全 文 ：[ 文章编号] 1001-3601(2010)08-0484-0019-04
蓼属头状蓼组过氧化物酶(POD)同工酶的研究
向 红 , 孙爱群 , 林长松 , 翁贵英
(六盘水师范学院 , 贵州 六盘水 553004)
　　[摘　要] 为探明蓼属头状蓼组种间亲缘关系 ,探讨过氧化物酶(POD)同工酶在蓼属的分类价值 ,采用
聚丙烯酰胺凝胶电泳技术 ,对蓼属头状蓼组 5 种植物进行了 POD同工酶研究 。结果表明 ,蓼属头状蓼组 5种植物 POD同工酶酶带共 8条 ,不同种间 POD同工酶酶谱存在较大的差异;采用 UPGMA 法聚类分析显
示 ,羽叶蓼与火炭母的亲缘关系较近 ,尼泊尔蓼与羽叶蓼 、火炭母的亲缘关系较远。说明 , POD同工酶在一
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的价值 。[关键词] 蓼属;头状蓼组;过氧化物酶同工酶;聚类分析[中图分类号] Q949 [文献标识码] A
Study on Peroxidase Isozyme of Polygonum Sec Cephalophylon
XIANG Hong , SUN Ai-qun , LIN Chang-song , WENG Gui-y ing
(Liupanshui Normal College , Liupanshui , Guizhou 553004 , China)
　　Abstract:The peroxidase(POD) iso zyme of 5 Sect.Cephalophylon species w as detected by
po ly acry lam ide gel elect ropho re sis technique to verify the genetic relationship among Sect.Cephalophy lon
species and discuss the value of POD isozyme in classif icat ion of Polygonum.The results show ed that
there w ere 8 enzymatic bands o f POD isozyme and there w as obvious di fference in zymogram o f POD
isozyme among f ive species.The UPGMA cluster analy sis show ed that the genetic relationship betw een
P.runcinata and P.strindberg ii was clo se , while Polygonum nepalense show ed remote af fini ty to
P.runcinata and P.chinense.The POD iso zyme analy sis can reflect the genetic difference among species
to a certain deg ree and is of a certain value in identification of genetic relationship of different species.
Key words:Polygonum;Sect.Cephalophy lon;peroxidase isozyme;cluste r analy sis
　　蓼属(Polygonum Linn.)植物全世界约有 240
种 ,主要分布于北温带 ,我国约有 120种 28变种[ 1] ,
贵州产 50种 , 11 变种[ 2] 。蓼族植物在系统分类上
一直存在很大的分歧和异议 。按李安仁[ 3] 的分类 ,
蓼属植物划分为 6个组 ,其中头状蓼组(Sect.Ceph-
alophy lon)包括 17种 7变种 ,张小平等[ 4] 根据花粉
形态将蓼属划分为 12 组 ,即扁蓄组(Sect.Av icu-
laria)、拳参组(Sect.Bistorta)、春蓼组(Sect.Per-
sicoria)、头状蓼组(Sect.Cephalophy lon)、刺蓼组
(Sect.Echinculon)、卷茎蓼组(Sect.Convolvulus)、
木藤蓼组(Sect.Auberti)、蔓蓼组(Sect.Tiniaria)、
虎杖组(Sect.Reynoutria)、两栖蓼组(Sect.Am-
phibium)、西伯利亚蓼组(Sect.K norringia)和多穗
蓼组(S ect.Poly stachy rum)。目前对蓼属的分类分
歧主要表现在属所包含的种类范围不同 ,属下分类
也存在不同意见[ 5] 。因此 ,蓼族的系统分类还需进
一步研究 、整理 、修订。
同工酶是指催化反应相同而结构和理化性质不
同的一组酶 ,它们几乎存在于所有生物中 。同工酶
分析广泛应用于植物系统演化研究 ,对种间亲缘关
系探讨起着重要的作用[ 6] 。过氧化物酶(POD)同工
酶是植物体内普遍存在且活性较高的一种适应性
酶 ,它的酶谱在一定条件下较稳定 ,与形态学资料一
样 ,具有种属专一性 ,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的价
值[ 7] 。过氧化物酶在植物组织中分布广泛 ,参与多
　[收稿日期] 　2010-04-14;2010-07-23修回
　[作者简介] 　向　红(1967-),女 ,副教授 ,从事植物分类学及细胞生物学研究。 E-mai l:lps szxianghong@126.com
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(责任编辑:刘　海)
　贵州农业科学　2010 , 38(8):19 ～ 22　Guizhou Ag ricultural Science s
种生理活动 ,并且为生长发育提供了基因表达的灵
敏指标 ,是一种重要的遗传标记[ 8] 。
前人对头状蓼组的研究主要集中在化学成分及
药理活性方面[ 9-13] ,目前未见蓼属头状蓼组植物的
同工酶的研究报道。本研究采用聚丙烯酰胺凝胶垂
直平板电泳 ,对 5种蓼属头状蓼组植物的 POD同工
酶进行电泳分析 ,结合数量分析方法[ 14-15] ,试图探明
蓼属头状蓼组种间的亲缘关系 ,为探索蓼属植物种
间的系统分类提供参考 ,并探讨过氧化物酶同工酶
在蓼属内的分类价值。
1 材料与方法
1.1 试验材料
蓼科(Polygonaceae)蓼属头状蓼组的 5种植物采
自贵州六盘水市境内 ,试验材料具体来源见表 1 ,凭证
标本保存于六盘水师范学院生命科学系植物标本室。
表 1 蓼属头状蓼组的 5 种植物材料来源
Table 1　The source of 5 tested specie s o f Polygonum Sect.Cephalophilon
种名
Species
采集地
Loca tion
采集号
No.
采集人
Co llecto r
生态环境
Eco lo gical envir onment
尼泊尔蓼 Polygonum nepalense 贵州水城 0 772 709 向红 、孙爱群 林下
羽叶蓼 P.runcinata 贵州钟山区 0 772 703 向红 、孙爱群 山坡
平卧蓼 P.strindbergii 贵州水城 0 772 807 向红 、孙爱群 山坡
火炭母 P.chinense 贵州钟山区 0 804 001 向红 、孙爱群 山坡
头花蓼 P.capitatum 贵州盘县 0 772 704 向红 、孙爱群 路边
1.2 试验方法
1.2.1 样品制备 采集植物叶片 ,放入冰壶 ,迅速
带回实验室。将材料洗净 ,用吸水纸吸干 ,称取鲜重
5g 左右 ,剪碎置于事先在冰箱内冷却过的研钵中 ,
加少量石英砂和 5mL提取缓冲液[ 6] ,在冰浴中迅速
研磨成匀浆 ,经 4 层纱布过滤 ,滤液倒入离心管 。
4℃15 000 r/min离心 20m in。取上清液按 1:1比例
加入 40%蔗糖溶液 ,加 1%溴酚蓝 1 ～ 2滴 ,摇匀后
置-20℃冰箱保存备用。
1.2.2 酶电泳与染色 采用不连续聚丙烯酰胺小
型垂直板凝胶电泳 ,分离胶浓度为 7%,浓缩胶浓度
为 4%,每个样品槽加样量 40μL 。开始以 100V 的
电压电泳 ,待溴酚蓝指示剂进入分离胶成横向连续
的 1条线时(约 50min),再将电压调至 250V 下恒
压电泳 ,至溴酚蓝指示剂走到距凝胶末端约 1 cm 处
停止电泳 ,取下凝胶 ,用蒸馏水洗 2 次 , 按胡能书
1984的方法染色[ 16] ,待出现清晰的紫红色酶带时 ,
迅速倒出染色液 ,用自来水冲洗凝胶 ,拍照后用 7%
乙酸保存 ,并记录其酶谱 ,统计其酶带数及其强弱特
征。
1.2.3 分析方法 计算其相对迁移率(Rf 值),
Rf=酶带迁移距离(cm)/溴酚蓝迁移距离(cm),同
时进行聚类分析来确定物种间的亲缘关系。依据数
量分类中二态特征的 0/1编码原则[ 14] ,对每个个体
的每条酶带赋值 ,首先将各样本看成一类 ,有酶带数
计为 1 ,无酶带计为 0 ,使用DPSv 11.5分析软件 ,采
用欧氏距离和 UPGMA 法对样品进行系统聚类分
析。
2 结果与分析
2.1 过氧化物酶图谱
5种蓼属头状蓼组植物的 POD同工酶电泳结
果见图 1。
　　5种蓼属头状蓼组植物的POD酶系统共检测
　　注:尼泊尔蓼(1 ～ 3), 羽叶蓼(4～ 6), 平卧蓼(7～ 9),头花蓼
(10～ 12),火炭母(13～ 15)。
　　Note:P.nepa lense(1～ 3), P.runcinata(4～ 6), P.str indber-
g i i(7～ 9), P.cap itatum(10～ 12), P.chinense(13～ 15).
图 1 5 种蓼属头状蓼组植物 POD电泳图
Fig.1　The POD electropho retog ram o f 5 Poly gonum Sect.
Cephalophilon
出酶谱带 8条(表 2),从这 8条酶谱带的分布情况
来看 ,在不同物种中酶谱带分布的数量存在着一定
的差异 , 5种蓼属植物按酶谱带数量的多少排序依
次为头花蓼(5条)、羽叶蓼(3条)、平卧蓼(3条)、尼
泊尔蓼(3条)、火炭母(1条)。
　　根据 POD酶谱形态特征可分为 2个区 , Ⅰ区
(Rf=0.274 ～ 0.419)和 Ⅱ区(Rf=0.709 ～ 0.871)。
Ⅰ区酶带数为 3条 , Ⅱ区酶带数为 5条 ,且酶带强弱
不等。火炭母只有一条带 ,且分布在 Ⅰ区 ,其余种类
在 Ⅰ区 、Ⅱ区均有分布;其中羽叶蓼 、平卧蓼 、头花
蓼 、火炭母共有 1条带(Rf=0.419),为这 4种蓼属
植物的共有特征谱带 ,占总谱带数的 12.5%,且这
条带清晰明显 ,说明 ,这 4种蓼属植物保持着一定的
遗传一致性;尼泊尔蓼 、平卧蓼 、头花蓼有 1条共有
谱带(Rf=0.790),尼泊尔蓼 、羽叶蓼 、平卧蓼分别
与头花蓼有 2条共有谱带 ,在 2 ～ 3个种内共有谱带
为 3条 ,占总谱带的 37.5%;尼泊尔蓼 、羽叶蓼 、平
卧蓼 、头花蓼分别具有 1条特有谱带 ,占总谱带的
50%。表明 ,POD酶谱带在 5种蓼属头状蓼组植物
不同种内既有普遍存在的共同酶谱带(1条),也有
·20· 　　　　　　　　　　　　 　　　　　贵 州 农 业 科 学 2010 , 38 卷
表 2 5 种蓼属头状蓼组植物 POD酶谱分布概况
Table 2　The POD zymog ram distribution o f 5 Polygonum Sect.Cephalophilon
谱带相对迁移率
Band(Rf)
Band rela tive mobility
物种 Species
尼泊尔蓼
P.nepalense
羽叶蓼
P.runcinata
平卧蓼
P.strindbergii
头花蓼
P.capitatum
火炭母
P.chinense
0.871 - - - + -
0.839 + - - + -
0.790 + - + + -
0.742 - - + - -
POD 0.709 - + - - -
0.419 - + + + +
0.363 - + - + -
0.274 + - - - -
　注:“ +”表示某条带在该物种中有分布;“-”表示某一条带在该物种中没有分布。
　No te:“ +” a cer tain band present in the species ,“ -” a certain band absent in the species.
表 3 蓼属头状蓼组过氧化物同工酶酶谱相似度指数
Table 3　The simila rity index of POD iso zyme zymog ram of Polygonum S ect.Cephalop hi lon
物种
Species
羽叶蓼
P.runcinata
平卧蓼
P.strindbergii
头花蓼
P.cap itatum
火炭母
P.chinense
尼泊尔蓼 P.nepalense 0 0.20 0.33 0　
羽叶蓼 P.runcinata 0.20 0.33 0.33
平卧蓼 P.strindbergii 0.33 0.33
头花蓼 P.capitatum 0.20
　注:相似度指数=相同酶带数/(相同酶带数+不同酶带数)
　No te:Simila rity index = number of Simila rity bands/(numbe r of Similarity bands + number of different bands)
图 2 蓼属头状蓼组 POD 同工酶酶谱聚类图(UPGMA 法)
　Fig.2　Clustering results of POD iso zymes zymog rams
of Polygonum Sect.Cephalophilon
存在于 2 ～ 3个种内的共有酶谱带(3条),还有仅存
在于某一特定种类的酶谱带 ,成为这一种植物特有
的谱带。
2.2 过氧化物同工酶酶谱相似度指数与亲缘关系
Vaughan[ 17] 提出 ,以酶谱相似度指数(Similari-
ty index value)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 ,亲缘关系越密切 。
5种蓼属头状蓼组植物 POD 同工酶谱相似度指数
计算结果见表 3。
从表 3可知 ,尼泊尔蓼与羽叶蓼 、火炭母的相似
度指数为 0 ,表明尼泊尔蓼与羽叶蓼 、火炭母的亲缘
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羽叶蓼—火
炭母 、羽叶蓼—头花蓼 、平卧蓼 —头花蓼 、平卧蓼 —
火炭母 、头花蓼—尼泊尔蓼 、平卧蓼—尼泊尔蓼 、平
卧蓼 —羽叶蓼 、头花蓼 —火炭母 、尼泊尔蓼 —羽叶
蓼 、尼泊尔蓼—火炭母。
2.3 过氧化物酶聚类分析
应用 DPSv 11.5软件 ,采用欧氏距离和 UPG-
MA法进行聚类分析 ,结果见图 2 。
　　从聚类图可知 ,蓼属头状蓼组的 5 个种被分为
2个类群 ,类群 Ⅰ仅包括尼泊尔蓼 ,表明尼泊尔蓼与
其他 4种植物的亲缘关系相对较远;类群Ⅱ包括平
卧蓼 、火炭母 、羽叶蓼 、头花蓼 ,在这一类群中 ,羽叶
蓼与火炭母聚在一起 ,表明这两者亲缘关系较近 。
3 结论与讨论
1)根据 Grava[ 18] 的观点 ,同工酶越多的品系越
进化 ,即同工酶条带少的种是较原始物种 ,同工酶条
带多的种分化程度较高 ,是较进化物种 。该研究的
蓼属头状蓼组的 5种植物 ,酶带数最多的为头花蓼
5条 ,最少的为火炭母 1条 ,表明头花蓼为较进化物
种 ,火炭母为较原始物种。
2)相关数据和聚类分析显示 ,该研究的蓼属头
状蓼组 5种植物可以分为两个类群 ,尼泊尔蓼单独
为一个类群 ,与羽叶蓼 、火炭母的相似度系数为 0 ,
表明尼泊尔蓼与这两者的亲缘关系较远;羽叶蓼 、平
卧蓼 、头花蓼和火炭母为另一个类群 , 在这一类群
中 ,羽叶蓼与火炭母亲缘关系较近。
3)关于蓼属头状蓼组植物系统分类的研究 ,只
见向红[ 19] 对该组植物的 ITS 方面的报道。本研究
结果与向红 I TS [ 19] 聚类结果相比 ,相似之处在于:
在 I TS 中 ,尼泊尔蓼与其他几种植物的亲缘关系相
对较远;本研究中 ,尼泊尔蓼单独聚为一个类群 ,在
羽叶蓼 、平卧蓼 、火炭母 、头花蓼 4种植物中 ,有一条
·21·　第 8 期 向　红 等　蓼属头状蓼组过氧化物酶(POD)同工酶的研究
共有特征谱带 ,说明 ,这 4种蓼属植物保持着一定的
遗传一致性 ,尼泊尔蓼与羽叶蓼 、火炭母的亲缘关系
相对较远 。说明 ,POD同工酶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
一定的价值 。存在的差异主要表现在:在 ITS 中 ,
平卧蓼与羽叶蓼亲缘关系较近 ,火炭母与头花蓼亲
缘关系较近;在本研究中 ,羽叶蓼与火炭母亲缘关系
较近 。差异的产生 ,可能是由于酶作为基因的表达
产物在很多情况下受到地理环境 、气候差异的影响 ,
且植物同工酶的表现有着组织器官的特异性及发育
阶段的特异性 , 而且许多因素也会影响电泳效
果[ 19] ,从而造成与 ITS结果有一定差异 。这对利用
同工酶进行种类鉴定和分类是一个不利因素 。但同
工酶也有相对的稳定时期和适宜的采样部位 ,这使
得其应用又具备了可能性[ 20] 。
因此 ,对于蓼属系统分类学研究 ,仅有酶谱一方
面的资料是不够的 ,必须借助更多实验手段和积累
更多证据 ,只有这样才能较为正确地划分各级分类
群 ,较为客观地反映植物类群系统发生和演化的自
然过程。在蓼属植物研究中 , ITS 或许能更好地反
映物种间的系统进化关系 。
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