全 文 ：第 18卷第2期
10 9 9年6月
西北农业大学学报
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我国葡萄属植物分类与亲缘关系的探讨
晃无疾
(园艺系 )
袁志发
(基础课部 )
摘 要 采用 Nei 氏标准遗传距离和遗传相似系数及模糊聚类分析研究了 中国葡萄 属 植
物的分类和进化关系 , 结果显示 : 遗传距离和相似系数明显地反映出种 间的差异 ; 聚类分 析
表明 , 当聚类水平不同时 , 分类结果随之发生变化 。 根据进化系统分析 , 毛葡萄是我国葡 萄
属植物中比较古老的类型 。
主口词 葡萄属 , 亲缘关系 , 进化 , 系统树 /遗传距离 , 模糊 聚类分析
关于葡萄属植物的分类 , 前人曾作过一些研究和探讨 〔 ` 一 落 ’ , 由于葡萄属 内种 间 易
行杂交 , 中间型 、 过渡型的性状 比较难以归 类 , 加之以往沿用的分类方法和标准又互不
一致 , 因此给葡萄属植物的分类和种质资源研究带来许多困扰 , 尤其对起源于我国的葡
萄属植物的分类和进化关系的研究目前几乎仍是一个空白 。
近年来 , 随着生物数学研究的进展 , 模糊聚类分析开始应用于动植物的分类和进化的
研究 。 研究表明 : 传统的形态分类方法对生物种间相似性和差异性的度量 、 描 述和对比
往往难 以精确和数量化 , 只有在形态分类的基础上将普通分类的等价关系引入模糊数学
的范畴 , 才能使生物分类和亲缘关系的研究数量化 、 科学化 , 从而使分类的结果更切合于
物种形成和分化的历史进程 〔 5 ’ , 同时这也为模拟杂交育种和应用电子计算机贮存 种 质
信息提供了可行的途径 。
本研究用 N o i氏提出的标准遗传 距 离 聚类分析法对我国葡萄属植物的分类和 亲 缘
关系作一探讨 。
1 材料和分析方法
1
.
1 洲试材料
选用起源于我国的 n 个葡萄野生种 : 山葡萄 ( 厂 i t l’s a m 。 : 。 sn i : ) 、 华北葡 萄 (犷 .
b r 夕 o n i i f o l f a ) 、 燕山葡萄 ( 厂 . 夕 e a n s a n e , 5 15 ) 、 葵奠 ( 刃/ . a d : t r i e t a ) 、 复叶葡
萄 ( 犷 . P i a s e从 i ` ) 、 秋葡萄 ( 犷 . r o m a ,: e t i i ) 、 刺葡萄 (厂 . d a o i d i ) 、 兰葡萄 ( 犷 .
d a v i d “ v a r . e 夕 a o o e a P a ) 、 毛 葡萄 ( 犷 . g u `。 g u a o g u l a r ` s ) 、 网脉葡萄 ( 犷 . 。 ` l班
o n a e )
、 和华东葡萄 ( 犷 . p s e u d o r e t i e u l a t a ) 。
分析数据取自对各个野生种功能叶片过氧化物酶同工酶的连续测定记录 , 包括各个
种的酶谱类型和不 同酶带的表型频率 〔 “ ’ 。
文稿收到日期 , 1 9 8 9一 0 9一 1 9。
. 国家自然科学基金资助项 目 。
8 西北农业大学学报 8 1卷一一一一一一一一一一一一 _ - 一一_ ~_ _一 ~_一 1.2 数学分析 ( 1) 标准遗传距离 种间标准遗传距离的计算按照N i e氏提出的公式 ` s J进行 。D : , = 艺盯r
其中 D : , 为标准遗传距离 , X : , Y 分别为 各个种每一酶带的表型频率值 。
( 2 ) 遗传相似系数 种间遗传相似系数按照 L at t e r提出的公式进行换算
I = l 一 D 二 ,
其中 I 为相似系数 , D 二 ,为标准遗传距离
( 3 ) 聚类分析 利用遗传相似系数建立模糊相似阵 , 然后采用编 网法进行聚类。
( 4 ) 系统树绘制 根据遗传相似系数 , 按照 C a va il s 一 S t o r z a最小距离 法聚类绘制
种 lb1 动态分布和树状进化图 〔” 」。
2 结果与讨论
2
.
1 翻萄种间标准遗传距离分析
关于葡萄属植物的分类 , 前人从不同形态指标上进行了探讨和 研 究 「” “ ’ ` “ 。 19 7 9年
cS hw e n n es e n又利用电泳数据进行了品种和品种群的划分 〔 7 〕 , 然而单一的形态指标和单
一电泳结果的直观对比都很难客观地反映种的差异和种间的进化关系 , 尤其是葡萄属植
物中性状的过渡性和多型性更给传统的形态分类方法带来许多困难 。 1 9 73 年 , N ie 氏 提
出标准遗传距 离在分类上应用 , 并成功地利用电泳数据测定遗传距离 t s ’ 。
我们按照 N ie 氏的计算方法 , 根据我国野生葡萄种间同工酶的测定数据 , 计算得 出
各个种间的标准遗传距离 ( 见附表 ) 。
附表 有翻种间 N e i氏标准遗传连离及标准相似系教衰
标 准 相 似 系 数
遗 传 距 离———— 一— _ __网脉萄葡 刺葡萄 华北葡萄 秋葡萄 山葡萄 兰葡萄 复叶葡萄 夔 贾 燕 山葡萄 毛葡萄 华 东葡 萄网脉荀萄 0 . 8 6 3 3 0 . 97 5 2N e i 刺菊萄 0 。 1 3 6 7 0 。 9 1 4 9氏 华北落萄 0 。 0 2 4 8 0 . 08 5 1标 秋葡 萄 0 。 0 5 5 2 0 。 0 8 10 0 。 0 0了6准 山葡萄 0 。 0 几6 3 0 。 0 63 7 0 。 0 3 0 6遗 兰葡萄 0 . 1 34 8 0 . 1 9 8 6 0 . 1 1 1 3
传 复叶葡萄 0 . 0 25 3 口. 0 , 4 9 0一 0 0 2 6
距 婆其葡 萄 _ 0 . 0 3 2 6 0 . 0 8 0 1 0 . 0 0 1 3
离 燕 l[J 葡萄 0 . 0 3 3 8 0 。 0 8 6 7 0。 0 0 16
毛葡萄 0 。 19 8 1 0。 1 5 5 3 0 . 1 6 8 5
华东葡萄 0 . 1 3 6 5 0 . 1 2 7 7 0 . 0 8 16
0 。 9 4 4 8
0
。
9 1 90
0
。
9 9 2 4
0
。
0 2 3 8
0
。
0 8 0 2
0 。 0 0 8 4
0
。
0 0 5 3
0
。
0 0 4 8
0 。 1 6 1 6
0
。
0 5 1 4
0
。
9 1 3 7 0
。
8 1 5 2 0
。 9 7 4 7
0 。 9 3 6 3 0
。 8 0 14 0
。
9 0 5 1
0
。 9 6 9 4 0
。
8 8 8 7 0
。
9 97 4
0
。
97 6 2 0
. 9 1 9 8 0
. 99 16
0
.
9 1 9 6 0
.
9 6 1 0
0
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9 9 9 6
0
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0 。 1 7 0 6
0
。
0 8 1 7
0
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16 7 7
0
。
0 79 1
0
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。
8 6 9 5
0
。
8 4 4 7 0
。
8 7 2 3
0
。 8 3 15 0
。
9 18 4
0
。 8 3 8 4 0
。
9 48 6
0
。
7 8 5 1 0
。
8 8 3 8
O。 6 6 35 0
。
9 1 6 5
0
。 8 2 2 2 0
。 9 3 2 1
0
。 8 2 9 4 0
。
9 18 3
0
。
8 3 2 3 0
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0
。
8 2 3 5
0
。
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由标准遗传距离分析可见 :
第 2期 晃无疾等 :我国葡萄属植物分类与亲缘关系的探讨 9
( 1)标准遗传距离反映出种间的遗传差异 近年来 , 利用同工酶分析进行 分 类研
究 日益增多 , 但其中多是以酶带的数 目和迁移率变化进行简单的直观对比和归纳 , 这样
难以反映出种 ( 类 ) 间遗传上质的差异 。 L ak o v盯砰日M a s o t os ih 通过研究指出 , 同 工 酶
是基因位点差异的生化表现 , 只有在对大量的测定数据进行严密的数学分析之后才能确
定出遗传上的差异 ￡5 〕 。
标准遗传距离计算中通过对数转换 , 种间的遗传差异充分显示 , 从而更便于进行分
析和聚类 , 与以往研究 「“ ’ “ ’ 8 〕相比 , 标准遗传距离远比一般迁移率和普通遗 传 距离分
析更能显示种间的差异程度 。
( 2 ) 不同种间遗传距离截然不 同 测定表明 , 1 1个葡萄野生种种间遗传距 离 截然
不同 , 种间最小遗传距离为 0 . 0 0 4 , 而最大遗传距离达 0 . 3 6 5 , 两者相差达 84 0余倍 ,
这 也反映出葡萄属植物种 的形成 、 分化历史是相当久远的 。
种间遗传距离最小的是葵莫和燕山葡萄 ( 0 . 0 0 0 4) 。 其次是英英和华北葡萄 ( 0 . 0 0 1 3)
及燕山葡萄和华北葡萄 ( 0 . 0 0 1 6 ) , 可见 它们之间的亲缘关 系最为相近 。
标准遗传距离分析结果和种的 自然地理分布差异状况完全一致 , 如葵莫 、 燕山葡萄
和 华北葡萄其 自然分布区基本是相重合的 , 这一结论同样反映在复叶葡萄和 华 北 葡 萄
( 0
.
0 2 6) 上 , 而与之相反 , 种间遗传距离较大的种 , 其 自然分布区相差也很大 , 如分
布于我国东北的山葡萄和分布于华中的毛葡萄其种间的遗传距 离就高达 0 . 2 4 1 9 , 这从 另
一个角度反映出地理隔离在种的形成上有重要的作用 。
值得 指出的是关于兰葡萄的分类地位问题 , 以往的学者将兰葡萄定为刺葡 萄 的 变
门||
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脉网荀萄东葡华萄当一萄葡刺萄葡毛葡句
种 〔 , 〕 , 但据我们多年观察 , 兰葡萄的 形 态
结构 、 抱 粉性状及同工酶酶谱与刺葡萄均有
很大差异 , 将其划为刺葡萄的变 种 值 得 商
榷 〔 “ ’ 8 , , 而标准遗传距离分析也表明 , 两者
遗传距离达 0 . 1 9 8 6 , 因此我们认为兰葡萄应
有独立的分类地位 , 不应列为刺葡萄的变种 。
2
.
2 蔺萄种间遗传相似系傲分析
标准遗传距离和种间的亲缘关系直接相
关 。 为了使种间的亲缘关系表现得 更 为 明
显 , 分析 中可将其换算为遗传相似系数 ( 附
表 ) 。 从附表上方可见亲缘关 系相近的燕山葡
萄和葵莫的遗传相似系数高达 0 . 9 9 6 , 而亲
缘关系较远的山葡萄和毛葡萄仅为 0 . 7 8 5 1。
研究中利用遗传相似系数不仅可以反映
亲缘关 系的远近 , 而且也便于进行聚类分析 。
2
.
3 模栩班类分析
利用模糊反相似阵和编网法进行聚类分
析 , 结果如图 1所示 。
分析可见 , 当聚类水平 人值 ( 截距 ) 选
人 l
(截分!里)
图 l 中国葡萄属植物动态分类系统图
1 O西北农业大学学报 18卷
取不同标准时 , 聚类结果随之发生变化 , 当几值低于。 . 9 9 9 6水平时 , 葵莫和燕山葡 萄将
聚为一类 , 当凡值降为 0 . 9 97 4时 , 复叶葡萄也将归入此类之中 。
确定较为适当的截距水平对分类研究有重要意义 , 而合适的截距值确定应取决于对
种 ( 类 ) 的观察研究深度和对 电泳测定的分析程度。 根据 目前国 内研究葡萄属植物的资
料以及我们多年的电泳分析结果 , 我们认为在葡萄属植物的聚类分析中 , 截距 水 平 以
0
.
9 9 9 5为宜 , 这样既能反映出种间的客观差异 , 同时又不致于分类过分繁琐 。 正 因 如
此 , 结合形态解剖和地理分布状 况综合分析 , 我们认为将燕山葡萄列为葵莫一个深裂叶
变种较为合适 。
由于生物学的原因 , 葡萄种内的多型性 ( P ol y m or p h ) 相当普遍 , 加之种间杂交 种
和过渡类型的存在使葡萄属植物的分类相对较为复杂 , 近来各地陆续报道 发 现 了一些
“ 新种 ” , 但从分类学观点看是否可列为新种 , 值得仔细研究和分析 。 然而无疑的是 :
模糊聚类分析将为科学地进行分类提供一个新的途径 。
同样值得注意的是 : 动态分类系统左侧一端的种类其抗寒性明显较弱 , 而右侧一端
的种类抗寒性相对较强 , 这一现象提示葡萄属植物抗寒性的形成和种的分化及起源明显
相关 , 同时也表明 , 抗寒性的形成和基因分化有密切关系 。
2
.
4 菊萄属植物进化系统树和进化关系的推测
自从C o va il 一 S t o r z a 提出遗传距离和进化系统树的研究以来 ,
用这一理论开展进化关系的探讨 匕5 〕 , H ub b y 等
人也证 明了用电泳分析结果制定的树状进化图与
染色体分析的结果完 全 相 符 〔 6 ’ , 1 9 7 4年 R o y -
c h o u d h u r y 又提出遗传距离和物种分化时间呈 线
性关系 , 分化时间 t = 5 / l o 6 D 二 , 年 ( D 二 , 为遗
传距离 ) 。 根据 R o y Ch o u d h u士y的方法 ,利用遗 传
距离分析数据 , 我们初步绘制出葡萄种间进化树
图及相应的分化时间顺序 。
从进化系统树 分析推测 , 毛葡萄 ( vi t i :
q u i n g u a n夕u l a r i s ) 可能是我国原生葡萄中较 古
老的一个类型 。 从遗传距离分析也可见 ,毛葡萄和
其它种的遗传距离都比较远 , 种的分化时间也相
应较长 。 这个推断和我国葡萄属植物的地理分布
状况及种的扩散范围也是相一致的 。 调查表明 ,
毛葡萄在我国 17 个省区均有分布 , 尤其在我国华
中地区 , 毛葡萄已成为当地葡萄属植物中的优势
种 〔” ’ 。 另外调查统计显示 , 毛葡萄种内 形 态的
植物分类上已开始应
葵莫
华北葡萄
秋葡萄
网脉葡萄
燕山荀萄
/
_ 复叶葡萄
华东葡萄
图 2 中国葡萄属植物进化示意图
(单位 : 万年 )
“ 多型性” 更是其他种类所无法比拟的 , 这些都说 明毛葡萄物种形成的历史要远比其它种
类长久得多。
可以推测 , 广泛分布有大量毛葡萄的华中一带不仅是我国葡萄属植物的集 中 分 布
区 , 而且是世界葡萄属植物重要的起源中心 〔 3 〕 。 在漫长的历史进程中 , 随着古气 候 和
第 2期 晃无疾等 : 我国葡萄属植物分类与亲缘关系的探讨
古地质的变迁 , 原有的原始类型通过变异和基因交流逐渐向南 、 向北扩展 , 并经过长期
的自然选择 , 形成现代许多不同的种类和类型 。
3 结 论
l ) 模糊聚类分析将葡萄属植物的分类和进化研究导入数量化的范畴 , 利用同工酶
测定数据进行聚类分析更充分反映了种间基因的分化和表达 。 结合形态解剖 、 地理分布
等因素综合分析将使分类和进化的研究更加精确和科学化 。
2 ) 葡萄种间标准遗传距离显示了种间亲缘关系的远近 , 不 同种间遗传距离截然不
同 , 亲缘关系相近的种类其种间的遗传距离就小 , 反之则大 ; 利用遗传相似系数更直观
地反映出葡萄种间亲缘关系的远近 , 其分析结果与种的 自然地理分布规律基本一致 。
3 ) 聚类分析表明 , 当聚类水平不 同时 , 分类结果随之发生变化 。 为了防止分类过
分繁琐同时又能正确反映种的分化 , 聚类水平截距值以 0 . ” 9 5为宜 。
4 ) 根据进化系统树分析 , 毛葡萄是我国葡萄属植物中较为原始的类型 , 而其它种
的分化形成时间则相对较晚。 我国华中地区是世界葡萄属植物的一个重要起源中心 。
5 ) 采用模糊聚类进行葡萄分类和进化关系的研究 目前尚处于开始阶段 , 为了全面
揭示葡萄属植物的分类和进化过程 , 仍需进行更系统和深入的研究 。
今 考 文 献
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t r e e s o f e v o l u t i o n
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g e n e t i e d i s t a n e e
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f u z z y e l u s t e r a n a l y s i s
产、 甲 产、 萨 ` 、 曰
简 讯
。
~ ~ 闪 o
试 管 奶 山 羊 的 研 究
1 9 9 0年 6月了日 , 1只 “ 试管奶山羊” 在我校家畜生殖内分泌研究室降生 , 这是 国内首 例 、 世 界 第
二例。
家畜精子体外获能与体外受精是本世 纪 8 0年代 以来迅速发展起来的一项胚胎工程技术 , 是纯粹 通
过体外培养条件达到 生产 “ 试管动物 ” 的先进繁殖技术。 体外受精研究己有 12 0多年历 史 , 1 951 年 张
明觉和 A u s t in 分别发现精子获能现象后 , 开创了哺乳动物体外受精研究的新纪元 。 当今 , 通过此 项
技术己有 2 0种动物获得成功 , 其中 10 种功物获得试管后代 , 包括牛 、 猪 、 绵羊和山羊等家畜 。
精子体外获能与体外受精主要包括以下技术: ( 1) 精子体外获能 , ( 2) 获能精子与成熟卵母 细
胞共同培养 , ( 3) 受精卵的体外培养与移植 。 其中精子体外获能是关键技术之一 。
早在 19 8 3年 , 花 田章和旭日干等用钙离子载体 ( I A ) 法对 山羊精子体外获能和体外受精进行了研
究 , 并于 1 9 84年成功地获得了世界首例试管山羊。 飞9 85年滨野光市在花 田章等 I A 法的基础上 , 增多 咖
啡因 , 并补加 。 A M P和氯化钙等 , 虽提高了卵泡卵母细胞的穿透率和卵裂率 , 但未能获得试管 后 代 。
该研究室徐君 ( 1 9 8 9) 以家兔为动物模型 , 研制出一种简便而有效的改良B r ac k e t 的精子体外获能系
统 , 获得了 4只仔兔。 本研究是在家兔这一简易获能系统的基础上稍加改良 , 成功地使山羊精子体外获
能 , 采用 10 枚成熟卵母细胞与获能精子进行体外培养后 , 有 6枚受精成功 , 移植入 S只受体山羊 , 1例妊
娠 , 于 19 9 0年6月了日产 1只试管母羔 。 从山羊精子体外获能和体外受精水平来看 , 己达到世界 先 进 水
平 。
(学报编辑部 )