全 文 ：收稿日期:2006-08-26
基金项目:河北省农林科学院重点项目资助(A03-1-01-15)
作者简介:韩继成(1969-),男 ,副研究员,主要从事果树分子生物学方面的研究工作。
栗属植物遗传多样性研究进展
韩继成 , 刘庆香 , 王广鹏 , 孔德军 , 张新忠
(河北省农林科学院昌黎果树研究所 , 河北 昌黎　066600)
　　摘要:壳斗科(Fagaceae)栗属(Castanea)植物包括 7 个种 , 即中国板栗(Castanea mollissima BL.)、茅栗(Castanea
seguinii Dode.)、锥栗[ Castanea henryi(skan)Rehd.et Wils.] 、日本板栗(Castanea crenata Sieb.&Zucc.)、美洲板栗(Cas-
tanea dentate Marsh.)、美洲榛果栗(Castanea pumila Mill.)和欧洲板栗(Castanea sativa Mill.)。不仅可用于木材生产 ,而且
在坚果生产上也占有独特地位。基于同工酶 、子叶储藏蛋白和 RAPD 数据 , 通过对分布于亚洲 、欧洲和北美的栗属植
物的遗传多样性研究表明中国板栗(Castanea mollissima)是世界栗属植物的原始种 , 长江流域是中国板栗的遗传多样
性中心 ,土耳其是欧洲板栗的起源中心之一。
关键词:栗属(Castanea (Tourn.)L);遗传多样性
中图分类号:S664.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2006)增刊-0129-04
The Progress of the Genetic Diversity Studies on Castanea (Tourn.)L.
HAN Ji_cheng , LIU Qing_xiang , WANG Guang_peng , KONG De_jun , ZHANG Xin_zhong
(Changli Institute of Pomology , Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences , Changli　066600 ,China)
Abstract:The genus Castanea , belonging to the Fagaceae , includes seven species , which are Castanea mollissima
BL., Castanea seguinii Dode., Castanea henryi(skan)Rehd.et Wils., native to China , Castanea crenata Sieb.&
Zucc., native to Japanese and Korean Peninsula , Castanea dentateMarsh., Castanea pumila Mill., native to America ,
and Castanea sativa Mill., native to Europe and West Asia.Castanea is the one of the most important tree species to
the production of timbers and nuts.Based on isozyme , storage proteins in cotyledon and RAPD data , Castanea mollissi-
ma is the originated species of the Castanea , and the Yangtze River valley is the center of genetic diversity of Castanea
mollissima , while Turkey is one of the supposed centers of origin of Castanea sativa .
Key Words:Castanea (Tourn.)L;Genetic diversity
　　栗属(Castanea (Tourn)L)属于壳斗科(Fa-
gaceae)植物 ,共包括 7个种 ,即原产于中国大陆的中
国板栗(Castanea mollissima BL)、茅栗(Castanea
seguinii Dode.)和锥栗(Castanea henryi(skan)Rehd et
Wils);原产于日本和朝鲜半岛的日本板栗(Castanea
crenata Sieb.&Zucc),原产于北美的美洲板栗(Cas-
tanea dentate Marsh.)和美洲榛果栗(Castanea pumila
Mill),原产于欧洲 、非洲和西亚的欧洲板栗(Cas-
tanea sativa Mill)。由于板栗兼有木材和果实生产 ,
其研究越来越受到重视 ,近几年 ,同工酶 、RAPD以
及其他方法在栗属植物遗传多样性研究方面有很大
进展 ,本文就此进行了总结。
1　同工酶
通过对土耳其 、意大利 、法国等地的欧洲栗的同
工酶研究 ,结合形态 、生理 、生态等因子进行了相关
性研究揭示了欧洲栗的遗传变异水平及群体遗传结
构 ,土耳其类群的同工酶标记的空间自相关分析表
明选择性机制在所研究的居群中可能都加重了遗传
和形态变异。气候因子 ,特别是降雨量影响了板栗
的空间结构 ,土耳其东部和西部居群有很高的遗传
多样性 ,中部地区显示典型的杂交区域 ,土耳其西部
华北农学报·2006 , 21(增刊):129-132
与意大利等欧洲其他地域的板栗的遗传差异小于土
耳其西部与土耳其其他地区的遗传差异 。因此 ,欧
洲板栗的遗传变异的地理空间分布存在明显的自东
向西的渐变或双渐变的非随机分布的空间结构 ,且
表明罗马时代在土耳其的早期扩展缓慢的从东部向
中心散播 ,而随后又与人类的活动迅速向西 、Anato-
lia和地中海盆地扩散 ,后期在地理隔离地方的微环
境选择下进行分化 ,但在扩展过程中其遗传资源逐
渐枯竭 ,几乎没有新的遗传变异[ 1-5] 。
张辉等[ 6]利用水平板淀粉凝胶电泳技术检验了
板栗 8个居群在 6个同工酶位点上的遗传变异 ,在
同一水平上 ,其遗传多样性水平显著高于欧洲栗 。
总的基因多样性中 ,89.2%发生在居群内 ,10.8%发
生于居群间 , 各居群之间的遗传距离为 0.036 ～
0.394 ,有些居群分化较大 ,尤其在个别位点上更为
明显。初步研究表明 ,其丰富的遗传变异及其高水
平的分化度可能与其生境的多样性 、风媒异交等因
素造成的长距离的基因漂变有关 ,板栗的变异无论
从物种水平还是群体水平 ,均高于风媒异交种的平
均水平 。进一步的研究表明 ,属于长江流域品种群
的居群与东南品种群的居群较其他居群关系更为密
切 ,东南品种群与西北品种群的亲缘关系最远 ,初步
推测西南为板栗遗传多样性中心[ 7] 。而郎萍等[ 8]采
用超薄板聚丙烯凝胶等电聚焦技术对栗属中国特有
的3个种即中国板栗 、茅栗和锥栗的 30个居群 、12
个酶系统的 20个位点进行了遗传多样性与遗传结
构分析 ,揭示了长江流域的神农架及周边地区为中
国板栗的遗传多样性中心 。板栗在种和居群水平上
都具有较茅栗和锥栗高的遗传多样性 ,并推测茅栗
和锥栗起源于板栗。中国板栗为世界栗属植物的原
生种 ,不同地域分布的居群间表现出一定的遗传差
异 ,其遗传多样性高于栗属植物的其他种 。秦岭
等[ 9]采用超薄板聚丙烯凝胶等电聚焦技术对陕西 4
个实生居群进行了遗传多样性及遗传结构分析 ,将
陕西实生板栗以秦岭为界分为秦岭以南与秦岭以北
2个自然分布亚区 ,西北板栗群体遗传基础不象以
前所认为的遗传基础简单的看法 。暴朝霞等[ 10]采
用9个酶系统的 15个同工酶位点对 89个板栗品种
进行遗传多样性分析 ,鉴别板栗品种和评价它们之
间的遗传关系。在供试的 89个品种中 ,除 5个品种
外 ,其余品种均可用多位点同工酶对其做专一性鉴
定 ,同地域的板栗品种具有遗传关系相近的特征。
李作洲等[ 11]对中国板栗华北 、长江流域和西南
主要地区的 21个自然居群间 12个酶系统 20个等
位酶基因位点的遗传变异的空间自相关分析及 F-
统计分析结果表明 ,其多数等位基因频率在居群间
呈随机分布模式 ,缺乏一定的空间结构;而部分等位
基因表现为渐变或双向渐变的非随机分布模式 ,又
具特定空间结构。中国板栗遗传变异空间结构模式
的形成可能是长距离基因流 、自然气候 、人类活动 、
地理距离隔离等诸因素综合作用的结果 ,居群等位
基因分布格局的成因可能是在第四纪冰川后 ,中国
板栗以长江流域中下游的孑遗中心为起点 ,等位基
因分别沿着向北和向南的不同方向迁移形成现在的
居群结构;季风气候和人类活动干扰是削弱居群分
化的主要因素 ,而基于环境梯度的选择 ,是形成由北
向南渐变分布的原因。
Huang 等[ 12]通过对栗属种的 PGI同工酶遗传的
分析发现 Pgi位点(Pgi_1)主要有 3个等位基因并呈
共显性遗传 ,还检测到了出现频率较少的另外 2个
等位基因 ,长江流域居群 Pgi杂合度最高 ,东南部居
群最低。
应用 18个同工酶系统的14个多态性位点的38
个等位基因以及 RAPD数据进行分析从 Alabama 到
central New York沿着 Appalachian覆盖自然区域内的
12个美洲板栗居群的研究中 ,认为美洲板栗在栗属
中的居群和种水平具有较低的遗传分化 ,将美国的
板栗分为 4 个组:最南部居群 、南部 -中部 Ap-
palachian居群 、北部 -中部 Appalachian 居群和南部
Appalachian居群[ 13] 。Dane 等[ 14]应用琼脂糖等点聚
焦电泳和单树后代分析方法分析了 DIA同工酶在
美洲板栗和中国板栗种的遗传。发现了3个 DIA位
点的两个等位基因是共显性遗传的 。Dia1 的遗传
变异在 Castanea pumila 和Castanea seguinii 中被检测
到 , Dia2在 Castanea dentata 被检测到 ,而 Dia6的遗
传多态性只在 Castanea pumila 中被检测到 。DIA 阴
极位点的表达是组织特异性德 ,主要在子叶组织中
检测到。同工酶研究表明美洲板栗在中国板栗 、茅
栗和美洲板栗中是遗传分化最低的种[ 15-17] 。
应用 10 个同工酶位点的 21 个等位基因和
RAPD对美洲榛果栗 Castanea pumila (L).Mill.var
ozarkensis(Ashe)Tucker的 9个居群进行了遗传多样
性分析 ,说明该居群比北美大陆其他栗属种的居群
有更高的遗传分化。居群内检测到高水平的杂和
性 ,但居群间的遗传变异没有显著差异[ 18] 。美国自
然区带分布的12个板栗(Castanea pumila var.pumila
130　 华　北　农　学　报 21卷
(Allegheny chinkapin))濒危品种的 12个居群间的同
工酶遗传多样性表明在种的水平上 , 多态性位点
(Ps)为 72.7 %,每个位点平均等位基因数(As)为
1.9 ,每个多态性位点的平均等位基因数(APs)为
2.3 ,每个位点有效等位基因数(Aes)为 1.5 ,遗传差
异(Hes)为 0.296。在居群水平上 ,Pp =49.2 %, Ap
=1.5 , Aep =1.4 , APp =2.1 and Hep =0.21。C .
pumila var.pumila 的同工酶变异(70%)大部分发生
在居群水平 。Wright s gene flow rate (Nm(W))低至
0.57。该种的自然区带分布性的居群差异没有检测
到 ,其中 Florida 洲居群的遗传差异变化水平最大 ,
Virginia 洲和Mississippi洲也有较高的遗传差异[ 19] 。
通过检测了栗属东亚和北美种群的遗传分化显
示在总数为 62个群体的样品在同工酶位点的等位
基因的变异中。中国板栗的遗传变异最大。而美洲
板栗的遗传变异最小 。最大洲内遗传一致性出现在
Allegheny 和 Ozark chinkapins(0.931)以及 C .mol-
lissima 和 C.seguinii (0.870),较低的遗传一致性出
现在美洲的 C.pumila 和 C .dentata (0.720 -
0.729)。洲间比较时 ,美洲板栗与中国的 C.mollis-
sima , C .seguinii 和 C.henryi的遗传一致性分别为
0.505 , 0.495和 0.507 ,而Ozark chinkapin C.pumila
var.ozarkensis与 C.mollissima 和C .seguinii 的遗传
一致性较低 ,分别为 0.469和 0.435 ,与中国栗的 C .
henryi 的稍高 ,为 0.520。 C .dentata , C .mollissi-
ma , C.pumila var.ozarkensis和 C .henryi 的分化时
间估计为 10 ～ 13百万年以前[ 20] 。
2　RAPD
欧洲板栗的 RAPD分析的结果与同工酶数据相
吻合[ 21 ,22] , 并且果园人工种植板栗个体间多样性
少 ,而高海拔和灌木丛地带分布的板栗具有更大的
遗传多样性[ 23] 。
高捍东等[ 24]研究了江苏省溧阳市龙潭林场国
家林业局板栗良种基地保存的 46个中国板栗品种
的遗传多样性 , 建立了 RAPD 标记的标准程序和
DNA指纹数据库 ,为板栗品种鉴别提供了准确 、可
靠的标准方法 。利用 RAPD标记对浙江 、安徽和湖
北等省份的优良板栗品种(无性系)和地方特色品种
进行指纹分析 , 分析了供试板栗品种的系统发
育[ 25-27] ,还运用特殊谱带 ,建立了板栗品种的分子
检索表[ 26] 。
对中国栗属特有种中国板栗 、茅栗和锥栗的 10
个样品的 RAPD分析 ,利用UPGMA法构建遗传关系
聚类图 ,以相似性系数为 0.62阈值 ,板栗与茅栗为
一个聚类组 ,锥栗为另一个聚类组[ 28] 。通过 520多
个随机引物分析这三个特有种的保守片段 ,筛选出
引物 B08(GTCCACACGG),该引物在所有供试的中
国板栗 、茅栗和锥栗中均扩增出各自特异的 DNA片
段 ,其片段大小分别为 2050 m , 900 bp和 1500bp ,这
些 DNA片段在种水平上的高度保守性 ,可以用来区
分这 3个种[ 29] 。
3　其他方法
对欧洲板栗核糖1 ,5-二磷酸羧化酶的大亚基
基因(rbcL)核苷酸序列和对叶绿体和线粒体基因组
的 PCR/RFLP的分析进一步明确欧洲的板栗几乎没
有地理上的结构变化 ,人类活动 ,特别是罗马文明时
期及其后持续数千年的文明实践的长期活动对该种
分布的影响[ 30] , Fagaceae 科植物的 rbcL进化速率明
显慢于已分析的其他科的一年生植物[ 31] 。
Alvarez等[ 32]认为板栗种子储存蛋白可以对欧
洲板栗遗传多样性进行分析 。国内对中国西北 、华
北 、西南 、东南和长江流域等 5个品种群的 33个板
栗品种的贮存蛋白多态性的分析表明西北品种群和
华北品种群的品种的谱带分布最为广泛 ,其中Ⅴ区
的谱带仅限于西北品种群 ,南北方品种的带型多样
性较明显 ,带型与品种原分布的地理区域存在相关
关系[ 33] 。
应用同工酶和 AFLP 分析 ,分布于朝鲜的日本
板栗不同于分布于日本的 ,它可能是中国板栗与日
本板栗的杂交种[ 34] ,但是 SSR分析表明 ,日本板栗
是从野生板栗中筛选出来的 ,并具有相同的遗传背
景[ 35] 。
板栗作为一个具有独特性质的树木树种 ,在木
材生产以及坚果生产方面占有独特的地位 。在北美
曾是主要的木材生产树种之一 ,只是由于栗疫病的
危害才逐渐萎缩 ,现在又在逐渐恢复 。板栗在我国
分布广泛 ,各地的地理条件 、气候和栽培习惯差异等
使我国板栗形成了风味明显不同的品种群 ,而目前
的遗传多样性研究取材缺乏整体性 ,并未覆盖板栗
在我国的实际分布。根据我们的研究 ,河北省种群
又分为燕山和两个明显不同的群体[ 36] ,我们已在太
行山居群筛选出带有“替码” 、“垂枝” 、“薄皮”等优良
农艺性状的品种。因此有必要对我国板栗的遗传多
样性进行进一步研究。
增刊 韩继成等:栗属植物遗传多样性研究进展 131　
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