全 文 ：北疆苜蓿属植物繁育系统的研究
毕玉芬 ,胡自治
(甘肃农业大学草业学院 ,甘肃兰州 730070)
摘要:采用等位酶技术 ,对北疆苜蓿属植物种群的繁育系统进行了研究。 结果表明 ,北疆苜蓿
属植物种群为外繁育系统 ,黄花苜蓿、多变苜蓿、紫花苜蓿基因组成中杂合体过多 ,均保持较
低的自交结实率。 参试苜蓿属植物表现某种程度的内繁育衰退现象 ,地理或生殖隔离等因素
可能是导致个别种群出现内繁育衰退现象的原因之一。 对北疆苜蓿属遗传资源保护时 ,既要
选择遗传基础丰富的种和种群以保持最多的遗传变异 ,还要注意选择具有不同等位基因的种
群以保持原有的基因和基因频率。
关键词:苜蓿属植物 ;等位酶 ;繁育系统
中图分类号: S551. 703. 8　　文献标识码: A　　文章编号: 1001-0629( 2001) 03-0021-04
⒇
　苜蓿的繁育系统是指决定苜蓿种群繁殖
和遗传变异的交配系统 ,其进化和演替规律
在物种进化中起着重要的作用 ,它是探讨种
群的遗传结构、变化、演化规律以及自然种群
与生态环境的相互作用的重要内容。
用等位酶标记研究繁育系统有许多优越
性 ,等位酶等显性表达 ,在很多位点上有很多
的多态性 ,且不受强自然选择的压力的影响 ,
因此 ,近年来用等位酶分析对植物交配系统
的定量估计在迅速增加 [ 1]。目前对苜蓿繁育
系统的研究仅限于形态鉴定和自交法遗传学
分析 ,用等位酶分析研究苜蓿的繁育系统必
将丰富苜蓿生态遗传学领域的研究内容和途
径 ,对于揭示苜蓿种群的遗传结构、进化规律
以及适应环境的机制具有重要作用。
苜蓿属 (Medicago )植物是世界上广泛
分布的优良牧草 ,中国拥有丰富的苜蓿属植
物资源 ,而新疆则是中国苜蓿属植物资源最
为丰富的地区。因此 ,对新疆苜蓿属植物资源
的繁育系统进行研究对揭示我国苜蓿属植物
种质资源的遗传多样性和分类地位具有重要
意义 ,并可为制定我国苜蓿种质资源保护策
略提供生态遗传学依据。
1　试验材料和方法
1. 1　试验材料　共收集国内外苜蓿种质材
料 45份 ,其中北疆的 28份材料由中国农业
科学院兰州畜牧研究所提供 [ 2] ; 17份紫花苜
蓿对照品种由甘肃农业大学草业学院提
供 [2 ]。
1. 2　试验设计和等位酶分析　田间试验设
在甘肃农业大学草业学院校内 ,并应用水平
平板聚丙烯酰胺凝胶电泳 ,采用 Tris-甘氨酸
缓冲液 ( pH= 8. 3)作为电极缓冲液和酶提取
缓冲液 ,对过氧化物酶 ( PER)、酯酶 ( EST)和
荧光酯酶 ( FE)酶系统进行酶的提取、电泳和
等位酶分析 [3 ]。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。 对
分辩率较高、具有稳定遗传酶型的 PER-2、
EST-2和 FE 3个多态位点的 9个等位基因
18卷　 3期
Vo l. 18, No. 3
草　业　科　学
PRATACULTURAL SCIENCE
　　 21
6 /2001
⒇收稿日期: 1999-05-11基金项目:国家自然科学基金项目 ( 39670449)作者简介:毕玉芬 ( 1960-) ,女 (蒙古族 ) ,内蒙古通辽市人 ,博士 ,副教授 ,主要从事牧草种质资源研究及育种工作。
进行酶型遗传学参数及内繁育系数分析 ,见
表 1。
2　结果与分析
2. 1　酶型遗传学统计分析　用于研究繁育
系统的度量指数主要有: 内繁育系数 ( in-
breeding coef ficient )或固定指数 F ( Fixation
index )。自由交配指数 P ( Panmictic index )。
内繁育系数、固定指数和自由交配指数是衡
量一个种群随机交配程度的指标 ,是探查种
群的繁育系统、交配方式、近亲繁殖情况和遗
传动态的重要指标 ,也是测量内繁育衰退
( inbreeding depression)或外繁育衰退 ( out-
breeding depression)的重要参数 [1 ]。
根据等位酶遗传学分析原理 ,对 3种等
位酶 PER、 EST和 FE的 5个基因位点共计
9个等位基因频率进行了统计和分析 [1 ] ,在
此基础上 ,对参试苜蓿种群的内繁育系数或
固定指数 ( F)、自由交配指数 ( P)、预期杂合
体度 ( He)和实际杂合体度 ( Ho )进行了统计
和分析 ,结果见表 1。
2. 2　苜蓿属植物的繁育系统　由表 1可知 ,
参试的北疆四倍体苜蓿属植物种群平均固定
指数为 - 0. 380,对照紫花苜蓿的平均固定指
数为 - 0. 402,自由交配指数分别为 1. 380和
1. 402。 由此可见 ,对照紫花苜蓿种群比北疆
野生苜蓿种群有较高的异交率。 在北疆苜蓿
属植物种群中 ,固定指数平均值:黄花苜蓿种
群为- 0. 377,多变苜蓿种群为 - 0. 409,野生
紫花苜蓿种群为 - 0. 380,北疆紫花苜蓿栽培
种群为 - 0. 322,与对照紫花苜蓿固定指数之
间差异不显著。由此说明 ,黄花苜蓿、多变苜
蓿、紫花苜蓿均属高异交率的外繁育类型 ,基
因组成中杂合体过多 ,均保持较低的自交结
实率。其基因型是随机散布的 ,种群之间具有
较小的遗传分化 ,而每个种群内都保持着它
们的大多数遗传变异 [4 ]。
从表 1可见 ,参试苜蓿属植物固定指数
( F)值大于 - 1,且自由交配指数 ( P)值变化
幅度大。表明参试苜蓿属植物尽管种群具有
较高的异交率 ,但仍表现出某种程度的内繁
育衰退现象。 从 F值看出 ,野生种群较栽培
种群内繁育退化严重。
3　讨论与分析
植物的繁育系统分为内繁育和外繁育。
内繁育 ( inbreeding )指凡保持基因型不变或
促使基因型纯合的繁殖方式 ;外繁育 ( out-
breeding )指凡与不同基因进行交流或促使
基因型杂合的繁殖方式。Wrigh t[5 ]定义了“内
繁育系数 F”概念 ,表达为一个个体在某个基
因位点上从上代得到 2个等同的等位基因的
机率 ,其值 ( F)变动在+ 1和 - 1之间。如果 F
= 0,说明该种群是随机交配 ,实际等位基因
频率符合 Hardy- Weinberg平衡。若 F≠ 0,
种群为非随机交配 ,表现出杂合体过多 ( F <
0) ,或纯合体过量 ( F> 0)。本研究表明 ,北疆
几种苜蓿属四倍体植物种群及参试的对照紫
花苜蓿种群的固定指数均小于 0。 偏离
Hardy- Weinberg理论频率程度较大 ,应属
非随机交配方式的外繁育类型。
外繁育种群具有较高的遗传变异性 。一
般来说 ,外繁育的种子植物在每个种群内都
保持着它们的大多数变异 ,而种群间表现出
较小的遗传分化 [1 ]。本研究证明 ,北疆四倍体
苜蓿属植物各种群内基因多样度均较高 ,多
样度变幅为 0. 341～ 0. 494。 各种群总遗传多
样度平均在 0. 40以上 ,远远高于 Hamrick的
平均值 ,且平均约有 90%的遗传变异来自各
种群内部。 种群之间的分化系数均小于
10%。 证明参试的四倍体苜蓿种群是天然异
交率较高的外繁育类型 ,其自交亲和率较低。
22　　　　　　　　　　　　　　　　　　　草　业　科　学　　　　　　　　　　　　　　　　 6 /2001
表 1　参试苜蓿属植物种群遗传学参数
编号 平均预期杂合度 ( He)
平均观察
杂合度 ( Ho)
固定指数
( F)
自由交配
指数 ( P) 编号
平均预期
杂合度 ( He)
平均观察
杂合度 ( Ho)
固定指数
( F)
自由交配
指数 ( P)
01 0. 472 0. 522 - 0. 093 1. 093 25 0. 481 0. 699 - 0. 455 1. 454
02 0. 478 0. 633 - 0. 322 1. 322 26 0. 480 0. 532 - 0. 120 1. 120
03 0. 398 0. 578 - 0. 472 1. 472 27 0. 457 0. 578 - 0. 257 1. 257
04 0. 491 0. 678 - 0. 628 1. 628 28 0. 371 0. 495 - 0. 425 1. 425
05 0. 458 0. 584 - 0. 266 1. 112 31 0. 358 0. 470 - 0. 329 1. 328
06 0. 426 0. 678 - 0. 588 1. 589 32 0. 485 0. 619 - 0. 275 1. 275
07 0. 408 0. 685 - 0. 708 1. 708 33 0. 458 0. 484 - 0. 099 1. 099
08 0. 489 0. 595 - 0. 214 1. 214 34 0. 449 0. 656 - 0. 473 1. 473
09 0. 472 0. 641 - 0. 378 1. 378 35 0. 407 0. 624 - 0. 591 1. 591
10 0. 391 0. 559 - 0. 431 1. 431 36 0. 477 0. 598 - 0. 240 1. 240
11 0. 459 0. 614 - 0. 344 1. 344 37 0. 494 0. 591 - 0. 205 1. 205
12 0. 479 0. 644 - 0. 339 1. 340 38 0. 432 0. 542 - 0. 271 1. 274
13 0. 481 0. 578 - 0. 196 1. 197 39 0. 417 0. 622 - 0. 528 1. 528
14 0. 423 0. 633 - 0. 523 1. 523 40 0. 443 0. 512 - 0. 211 1. 211
15 0. 559 0. 472 - 0. 368 1. 368 41 0. 452 0. 596 - 0. 311 1. 311
16 0. 460 0. 482 - 0. 287 1. 287 42 0. 460 0. 722 - 0. 564 1. 564
17 0. 381 0. 478 - 0. 343 1. 343 43 0. 478 0. 667 - 0. 388 1. 388
18 0. 443 0. 621 - 0. 383 1. 388 44 0. 470 0. 718 - 0. 526 1. 526
19 0. 470 0. 656 - 0. 410 1. 409 45 0. 450 0. 741 - 0. 644 1. 644
20 0. 362 0. 433 - 0. 249 1. 249 46 0. 473 0. 803 - 0. 713 1. 713
21 0. 401 0. 633 - 0. 627 1. 627 47 0. 481 0. 556 - 0. 247 1. 525
23 0. 465 0. 567 - 0. 227 1. 227 50 0. 482 0. 744 - 0. 547 1. 547
24 0. 445 0. 622 - 0. 523 1. 523
　注:参试材料见参考文献 [2 ]。
苜蓿天然异交率为 25%～ 75% ,强制自交 ,
只有 14%～ 15%的结实率。由于本次试验所
用材料的固定指数平均为 - 0. 4左右 ,最高达
- 0. 7,可以推测供试材料异交率高于 50% ,
其中包括同种和同株异花授粉。
纵观参试各种群的固定指数 ,发现个别
种群出现固定指数 ( F)偏大和基因多样度
( Hs)值偏小现象。 其可能原因: ①强大的选
择压力 (天然或人为的因素 )不利于种群间基
因交流 ;②由于种群间的高度隔离 ,内繁育压
力增强。③由于种群个体数目少而造成被迫
近亲繁殖所致。 根据北疆苜蓿属植物种群繁
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育系统的特点 ,在保存和搜集苜蓿品种资源
时 ,既要选择基因丰富的种群以最大限度地
保持其遗传变异 ,同时还要注意选择具有不
同等位基因的种群以保持原有的基因频率。
在就地和迁地保护时 ,要监视基因多样度的
变化 ,防止基因的丢失和内繁育衰退现象的
出现 ,最大限度地保护苜蓿各种群天然遗传
构成 ,以确保有效和准确地利用。
4　结论
北疆苜蓿属植物种群为外繁育系统。 各
种群总遗传多样度平均在 0. 40以上 ,其中
90%以上的遗传变异来自于各种群内部。 由
于地理或生殖隔离等因素导致个别种群出现
内繁育衰退现象。因此 ,对北疆苜蓿属遗传资
源保护时 ,既要选择遗传基础丰富的种和种
群以保持最多的遗传变异 ,还要注意选择具
有不同等位基因的种群以保持原有的基因和
基因频率。在就地和迁地保护时 ,特别要监视
被保护种群的基因多样度变化 ,防止基因的
丢失、种质渗透和内繁育衰退现象的发生。力
求有效和准确地保护苜蓿遗传资源。
参考文献:
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Studies on breeding system of Medicago populations f rom Northern Xinjiang
Bi Yu-fen, Hu Zi-zhi
( Depa rtment o f Pratacultural Science, Gansu Ag ricul tural Univ ersi ty,
Lanzhou 730070, China)
Abstract: By means o f the method o f allo zyme elect ropho resis, the breeding sy stems of Med-
icago populations f rom Nor thern Xinjiang w ere studied. The results indicated that Medicago
popula tions f rom No rthern Xinjiang presented outbreeding system. The excessive hetero zy-
gote, less self-f rui tful rate existed in tested popula tions of Medicago f alcata , M. varia and
M. sativa. Concur rent ly, the inbreeding depression existed in all tested materials, the main
reasons may be geological or reproductiv e isola tion. Therefo re, when the germplasm of Med-
icago are co llected, no t only species or populations wi th rich genetic basis a re needed to keep
the maximal genetic v ariation, but also those wi th dif ferent alleles are needed to keep
o rig inal genes and gene frequency.
Key words: Medicago population; allo zyme; breeding sy stem
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