全 文 ：1匀8 7年 内蒙古 师大学报 (自然科学) 第三期
内蒙古苔草属 ( Ca re x L.) 一些植物的
过氧化物酶同工酶研究
马 万 里
一 、 前 、口
苔草属 ( Ca re x L.) 隶属于莎草科 ( Cy p oe a re ae ) 近 2 0 0 0种 , 广泛分布于全世界 ,
我国约有40 0种 , 各省区均有分布。 本属植物在内蒙古植物区系中是第一大属 , 共 78 种 , 7 变
种 , 分布各盟 , lz’ , 而以东部地区四盟为主 〔`】。 苔草属植物经济用途广泛 , 它不仅是内蒙古
草原的良好牧草 , 而且在 杭物区系组成中占有极为重 要的地位 , 所以对本属植物的研究有着
重 要的意义 。
自林奈 1 7 5 4年确立苔草属 ( C al’ e x L . ) 以来 〔’ ` ] , 国内外学者对本属植物进行过大 量
的研究工作 〔. , ` ” , , ’ “ ,2 。 ] , 从这些研究米看 , 苔草属植物是一个非常复杂的类群 , 主要表现在
形态特征的变异极大 , 细胞学上染色体的大数目和非整倍体系列 , 以及散着丝粒 〔” ’ ` , , , ” 川
等。 这些因素均给苔草属的分类研究带来了困难。 近年来 , 利用分子生物学方法探讨植物体
内同工酶与植物分类系统关系的研究 , 越来越引起分类学者们的注意 , 我国在这一领域也取
得了不少研究成果 , 但是目前还未见到从细胞学 、 分 子生物学角度对苔草属研究的报道 , 本
文试从过氧 化物酶同工酶的实验工作 , 来进一步探讨本属植物的分类特点和系统演化地位 ,
也为其他工作者提供一参考。
二 、 材 料 和 方 法
(一 ) 材料:
本文对苔草属二柱苔草亚属 ( S u b g e n . V i g n e a ) 的 s 个种和器草属 ( K o b r e s i a W川 d . )
l 种进行了对比实验。 材料来源如下 :
对照 : 肖草 K o b r e s i a f i l i f o l i a ( T u r e z ) C . B . e l ` r k e . (来自呼市大青山 ) ,
1
. 圆锥苔草 C a r o x d i a n d r a S e h r a n k . (采自阿尔 ILJ 、 伊尔施天池 ) ;
2
. 翼果苔草 C . n e u r o e d r p a M a x i m . (采 自呼盟扎兰屯市 ) ;
3
. 尖嘴苔草 C . l e i o r h y n e h a C . A . M e y . (采 自天池和扎兰屯市) ,
L
4
. 漂筏苔草 C . sP c u d。 一 c盯 ia o a F r . S hc m id t . (采 自阿尔山和伊尔施兴安林场 ) ,
5
. 沈囊苔草 . C . p a l ida C . A . M c y . (采自自狼和兴安林场 ) ;
本文在实验过程中 , 得到我系余诞年副教授 、 导师杨锡麟副教授 、 毛雪莹副教授等的热情指导 , 在此表示衷心 的感
谢。
6
. 无脉苔章c. e e nr vi、c. A. Me y. ( 采自伊尔施红石拉子和阿尔 t l) ;
7
. 狭囊苔草 C. dip l s aioe r ap aV. Kre e z. ( 采 自阿尔山和伊尔施南沟 、 金江沟) ;
8
. 白山苔草 C. 。e a nse e ns L. ( 采自阿尔山和伊尔施天池) 。
( 二) 方法 :
1
. 将生括植株移回栽培 , 在同一管理水平条件下生长 。 当从根状茎上生出的幼苗长至
sc m左右时 , 取其地上部分。 每种 1 9 十 4 m l 蒸馏水 , 于冰浴 ` }J研磨 、 过滤 , 注人离心管 , }` ,
T G L L一 18 台式高速冷冻离心机中离心 10 分钟 ( 10 0 0 0 r p m ) , 取上清液 , 加一滴甘油 , 在
冰箱 ( 一 4 “ C ) 中保存备用 。
2
. 采用垂直板聚丙烯酞胺凝胶电泳 [。 ,。 分离胶浓度 6 . 8% , 浓缩胶浓度 4 % , 恒流
s m A
, 电泳时间 4一 5 小时 , 显色液为 : 4 0 1 联苯胺溶液 十 15 m l 蒸馏水 十 2滴 H : O : 。 当显
色清晰后 , 移人蒸馏水中 , 立即照相 , 绘图业制板保存。
经过多次重复实验表明 , 在取材时间 、 位置 以及分离胶浓度等条件一致时 , 实验结果谊
复性比较稳定。
三 、 结 果 和 分 析
(一 ) 各个种的过暇化物酶同工酶的酶谱 (见图 1 )
图 1 . 0 : 篙草 K。 ` r e 。反a f i !云f 。 ! i。 ( T。 r e z )
C
.
B
。 c l 。 r k e
。
1
。 圆锥苔草 C 。 r e : d i。 。 d -
r a Sc 卜r a n k . , 2。 翼果苔草 C . 。 e 。 r。 e 。 r p a
M
a x
i二。 , 3。 尖嘴苔草 C。 l e i。 r五y n 。 b。 C .
A
.
M e y
.
4
. 漂筏苔草 e . p s e o d o 一 e u r a i c a
F r
.
S
c玉, i d r . 5。 优囊苔草 C . p。 ll i d。 C .
A
。
M e y
。 , 6
. 无脉苔草 C . e 。 。 r v i s C . A . M e y
7
. 狭囊苦草 e . d i , l a o i o e a r p a v · K r e c z · ,
5
. 白山苔草 e . e a n e ` e e n s L·
片拜 l 冲口”不 / 八 即洲洲/尸 」了 /刁 , l} i口.
l
{ 写阿一, , r 了
} r r 尸刁7
二二
月 l
7夕 7种
二Z J 」 J J 甲 沙 , 之月
弓气刃 超力 ` 了 日 } , ` 。 。 .
L 陡艺` 口2石叮又目. . 口脚汤”「— 1 I. . 1. . 国旦
口甲 . 贝双
巨一 一 _ ,
. 一 .一 1, 一丁 J
l弓友l 鬓翻纽口. . } ll益 占科叫 . . . . l~ ~ ~ ~ , }〔二一 j . . 口. . 而刁门 州 l「 一刁片月尸- . 气
l _
J 二 之 !一 I
{ !
1 〕 少 犷 `
一园日圈目。ù十
向 , 闭二 。气;参谱
从实验结果看出 , 各个种的酶谱明显地分为三个区域 , 为了比较方便 , 这里 规 定 为
A
、
B
、
C 三个区 , 韭总结结果于表 1 中。 根据酶谱之间的相似性 , 以便对这几个种进行一类
群的划分 , 作者对结果进行了定量分析 (见表 2 ) , 采用 了常用的排序法 [ 2 1。 计算各个种
酶谱间的相似系数 ( C )公式如下 :
因
} 重 邑 邑 邑 己
` J口Q 口 口万 口 O 口 口
吕 巴 乙 吕 吕 吕 乙 吕
,勺护 巴 巴 巴 巴 巴 巴 巴- . 乙 乙 乙 乙 乙 乙旧` 乙 乙`刃 乙 乙 乙. 口 口 口`二
, 州
O
.
《 )一- -O 勿t、
.
O一 毛~一喻七 ,
.亡〕
`口
t冲
.
<二
护叫
卜一
甘
O ,
咕 J
.
C ,
仁门
心O
.口: ,
七、
的
.
O
, 引因 } 吮 }一 乙 己 乙口口 一 ` 〕 l 山 口 口 山《 O 吕, 才 召 召 召 召. 山 国C , 山
C口 吕 吕 吕 铝 吕 吕 吕 吕侧 , 昌 召 日 昌. 吕 召 吕 召 吕 吕 召 召 召( 〕 留 召 召
山 山
重… 婆 婆 婆
l 。 。
奋 一 咬 戒叹 哎 阅
佗 吧 仍 。 。 。 。 。 ”
忆口 一 吧 魁书n心口
.
O闪
( 门
.
夕弓二,
口 J
卜
O
t 、
N
.
O目 ,
卜 ,
一夏
} 悦
{一里一三《 二
…“ , 尸叫 护叫 , . 叫 尸叫 尸叫 尸闷 尸叫
…_ _ _ _ _ _ 叫 叫 < 叫 叫 叫 叫
O { 口 } 帅 } 哪 { .月 } 的 { 呼 一 O } ,叫
* { 瓣1明 , { 条咤n
i…摹…尸叫 1 尸闷 !} , 、“ ` .` ` 一 一 一 ,一 . r. . ,. 一 瓣 } 尸闷 . 尸叫孺 { 攀 姗 ! 姗 } 柳 } 瓣 } 姗刁卜目 } 公次 物 } 翔 { 雌 } 柳 } 柳1 悠 3 娜 . 瑕 ! 限 } 燃 } 召跳 I 概 ! 簿 ! 祖
臼口写。乙6
。召闪祖留ǎ理暇振)吸欢鼠城袭裂却g(峨剔)哪斌众车礴靶哥池旧友恶.坦
评泌州书从黑狱以东谧g仲吠惫功
t形
农 2各个种的相似系数的矩阵表 (单位 :% )少竺臀苔`…吧竺一蟹遭尽一 }一里一 }生 1立 一 {一一… -一… …一一…一 }一尖 嘴 台 毕 } 5 5} 6 4} 89{ \ { } } }i一二二兀二分一一 } - -一一 } -一一 {— }— {— 卜 -一 {一 -一 }— } -—一婴婴一 }一兰一 }一竺 }一竺一… -些一 }一 飞一 … 一 } -一…— {一扰 挑 台 早 16 2} 3 2} 4 3{ 4 1} 3 9}\ } } }一二二下丁士一 一 }一 -一一 {一 -— }— 一 }一— { - -一 }一 卜 一 卜 -一 } -一一一李坚粤 -}土 }一土一 {一竺 }一生 {一竺一 {一 6 7一…一 \… }华粤翼一卜三兰 ~{一兰一 }一竺一卜生卜生卜兰 一卜了巴卜州 _一一呈竺澡一J Z, . 1 . 尹. 6 . ] 5 8 J 5 6 1 6 , } 6 9 1 8 8 1 ` 6 一 、
c = 三竺` x 1 0 0 ,后
{ a + b
!
a— 种 A 酶谱的酶带数b一种 B 酶谱的酶带数w— A . B 两种共同具有的酶带数(二 ): 命同工酶谱来分析苔草属的分类特性
. 关于仁柱苔草亚属的分组 , 各种说法不完全一致 “ 了 ’ 。 ’川 。 张玉良先生 〔“ ’ 把东北二
省和内 蒙东四盟的二柱苔草亚属分为巧个组 , 本文所研究的 8 种苔草分别归入以下 6 个组
中。 1 . 圆锥苔草组 S e e t . p a n i e u l a t a e K u n t h . (包括有圆锥若 `〔 C a r e x d i a n d r a
S
e
h r
a o
k )
. ,
2
. 多花苔草组 S e e t . M u l t i f l o r a e K u n t ll . (包括翼果苔草 C a r e x n e u r o e a r p a
M a x i m
. 和尖嘴苔草 C . l e i o r h y n e h o C . A . M e y . ) 3 . 二柱苔草纸 S e 。 t . A r e l a r i a e
K u n t h
. 咆括漂筏苔草 C ` r e x p s e u d o 一 e u r ` i e a F r . S c h m id t . 和洗囊苔草 C . p a l l i d a
C
.
A
.
M e y
. 戈, 4 . 走茎苔草组 S e e t . F o e t id a e T u e k e r m . e x B a i l e y . (包括无脉苔草
C a ` , ` e “ “ r丫` , C族盛告草 C冬r “ 笠
.
A
.
M e y
.
)
,
5
d ip l
d s i o e a r p a
. 狭囊苔草组 S e e t . H e r p o r r h i z a e O . F . L a n g . (包括
V
.
K
r e e z . )
,
6
. 白山苔草组 S e e t . H e l e o n a , t e : K u n t il .
(包括白山杏覃 e a r e x c a o e s e e n s L . ) 。 按照经典分类特征 , 这 s 个种的区别是明显的 ,
这样分组也较合适 , 实际的检索应用中极为方便 。 根据同工酶研究结果 (图 : 、 表 1 、 表
2 )
, 这几个种的同工酶带数及其相似性是不同的 , 说明 了苔草属内种的独立性 , 而且从图
表中可以看
、
B两区 , 翼, 这 8 个种的酶带在A 、 B 、 C 三个区内均有分布 , 而对照的眷草酶带只出现在点明显可见 , 且相似系数也表明 , 苔草属这 8 个种之间的相似系数值较高且接
, 但青草与这几种苔草的相似系数值不算高 , 这表明两属各自的独立性 。 但我们比较A 、 B
A近
两区内的酶诊会发现 , 篙草与苔草的相似性较大 , 尤其是与圆锥苔草组和多花苔草组的相似性 , 这正好镜明了篙草属和苔草属之间的亲缘关系很近 , 因此有不少学者 〔`川 , ,把这两属单
独成立一亚科一苔草亚科 ( S ub af m . ca r ico i d a e aP x . ) 的做法是可行的。 我国苏宋旺【, , 研究了智草的两性返祖小穗 , 指出苔草的原始状态也是具有与者草属完全相似的两性结
构小德 , i顶认为苔草属可能是由篙草属演化而来。 实验结果表明了篙草的同工酶在 C 区消
失 , 而苔草的同工酶在C区明显存在。 一般来讲 , 同工酶带的增多 , 表明该种的基因位点增
多 , 对环境的适应性增强 , 在系统发生上则处于较进化的地位 , 与苔草属相比 , 篙草的同工
酶带在 C区消失 , 恰好说明了它的原始性 。 作者认为 , 者草属与苔草属的亲缘关系很近 , 而
且苔草属较篙草属更为进化 , 实验数据对进一步探讨两属的亲缘关系 , 提供了一定的证据 。
按分组研究结果 , 在多花苔草组中 ( 5 e o t . M ul it f l o r a e K u nt h . ) , 两个种的酶带数仅
差一条 , 且 A 、 B两区内的酶谱几乎 一样 , 只在C区稍有不同 , 两个种的相似系数为 8 9% ; 二
柱苔草组 ( S e ct . A r e la r i a e K u n ht . ) 的两个种酶带数一样 , 在 C 区的酶谱更能表明二种
的相似性 , 它们的相似系数为 93% 。 组间的同工酶比较表明 (见表 2 ) 组间的相似性低于组
内种间 , 只有白山苔草与无脉苔草这异组两种的相似系数较高 , 达到 8 % , 这只能表明这两
种的同工酶谱相似性大 , 韭不能说明二者亲缘关系很近 , 因为无脉苔草小穗为雄雌顺序 , 果
囊大而嚎 长等 , 白山苔草小穗为雌雄顺序 , 果囊小而嚎短等 , 形态特征上 , 两个种差别非常
明显 。 由上研究得出 , 一般情况下 , 同一组内的种间同工酶谱相似性很大 , 而不同的组间同
工酶相似性较小 , 从此来看 , 经典的分类分组是合适的 。
2
. 苔草属本身就是一个很复杂的类群 , 就这 8 个种而言 , 可见到各种同工酶谱的特异
性较强 , 属内除了明显分出 A 、 B、 C 三区夕卜各个种的同工酶带 , 不论在数目上 , 还是在各区
分布位置上 , 都是很多和复杂的 。 在染色体方面 , 苔草属是一个较大的非整倍体系列 , 它们
的染色体配子体数目从 n 二 6 到 n = 6 之间的每一个数均已被表现 t ” ” 3 ,场 ,川 , 在一些研究
中 , 还发现亲缘关系近的种有着不 同数目 , 甚至相差很大的染色体数 , 而亲缘关系较远的种
之间可能存在着相同或相近的染色体数 〔’ “ 1 , 可见 , 单凭苔草的染色体数目来进行分类是毫
无意义的。 以上 8 种苔草染色体数目前见于报道 〔” ` 3 ] 的是 : 圆锥苔草 C a r e x . id a n d r a
S
。
h r a n k
.
Z n = 6 0 ; 翼果苔草 C . n e u r o e a r p a M a x i m . Z n = 10 5 , 尖咀苔草 C . l e i o r h y n e h a
C
.
A
.
M e y
.
Z n = 7 6 一 8 0 , 白 r一 11苔草 C . e a n e s e e n , L . Z n = 5 4 , 5 6 ; 其它 4 种未见到报道 。
由此可见苔草在细胞学方面的复杂性 , 同工酶的研究结果似乎也有相似的性质 , . 即各个种之
间差异性较大 , 表现在酶带的数「I 、 相似系数 、 相对迁移率以及在各区内的分布不同 。 我们
知道 , 同工酶是蛋自质 , 是基因表达的最终产物 , 而这些基因则由染色体携带 , 所以染色体
的数目、 大小 、 行为等很可能影响这些酶的性质 , 以上苔草的染色体特性 , 能否说明其与各
自的同工酶特异性有关 , 从目前的研究结果还不能判断 , 需进一步深人研究 。 但是 , 具有分
子水平的同工酶研究 , 将更接近物种的木质 , 这点的意义是很大的。
四 、 结 论
通过以上对苔草属 ( C a r e x L . ) 8 个种和篙草属 ( K o b r e s i a W i l l d . ) i 个种的过氧
化物酶同工酶的研究 , 可 以得出如下结论 : 1 . 根据苔草属和篙草属的同工酶谱及相似系数 ,
认为这两个属在系统演化上 , 亲缘关系很近 , 亚可以推断出草苔属的原始类型是一些近似于
现代篙草的类型 , 即苔草属较青草属进化 , 但是两属同工酶谱存在的差异 , 说明 了各自的独
立性 , 把二属合韭为草苔亚科是可行的。 2 . 同工酶谱表明 , 这儿个种的酶谱都具有 其 特 异
性 , 组间的差异基本与不同组的种间差异保持在同一水平上 , 而同一组内种间相似 性 更 大
些 , 可见把苔草属各亚属分为若干个组的必要性 , 也说明经典分类分组是适用的 。 3 . 苔草属
的形态变异以及在染色体方面的非整倍性等 , 山以上的结果还无法说明和解释 , 所以单凭同
工醉的研究对苔草属做二较完整和全面的分类 ; 是存在一定局限性的 , 但是 , 这一方法对于
一些植物种间亲缘关系的探讨以及对以往经典分类的佐证 , 有它十分重要的意义 。 因此对于
苔草属的研究 , 我们不能局限于经典分类上 , ,应该综合内部形态解剖 、 化学 、 抱粉学 、 细胞
学和数量分类等方法 , 从各个角度对其进行研究 , 这样才能对事物的本质有一个更清楚 、 更
彻底的认识。
参 考 文 献
[ 1 ] 毛雪莹 、 杨锡麟 、 音扎布 , 内蒙古植物志 , 1 9 8 5 : 第八卷 , 内蒙古人民出版社 。
[ 2 ] 江洪、 王琳 , 柏木属植物过氧化物酶同工酶的研究 , 植物分类学报 , 19 86 : 24 ( 4 ) : 2“ 一
2 5 7
.
[ 8 1 苏宋旺 , 苔草属植物的返祖两性小穗 , 植物研究 , 1 98 4 : 4 ( 2 ) · 8 1一 8 6 。
[ 4 ] 杨永昌, 甘肃苔草属植物的地理分区 、 区系特点及其与青海窝原苔草植物的关系 , 高万生物学集
刊 , 108 4 , V o l 3 .
[ 6 ] 张玉良 , 东北草本植物志 , 第 1 卷 , 科学出版社 , 1 9 760
[ 6 ] 张龙翔等 , 生化实验方法和技木 , 人民出版社 , 19 8 1 , 9 4一 1 11 。
[ 7 ] 徐炳声、 黄少甫 , 中国文献报道的植物染色体数目索引 , 考察与研究 , 1984 总第 5 辑。
〔 S J 中科院蒙宁综合考察队 , 内蒙古植被 , 科学出版社 , 198 .5
[ 9 ] H
e n r y A
。
G l e a s 。 。 n d A r t卜。 r C r o n几u i . t , 1 96 3 : Ma n u 。 1 o f V。 s e o l、 r P I` n 一5 o f N o r t b e a s t o r u
U一i t e d S ta t e 一 a 一d Adj a e e u : Ca n a d a , 14 1一 17 8 .
[ 10 1 斯坦宾斯 , 植物的变异和进化 , 上海科学技术出版社 , 19 630
[1 2 ] A
.
En . l e r
, 一, o。 : D a s Pf l。 。 z e n r e i e卜, Iv 20 : c y p e r a e e a e一 c a r i c o i d e a e .
[1 2 ] A
。
R o卜e r t。 u , 1 97 9 : Hi s t o r y 。 f t卜e c l : s s i f i e a t i 。 n 。 f t卜e g e n u s C a r e : , T。 x o 。 2 8 ( 5 / 6 ) : 5 3 5一
5 48
-
[ 13 ] B
.
D r u s ko i
e a m d F
。
S o o n i k
,
19 76 : Fl o r 。 S l o v e n i a : c 卜r 。 m 。 s o m e 。 u m卜e r : Re p o r t 3 , C , r e x
一
L
。 ,
J u . u . L
。 ,
BIO L
。
V e s i u 2 4 (2 )
. 11 5一 1 3 2 -
[ 14 ] C
。
Li : n a e u a , 1 75 4 : Ge n e r 。 p l a n t a r u功 , 4 2 0 -
[ 15 ] G
。
L e d y a r d S t e b` i n . , 1 9 71 : c卜r 。 m 。 s o m : 1 e v o l o t i 。 m i n h i g卜e r P I。 n rs , 1 9一 2 1 , 11 1一 1 15 .
[ 16 } H
o * h i n o
, T. k o j i
, 1 98 1 . K。 r y o贝 o r p卜o l g i e 。 l 。 n d c y t o g e n e t i c s tu d i e : o o a 。 , u p l o获dy i n C a r e x ,
J SC I H IRO S HMA UN IV SE R B D IV Z ( BO T ) 1 7 ( 2 )
:
15 5一 2 3 8 .
[ 17 ] J
。
C
。
H
。 o k e r
。
1 8 94 : T h
e FI。 r 。 o f B r i ti s卜 I n d i a , V o l。 V l : 6 99 -
[ 18 ] P
. t e r Go ld` l a t l , 1 98 4 : I u de x t。 p l。 n t c ` r o m 。 s。 . e n 。 m ` e r , 19 7 5一 1 98 1 .
[19 ] T
。
G
.
T u t i n 。皿 d U . H. H e 萝w o o d , F l o r 。 Eu r o p a e 。 , v 。 1. 5 : 19 6一 30 5 .
[2 0 ] T。 i
v o n e : , He i人k l , 1 98 1 : N。 re 。 。 t `e 。 o口 。 。 e刃。 t。 r e 。 。 d r a x 。 。 。 m y 。 f C a r e : e a . e 。 e e 。 : J .
A n . Bo t F e n u 18 (2 )
: 9 1一 98 .
[ 21 ) V e r . e G
r o n t , 19 8 1 : Pl a n t SP e e ia ti 。 , .
. 尽; ’