李淑娟+李長(zhǎng)慧+張英+劉艷霞
摘要:采用聚丙烯酰胺凝膠垂直平板電泳(PAGE)技術(shù)對(duì)青海鵝觀草屬10個(gè)野生種質(zhì)資源進(jìn)行酯酶同工酶(EST)檢測(cè)和分析。結(jié)果表明,鵝觀草屬10個(gè)種質(zhì)的酯酶同工酶譜帶共有9條,形成4個(gè)區(qū)域(A、B、C、D),其中Rf值為0.198、0.469、0.630的這3條酶帶為共有帶,其余則為各份材料的特征帶;各種質(zhì)材料間的酯酶同工酶表現(xiàn)出較豐富的多態(tài)性,說(shuō)明鵝觀草屬10個(gè)種質(zhì)不同種及部分種的不同居群在遺傳本質(zhì)上是有區(qū)別的。聚類(lèi)分析表明,鵝觀草屬10個(gè)野生種質(zhì)資源可聚為3個(gè)類(lèi)群。
關(guān)鍵詞:鵝觀草屬;種質(zhì)資源;酯酶同工酶;聚類(lèi)分析
中圖分類(lèi)號(hào): S543+.202文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A[HK]
文章編號(hào):1002-1302(2017)13-0024-03[HS)][HT9.SS]
收稿日期:2016-12-24
基金項(xiàng)目:青海省科學(xué)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃(編號(hào):2014-ZJ-712)。
作者簡(jiǎn)介:李淑娟(1967—),女,青海貴德人,碩士,教授,主要從事牧草種質(zhì)資源與遺傳育種研究。E-mail:lsjqhu@163.com。
[ZK)]
鵝觀草屬(Roegneria C. Koch)為小麥族(Trit-iceae Dumortier)近緣屬中植物種類(lèi)最多的多年生大屬,現(xiàn)有120多種,我國(guó)有70多種[1]。該屬許多物種是草原或草甸的組成成分,而且許多種類(lèi)可作為優(yōu)良牧草加以利用,也有部分種類(lèi)含抗逆基因,可作為麥類(lèi)作物培育新品種的寶貴資源。目前僅青海省鵝觀草屬植物就有23種、3個(gè)變種,廣泛分布于三江源、祁連山地的大部分地區(qū)。其中的多數(shù)種具有抗寒、耐旱、耐鹽堿、耐貧瘠等優(yōu)良特性,是高寒地區(qū)天然草場(chǎng)的重要組成成分和優(yōu)良的牧草,也是高海拔地區(qū)人工草地建設(shè)、草地改良、水土保持以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的首選草種。然而,鵝觀草屬植物種間由于形態(tài)特征較為相似,可作為分類(lèi)依據(jù)的器官結(jié)構(gòu)較為細(xì)微,其分類(lèi)在禾本科中一直屬于難度較大的屬。
同工酶是一種特異蛋白質(zhì),是基因的直接產(chǎn)物,同工酶的差異反映基因的表達(dá)差異[2]。同工酶作為一種便捷的分子標(biāo)記,廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,如探討物種的起源進(jìn)化、了解植物居群的遺傳結(jié)構(gòu)、研究種內(nèi)遺傳多樣性等,在植物的種群、發(fā)育及遺傳研究中,尤其對(duì)其種間分類(lèi)及親緣關(guān)系的研究有重要意義[3-9]。采用同工酶分析技術(shù)對(duì)種間、品種間的分類(lèi)研究已比較廣泛,其方法、技術(shù)較為成熟。從目前的研究來(lái)看,尚未有學(xué)者對(duì)于分布在青海地區(qū)的鵝觀草屬植物從生化水平上進(jìn)行研究。本研究采用酯酶同工酶技術(shù)對(duì)分布于青海三江源區(qū)的鵝觀草屬10個(gè)野生種質(zhì)資源6種[玉樹(shù)鵝觀草(Roegneria yushuensis)、毛穂鵝觀草(Roegneria trichospicula)、短柄鵝觀草(Roegneria brevipes Keng)、曲芒異芒草(Roegneria abolinii var. divaricans Nevski)、紫穂鵝觀草(Roegneria purpurascens Keng)、肅草(Roegneria stricta Keng)]及部分種的4個(gè)居群進(jìn)行酶酯同工酶譜帶特征分析,從生化水平探討不同材料間的遺傳差異,為該屬材料的選擇利用及親緣關(guān)系判定提供科學(xué)依據(jù),這也是對(duì)該生態(tài)草種進(jìn)行深入研究及合理開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ)。
1材料與方法
1.1供試材料
本試驗(yàn)所采用的鵝觀草屬10份野生種質(zhì)材料種子均采自青海三江源地區(qū),于2015年5月種植于青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院草業(yè)科學(xué)系牧草試驗(yàn)田,待供試材料生長(zhǎng)至幼苗期采集幼葉作為試驗(yàn)材料。其編號(hào)、物種名稱(chēng)及采集地等信息見(jiàn)表1。
1.2方法
1.2.1酶提取液制備分別稱(chēng)取10個(gè)試驗(yàn)材料的葉片(幼葉)各1 g,洗凈后用濾紙吸干水分,剪碎后置于預(yù)冷的小研缽中,加入少量提樣緩沖液,在冰浴中研磨勻漿,移入離心管中,10 000 r/mim、4 ℃,離心15 min,取0.5 mL上清液,加入等量的樣品處理液,于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2不連續(xù)聚丙烯酰胺凝膠垂直平板電泳(PAGE)電泳采用不連續(xù)聚丙烯酰胺凝膠垂直平板電泳技術(shù)[10],分離膠濃度為7.5%,緩沖液pH值為8.8,濃縮膠濃度為3%,緩沖液pH值為6.8,凝膠厚度為1.5 mm。電極緩沖液為T(mén)ris-Gly緩沖液(pH值 8.3),上樣量每槽為20 μL。電泳時(shí),電流20 mA,濃縮膠電壓為200 V,分離膠電壓為220 V,溫度4 ℃左右,恒壓電泳至溴酚藍(lán)遷移到距凝膠末端1.0 cm處為止。
1.2.3染色、固定及照相電泳結(jié)束后,采用醋酸萘酯-固蘭RR鹽染色法染色[11],室溫下染色至酶帶清晰為止,用水漂洗終止染色,用7%冰乙酸固定5 min,清水漂洗后觀察結(jié)果并拍照記錄。
1.2.4酶帶分析及數(shù)據(jù)處理根據(jù)相對(duì)遷移率Rf繪制模式圖并標(biāo)定酶帶位置[12]:
Rf=酶帶的遷移距離/前沿指示劑(溴酚藍(lán)) 的遷移距離。
根據(jù)同工酶膠板上的譜帶分布確定帶的有無(wú),并轉(zhuǎn)化成二項(xiàng)數(shù)據(jù),在同一Rf值處,有譜帶的記為1,無(wú)譜帶的記為0。把同工酶譜信息處理為0、1數(shù)據(jù)后,采用NTSYSpc-2.10s 統(tǒng)[CM(25]計(jì)軟件用非加權(quán)組平均法(UPGMA)[13]分析10份材料的酯酶同工酶連鎖類(lèi)群,構(gòu)建酶譜聚類(lèi)樹(shù)狀圖,進(jìn)行聚類(lèi)分析。
2結(jié)果與分析
2.1酶帶及酶譜分布特征
譜帶的數(shù)量、出現(xiàn)位點(diǎn)是判斷區(qū)分不同種和品種的直觀依據(jù)。由圖1、表2可知,供試的10個(gè)種質(zhì)材料的酯酶同工酶酶譜共55條酶帶,鵝觀草屬10個(gè)種質(zhì)的酯酶同工酶譜帶共有9條,形成4個(gè)區(qū)域(A、B、C、D),每份材料顯示的酶譜帶5~6條不等。把它們分成A、B、C、D 4個(gè)區(qū),其中A區(qū)為慢速遷移區(qū),有1條酶帶,Rf值為0.198;B區(qū)為中速遷移區(qū),酶帶數(shù)2~3條不等,Rf值在0.259~0.469之間;C區(qū)為較快速遷移區(qū),Rf值為0.630,也僅有1條酶帶;D區(qū)為快速遷移區(qū),酶帶數(shù)1~2條不等,Rf值在0.765~0.889之間。endprint
由圖2可以看出,10 個(gè)種質(zhì)材料中種間酯酶同工酶酶譜具有一定的差異,主要表現(xiàn)在酶帶數(shù)、酶帶遷移率、酶帶的活性強(qiáng)度上。A、B、C區(qū)內(nèi)都有各自的公共帶,其中A1、B4、C1是10 個(gè)種質(zhì)材料的共有帶,酶帶相對(duì)穩(wěn)定,酶活性較強(qiáng),其余酶帶則為各份材料的特征帶,說(shuō)明酯酶同工酶譜帶表現(xiàn)出較強(qiáng)的多態(tài)性。A區(qū)的公共帶Rf=0.198,B區(qū)的公共帶Rf=0469,C區(qū)的公共帶Rf=0.630。從總體趨勢(shì)看出,D區(qū)酶的活性最強(qiáng),其次是B區(qū),C區(qū)的活性最弱。
從同種的不同居群間酶譜來(lái)看,同為玉樹(shù)鵝觀草的R1、R5 2個(gè)居群各自的酶帶數(shù)、酶帶遷移率及酶帶的活性均大致相同,R2在B1位點(diǎn)表現(xiàn)有特征帶,與R1、R5的酶譜有差異,表明在遺傳上存在分化;同為短柄鵝觀草的R6、R9 2個(gè)居群的酶帶數(shù)相同,但酶帶的活性不同,R6僅D2 1條強(qiáng)帶,R9有2條強(qiáng)帶,其酶活性及含量均強(qiáng)于R6;曲芒異芒草R3、R7 2個(gè)居群酶帶數(shù)相同,R3有2條強(qiáng)帶,在D3位點(diǎn)有特征帶,R7只有1條強(qiáng)帶,R3、R7的酶譜有明顯差異??梢钥闯?,各種間不僅酶帶總數(shù)不同,而且在各個(gè)區(qū)域分布的位點(diǎn)、帶級(jí)也明顯不同,而同一物種的不同居群間酶譜既具有較穩(wěn)定的相似性,又具有細(xì)微差異。
2.2酯酶同工酶酶譜相似系數(shù)聚類(lèi)
從表3可以看出,鵝觀草屬10個(gè)種質(zhì)資源的遺傳相似系數(shù)在0.167~1.000,其中R1與R5的相似系數(shù)最高,說(shuō)明它們的相似性最高,基本沒(méi)有遺傳分化;而R3與R9的相似系數(shù)最低,僅為0.167,說(shuō)明它們的相似性最低,二者的親緣關(guān)系很遠(yuǎn)。所有樣品在聚類(lèi)距離約0.65處可分支為3個(gè)類(lèi)群,分別記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi);在第Ⅰ類(lèi)群中,R1、R2、R4、R5、R10親緣關(guān)系一致;在第Ⅱ類(lèi)群中,R6、R7、R9親緣關(guān)系較近;在第Ⅲ類(lèi)群中,R3、R8親緣關(guān)系較近(圖3)。
3討論與結(jié)論
魏秀華等利用同工酶技術(shù)研究鵝觀草屬的3個(gè)物種的生物系統(tǒng)關(guān)系,解決了這3個(gè)物種的劃分問(wèn)題[14]。本研究中鵝觀草屬的曲芒異芒草(R3)與玉樹(shù)鵝觀草(R2)、毛穗鵝觀草(R4)、短柄鵝觀草(R6)及紫穗鵝觀草(R10)在酯酶同工酶譜帶上存在不同程度的差異,各種間不僅酶帶總數(shù)不同,而且在各個(gè)區(qū)域分布的位點(diǎn)及帶級(jí)也明顯不同,其遺傳一致度較低(0.167~0.333)。玉樹(shù)鵝觀草的2個(gè)居群(R1、R5)及短柄鵝觀草的2個(gè)居群(R6、R9)的遺傳一致度很高(1000),但酶帶的活性具有一定的差異性。同為玉樹(shù)鵝觀草的R2居群則與其他2個(gè)居群(R1、R5)在譜帶分布上也有所不同,遺傳相似度為0.833。居群之間具有相同或不同的酶帶數(shù),或者遷移率之間差異很小,可以認(rèn)為它們既有共同的遺傳基礎(chǔ),而且隨著時(shí)空的變化又有變異的表現(xiàn)。這與前人的相關(guān)研究結(jié)果相似,即種子植物屬內(nèi)種間的遺傳一致度約為0.67,種內(nèi)居群間的遺傳一致度約為0.90[15]。
基于遺傳相似系數(shù)的酶譜樹(shù)狀聚類(lèi)結(jié)果顯示,種源相同、地理位置分布較近、海拔近似的鵝觀草屬植物如R1、R2、R4、R5、R10聚為一類(lèi);曲芒異芒草的2個(gè)居群R3、R7并未聚在一起,而是海拔較高的R7(3 200 m)與R6、R9聚為一類(lèi),海拔較低的R3(2 500 m)、R8(2 700 m)2個(gè)居群聚為一類(lèi)。說(shuō)明鵝觀草屬植物的聚類(lèi)與種源地、海拔、生境有一定關(guān)系,海拔差異小的居群遺傳距離也較小。
鵝觀草屬10個(gè)種質(zhì)資源的酯酶同工酶酶譜類(lèi)型豐富,酶帶數(shù)量、帶級(jí)、位點(diǎn)及活性強(qiáng)度等表現(xiàn)出一定差異,各自具有特征譜帶,且所具有的共有帶的帶級(jí)、酶含量、活性強(qiáng)度也不盡相同,說(shuō)明利用這些酶譜特征找出供試材料間的細(xì)微差異是可行的,由此表明,供試材料具有獨(dú)立的遺傳關(guān)系,之間有一定的遺傳分化,是進(jìn)行生化水平鑒定的有利指標(biāo)。酶譜分析作為揭示物種遺傳背景的方法,還受生理、發(fā)育狀態(tài)及人為等因素的干擾,所以應(yīng)該將其與其他方法包括形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方法結(jié)合起來(lái)才能得出更加準(zhǔn)確可靠的結(jié)果[16]。對(duì)該屬植物采用其他種類(lèi)酶[如過(guò)氧化物酶(POD)同工酶、細(xì)胞色素氧化酶]分析,尚待進(jìn)一步研究。
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