全 文 :书 [收稿日期] 2014-03-20;2014-09-10修回
[基金项目] 贵州中药现代化项目“贵州龙胆属药用植物资源调查及利用评价研究”(黔科合ZY字20123007);六盘水市科学技术局项目
“民族药红花龙胆的驯化栽培及快繁技术研究”(52020-2012-01-09-06);六盘水市科学技术局创新人才团队建设计划项目
(52020-2012-04-01-01)
[作者简介] 孙爱群(1961-),女,教授,从事遗传学的教学与研究工作。E-mail:sunaiqun2280@126.com
[文章编号]1001-3601(2014)11-0670-0062-04
龙胆属5种植物的同工酶比较
孙爱群,游进国,林长松,李 鹏
(六盘水师范学院 生命科学系,贵州 六盘水553004)
[摘 要]为探明龙胆属植物种间亲缘关系,采用聚丙烯酰胺垂直凝胶电泳技术,对龙胆属红花龙胆
Gentiana rhodantha、草甸龙胆G.praticola、翼萼龙胆G.pterocalyx、滇龙胆G.rigescens和头花龙胆G.
cephalantha的过氧化物酶同工酶(POD)、超氧化物歧化酶同工酶(SOD)和淀粉酶同工酶(AMY)的酶谱和
亲缘关系进行比较。结果显示:1)5种龙胆属植物的3种同工酶共显示29条酶带,其酶带数和相对迁移率
不同,酶活性也存在差异;2)红花龙胆与翼萼龙胆的亲缘关系较近,滇龙胆与头花龙胆的亲缘关系也较近。
5种龙胆的聚类分析结果与形态分类结果一致。
[关键词]龙胆属;过氧化物酶同工酶;超氧化物歧化酶同工酶;淀粉酶同工酶;聚类分析
[中图分类号]S567 [文献标识码]A
Study on Isoenzymes of Five Species in Gentiana
SUN Aiqun,YOU Jinguo,LIN Changsong,LI Peng
(Department of Life Sciences,Liupanshui Normal University,Liupanshui,Guizhou553004,China)
Abstract:The POD,SOD and AMY zymogram and genetic relationship of G.rhodantha,G.
praticola,G.pterocalyx,G.rigescens and G.cephalantha were analyzed and compared by polyacrylamide
vertical gel electrophoresis to study the genetic relationship among five different species in Gentiana.The
results showed that:1)there are 29enzyme bands in POD,SOD and AMY isozymes of five species in
Gentiana,and there are differences in their enzymatic activity because of different enzyme bands and
relative mobility;2)The genetic relationship between G.rhodantha and G.pterocalyxis close,and the
genetic relationship between G.rigescens and G.cephalantha is close also.The clustering analysis of five
species in Gentianais not different with their morphological classification results.
Key words:Gentiana;peroxidase(POD)isoenzyme;superoxide dismutase(SOD)isoenzyme;amyl-
ase(AMY)isoenzyme;clustering analysis
龙胆属(Gentiana)植物全球约400种,分布于
欧洲、亚洲、北美洲、非洲北部、大洋洲的澳大利亚北
部及新西兰,我国有247种,主要生长在高山流石
滩、高山草甸和灌丛中[1]。据初步调查及资料考证,
贵州有29种1变种[2],六盘水约有13种[2-3]。龙胆
属植物大多含有环烯醚萜类、黄酮类、山酮类及三萜
类物质,具有泻肝胆实火、清湿热、镇咳健胃及祛风
湿、退虚热、舒筋止痛之功效,主治肝炎、胆囊炎、关
节炎及消化系统疾病[4]。
目前对龙胆属植物的研究主要集中在形态
学[5-6]、植 物 资 源[3,7-8]、化 学 成 分[9-11]及 药 用 价
值[12-13]等方面,未见龙胆属植物同工酶方面的报道。
同工酶指生物体内催化相同反应而分子结构不同的
酶,在植物器官中普遍存在,主要是从蛋白质水平上
显示物种或种质资源的遗传多样性,可用于物种之
间、同一物种不同品种之间的遗传差异鉴定[14]。为
探讨龙胆属植物遗传基础及亲缘关系,笔者等采用
聚丙烯酰胺垂直凝胶电泳技术,对龙胆属植物红花
龙胆(Gentiana rhodantha)、草甸龙胆(G.pratico-
la)、翼萼龙胆(G.pterocalyx)、滇龙胆(G.riges-
cens)和头花龙胆(G.cephalantha)的过氧化物酶同
工酶(POD)、超氧化物歧化酶同工酶(SOD)和淀粉
酶同工酶(AMY)进行比较研究,旨在为龙胆属遗传
变异、系统发生、亲缘关系及种属鉴定等方面提供基
础资料。
1 材料与方法
1.1 材料
龙胆属5种植物采自贵州六盘水境内(表1),
采集时间为2012年8—11月。凭证标本存放于六
盘水师范学院生命科学系植物标本室。
1.2 样品制备与电泳
按实验室常用方法[15-16]进行样品制备。
1.3 同工酶染色
过氧化物酶同工酶染色参照胡能书[17]的联苯
胺法:0.1g联苯胺+5mL无水乙醇,1.5mol/L乙
酸钠10mL,1.5mol/L乙酸10mL,蒸馏水75mL,
H2O2原液6滴,混合即为染色液。
贵州农业科学 2014,42(11):62~65
Guizhou Agricultural Sciences
表1 龙胆属5种植物的采集地及生境
Table 1 Colection sites and habitats of five species in Gentiana
种名
Species
采集地
Colection sites
采集号
Colection No.
海拔/m
Altitude
生境
Habitats
红花龙胆G.rhodantha 贵州水城 8011823 1 800 山坡草地
草甸龙胆G.praticola 贵州水城 8011826 1 800 草丛
翼萼龙胆G.pterocalyx 贵州水城 2011811 2 350 山坡草地
滇龙胆G.rigescens 贵州水城 8011825 1 800 灌木丛
头花龙胆G.cephalantha 贵州水城 2011805 2 340 山坡灌木丛
将凝胶放在染色液中,置37℃恒温培养箱中保温
30~60min。
超氧化物歧化酶同工酶染色:将凝胶置0.2%
NBT溶液中,黑暗下浸泡 20 min,转入混合液
(100mL 3.6×10-2 mol/L pH7.8 磷 酸 缓 冲
液+0.42mLTEMED+0.001g核黄素+1mL 1×
10-3 mol/L KCN)中黑暗下继续浸泡15mim,再转
入混 合 液 (0.004 g EDTA 钠 盐 +100 mL
0.05mol/L pH7.8磷酸缓冲液)中,白炽光下浸泡
20~30min。
淀粉酶同工酶染色:将凝胶放入0.15mol/L、
pH 5.0钙纳醋酸缓冲液(含0.22%CaCl2、0.11%
NaCl)中,37℃恒温下保温1.5h,倒去缓冲液,用
0.15mol/L pH 5.0醋酸钠缓冲液冲洗胶板上多余
的淀粉,然后用稀释20倍的显色碘液染色。
出现酶带后,迅速倒出染色液,用蒸馏水冲洗凝
胶,拍照,并记录其酶谱,统计酶带数及强弱特征,凝
胶用7%乙酸固定保存。
1.4 同工酶酶谱分析和命名
参照熊全沫[18-19]的方法,以同工酶缩写名称的
大写代表酶蛋白,以1、2、3……表示向阳极迁移位
点,越靠近阳极的位点以越小的数字表示,如
POD-1、POD-2等。统计酶带数,计算其相对迁移率
及酶谱相似度指数[20];同时进行聚类分析,依据数
量分类中二态特征的0/1编码原则[21],结合3种同
工酶,有酶带的计为1,无酶带的计为0,由此生成0
和1原始矩阵,应用DPSv 7.55软件,采用Jaccard
系数,用类平均法(UPGMA)对5种龙胆属植物进
行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 同工酶酶谱
2.1.1 过氧化物酶 5种龙胆属植物的POD同工
酶共有8条酶带(图1)。其中,红花龙胆有4条酶
带,表达较弱;草甸龙胆有1条酶带,表达较强;翼萼
龙胆有5条酶带,POD-2、POD-3表达较强,POD-1、
POD-4、POD-8 表达较弱;滇龙胆有 4 条酶带,
POD-4、POD-5表达较强,POD-6、POD-7表达较弱;
头花龙胆有4条酶带,表达均较弱。过氧化物酶Rf
的变化范围为0.05~0.34,Rf 0.07为滇龙胆的特
有酶带。特有酶带占总酶带数的12.5%。Rf0.21为
红花龙胆、翼萼龙胆、滇龙胆和头花龙胆的共有酶带,
说明,这4种龙胆之间保持着一定的遗传一致性。
注:左为同工酶酶谱,右为酶谱模式图。 泳道:1,红花龙胆;2,草甸龙胆;
3,翼萼龙胆; 4,滇龙胆;5,头花龙胆。模式: 表示较强酶带, 弱
酶带, 很弱酶带(下同)。
Note: Left, Zymogram; Right, Electrophoresis.1, Gentiana rhodantha;2, G.
praticol; 3. G.pterocalyx; 4. G.rigescens;5, G.cephalantha.means strong enzyme
band, poor enzyme band and very poor enzyme band respectively. The same
below.
图1 龙胆属5种植物的过氧化物酶同工酶
酶谱及模式图
Fig.1 Zymogram and electrophoresis of POD isozyme
of five species in Gentiana
图2 龙胆属5种植物的超氧化物歧化酶同工酶
酶谱及模式图
Fig.2 Zymogram and electrophoresis of SOD isozyme
of five species in Gentiana
2.1.2 超氧化物歧化酶 5种龙胆属植物的SOD
同工酶共有9条酶带(图2)。其中,红花龙胆有3
条酶带,SOD-4表达稍强,SOD-7和POD-8表达较
弱;草甸龙胆有4条酶带,SOD-3和POD-6表达较
强,SOD-5和POD-9表达较弱;翼萼龙胆有1条酶
带,表达较弱;滇龙胆有3条酶带,SOD-4和POD-7
表达较强,SOD-2表达较弱;头花龙胆有2条酶带,
表达较弱。超氧化物歧化酶 Rf的变化范围为
0.45~0.93,Rf 0.55为红花龙胆的特有酶带,Rf
0.45、0.62、0.68及0.75为草甸龙胆的特有酶带,
Rf 0.8为滇龙胆的特有酶带,Rf 0.93为头花龙胆
的特有酶带。特有酶带占总酶带数的77.78%。Rf
0.73为红花龙胆、翼萼龙胆、滇龙胆和头花龙胆的
共有酶带。同样表明这4种龙胆之间保持着一定的
遗传一致性。
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孙爱群 等 龙胆属5种植物的同工酶比较
SUN Aiqun et al Study on Isoenzymes of Five Species in Gentiana
图3 龙胆属5种植物的淀粉酶同工酶酶谱及模式图
Fig.3 Zymogram and electrophoresis of AMY isozyme
of five species in Gentiana
2.1.3 淀粉酶 5种龙胆属植物的 AMY同工酶
共有12条酶带(图3)。其中,红花龙胆有3条酶
带,表达较弱;草甸龙胆有3条酶带,表达较强;翼萼
龙胆有2条酶带,表达较弱;滇龙胆有6条酶带,表
达较弱;头花龙胆有4条酶带,表达较弱;淀粉酶同
工酶Rf的变化范围为0.17~0.49,Rf 0.17、0.32
的酶带为红花龙胆的特有酶带,Rf 0.20、0.31为草
甸龙胆的特有酶带,Rf 0.25、0.43、0.49为滇龙胆
的特有酶带,Rf0.45为头花龙胆的特有酶带,特有
酶带占总酶带数的66.67%。Rf 0.27为草甸龙胆、
滇龙胆、头花龙胆的共有酶带,Rf0.35为翼萼龙胆、
滇龙胆、头花龙胆的共有酶带。
龙胆属5种植物的酶带数不同,酶带强弱也存
在一定差异。说明,龙胆属种间有一定的分化。
2.2 相似度指数及其聚类
1)相似度指数。Vaughan[20]提出,以酶谱相
似度指数预测种间亲缘关系,相似度指数越大,说明
物种间的酶谱差异愈小,其亲缘关系越密切。表2
看出,红花龙胆与翼萼龙胆的相似度指数最大
(0.50),表明两者之间的亲缘关系较近;其次是滇龙
胆与头花龙胆,其相似度指数为0.438,两者之间的
亲缘关系也较近;红花龙胆与草甸龙胆及翼萼龙胆
与草甸龙胆相似度指数最小(0),表明红花龙胆、翼
萼龙胆与草甸龙胆的亲缘关系较远。根据相似度指
数的大小,这5种植物两两之间的亲缘关系由近到
远依次排列为红花龙胆-翼萼龙胆、滇龙胆-头花龙
胆、翼萼龙胆-头花龙胆、草甸龙胆-头花龙胆、翼萼
龙胆-滇龙胆、红花龙胆-滇龙胆、红花龙胆-头花龙
胆、草甸龙胆-滇龙胆、红花龙胆-草甸龙胆及草甸龙
胆-翼萼龙胆。
表2 龙胆属5种植物的同工酶相似度指数
Table 2 Similarity index of isozymes of five species in Gentiana
种名
Species
草甸龙胆
G.praticola
翼萼龙胆
G.pterocalyx
滇龙胆
G.rigescens
头花龙胆
G.cephalantha
红花龙胆Gentiana.rhodantha 0 0.500 0.150 0.111
草甸龙胆G.praticola 0 0.105 0.200
翼萼龙胆G.pterocalyx 0.167 0.286
滇龙胆G.rigescens 0.438
注:相似度指数=相同酶带数/(相同酶带数+不同酶带数)。
Note:Similarity index=the same enzyme bands/(the same enzyme bands+different enzyme bands).
图4 龙胆属5种植物的同工酶聚类图(UPGMA法)
Fig.4 Clustering results of three isozymes of five
species in Gentiana
2)聚类分析。图4看出,5种龙胆属植物分为
2个类群,类群Ⅰ为草甸龙胆;类群Ⅱ包括另4种龙
胆,在这个类群中,红花龙胆与翼萼龙胆聚为一支,
滇龙胆和头花龙胆聚为另一支。
3 讨论与结论
1)5种龙胆属植物的3种同工酶共显示29条
酶带,其中POD同工酶有8条酶带,SOD同工酶有
9条酶带,AMY同工酶有12条酶带。根据 Grava
和Tsunwaki[22]的观点,物种同工酶条带数越多的
品系越进化,分化程度较高,为较进化种,物种同工
酶条带数越少的品系越原始,分化程度较低,为较原
始种。滇龙胆的酶带数最多,3种酶共有13条酶
带;其次是红花龙胆与头花龙胆,3种酶共有10条
酶带;翼萼龙胆与草甸龙胆相对较少,3种酶共有8
条酶带。表明,滇龙胆为较进化物种,翼萼龙胆、草
甸龙胆相对为较原始物种。5种龙胆属植物的酶带
数、迁移率及酶带强弱不同,同工酶谱可以将5种龙
胆属植物分开,说明5种龙胆属植物间有一定的分
化。同工酶酶谱特征在一定程度上能较好地反映种
间的遗传差异,对于探讨种间亲缘关系有一定价值。
2)相关数据和聚类分析显示,5种龙胆属植物
被分为2个类群,类群Ⅰ为草甸龙胆;类群Ⅱ包括另
4种龙胆,在这个类群中,红花龙胆与翼萼龙胆聚为
一支,滇龙胆和头花龙胆聚为另一支。表明,红花龙
胆与翼萼龙胆的亲缘关系较近,滇龙胆与头花龙胆
的亲缘关系也较近。草甸龙胆与这4种龙胆的亲缘
关系相对较远。
3)形态分类上,红花龙胆和翼萼龙胆同属龙胆
属的狭蕊组,两者的茎生叶均为宽卵形或卵状三角
形,未开花前两者形态非常相似,很难区分。滇龙胆
和头花龙胆同属龙胆属的多枝组,外部形态也很相
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贵 州 农 业 科 学
Guizhou Agricultural Sciences
似,不同的只是花期滇龙胆的基生叶不发达,头花龙
胆的基生叶发达。依据过氧化物酶、超氧化物歧化
酶酶谱特征可以将这几种龙胆区分开来。因而对于
外部形态相似的龙胆属不同种植物,同工酶水平可
以对它们进行区分。并且聚类分析结果与传统形态
分类结果具一致性,支持何廷农[1]对狭蕊组、多枝
组、小龙胆组的划分。
[参 考 文 献]
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(责任编辑:姜 萍)
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