全 文 ：柏木属植物过氧化物酶同工酶的研究
江 洪
王 · 琳
(四川 :-li 林业学校 )
(四川省 绵 阳 地区林科所 )
摘 要
用聚丙稀酞胺凝胶电泳分析柏木娜 9 个树种的过缄化物酶同工酶 。 结果表明 :
属内种间具有明显 的酶谱差异 , 每个种都有其特征酶谱凡 舫川排序的方法对 p个树
种酶谱的相似程度进行了研究 , 据酶谱的排序结果把 9 个树种分为 了 5 类 。 其中 ,
巨柏 、 、 酉藏柏木 、 干香柏奋眠江柏木和剑阁柏禾为一类 , 地中海柏木 、 柏木 、 墨西
一哥柏木和绿干柏各为一类 , 从分子水平上论证了前人对子柏木属各种向系缘关系的
研究 。 结果表明 , 柏木属植物近缘种间过氧化物酶同工酶谱相似程度的替代与近缘
种间的地理替代表现出强烈的映射关系二 , 这种关系可 以用来探索植物地理 替代的规
律 。 柏木属内种间平均酶谱距离约为 Q; 7爪 拼侧共地质发生的年代大约为早自坐纪
更前的侏罗记 。一 本文还发现用排序方法研究同工酶 i普可以达到定 墩比较的水平 , 在
实践中有较多的仇越性 。
柏木属 ( C u rP e s s io d o a 。 孙 l g e r ) 共约 2 0种 , 分布于北美南部 、 亚州东部 、 再马拉 雅
山区及地中海撇带和亚热带地区 。 我国产 6 种 , 产于秦岭南及长江流域以南 。 引 入 栽 培 4
种 。 该属树种栽培广泛 , 适宜于用材及庭 园绿化 , 经济价值极大 。 该属的分类 、 近缘种的替
代规律和属内各种间的亲缘关系等已有研究 ,但是属内种间亲缘关系的确尚存一些不 同意见
` “ “ , 本文拟对柏木属国产的全部 6 种和引进的 3 种迸行过氧化物酶 同工酶的研究 , 从 分 子
水平 _!几探索属内各种间的亲缘关系 , 并用排序的方法对结果进行定量的分析 。
一 、 材料与方法
材料取 自四川省绵阳地区林科所内栽植的柏木属国产的全部 6 种 : 干香柏 ( C . d u c l。 。 -
x i a n a r l i e k e l )
、 巨柏 ( C , g i g a n t e a 、 C h o n g e 土 L 、 K F t , )
D
.
D o n )
、 眠江柏木 ( C . C h c n 断 a n a 5 . Y . H u) 、剑阁柏木
和柏木 ( C . f u o c d r i s E n d l ) ; 以及引进栽培 vifJ 绿干柏 ( C .
海柏木 ( C . S e m p e r u i r e n s ) 和墨西哥柏木 ( C . l u s i t a ; , i a ) ,
酶液制备 称取 2 克新鲜试材于预冷的研钵中 , 加入 5
, 西藏柏木 ( C . 加 r u l。 “ “
( C
,
ji a n g o c n s i s
.
N
.
C h a o )
a f l亿 o n 1 C a G r c e : ; 吐 ) 、 地中
共计 9 个树种的鳞叶小枝 。 .
毫升稀释为 1 4/ 浓度的 T 川 s一
盐酸缓冲液 , 研磨成匀浆 , 四层纱布过滤 , 滤液经 4 0 o C转 /分离心 I c一托分 钟 , , 取 _ L清液 ,
加入等体积的 40 %蔗糖溶液作为样品液 。
同工醉测定 过氧化物静伺工酶的分离 , 采用不连续的聚丙杯酞胺凝胶盘状屯泳 . 分
离胶的浓度为了. 5 %, P H S . 9 ; 浓缩胶 的浓度为 3 . 3% , P H G . 7 ,两者均采用光聚合制成 。 用微
量注射器加入样品液 5。一 1 0 微升 。 电极缓冲液为 P壬18 . 3 的 T r 污一甘氨酸缓冲液 , 电流 2 毫
安 /管 , 电压约 2弱 V左右 , 到示踪染料澳酚兰距凝胶底端 1 厘米处时停止 电泳 , 约需 2一 3小时 。
电泳结束厨 、、 取也麟柱扩蒸铭`水漂透 , , 用。一蜘咖绪嫉毅藕眺雍球染热舀染衣角观 法是 :
称取 0 . 1克联笨被 , 、先用少量无水乙醇溶解 , 再用 o . IM 、 P H S . 0的醋酸缓冲液稀 释 到 10 0毫
升 , 临用前加入 。 . 5毫升 3 %的过氧化氢 。 凝胶在 2 6 “ C恒温中染色约 10 分钟 , 过氧化 物 酶同
工酶带即呈现兰色 。 取出凝胶 ,弃去联苯胺染液 , 用蒸垠水冲洗后 , 将胶条放入 5%醋酸 中固
定和保存 。 半小时后 , 酶带由兰色变为棕色 。 待酶带变得清晰时进行迁移距离的测定 , 酶谱
描绘和照相 。
二 、 结 ` 果
1
. 柏木月各种的过扭移物 。 同牛醉诊 一 ` 飞 ;’
图版 1表示了拍木属 , 9 个树种的过氛化脚醉同工酶谱的照片。 图 1 和表飞一分别列出了各
个树种的酶谱摸式图和酶带的R f值。 可攀看出 , 柏木属 9 个树种的过氧北物酶同工薄共有 17
条不同 R f值的酶带。 各种间在酶带雌数量、 位置 ( R f值 ) 上有着较大的差象 从酶带`数 量
上看 , 最多的是眠杯柏术 共有乒条酶带 , 最少的是绿干柏 , .仅 3 一条带 ; 、一般 都是 `一 5条
’ 表 1 柏木属植物过氧化物酶同工酶 R f 值
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带 。 酶散的 R f 值上反映出 , ` 剑阁柏木、 一 ’
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条共伺 的带 , 一即麟专带和第 n 带梦 与上述 , ` ·
树种共有第 5 带的翅有地中梅柏禾。 可公{ ; : 户
发现 ; 剑阁柏木氓江柏札 ,酋藏柏木 ; 巨 夕慈
柏和干香柏 5 个树种之间 , 相同或相似的
酶带多 。 如峨江柏木与剑阁柏木相祠伪带气 ·
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峭木属造肠趁嗽花物酶伺主瞬谱
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有 3条 ( 第 5 、 第 8 和第 1 1带 ) ; 西藏柏木与眠江柏木相 同的带有 3条 ( 也 是 第 5 、 8 和
1) 1; 巨柏 与西藏拍木相同的有 4 条 ( 第 5 、 n 、 3 1和 7 1条) ; 干香柏与眠江柏木相同的带
有 4 条 (第 5 、 6 、 1 1和 5 1条) ; 而柏木与上述 5 个树种则仅有 1条带基本相同 (第 8 带 )
墨西哥柏木和绿干柏与上述 5 种相 同的带基本上没有 。 柏木、 墨西哥柏木和绿干柏 3个种之
间有相同的酶带。 如柏木与墨西哥柏木在第0 1条带相同 , 柏木与绿干柏在第 12 条带相同。 地
中海柏木似乎介于这两大类群之间 , 它即与眠江柏木 、剑阁柏木 、西藏柏木 、 巨柏和干香柏有
相伺的酶带 (第 5 、 8 和 17 带 ) , 同时在第 7 、 8 和 n 带上又分别与墨西哥柏木和 柏 木 相
同 。
2
, 柏木属植物过载化物醉同工醉谱的排序
为了对研究结果进行定量的分析 , 根据酶谱之间的相似性 ,进行柏木属 9种植物之间类群
的划分 。 我们采用了植物群落数量分类 中常用的排序方法。 按各个树种的醉谱计算出一组酶
谱相似系数 , 来确定对 比树种的酶谱相似程度 , 并在酶谱相似系数表示的组成差别的基础上
进行双轴系统的酶谱排序 。
基本程序如下 (参照王义弘 〔 1 9 8 2〕 的方法 ) : f。 ’ -
( 1 ) 计算各树种酶谱间的相似系数 ( C )
2 W
a + b
义 1 0 0%
式中 : a 一 a树种酶谱的酶带数
b 一 b树种酶谱的酶带数
W一 a . b两树种相同的酶带数
( 2 ) 配对计算各种间的酶谱相似系数 , 填入表 2 的左下部分 , 构成一个矩阵。
( 3 ) 计序不相似值 d
d 二 1 0 0 一 c , 其值填入表 2 的右上部分 。
( 4 ) 计算各种酶谱不相似值总和 (见表 3 ) 。
( 5 ) 确定各种酶谱在 X轴上的位置 . 把不相似值总计最大的树种酶谱 (墨西哥柏木 )
作为 a 标在 X轴的 O位 , 在不相似值的矩阵表中找出与墨西哥柏酶谱最不相似的树种酶谱 (眠
江柏木 ) , 以符号b标在X袖韵另一端扮,为 】瞩任柏木 ) 一y 一 树种酶谱的蕊袖座标依 a . b 树 种 酶
谱的不相似值 , 按一定的比例尺 ( 1 : 10 ) 确定 。 几然后其余树种沿 X轴对 a 树种 酶 谱 的 距 离
( x i )
, 可 由下式算出这 7 个树种酶谱在X 袖上的距离 。
一
L 暇 D a : ’ 一 D护入 1 二 ` f 一 - 一一乙妇
式 中 , X `一所求树种酶谱沿确 ·州树种 _僵咔柏初 酶谱的距离 。
I
才一树种酶谱 a (墨西哥柏木 )与 (眠江柏木 ) 间的不相似值。
( 6 )
麟嘿氰骡黯霭豁瓢撇 论仆 卜 「确定各树种酶谱在 Y轴上的距离。 先按下式算出各树种酶谱在 x 辅上的时合 性
表 2 相似系数 ( C ) 与不相似位 的州阵丧 翻支位 。 , 列入表 3
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创
具最高 e 值的树种 (绿 干 柏 ) 酶
谱记以代 号 a / , 并在 Y 轴 的 O 位 标
出 , 与绿于柏酶谱最高不相似 、 . · 而 且
与 它在 X 轴上处于 毛八。 间的树种 酶
,谱 〔巨 J棺 ) 记以代号 b, 并 标 于 Y轴
的另一端 。 甘 树种 (巨柏 ) 酶谱 在 Y
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表 3 不相似值总和 (艺) 、 翻 、 e `、 iy 的计算结果
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碑
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式中 : Y i一所求树种酶谱沿 Y轴对 a 声树种 (绿干柏 ) 酶谱的距离
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尹一 a 产树种酶谱与所求树种酶谱间的不相似值 。
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( ” , 计算些鲤兰畔妙 _ “ , 一 , ` 一“ - 一排序 I’de 距 二创 ”夕 、士尸 “ 、 - 、 一 - 1 一 4 、 一 、1 2
式中 , d X一X 轴上树种酶谱间的差值 。
d y 一 Y 轴上树种酶谱间的差值 。
由排序间距 ( x i ) ’与不相似值 ( iD ) 计算相关系数 行) 得 r 一 0 . 83 。
相关系数较大 , 说明相关紧密 , 排序结果没有失真 。
舒 三 、 讨 论
健吟礴柏木
2
{
、 、
左 . 街杨
, ` 乙 色 砚。 12 协
图 2 柏木属植物过氧化物酶同工酶讲
相似程度的二维排序
1
. 柏木属植物过叙化物醉同工睡谱与种
间亲缘关系
柏木属是柏科的一个多种属 。 此属在我
国的 6 种 ,一般认为属于两个不同的种群 。 其
群巨柏 、 西藏柏木 、 午香柏 、 眠江柏木和剑翔
柏木等 5 种亲缘关系极近 , 是一个 自然的种
群 , 柏木不属于前一种群 ,为另闷种群 仁` · 3 ’…。
从本文的实验结果来看 , 这种亲缘关系在过
氧化物酶同工酶谱上得到了印证 。 依排序结
果巨柏 、 西藏柏木 、 干香柏 、 眠江柏木和剑阁柏木之间酶谱相似系数高 , 二维排序图 (阁 2 )
上聚为一类 , 柏木与它们的相似系数很低被聚为了另一类 。
地 中海柏木的酶谱相似系数居于上述两大类群之间 , 似乎属于一过渡式的种群 。 堆西哥
柏木和绿干柏与其他种群的相似系数较小 , 好象是两个独 妇 r内种群 。 故按酶谱的相似程度 ,
把研究的国产 6 种 、 引进 3 `种柏木属植物 、 初步划分为 5 个种群 。 它包括 1 个含 5 种国产柏木
的大种群和 4 个只含单种的小种群 。 至于尚未分析酶谱的柏木属其他树种间的亲缘关系和种
群归属有待进一步研究 。
2
.柏木属近缘种碑奋替代与地理替代的关系
伯木属中巨柏 、 西藏柏木 、 干香柏 、 眠江拍木和剑阁柏木五个树种自喜马拉雅向 东 分
布 , 沿西藏高原南部和东部的边缘地 带 , 北达 白龙江流域 , 依次形成地理替代 。 它们从喜马
扎雅向西 ,另有相应的地理 替代种一地中海柏木 ,并形成一条窄条状的柏木属的间断分布区 ,
据此可以看出一个种群经历历史和地理环境 的变化而形成的各个地理替代种的过 程 。 【3 ’ 从
酶谱的二维排序图中可以看到 : 除剑阁柏木外 , 巨柏 、 西藏柏木 、 一 干香柏 、 眠江柏木和地中
海柏木等 5 个树种 , 在生物大分子 (酶 ) 的水 平上也反映出这样一种替代现象 。 这种酶谱相
似程度的柞代与树种的地理替代之间表现出一种很强的映射关系 。 其原 ! q可能是因为酶是葵
曰为产物 、 山于地理环境的棣度…变化 , 物种内都的遗传基因也发生相应的次序变异 ,这种变异
的直接表达体现在酶分 一子水平 , 宏观的间接表愁则表现在近缘种的分类性状 一 L 。 同时 , 近缘种
间的地理位置越近 , 基因交流的机会越大 , , 一亲缘关系就愈近 , 酶谱相似程度也越高 乡 尽之则
远 、 则低 。 此结果可 以推出这样的结论 : 在一定科属内各种植物一些酶系统的同工酶谱相似
程度的铸代 左现 , 可作为研究这些科属植物地理 替代的重要分子依据 。

几屯妒_ 净 `一` 绪一庵
〔 1 〕 郑万 钓 、 傅立 国 , 1 9 7 8 : 裸子植物 门 , 中国植物志 , 科学出版社 , 第七卷 。
〔 2 〕 赵能 , 1 9 8 0 : 牙白木属 (一新种 ) , 植物分类学报 , 1 8 4 : 2 1 0 。
〔 3 〕 管中天 , 1 9 8 2 : 四川松衫植物地理 , 四川人 民 出版社 , 2 6一 2 7 。
〔 4 〕 胡志 昂等 , 1 9 8 3 : 裸子植物的生化 系统学 (一 ) 一一松科植物的过氧化物酶 , 植
物分类学报 21 : 貂 3一 4 31 。
〔 5 〕 中国新生代植物编 写组 , 1 9 7 8 : 中国植物化石 ( 第三衍 ) 中国新生 代植物 , 科学
出版社 。
〔 6 〕 王 义 弘 , 1 0 8 2 : 介绍 几 种植被分析方 法 , 东北林学院学报 , ( 19 8 2 ) 1期 ,
1 5 3一 1 5 8