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蜡梅科树种的同工酶种间和种内变异



全 文 :第1 7 卷 增刊1
1 9 95 年 9月
北 京 林 业 大 学 学 报
JO UR N A L O B E I FJ IN GFO R E S TR Y UN IV E R I S TY
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1 7
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1
1 9 9 5
蜡梅科树种的同工酶种间和种内变异 ’
张若蕙 刘洪愕 童再康
(浙江林学院 , l陇安 3 11 3 0 0 )
叶苏芳
(临安县林科所 , 临安 3 1 1 3 0 0)
摘要 用聚丙烯酞胺凝胶电泳法分析了蜡梅科 8 种共 40 个单株成熟叶的过氧化物酶 (P ER ) 、 酷
酶 ( E S T ) 、 苹果酸脱氢酶 (M D H ) 和谷草转氨酶 ( G O T ) 的酶谱 . 结果表明 : P E R 和 E S T 出现
的谱型和酶带较多 , M D H 和 G O T 则较少 , 但都具属和种的特有带 . 单一酶系种内谱型间相似系
数 0 . 32 ~ 1 . 0 , 蜡梅 、 西南蜡梅 、 山蜡梅和夏蜡梅种内相似性在 0 . 70 以上 , 是比较一致而稳定的
种 ; 而柳叶蜡梅 、 美国蜡梅 、 西美蜡梅和突托蜡梅种内相似系数较小 , 种内差异较大 . 综合 4 种
酶系计算蜡梅科种间相似系数为 。 . 08 ~ 。 . 73 , 夏蜡梅属 内种间 0 . 36 ~ 0 . 68 , 蜡梅属 内 。 . 30 ~
。 . 73 . 两属内最近缘的种分别是美国蜡梅和西美蜡梅及山蜡梅和突托蜡梅 , 最远缘的种分别是夏
蜡梅和西南蜡梅 . 聚类结果表明 : 两属分别在 0 . 4 Q和 0 . 3 聚合 , 在 0 . 21 两属聚合为科 . 按物种
具备的谱带多少比较 , 夏蜡梅属 30 ~ 32 条带 , 蜡梅属 34 ~ 38 条 , 后者比前者更进化 ; 两属中分
别以西美蜡梅 ( 32 条 ) 和蜡梅 ( 38 条 ) 更进化 .
关锥词 蜡梅科 , 同工酶 , 相似系数 , 聚类分析
近代生物学和分类学的发展 已从形态描述阶段 、 比较实验阶段进入了分子分析阶段 . 利
用同工酶的研究能反映生物分类单位之间在分子水平上的差异和进化关系 , 已被应用于对松
科①和红豆杉科即 、 杨属 〔 3 3和核桃属 〔。 树种的分类和进化关系的研究 ; 应用于苹果 〔s , 、 柑桔临 ’ “
和椰枣 `幻等果树 , 山茶 〔的和牡丹 〔 , 。 ,等木本花卉的种类 、 杂交种和品种的分类和鉴定 .
我们开展了一项对蜡梅科全面系统的研究 , 已经报道了蜡梅科种类的繁殖技术〔“ , 、 花粉
形态〔卿 、 叶表皮解剖特征 〔` 3,及叶精油成分 (待发表 ) 的研究结果 . 本文报道我们分析蜡梅科
8 个树种 4 种同工酶系酶谱在种间和种内的变化 .
1 材料和方法
1 9 9 3年 10 月采集①美国蜡梅 aC 加 an ht us fl o ir du : iL n n (缩写 C . 刀。 ) , ②西美蜡梅 .C
o e e i de
n t a il : H o o k e t A r n o t t ( C
.
oc ` ) , ③夏蜡梅 C . ` h i n e n s i : C h e n g e t 5 . Y . C h a n g ( C .
c h i )
, ④蜡梅 hC im o n a n t h u s P ar e c o x ( L i n n . ) L i n k (hC . P ar ) , ⑤西南蜡梅 hC . c a呻a n u la t u s
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D i n g ( C人 . c a m ) , ⑥突托蜡梅 hC . g ar o m a t u , M . C . L i u ( C h .
g r a )
, ⑦山蜡梅 hC . n i t e n : O l i v ( hC . n i t ) 和⑧柳叶蜡梅 hC . : a l i c ifo l i u : 5 . Y . H u ( hC .
sa l) 等 8 种蜡梅 1 年生苗的成熟叶 ,每种分别采 5株作试样 . 苗木在浙江林学院苗圃培育 , 圃
, 浙江省自然科学基金资助项目
DOI : 10. 13332 /j . 1000 -1522. 1995. s1. 019
增刊 张若慈等 :蜡梅科树种的同工酶种间和种内变异
地立地条件 、育苗管理条件一致 .凭证标本存于浙江林学院树木标本室 .
实验室称取 干净的鲜 叶 0 .5 9 , 加 2m l 磷酸提取液 , 磨成匀浆 , 在 8 o 0 0 r /m in 下离心
15 m in
. 取上清液存于冰箱备用 .
同工酶的分离采用聚丙烯酞胺凝胶垂直板电泳 ,分离胶 7 . 5 % , p H S . 9 ;隔离胶 2 . 0% ~
.2 5%
, p H .6 7 , T ir s
一甘氨酸 ( p H S . 3) 作电极缓冲液 .
每 样格加 20 川试样 , 在 。~ 4℃冰箱中电泳 4 ~ hs . 分析了过氧化物酶 ( P E R ) 、 酷酶
( E S T )
、 苹果酸脱氢酶 (M D H )和谷草转氨酶 ( G O T ) . 4 种酶系的染色基本参照 T an ks lcy an d
O r t o n 〔“ ,
. 每个样品重复实验 3 次 .
计算各谱带的相对迁移率 (% ) ,每 1谱带以该酶系代号的第 1 个字母编号 ,下标其迁移率
(% )
,如 E 3 就代表醋酶相对迁移率为 3%的 1 条带 . 每 1物种 5 个体可能显示 1一 5 个谱型 ,凡
是迁移率不同的谱带都记作该物种所具有的酶带 ,按相对迁移率 R , (% )绘出各种类的酶谱
图 .
凡是仅为某一物种所具有的谱带 ,就认为是该物种的种特有带 . 如果某 1( 或几 )条谱带仅
为某 1 属的全体种类所有 ,而其它的种和属都没有 ,就认为是该属的属特有带 .
计算种内不同的谱型之间的相似系数 (S 。 )和该物种之间的相似系数用下式 :
S ` ~ Zx 两单位都有的谱带数 /两单位所有谱带之和
根据相似系数由大到小以类平均法进行聚类 ,绘出树形聚类图 .
2 结果和分析
2
.
1 过氧化物酶酶谱
此酶系出现的谱带最多 ,共有 46 条 ;分种类计算 ,突托蜡梅最多有 17 条 ;柳叶蜡梅和西南
蜡梅最少 ,都有 n 条 .
夏蜡梅属出现 3 条属特有带 ,而蜡梅属缺少属特有带 . 从物种来看 ,除山蜡梅和柳叶蜡梅
之外 , 各种类均具种特有带 ,但数量不同 ,西南蜡梅和突托蜡梅各具 4 条 , 美国蜡梅 、 夏蜡梅和
蜡梅各具 2 条 ,西美蜡梅具 1 条 .
这些特有带对区分属和种提供了方便 . 种间的相似系数 0 . 0 ~ 0 . 83 ,夏蜡梅属内 0 . 38 ~
0
.
5 9
,蜡梅属内 。 , 0 ~ 。 . 83 , 两属内分别是美国蜡梅和西美蜡梅以及山蜡梅和柳叶蜡梅的相
似性最大 ,
各物种所出现的谱型 , 以美国蜡梅 、 突托蜡梅和 山蜡梅最多 ,都有 5 型 ,就是说测试的 5 个
个体各具 1 型 ;西美蜡梅 3 型 ,西南蜡梅和柳叶蜡梅均 2 型 ,蜡梅 1 型 (图 1) .
分单个的谱型计 ,蜡梅有 巧 条谱带 , 最多 ,其它种类大多为 8~ 1 条 , 只西美蜡梅变幅大 ,
少的 6条 ,多的达 12 条 , 山蜡梅最少的只有 7 条带 (表 1 ,图 1) .
种内谱型间的相似系数 : 蜡梅 、 西南蜡梅和柳叶蜡梅 0 . 95 一 1 . 0 ;美国蜡梅 、 夏蜡梅和 山
蜡梅都在 0 . 70 以上 ;西美蜡梅最低的 0 . 5 6 ,突托蜡梅最低的只有 0 . 32 ,表明其种内差异几乎
达到 70 写 ,显然很大 ,可能这个种包含了较大的混杂性 .
9 8 北 京 林 业 大 学 学 报 第 7 1卷
表 18 种蜡梅的同工酶谱型
T A LE B 1I so z y m o g a rm p a t t e rn s o f ei g h t sp e ei es
树 种 酶系 谱型数 各谱型的酶带数 谱型间相似系数 }树 种 酶系 谱型数 各谱型的` 带数 谱型间相似系数
P E R 4 9
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美国蜡梅 E S T 2 9 , 1 0 0 . 7 4 l四南蜡梅 E s于 “ ` 3 , `l , “ o · 7卜 0 · 9 2
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8 6 卜 . _ , . ” E R ” ’ 0 , ` o , ` 0 , 9 , ,` 。 · ” 2一 o· ” 0西美蜡梅 E S T 2 1 0 . 1 0 0 . 8 0 }哭扎蜡梅 E S T 4 ` 4 , ` 2 , ` 3 , ` 2 。 · 69一 0 · ` 8
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P E R
1~ 2 柳叶蜡梅 3 蜡梅 4一 5 西南蜡梅 6 ~ 10 突托蜡梅
1 1~ 1 5 山蜡梅 1 6 ~ 2 9 西美蜡梅 20 ~ 2 4 美国蜡梅 2 5~ 2 7 夏蜡梅
图 1 过氧化物酶酶谱
F I G U R E 1 P E R z y n l o g r a ms
o f 8 s p e e i e s in aC l界 a n t h a e e a e
.2 2 酉旨酶酶谱
共出现谱带 4 条 ,仍然是突托蜡梅的谱带最多 ,共 17 条 ;其次为西南蜡梅和柳叶蜡梅 ,分
别为 15 和 14 条 ;其余种类 10 ~ 13 条 . 柳叶蜡梅和夏蜡梅分别具 5 和 4 条特有带 ,其余 6 种 ,
除西美蜡梅无特有带之外 ,均有 1条特有带 . 蜡梅属具 1 条特有带 ,而夏蜡梅属没有 .
夏蜡梅属 内种间相似系数 0 . 26 一 0 . 67 ,蜡梅属 内种间相似系数 0 . 21 ~ 0 . 80 . 两属 内分别
是美国蜡梅和西美蜡梅及突托蜡梅和 山蜡梅之间的相似系数最大 .
增刊 1 张若慈等 :蜡梅科树种的同工酶种间和种内变异
在此酶系中种内谱型最多的 4型 ,是突托蜡梅和柳叶蜡梅 , 夏蜡梅仅 1 型 , 其它种类为 2
~ 3 型 . 种内型间相似系数最低者为 0 . 69 ,出现于突托蜡梅 , 其它种类均较高 (表 1) .
以单个的谱型计算 , 突托蜡梅最多的有 14 条 , 少的 12 条 ,西南蜡梅多的 13 条 , 少的 n
条 ,都是相差 2条 . 其它多型的种类或带数相等或相差 1 条 ,蜡梅和美国蜡梅中带数最少的谱
型只有 9条 (表 l , 图 2 ) .
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E S T
1~ 4 柳叶蜡梅 5 ~ 6 蜡梅 7~ 9 西南蜡梅 10 一 13 突托蜡梅
14 ~ 1 5 山蜡梅 1 6 ~ 1 7 西美蜡梅 1 8~ 19 美国蜡梅 2 0 夏蜡梅
图 2 醋酶酶谱
F峪 u R E 2 E s T z y m o g r a m s o f 5 s p e e i e o in c a ly e a n t h a e e a e
2
.
3 苹果酸脱氮酶酶谱
共出现 21 条谱带 ,按种类计 ,蜡梅最多 , 有 10 条带 ;夏蜡梅最少 ,只有 5 条 ,其余种类都是
7 或 8 条 . 夏蜡梅属特有带 2 条 ,蜡梅属不具特有带 , 故用此酶系分属容易 , 蜡梅具 3 条种特有
带 ,夏蜡梅 、西南蜡梅和突托蜡梅各具 1条特有带 .
夏蜡梅属内种间相似系数 0 . 31 ~ 0 . 8 , 蜡梅属内 0 . 27 ~ 。 . 8 . 两属内种间相似系数最大
的两对分别为美国蜡梅和西美蜡梅及突托蜡梅和山蜡梅 .
西美蜡梅有 3 谱型 ,是此酶系中最多的 , 美国蜡梅 、蜡梅 、 突托蜡梅都具 2 型 , 其余 3 种都
只 1 型 (图 3) . 西美蜡梅种内型间相似系数最低的为 0 . 5 5 ,其它种类除美国蜡梅低些 ( 0 . 67 )之
外 ,都是 0 . 83 ~ 1 . 0 . 这说明此酶系在种内的变化不大 .
以单个谱型计 , 蜡梅有 9条带 ,最多 ,西南蜡梅和 山蜡梅分别有 8 和 7 条 ,最少的为夏蜡
梅 , 仅 5 条 ,其余除西美蜡梅有 1 型为 5 条之外 ,均具 6 条带 (图 3) . 由于谱带较少而且谱型变
化不大 ,所以用此酶区分种属还是比较容易的 .
2
.
4 谷草转氨酶酶谱
共出现谱带 17 条 ,是 4 种酶系中最少的 . 分种来看 ,柳叶蜡梅有 9 条 ,最多 ;美国蜡梅次
之 , 有 7条 ,西美蜡梅有 6条 ,其余种类都只有 4 条 . 夏蜡梅属和蜡梅属分别具 1 和 2 条 ,其余
种类均无特有带 (图 4) .
北 京 林 业 大 学 学 报 第 17 卷
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1~ 2 柳叶蜡梅 3~ 4 蜡梅 5西南蜡梅 6~ 7 突托蜡梅 1蜡梅 2~ 4 柳叶蜡梅 5 突托蜡梅 6 山蜡梅 7 西南
8 山蜡梅 9 夏蜡梅 10 ~ n 美国蜡梅 12 ~ 14 西美蜡梅 蜡梅 8~ 9 西美蜡梅 10 ~ n 美国蜡梅 12 X蜡梅
图 3 苹果酸脱氢酶酶谱 图 4 谷草转氨酶酶谱
F IG U R E 3 M D H z ym o g r a m s o f 8 s P e e i e s in C a ly e a n t h a e e a e F IG U R E 4 G O T z y m o g r a m s o f 8 s p e e i e s in C a ly e a n t h a e e a e
夏蜡梅属内种间相似系数 0 . 40 一 0 . 62 ,蜡梅属内种间 0 . 31 ~ 1 . 0 . 两属内相似性最大的
分别是美国蜡梅和西美蜡梅及西南蜡梅 、 突托蜡梅和山蜡梅 3 种 .
种内谱型以柳叶蜡梅最多 , 3 型 ;美国蜡梅和西美蜡梅 2 型 ,其余种类都是 1 型 . 多型种类
种内相似系数都比较低 : 柳叶蜡梅 0 . 67 一。 . 7 ,美国蜡梅和西美蜡梅 0 . 40 ~ 0 . 4 4( 图 2) .
以单个谱型计 ,柳叶蜡梅最多的有 7条带 , 其它种类多数仅 4 条带 ,少数具 5~ 6 条带 .
此酶系表现较简单 ,用以分属容易 ,而分种较困难 .
.2 5 4 种酶系酶谱聚类
综合 4 种酶系计算种间的相似系数 ,结果说明 : 8种蜡梅种间相似系数变化幅度在 0 . 08 ~
0
.
73
,相似系数最大的两对是山蜡梅和突托蜡梅及美国蜡梅和西美蜡梅 , 相似系数最小的两对
是夏蜡梅和西南蜡梅及美国蜡梅和蜡梅 (表 2) . 夏蜡梅属内种间相似系数 0 . 36 一 0 . 68 ,蜡梅属
内 0 . 3 0 ~ 0 . 7 3 .
根据相似系数用类平均法进行树形聚类
的结果 , 夏蜡梅属 和蜡梅属分别在 0 . 40 和
0
.
3 时聚合 . 虽然聚合点前者大于后者 ,但其
属 内含有的种数不同 ,前属 3 种 ,后属 5 种 ,当
蜡梅属 内聚合 3 种时为 0 . 57 , 聚合到第 4 种
时才 。 . 4 , 据此衡量 , 蜡梅属 内种间的近缘程
度相对地高于夏蜡梅属 ( 图 5) .
从属内来看 , 两属排在最外围的种分别是
夏蜡梅和西南蜡梅 ,但夏蜡梅对本属内另两种
的近缘程度比西南蜡梅对属内另外 4 种的近
表 2 综合 4 种酶系计算的种间相似系数
T A B L E 2 M
a t r ix
o f s im i la r it y e o e f f ie ie n t
b a s e d o n f o u r e n z y m e s y s t e m s
美国
蜡梅
西美
蜡梅

蜡梅


西南
蜡梅
突托
蜡梅

蜡梅
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西美蜡梅
夏蜡梅
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西南蜡梅
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4 2
缘程度要高 . 这里可以说明两点 : 第一 ,把夏蜡梅置入夏蜡梅属是合理的 ;第二 ,西南蜡梅这个
种的酶谱表现就象在其他方面的表现一样 ,是比较独特的 .
增刊 1 张若蕙等 : 蜡梅科树种的同工酶种间和种内变异
两属的聚合点在 0 .21 ,就是说两属间的差异程度约
达 80 % ,界线是相当分明的 ,
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3 讨 论
( l) 分析的 4 种同工酶都表现出酶谱的多样性和复
杂性 ,但比较起来 ,谱带数量多 ,谱型变化大的是 P E R
和 E S T , 而 M D H 和 G O T 则 比较简单 . 每种酶系都有
属 、种特有的谱带 , 因而利用同工酶的差异性和特异性
可以鉴定和 区分种或属 . 尤其是利用多个酶系的表现 ,
鉴定就更加可靠 .
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相似系数
图 5 综合 4 种酶系计算的相似系数聚类图
F I G U R E 5 C lu s t e r in g d e n d r o g r a m f o r s
s P e e i e s o f C a l y e a n t h a e e a e b a s e d o n
s im i l a r i t y e o e f f ie i e n t s
( 2) 从 4 种酶系各物种表现的谱型来看 ,蜡梅 、西南蜡梅 、 山蜡梅和夏蜡梅种内型间的相似
性都在 70 %以上 , 说明它们种内的变异较小 ,作为 1 个独立的物种是相当稳定的 . 柳叶蜡梅 、
美国蜡梅和西美蜡梅种内相似系数有的略低一些 , 最低的为 0 . 40 ;而突托蜡梅表现出特低的
种内相似系数 ,仅 0 . 32 , 比报道过的毛白杨 (最低 。. 50 ) 〔` 5 ,的种内相似系数都低 . 这说明突托
蜡梅种内的差异比较大 ,在种的范围内存在比较大的混杂性和不稳定性 .
( 3) 对蜡梅科来说 ,仅用单一的酶系来划分其系统 ,则可能产生偏差 ,尤其当这种酶系的谱
型和谱带变化少时 . 例如在 G O T 分析中 , 山蜡梅 、 突托蜡梅和西南蜡梅 3 者的谱型和谱带完
全一致 ,种间相似系数为 1 . 0 ,据此可以合为一体 . 但综合 4 种酶系分析结果 ,合理考虑多方面
的表现 ,应是更为准确可靠 . 在此情况下 ,西南蜡梅与上述两物种相差甚大 .
(4 )按物种的同工酶带较多应是较进化的观点 , 比较各物种在 4 种酶系中包含最多带的谱
型的带数相加之和 ,结果表明 : 夏蜡梅属 (每物种 30 ~ 32 条带 ) 比蜡梅属 (每物种 34 一 38 条带 )
更古老 ,两属内分别以西美蜡梅和蜡梅较进化 .
第 1作者简历 张若慈 ,女 ,安徽阜阳人 , 浙江林学院教授 . 从事树木学 、 森林植物学 、种子植物分类学的教学和科研 ,对蜡梅
科 、中国红豆属 、 中国山核桃属和树木幼苗形态尤有深入研究 . 发表论文和专著 30 余篇 ,主要著作有《中国主要树木幼苗形
态》 、《浙江珍稀濒危植物 》等 .
参 考 文 献
胡志昂 ,王洪新 . 裸子植物生化系统学 (1 )松科植物的过氧化物酶 . 植物分类学报 , 19 83 , 2 1 ( 4) : 4 23 一 4 32
胡志昂 , 王洪新 . 裸子植物生化系统学 (3 ) 从种子蛋白肤和针叶过氧化物酶探讨红豆杉科的系统位置 . 植物分类学报 ,
1 9 8 6
,
2 4 ( 4 )
:
2 6 0~ 2 6 3
胡志昂 . 杨属植物过氧化物同工酶 . 植物分类学报 , 1 98 1 , 1 9 ( 3) : 2 91 一 2 95
杨自湘 ,奚声坷 . 核桃属 10 种植物过氧化物同工酶分析 . 植物分类学报 , 19 89 , 2 7( 1 ) : 53 ~ 57
程家胜 . 关于苹果属树种亲缘关系的初步探索 . 园艺学报 , 19 8 , 1 3 ( 1 ) : 1~ 8
sE
e n A e t oS
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o f I s o z y m e s i n S P e c i e s o f C a l y e a n t h a e e a e
C h a n g R o h h w e i L i u H o n g
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K E Y WO R D S C
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, s im il a r i t y e o e f f ie i e n t
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(责任编辑 李文军 )