全 文 ：新疆北部 (北疆 )几种苜蓿属
植物遗传结构的研究
　
毕玉芬　陈本建
(甘肃农业大学草业学院 ,兰州 730070)
　
摘要　以 17份国内外紫花苜蓿栽培品种为对照 ,对新疆北部地区 28份四倍体苜蓿属植物即紫花苜蓿
(Medicago sativa )、黄花苜蓿 (M . falcata )、多变苜蓿 (M . varia )的遗传结构进行研究。 结果表明 ,四倍体种群
为外繁育类型 ,其总遗传变异的 90%以上来源于各种群内部。但由于地理或生殖隔离等因素导致个别种群表
现出内繁育衰退现象 ,因此 ,应加强对这些种群的就地保护和迁地保护。
关键词　苜蓿属 (Medicago )　等位酶　遗传结构　北疆
中图分类号　 S 330
　

　生物多样性的研究和保护是目前世界上普遍关注的问题 ,也是现代生态学研究的核心问
题和热点之一。生物多样性是对生物在空间上存在的现状和相互关系的研究 ,其中遗传多样性
是生物多样性的基础和核心。
遗传多样性是指基因的变化 ,即生物个体基因中蕴藏的遗传信息的总和。就目前为止 ,有
关植物天然种群的遗传变异和遗传结构方面的知识几乎全部来自等位酶分析结果〔1〕。 它可以
作为稳定的遗传标志 ,对生物种内和种间的遗传多样性、系统进化和亲缘关系等进行研究 ,从
分子水平揭示遗传变异和多样性的机理 ,为细胞学和形态学分类提供有说服力的证据〔1〕。
中国是世界上苜蓿属植物资源较丰富的国家之一 ,有苜蓿属植物 12种、 3变种、 6变型 ,其
中 8种、 2变种、 6变型分布于我国新疆〔 2〕 ,可以说 ,新疆是我国苜蓿属植物资源最为丰富的地
区。对新疆苜蓿属植物遗传结构进行研究 ,可以揭示我国苜蓿属植物种质资源的遗传基础及其
在世界苜蓿资源中的地位 ,为制定合理有效的苜蓿种质资源保护和利用策略提供依据。
1　试验材料与方法
1. 1　试验材料
试验采用国内外苜蓿种质材料 45份。其中 ,北疆的 28份材料为中国农业科学院兰州畜牧
研究所提供 ; 17份紫花苜蓿对照品种由甘肃农业大学曹致中提供。 它们分别来源于中国 ( 7
份 )、美国 ( 6份 )、前苏联 ( 1份 )、秘鲁 ( 1份 )、前捷克斯洛伐克 ( 1份 )和阿根廷 ( 1份 )〔 3〕。
1. 2　试验方法
试验地设在甘肃农业大学草业学院校内试验地。采用完全随机区组设计 , 3次重复 ,播种
前浸种、擦破种皮 ,营养钵育苗。室温 24℃左右 ,自然光照并配置 120 W日光灯以辅助光照。待
苗健壮后移栽于试验田 ,单株种植 ,行距 20 cm,株距 10 cm。之后根据苗期生长状况实行补苗
和间苗。生长期间进行常规的灌溉、防虫和除草。
第 8卷　第 1期
Vo l. 8, No. 1
　　　　　　　　　 草　业　学　报
ACTA PRATACU LTURAE SIN ICA
　　　　　　　　　 27- 30
3 /1999
国家自然科学基金资助项目 ( 39670449)。作者简介:毕玉芬 ,女 , 1960年生 ,博士 ,副教授。收稿日期: 1998- 07- 27
1. 3　等位酶系统的选择
本研究选择了已经定位的 2个等位基因酶系即过氧化物酶 ( PER)、荧光酯酶 ( FE)和一个
在本实验中进行了酶型遗传学分析的酯酶 ( EST)。
每份供试材料随机摘取 30个个体的叶样进行一种酶系分析。 取全部展开的幼叶 ,立即放
入冰冻箱 (低于- 25℃ )中保存待分析或直接进行等位酶分析 ;制样时 ,取出冷冻的叶样或取鲜
样 ,无离子水漂洗 ,吸掉叶上多余的水分后分别放入有冰块制冷的白色陶瓷比色盘的孔穴内 ;
滴入二滴酶提取缓冲液 ,用玻璃试管将其研成糊状 ;用 3. 5 mm× 5 mm的滤纸条吸取酶液 ,以
一定距离放在制好的胶板上。
应用平板聚丙烯酰胺凝胶电泳 , T ris-甘氨酸缓冲液 ( pH= 8. 3)作为电极缓冲液和酶提取
缓冲液 ,对 3种酶系统进行提取和电泳 ;染色分别用醋酸—联苯胺染色法 ,α、β-醋酸为底物的
固蓝染色法和以 4-伞型酰醋酸为底物的荧光酯酶染色法 ;显带后拍照、观察和记录。
2　结果与分析
2. 1　北疆几种苜蓿属植物种群遗传多样性度量
本研究中所用的 PER、 EST和 FE为单体酶 ,经反复试验 ,筛选出了效果较好的凝胶、缓
冲及染色系统 ,并获得了 45个种群相应的电泳酶谱和等位酶资料及照片。经分析 , PER和 FE
等位酶酶型分别符合 Quiros〔 4〕和 Knapp( 1992)对四倍体紫花苜蓿等位酶研究的遗传规律。
EST的等位酶酶型符合单体酶在四倍体苜蓿中的遗传规律 ,可用于观察记录和遗传学分
析〔 3〕。
2. 2　苜蓿属植物种群的遗传结构
北疆苜蓿属植物平均等位基因有效数目为 1. 781,即有 80. 95%的等位基因在种群中起作
用 ,其比率小于对照紫花苜蓿 ( 84. 09% ) ,但平均每个位点等位基因数 ( 2. 04)却高于对照紫花
苜蓿 ( 1. 87)。 表明对照紫花苜蓿等位基因数目较稳定 (其变异系数 4. 69% ) ,而北疆苜蓿属植
物等位基因数目处于变化之中 (变异系数为 8. 32% ) ,证明北疆苜蓿属植物间存在较高的基因
分化 ,种群间遗传结构存在着较大的差异 ,从中可以检测出更多的遗传变异。
北疆苜蓿属植物间多态位点上的比率为 60% ,平均预期杂合度 (基因多样度 )为 0. 445。从
表 1可知 ,北疆几种苜蓿属植物多态位点的遗传变异约有 89. 69%发生在种群内 ,而只有
10. 31%发生在种群之间。就是说在总的遗传变异中 ,种群内的遗传变异 ( 0. 435)远远大于种群
间的遗传变异 ( 0. 050)。北疆苜蓿属植物间遗传变异主要来自各个种群内部 ,但种群间的遗传
变异较对照紫花苜蓿高 ,由此说明北疆地区苜蓿属植物种群间的遗传分化较为明显。
由表 2看出 ,北疆苜蓿属 4个种群总遗传多样度按大小排序为北疆紫花苜蓿栽培种群>
多变苜蓿种群> 黄花苜蓿种群> 野生紫花苜蓿种群。其中 ,各种群内的遗传变异全部大于种群
间的遗传变异 ,即总遗传变异中分别有 96. 82%、 95. 31%、 94. 81%和 91. 67%的变异来自各个
种群内部 ,而种群间的遗传变异均不足种群内变异的 10% ,证明了北疆苜蓿的 4个种群为多
年生异交种 ,因为它们把更多的遗传变异保持在种群内 ,而种群间的遗传分化比率较低〔1〕。
总基因多样度的排序结果表明 ,对照紫花苜蓿具有最为广泛的地区适应性 ,依次为北疆紫
花苜蓿栽培种群、多变苜蓿种群和黄花苜蓿种群。野生紫花苜蓿在本试验中表现出最小的适应
范围 ,基因分化系数高达 0. 083,说明野生种群具遗传上的保守性 ,种群间基因渗透比较困难。
北疆紫花苜蓿栽培种群基因分化系数最少 ,其种群的遗传变异较高 ,且主要来源于种群内部 ,
28　　　　　　　　　 ACT A PRATACULTU RAE SIN IC A( Vol. 8, No. 1)　　　　　　　　　 3 /1999
表 1　北疆苜蓿属植物与对照紫花苜蓿的遗传变异
Table 1　 Genetic variation comparison of Medicago populations f romNorthern Xinjiang and other cultivars
基因分化度量　 Nei 北疆苜蓿属
Medica go North ern Xinjiang
国内紫花苜蓿
Med icago at h ome
美国紫花苜蓿
Medica go ( U . S)
总基因多样度　 Ht 0. 485 0. 491 0. 472
种群内　 Hs 0. 435 0. 453 0. 464
种群间　 Ds t 0. 050 0. 038 0. 008
基因分化系数　 Gs t 0. 103 0. 077 0. 0169
种群间与种群内变异比　 Rs t 0. 115 0. 084 0. 0172
表 2　北疆苜蓿属不同种群的遗传变异
Table 2　 Genetic variat ion comparison of dif ferent populations of Med icago fromNorthern Xin jiang
基因分化度量　 Nei 黄花苜蓿属
M. f alcata
多变苜蓿
M. va ria
野生紫花苜蓿
Wild M. sat iva
紫花苜蓿栽培种群
Cult ivar of M. scativa
总基因多样度　 Ht 0. 443 0. 469 0. 408 0. 471
种群内　 Hs 0. 420 0. 447 0. 374 0. 456
种群间　 Ds t 0. 023 0. 022 0. 034 0. 015
基因分化系数　 Gs t 0. 052 0. 047 0. 083 0. 032
种群间与种群内变异比　 Rs t 0. 055 0. 049 0. 091 0. 033
种群间的遗传差异则相对较小 ,说明该种群处于稳定状态。可以认为北疆紫花苜蓿栽培种群为
一个独立种群 ,其遗传基础共处于动态平衡中 ,是一个具有丰富遗传基础而种群间分化不明显
的特殊群体。
从表 1看出 ,国内对照紫花苜蓿总基因多样度为 0. 491,其中来自种群内的变异为 0. 453,
来自种群间的变异为 0. 038。美国 6个紫花苜蓿品种总基因多样度 0. 472,其中 98. 31%来自
品种内变异 ,仅有 1. 69%的变异来自品种间的差异。 其品种内的遗传变异高于国内对照紫花
苜蓿的遗传变异 ,但基因分化系数低于国内对照紫花苜蓿的 4. 5倍 ,这一点从基因分化系数可
以验证。
3　讨论与结论
试验结果表明 ,北疆苜蓿属植物间的多态位点比率高达 60% ,平均每个位点遗传多样度
为 0. 412,高于 Hamrick指出的平均水平 ( 50%和 0. 149)。其总遗传多样度为 0. 485,主要来源
于种群内部个体之间 ( 0. 435) , 10. 39%的变异来自于种群之间 ,高于卢欣石〔5〕 1997年研究结
果的 8. 8% 。北疆苜蓿属植物间的遗传结构分析得知 ,不同种水平上的遗传差异是导致种群间
遗传变异加大的主要原因。 野生紫花苜蓿、黄花苜蓿、多变苜蓿及紫花苜蓿栽培种群种间的遗
传差异及种内各种群之间的遗传差异构成了北疆苜蓿属植物丰富的遗传基础。对各植物种基
因变异分化程度研究发现 ,种内各种群间分化程度均小于种间的分化 ,但每个种其种群内遗传
变异占总遗传变异的比例都很大则是共性 ,即表现为基因分化系数较小 (小于 Hamrick指出
的平均水平即 22% )。表明 ,北疆苜蓿属植物间遗传多样性最大限度地被保留在各种群内部。
与对照紫花苜蓿比较 ,北疆苜蓿属植物间保持着比较丰富的遗传变异 ,拥有较高的基因多
样度 ,为种质资源的利用提供了广泛的选择基础。同时由于各种群间的基因分化系数较大 ,基
因迁移率较小 ,反映出野生种群适应范围相对狭窄 ,即具有一定的遗传保守性。 Hamrick
29第 8卷第 1期　　　　　　　　　　　　草业学报 1999年　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
( 1991)认为分布区局限性的种趋向于缺乏遗传多样性 ,而广布种往往包括明显的遗传差异。紫
花苜蓿品种内高度的杂合性、较低的基因分化系数和较高的基因迁移率造成了品种一致性的
降低 ,却反映出对照紫花苜蓿广泛的适应性和对环境变化具缓冲作用的发育灵活性。
遗传结构分析得知 ,来自北疆的紫花苜蓿栽培种群表现出与野生种群和对照紫花苜蓿较
大的遗传差异。该种群总遗传多样性高达 0. 471,高于北疆参试的所有种群 ,但基因分化系数
低于所有参试种群 ,说明该种群的遗传基础处于相对稳定状态。 Thoday( 1953)指出 ,无论是生
理稳态还是发育稳态 ,都使个体适应变化的环境条件 ,因此这种稳态与适应密切相关。 Lerner
( 1954)指出 ,生理稳态与发育稳态一样 ,是个体的特性 ,是异体受精导致的发育表型固定化或
发育稳态 ,其实质是杂合体比相应的纯合体有更高的适合度。 可以说 ,北疆紫花苜蓿栽培种群
比野生种群具有较高的适应性。 北疆紫花苜蓿栽培种群独立的遗传特性有利于资源的有效保
持及品种的专一性利用。因此从北疆紫花苜蓿栽培种群进行选择培育 ,有望选育出专一性利用
的栽培品种。
根据遗传结构分析得知 ,北疆地区苜蓿属不同种群具有较丰富的遗传多样性 ,其变异主要
来自种群内部。因此在就地或迁地保护取样时 ,要考虑各种群等位基因的丰富程度 ,保持杂合
性 ,即重点考虑保护种群内遗传变异。同时对基因分化系数值偏高的种群也要注意保护其不同
种群的遗传基础。
　
参考文献
1　王中仁 . 植物等位酶分析 . 北京:科学出版社 , 1996
2　李捷 ,张清斌 ,杨刚 . 中国苜蓿属植物与新疆苜蓿种质资源的优势 . 草地学报 , 1997, 5( 4): 286～ 291
3　毕玉芬 . 北疆苜蓿属 (Medicago)植物遗传多样性分析 . 草业科学 , 1998, ( 3): 13～ 18
4　 Qurios C F. Te trasomic Segr ega tion fo r M ultiple A lleles in Alfa lfa. Genetics. 1982, 101: 117～ 127
5　卢欣石 . 中国苜蓿国家审定品种等位基因酶分析 . 中国草地 , 1997, ( 1): 1～ 4
　
Studies on the Genetic Diversity of Medicago Populations f rom Northern Xinjiang
Bi Yufen　 Chen Benjian
( Gansu Ag ricul tural Univ ersi ty, Lanzhou 730070)
ABSTRACT
The genetic structure and the genetic div ersity o f 28 of Medicago ( M. sativa, M.
f alcata , M. varia ) populations f rom No rthern Xinjiang w ere studied. As a comparison, the
genetic structure o f 17 cultiva rs of Medicago f rom 6 nations, China, the Uni ted States the
fo rmer Soviet Union, Peru, Argentina and fo rmer Czechoslovakia, w ere analysed as w ell.
The results show ed that the Medicago popula tions f rom No rthern Xinjiang are outbreeding ,
and above 90% o f the to tal gene div ersi ty w ere f rom inter nal populations. The inbreeding
depression w as found in some populations, so i t is necessary fo r these populations to
st reng then on- si te conserv ation and o ff- si te conserva tion.
Key words:　Medicago, allo zyme analy sis, genetic structure, No rthern Xinjiang
30　　　　　　　　　 ACT A PRATACULTU RAE SIN IC A( Vol. 8, No. 1)　　　　　　　　　 3 /1999