全 文 ：第 17 卷 第 3 期
1 99 4年
南京师大学报 (自然科学版 ) Vo l .1 7 No .3
.
JO UR N ALO F N AN JI NG NO RM AL UN】 E S V RY TY ( Na tu a r lSc i e ne e)
睡莲科植物醋酶同功酶的
数量分类研究 `
陆佩洪 陈维培 许红星 刘森
摘要 未用垂 直平板聚丙 蜂跳按毅胶盘状电泳技未 , 对 国内睡莲科植物 ( 包括 6 个属的 6 个代表种及 3 个 品 种 ) 的
叶 片进行 了曲峰 同功峰的浏定 , 初 少结果表明枚浏植物均有各 自德定的曲峰畴讲 。 运用数全分类学方法 对被测植
物进 行聚 类 , 其中 白睡 莲与其派生 的红 睡莲和 黄睡莲 2 品 种粱为一 爽 , 南芙与北芙亦聚为 一奥 , 而此 2 炎与萍蓬
草 、 莲 、纯 菜和王 莲的亲蛛关 木杖远 , 且后 4 种植物之问亲蛛关 来亦远 . 该 结果与由过乳化 物同功峰峰语 的分析 结
气基本相似 ·
主肠词 睡莲科 , 曲畴 ; 同功畴 ; 数 1 性状 ; 分廷学
分类号 Q 9 4 9 . 7 2 0 · 6
O 引言
睡莲科 ( N y m p h ae a o ae e )为原始双子 叶植物的一个重要类群 , 迄今学者对其系统分类 的争
议颇 多 。 1 9 9 2 年和 1 9 9 3 年笔者等曾以过氧化物酶酶谱对其 5 个属中的代表植物珑菜 ( B ar se -
n t’a sc h er bert’ ) 、 白睡莲协沙mP ha es a lba P er sl ) 、红睡莲与黄睡莲 (场mP h ae : 勿 bir d a t ar i , : ) 、 萍
蓬草 (N uP ho 二 P u m il “ m ) 、莲 (N el “ m加 un d不叮￡ )和芡实 ( E u yr al 召 fe or x) 作过类平均聚类分析
与排序分析 〔, 、幻 。 本文在此基础上 , 补充了王莲的材料 , 进行了醋酶 同功酶测定 ,试图运用酶谱
进行数量分类学分析 ,进一步研究睡莲科植物的亲缘关系 。
1 材料与方法
1
.
1 材料
白 睡 莲 (入佃州沪h ae a a lb a P er s l ) 、 红 睡莲 与黄 睡莲 (场mP h a ea 勺 br l’d a t ar i n : ) 萍蓬草
(N u P h or P u m i z u m )
、药菜 (刀ar s e n i a s c人er 加 .lr ) 、 莲 (N e l u仇加 , 血 c i厂叮 a )和南芡与北芡 ( 2 t ar i n s
of E
“
yr
a le 介 or x) 的叶片采自我校花房 ;王莲 ( V ,’ct e` a a m a~ i ca )由江苏省植物研究所提 供
。
1
.
2 方法
酶液制备见文献 〔 1〕。
同工酶分离法见文献 〔 4〕。
酷酶的染色采用醋酸蔡醋一 F a s t bl ue 。 (见文献 〔 6〕 ) 。
结果与计算
睡莲科被测植物叶片的醋酶酶谱
夕曰.2
收稿 日期 : 1 9 9 3一 0 9一 。` .
国家自然科学墓金资助项 目 。
作者单位 : 南京师范大学生物系 , 21 0 0 9 7 ,南京 .
一 9 2 一
陆佩洪 等 :睡莲科植物确醉同功酶的数量分类研究
除王莲于 1 9 9 2年取样测定 6次外 , 其余植物均 于 1 9 9 0一 1 9 9 2 年中每年分别测定 4一 6
次 ,酶谱较为稳定 (图 1 ) ,其 ,可 . 值见表 1 。
表 1 睡莲科植物叶片醋酶同工酶 扑 J 值
序 号 红睡莲 白睡莲 黄睡莲 莲 萍蓬草 药菜 南芡 北芡 王莲 可平均值
0
.
1 4 5 0
.
1 4 5
0
.
3 3 9 0
.
3 3 9
0
。
3 6 0 0
.
3 6 0
0
.
3 93 0
.
3 9 3 0
。
39 3 0
.
38 4 0
.
3 9 1
0
。
4 3 4 0
。
4 3 7 0
.
4 3 7 0 4 3 6
0
.
4 5 1 0
.
4 5 9 0
。
4 5 7 0
.
4 5 6
0
。
5 1 6 0
.
5 16
0
.
5 5 4 0
.
5 5 4
0
.
5 8 2 0
.
5 8 2
1 0
1 l
0
.
7 0 5 0
。
7 0 5
0
。
7 67 0
.
7 6 8
1 2
1 3
0
。
7 9 6 0
。
8 0 8 0
。
8 0 8 0
。
8 0 2 0
。
8 0 4
0
。
8 2 3
1 4
1 5
0
.
8 35 0
.
8 4 0
.
8 4 2 0
.
8 4 2 0
。
84 3
0
.
8 8 6 0
.
8 90 0
.
8 9 9
l 6
l 7
0
.
9 2 0 0
.
9 1 8 0
.
9 2 3 0
.
9 1 3
0
。
94 0
。
9 4 0
。
9 4 4 0
.
9 4 6
1 8
1 9
0
。
9 5 8
0
。
9 89 0
.
9 7 8 0
.
98 9
总醉带数 5 5 5 3 8 5 5 4 5
由以上结果可知被测睡莲科植物叶片醋酶共有 19 条不同 ” 了值的区带 ,各植物间在区带
的数量 、 相对泳动率 (阴了)上存在一定的差异 ,从酶带数量看 , 最多的为萍蓬草 (8 条 ) , 最少的为
莲 (3 条 ) ,一般为 5 条 。
2
.
2 数 t 分类运算
其基本程序参照徐克学〔 3〕提出的方法进行 。
2
.
2
.
1 原始数值矩阵和标 准化数值矩阵
如果某植物具有某一 巩厂值的区带则记为 1 , 否则记为 o 。 把表 1 进行编码后就得到原始
数值矩阵
Y = {少、 , } 1 9义 9 :
南京师大学 报 ( 自然科学 版 )第 1 7卷第 3期 ( 1 994 年 )
0 0 0 10 0 0
0 0 0 10 0 0
0 0 0 10 0 0
1 10 10 0 0
0 0 10 1 1
10 0 0 10 0
0 0 0 0 10 0
O O0 O 10 0
0 0 0 0 0 0 0
Y0 0 10 0 0 0
10 0 10 0 0
0 10 10 1 1
0 0 0 0 0 0 0
1 1 10 0 0 0
0 0 0 0 1 10
0 0 0 1 1 1 1
1 10 0 0 0 0
0 0 10 0
0 10 0 0
0
成
0
l 1
口二 =
六jù卜
招二二
月,ùóJ
仁二二舀 ` 二 J
亡二 仁二习
仁: 二 公二二, 七 二 ,
一 ~ 一 ~ 亡勺亡习 〔 二二
一é口
2 3 4 5 6 7 8 9
` . ~ ~ ` ~ J ~一一一一目` ~ - ~ . 月`一 - - ~ ` - - - ~ 山- ~ -一 .曰 .0 2 4 6 8 飞0 1 2 1 4 1 6
图 l
1 红睡莲 ;
睡莲科植物的叶片醋醉酶谱 图 2
6 药菜 ; 7
睡莲科植物分类树系图
2 白睡莲 ; 3 黄睡莲 , 4 莲 ; 5 萍蓬草 南芡 ; 8 北芡 , 9 王莲
为了消除不必要的干扰按有关公式计算各植物的平均值和标准差
一 1 小扒 一 丁么为 ,
] 一 ` ’ 2 , ` ” ” ’ 9
{
= 1 9 }
,’0)1 石 . 、 , 、 合“ , 一 仁矛二万出 气*yj 一 `的 ’ 一 J l , 2 ,l 9一,7ō价`然后作变换 :
艺一 1 , 2 , … , ”
j 一 1 , 2 , … …
y一,竺Sy一X 叮 -
由此得 出标准化的数值矩阵 ( X ~ {x ` , }” 又 9)
一 9 4 一
陆佩洪 等 : 睡莲科植物醋酶 同功醉的数量分类研究
一 0 8 2. 5
8 52
58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
.
60 9
一 0 . 58 2
1
.
2 69
一 0 . 58 2
一 0 .8 52
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
1
。
2 9 6
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
1
.
2 9 6
一 0 .
一 0 .
422
42 2
1
.
1 41
1
。
1 41
1
.
1 41
1
.
1 1 4
1
.
1 41
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
1
.
62 9
一 0 .
一 0 . 一 0 .
58 2
58 2
一 O。 一 0 .8 2 5
一 0 .8 52
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
.
62 9
.
2 69
X
1
.
2 69
一 0 .8 52
1
。
2 9 6
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
.
62 9
一 0 . 58 2
l
。
2 69
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
一 0 .
一 0 .
58 2
58 2
。
2 9 61
.
62 9
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
.
62 9
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
0
.
58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
。
2 69
一 0 . 58 2
1
.
2 69
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
。
2 9 6
一 0 . 58 2
1
。
2 69
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
2
。
2 48
一 0 。 2 2 4
一 0 . 42 2
一 0 . 42 2
2
。
2 48
一 0 。 2 2 4
一 0 .2 42
一 0 . 42 2
2
。
2 48
一 0 。 42 2
一 0 .8 30
一 0 .8 0 3
一 0 。 8 30
一 0 .8 30
一 0 .8 0 3
1
。
1 1 4
1
.
1 41
一 0 。 8 30
一 0 .8 0 3
一 0 .8 30
1
。
1 1 4
一 0 .8 30
一 0 .8 30
一 0 。 8 0 3
一 0 .8 2 5
一 0 .8 52
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
1
。
62 9
1
.
2 69
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
一 0 .8 2 5
一 0 。 58 2
一 0 . 58 2
1
.
2 69
一 0 .8 52
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
一 0 .8 2 5
1
。
2 9 6
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
1
.
62 9
1
.
62 9
一 0 . 58 2
一 0 . 58 2
2
.
2
.
2 绝对值距离系数的计算
式中
1 9 )
。
公式 :
d。 一 艺 X t I, 一 X , }
孟 , 1
,
i , j 表示某种植物 ; k 表示不同 m f 值的区带 ( 一 1 , 2 , ……
.
62 9
1 9 )
一 0 . 5 0 3
一 0 . 50 3
一 0 . 50 3
一 0 . 5 0 3
1
.
8 8 5
一 5 . 0 3
一 0 . 5 3 0
一 0 . 5 0 3
一 0 . 5 0 3
一 0 . 5 0 3
一 0 。 5 0 3
1
。
8 8 5
一 0 . 5 0 3
一 0 . 5 0 3
一 0 . 5 0 3
1
.
8 8 5
一 0 。 5 0 3
一 0 . 5 0 3
1
。
8 85
一 . 5 8 2
一 0 . 5 8 2
1
.
6 2 9
一 0 . 5 8 2
一 0 . 5 8 2
一 0 . 5 8 2
1
.
6 2 9
1
.
6 2 9
1
.
6 2 9
一 0 . 5 8 2
l
。
6 2 9
一 0 . 5 8 2
一 0 。 5 8 2
, n 表示所有的酶带数 (n -
各植物间的绝对值距离系数列为表 2 。
表 2 睡莲科植物相似性距离矩阵
红 睡莲
白睡莲
黄 睡莲
莲
萍蓬草
药菜
南芡
北芡
王莲
4
.
4
4
.
4 4
.
8
1 6
.
4 16
。
4 1 6
.
4
2 0
。
7 2 0
。
7 2 0
.
7 2 5
。
0
1 7
.
7 1 7
。
7 2 2
.
1 2 0
.
5 2 4
.
1
1 7
.
7 2 2
.
1 1 3
.
3 2 0
.
5 1 6
.
4 1 3
1 7
.
1 2 1
.
3 1 2
.
8 1 8 5 1 6
.
4 1 7
1 3
.
3 1 3
.
3 1 3
.
3 1 6
.
4 2 7
.
6 1 7
州. . 曰 . . . . . . . . . .
1 2 3 4 5 6
1 4
.
3
7 1 7
.
7 2 1
.
3
7 8 9
2
.
2
.
3 用距离来数的最短距 离法进行聚类运算 〔 3 ,
经多次循环运算作出树系图如图 2 。
3 讨论
( 1) 多次制样电泳中 , 睡莲科植物叶片酷酶同功酶均表现稳定
物亲缘关系分析的一项生化指标 。
( 2) 与过氧化物酶作生化指标进行酶谱分析 〔 , ” ,相比较
,揭示该酶可以作为该类植
,运用酷酶酶谱的分析结果相似 , 即
一 9 5 一
南京师大学报 (自然科学版 )第 1 7卷第 3期 (1 9 9 4年 )
同一种 内的植物 , 如白睡莲 、 红睡莲和黄睡莲 ,它们彼此间距离系数小 (4 . 4) 且聚为一类 。 另外 ,
同一种 内的两个 品种南芡和北芡之间的距离系数亦小 ( 4 . 3 ) ,聚为另一类 。此外 ,所有的距离系
数均超过 12 ,若强求聚类 ,其结果必须影响其准确性 。 本实验所测的 6 种植物 中 , 芡实与睡莲
于距离系数为 12 . 8 处聚类 , 然后再与药菜和王莲聚类 , 该结果虽与先前以过 氧化酶酶谱为标
志的有差异 ,但它们的聚类图亦揭示不同种间距离较远 , 但仍存在一定的亲缘关 系 。
( 3) 根据我们应用数量分类学方法对 6 种睡莲科植物叶片酷酶同功酶的相似程度作定量
分析以研究其亲缘关系的结果 ,作者认为如果仅从同功酶酶谱中的单独某一条 区带的有无来
比较和鉴别酶谱间的异同 ,会带有很大的局限性 ,但同时用绝对值距离系数进 行定量分析则会
得出较为全面和准确的结果 。 目前国内外在植物分类学领域中 , 数量分类学方法不仅已广泛应
用于较高等级的分类工作 ,而且在属 内种间和居群间的亲缘关系与系统发育关系的研 究方面
亦发挥着愈来愈重要的作用 〔幻 。 我们的实验结果亦同样证明该方法对被子植物 的分类学研究
是有价值的 ,值得在今后推广 。
( 4) 睡莲科植物分类虽 已研究多时 ,但仍未取得一致的见解 。 目前较为普遍的意见是在睡
莲目下设睡莲科 、 金鱼藻科和莲科 ,或分为药菜科 、 金鱼藻科和睡莲科 。 另外 , 李惠林主张分为
3 目 5 科 ,将莲属独立为莲科莲 目〔气 T a kht aj a n 亦同意设莲 目的意见口9〕 ; 日本 Iot 除承认莲独
立外 , 尚认为药菜科应与金鱼藻科合并 〔? , 。 由于睡莲科以往分类的性状依据多属于形态解剖的
范畴 , 然而 , 生物学性状通常是由多基因所控制的 ,故常在分类工作中出现一些 人为的困难 。 本
实验运用基因表达产物同功酶作为分类性状 ,从理论上看 ,可能进一步反映出各属 种间的遗传
背景的真实性 。
作者根据本实验的结果认为 :
①睡莲科各属间虽有重大差异 ,但仍有一定的亲缘联系 。
②莲可以独立为莲科及莲 目。
③萍蓬草属有一些与其它属明显的特征 ,今后有独立出来的可能性 。
④从距离系数及聚类显示 ,王莲与芡实和药菜与芡实的亲缘关系相同 ,但从形态解剖上分
析 , 则王莲与芡实间的相似性较药菜与芡实间的明显 ,该情况有待进一步研究 。
本文的数学计茸得到郑章元老师的帮助 , 特此致谢 。
4 参考文献
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Ed i n b u R h
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.
1 0 8 ~ 2 0 7
一 9 6 一
陆佩洪 等 :睡莲科植物酷酶同功酶的 数量分类研究
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r a o f
N y m p h a e s e e a e w e r e d e t e r m i n e d w i t h d is e P A G E a n d a n a l y s e d w i t h n u m e
r i e a l t a x o n o m y
.
T h e
r e s u l t s s h o w a s f o l l o w i n g
:
( 1 ) E v e r y p la n t d e t e r m i n e d p o s s e s s e s i t s s p e e i f i e z y m o g r a m d i s t i n g t
l s h a b le f r o m t h e o t h
-
e r s
。
( 2 ) T h e 凡夕mP h a o a a n d i t s 2 b r e e d s m a y b e g r o u p e d i n t o 1 g r o u p ; “ N a n q i a n ” a n d “ B e i
q i a n ” ( b o t h b e l o n g t o E u理 a le 厂叮 o x S a l i s b ) m a y b e g r o u p e d i n t o 1 g r o u p t o o .
( 3 ) T h e g e n e t i e r e la t i o n s h i p s a m o n g 凡毋尽, h a ea a l b a , B ar s e n i a s c h er be r i , N uP h a r P u m u -
l u m
,
N
e l u m bo n u c代乃 r a , E u划 a l。 fe or x , a n d V i c t or i a a m a z on i c a a r e r a t h e r d i s t a n t .
( 4 ) T h e g r e a t e s t d i s s im i l a r i t ie s a p p e a r a m o n g N e l u m bo
, , u c
fe’ ,ar . N uP h a r P u m i l u m a n d
t h e o t h e r t e s t e d m e m b e r s o f N u n功 h a e a c e a e .
( 5 ) T h e r e s u l t s a r e s im il a r t o t h a t o f P r e v i o u s e x p e
r i m e n t w i t h P O D
.
K e y w o r d s n y m p h e a e e a e ; e s t e r a s e s ; i s o
z y m e ; q u a n t i t a t iv e t h e o
r y ; t a x o n o m y
A u t h o r
, 5 a d d r e s s
P R C
.
D e p a r t m e n t o f B i o l o g y
,
N a n ii n g N o r m a l U n i
v e r s i t y
,
Z l o O9 7
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