashanica 和 R .elytrigioides 聚在一起 , 它们的染
色体组成只含有 St ,不具有 Y[ 19 ,22] 。 R .kamoji 单
独聚为一类 ,虽然它与 E .nutans有共同的染色体
组 StYH[ 6] ,但他们在形态上存在较大差异 , Roegne-
ria 的每个穗轴节上仅着生一个小穗 ,而 Elymus 每
穗轴节上着生多个小穗 。Dewey 和 Löve 根据染色
体组分类把 Hystrix 归于 E lymus 中[ 5 ,6] 。本研究
表明 , Hystrix 的模式种 H.patula 与 Elymus 物种
聚类在 一起 , 它们具 有 StH 基因组。 而 H .
longearistata 和H .duthiei 单独聚为一类 ,且亲缘
关系很近 。张海琴等[ 8]报道 H .longearistata 和H .
duthiei 含有 Ns 染色体组;周永红等[ 23] 将 H .
longearistata 处理为 H .duthiei ssp.longearistata 。
本研究结果与周永红等[ 13]和张颖等[ 24]对 Roegner-
ia 、Elymus 、Hystrix 和 Kengyilia 进行的 RAPD 和
RAMP 分析的结果基本一致。因此 , Kengyi lia 、
Roegneria 和Elymus 作为属分类等级处理是恰当
的 ,但对于 Hystrix 的系统地位有待进一步研究 。
朱光华等[ 25]通过同工酶分析了 Roegneria 和
Elymus的属界划分。李万良[ 26]分析了 23种禾本
科牧草的酯酶和过氧化物酶同工酶 ,根据酶谱资料
讨论了小麦族的某些关系 ,认为鹅观草属与披碱草
属关系较近 ,而鹅观草属与冰草属之间关系较远 。
同工酶技术存在一定的局限性 ,但在实际工作中 ,只
要注意排除假象 ,酶谱还是较稳定的 。将同工酶作
为分子水平的指标 ,用以追溯物种间的历史渊源和
亲缘关系有着特殊的意义 ,这些基因不可能完全代
表植物的种性 ,但它无疑是对其他研究结果的有力
证据之一。
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(下转第 151页)
134　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　四川农业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 24 卷
处理能打破气生鳞茎的休眠 ,气生鳞茎的萌发速度
和发芽率都比 25 ℃处理显著提高 ,这与低温促进试
管鳞茎萌发的结果很相似[ 6 ,7] 。虽然低温贮藏能促
进气生鳞茎的萌发 ,但低温贮藏时间有一定的限度 。
4 ℃低温贮藏 15 ～ 60 d 时 ,气生鳞茎的发芽率变化
不大 ,但贮藏 90 d后 ,气生鳞茎的发芽率显著降低 。
可能是由于低温贮藏时间长 ,引起气生鳞茎内源代
谢发生紊乱 ,从而造成气生鳞茎生理活性降低 ,发芽
率也降低 ,因此低温贮藏时间应以不长于 60 d 为
宜。
因此在用气生鳞茎作外植体时 ,首先要根据试
验条件选取适宜大小的鳞茎 ,然后在低温贮藏一定
时间打破休眠后 ,再在植物激素配比比较合适的培
养基上培养并进行试验处理。
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(本文审稿:杨瑞武)
151第 2 期　　　　　　　　　　　　　张素芝(等):影响大蒜气生鳞茎萌发的因素分析