山杏種質(zhì)資源遺傳多樣性研究方法及現(xiàn)狀

王璐，曹穎

(遼寧省林業(yè)種苗管理總站,遼寧 沈陽 110036)

山杏種質(zhì)資源遺傳多樣性研究方法及現(xiàn)狀

王璐，曹穎

(遼寧省林業(yè)種苗管理總站,遼寧 沈陽 110036)

山杏是亞洲特有的經(jīng)濟(jì)樹種，在我國北方地區(qū)廣泛分布，開展山杏遺傳多樣性研究有著重要意義。本文主要從形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記和DNA標(biāo)記等四方面介紹遺傳多樣性的研究方法，以及山杏種質(zhì)資源的研究現(xiàn)狀，為今后對山杏種質(zhì)資源遺傳多樣性的研究奠定基礎(chǔ)。

山杏；種質(zhì)資源；遺傳多樣性；研究方法

山杏(Armeniacasibirica)，薔薇科(Rosaceous)，杏屬(ArmeniacaMill.)，一般為落葉喬木，作為亞洲特有的既具有生態(tài)性又具有經(jīng)濟(jì)性的樹種，它主要分布的地區(qū)為俄羅斯的西伯利亞地區(qū)，蒙古的東部、東南部地區(qū)以及我國的內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、山西等地區(qū)，在新疆和西藏等部分地區(qū)也有一定分布[1]。山杏花可作為蜜源；山杏木材可制作家具；山杏肉含多種維生素和礦物質(zhì)等；山杏仁營養(yǎng)成分很高，也是重要的中藥材。山杏具有抗寒、抗旱、耐高溫、耐瘠薄等特性，能夠固沙保土、涵養(yǎng)水源、美化環(huán)境。但由于山杏長期處于無人問津的狀態(tài)，使其有價值的、具有優(yōu)良性狀的種質(zhì)資源未被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識[2-4]。

遺傳多樣性，廣義上是指地球上所有生物攜帶的遺傳信息的總和，即在個體形態(tài)、細(xì)胞和分子等水平上的種內(nèi)或種間的遺傳變異程度[5,6]。遺傳多樣性的變異主要體現(xiàn)在個體的表型、細(xì)胞學(xué)的特征、DNA序列和基因位點(diǎn)等方面。遺傳多樣性是物種發(fā)展的核心，與物種的進(jìn)化速率呈正相關(guān)，即遺傳多樣性越豐富，該物種順應(yīng)環(huán)境的生長能力就越強(qiáng)，更有利于其生長領(lǐng)域擴(kuò)散[7]。對物種遺傳多樣性的研究不但能夠剖析其進(jìn)化史、了解其進(jìn)化潛力，還能夠揭示其遺傳變異的水平、時空分布和環(huán)境條件三者之間的關(guān)系[8]。因此分析遺傳多樣性是保護(hù)資源必不可少的工作之一[9]。

1 遺傳多樣性研究方法

1.1 形態(tài)標(biāo)記

形態(tài)標(biāo)記，是指通過肉眼觀察可以辨識的特征，即基因的外在表現(xiàn)形式，是基因和環(huán)境條件共同調(diào)控的。非人工干預(yù)條件下，極少出現(xiàn)單基因控制的性狀，稀有突變等耗時過長且多為有害突變，可以通過某性狀出現(xiàn)次數(shù)或頻率的數(shù)量化處理，以分布表或圖的形式來表現(xiàn)單基因性狀。多基因性狀可以通過計數(shù)、測定、稱量等方式進(jìn)行衡量，并對獲得的數(shù)字材料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計和遺傳參數(shù)計算等，從而反映遺傳變異程度。

1.2 細(xì)胞標(biāo)記

細(xì)胞標(biāo)記，是指對細(xì)胞內(nèi)染色體的變異進(jìn)行的標(biāo)記，其中染色體的變異主要有染色體數(shù)量、組數(shù)、大小、隨體、著絲點(diǎn)等的變異。植物顯微鏡和組織切片技術(shù)的發(fā)展使得人們可以較為準(zhǔn)確的通過細(xì)胞標(biāo)記來研究物種的分類與演化，但細(xì)胞標(biāo)記材料制備難度較大、易受觀察時機(jī)與制片技術(shù)的影響，且大多數(shù)種、變種或變型染色體數(shù)目、形態(tài)極為相似、難以區(qū)分，同時染色體標(biāo)記數(shù)目的有限性限制了細(xì)胞標(biāo)記的使用。

1.3 蛋白標(biāo)記

蛋白標(biāo)記，是指對植物新陳代謝產(chǎn)生的獨(dú)特生化產(chǎn)物的標(biāo)記，主要有同工酶、等位酶和種子貯藏蛋白等標(biāo)記。

1.4 DNA標(biāo)記

DNA標(biāo)記是基于物種DNA的遺傳多樣性的標(biāo)記方法[12]。DNA標(biāo)記可以檢測不同研究材料間遺傳物質(zhì)的相似性、親緣性及進(jìn)化地位[13]，個體遺傳變異性和穩(wěn)定性較高，其優(yōu)點(diǎn)包括：不受環(huán)境條件、發(fā)育期和顯隱性基因型等限制；標(biāo)記點(diǎn)位多，且大多點(diǎn)位多態(tài)性水平高；大多標(biāo)記表現(xiàn)為共顯性，能夠辨別雜合和純合基因型，并完整的表達(dá)基因型等[14]。按技術(shù)原理可將DNA標(biāo)記分為以下三類：

(1)以分子雜交為基礎(chǔ)的標(biāo)記技術(shù)(Southern雜交)。如限制性片段長度多態(tài)性標(biāo)記(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)等。RFLP是第一個被用于遺傳學(xué)研究的DNA標(biāo)記技術(shù)[11,15]。

(2)以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction, PCR)為基礎(chǔ)。如簡單序列重復(fù)標(biāo)記(simple sequence repeats, SSR)、簡單重復(fù)序列間擴(kuò)增(inter-simple sequence repeats, ISSR)、擴(kuò)展片段長度多態(tài)性標(biāo)記(aillphfied fragment length polymorphism, AFLP)等。

(3)以基因組測序結(jié)果為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記。如表達(dá)序列標(biāo)簽(expressed sequences tags, EST-SSR)、單核普酸多態(tài)性(single nucleotides polymorphism, SNP)等。

2 山杏遺傳多樣性研究現(xiàn)狀

近些年來，國外在山杏種質(zhì)資源研究領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展，篩選出來一批優(yōu)良的種質(zhì)資源[10]。應(yīng)用分子生物技術(shù)研究山杏種質(zhì)資源取得一定進(jìn)展。從開展形態(tài)標(biāo)記研究、細(xì)胞標(biāo)記研究、蛋白質(zhì)標(biāo)記研究到如今的DNA標(biāo)記研究，山杏種質(zhì)資源的遺傳結(jié)構(gòu)、遺傳變異和演化歷史越發(fā)清晰。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我們對山杏種質(zhì)資源研究領(lǐng)域研究較少，與我國所擁有的山杏資源現(xiàn)狀極不協(xié)調(diào)，而對山杏的調(diào)查研究幾乎為零。

2.1 形態(tài)標(biāo)記分析

趙桂玲[2]對遼寧西部地區(qū)開展山杏種質(zhì)資源及遺傳多樣性的調(diào)查研究工作，采用訪問調(diào)查、路線普查與樣點(diǎn)調(diào)查相結(jié)合的方法對山杏種質(zhì)資源進(jìn)行實地調(diào)查。通過對數(shù)量性狀變異研究和正態(tài)性的檢驗結(jié)果可以得出，在山杏群體內(nèi)部花、葉、果實、核、仁等的數(shù)量性狀呈現(xiàn)正態(tài)分布的結(jié)論，由此可知，這些性狀是由多基因控制的[21]。通過形態(tài)標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)山杏變異在形態(tài)方面，主要表現(xiàn)在花、葉、果實、核、仁、樹、抗逆性等7個方面，分析后得出冠幅是與山杏產(chǎn)量最相關(guān)的樹體因子的結(jié)論，而樹高、干徑、綠層高等樹體因子與產(chǎn)量也有一定關(guān)系[2]。

李明、趙忠等[22]運(yùn)用SPSS和DPS分析方法，得出如下結(jié)論：山杏種質(zhì)資源變異類型較多，種質(zhì)資源豐富，主要由自交不親和、不同地域間引種和受環(huán)境條件影響等原因造成；數(shù)量性狀變異較大，其中葉面積、果重、核重、出核率變異較為突出，由此可見山杏品種改良潛力巨大；核、仁的數(shù)量性狀及其葉柄長度、葉形指數(shù)、果實指數(shù)等與核重、仁重等豐產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性狀呈顯著相關(guān)。這一結(jié)論為選育高產(chǎn)品種提供主要選擇指標(biāo)。[22]

趙海娟，劉威生等[23]運(yùn)用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法分析品質(zhì)性狀與植物學(xué)性狀的關(guān)系，得出單果品質(zhì)性狀與其葉片長度、寬度和葉柄長度呈正相關(guān)性。

2.2 蛋白質(zhì)標(biāo)記分析

趙桂玲運(yùn)用蛋白質(zhì)標(biāo)記(山杏葉片POD同工酶和種子可溶性蛋白PAGE技術(shù))，證實晚花、豐產(chǎn)的可遺傳性[2]。

劉明國，趙桂玲等運(yùn)用PAGE技術(shù)分析方法對山杏POD同工酶及種子可溶性蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，研究晚花、豐產(chǎn)、抗凍等優(yōu)良遺傳特性及分類，山杏葉片POD同工酶和種子可溶性蛋白質(zhì)多態(tài)、有活力且穩(wěn)定，并具有準(zhǔn)確性高和所含信息量大等特點(diǎn)，可以作為遺傳變異標(biāo)記。山杏種子可溶性蛋白SDS-PAGE電泳分析發(fā)現(xiàn)，山杏種子可溶性蛋白質(zhì)含量豐富(約200g/kg)、蛋白質(zhì)譜帶清晰、穩(wěn)定，是進(jìn)行山杏遺傳分類研究的重要依據(jù)。[24]

李明、趙忠等在形態(tài)標(biāo)記基礎(chǔ)上，選取具有典型形態(tài)的山杏，運(yùn)用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法和SDS-PAGE電泳法對種子可溶性蛋白質(zhì)含量等進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明山杏遺傳范圍廣，有較大潛力改良其育種。[25]

2.3 DNA標(biāo)記分析

劉華波、王哲等運(yùn)用SSR分子標(biāo)記技術(shù)的分析方法，對山杏進(jìn)行遺傳多樣性分析。根據(jù)有效等位基因數(shù)(Ne)、期望雜合度(He)和Shannon信息指數(shù)(I)等3個遺傳多樣性參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)山杏具有較高的遺傳多樣性，由此可以為山杏種質(zhì)資源收集保護(hù)奠定基礎(chǔ)。[26]

馬麗娟，郭太君等[27，28]以及白玉娥、烏日恒等[4]運(yùn)用ISSR分子標(biāo)記技術(shù)研究山杏種質(zhì)資源遺傳多樣性，根據(jù)多態(tài)性條帶百分比(PPL)Nei’s基因多樣性指數(shù)(H)、Shannon信息指數(shù)(I)、等位基因數(shù)(Na)、效等位基因數(shù)(Ne)等遺傳多樣性參數(shù)，得出如下結(jié)論：山杏的遺傳變異平均分布于種群內(nèi)部；山杏種間也有基因交流；晚花群體遺傳多樣性高于早花群體；早花群體與晚花群體之間存在遺傳分化。

萬冬梅、吳月亮等[29]運(yùn)用SRAP分子標(biāo)記，對25個山杏無性系的遺傳多樣性進(jìn)行分析研究，并運(yùn)用NTSYS計算，發(fā)現(xiàn)山杏多態(tài)性高，同時也明確了各種質(zhì)之間的親緣關(guān)系，研究結(jié)果為山杏雜交育種親本選擇提供依據(jù)。

3 分析與展望

山杏作為亞洲特有的經(jīng)濟(jì)樹種，能夠為我們帶來不可估量的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)價值，研究其遺傳多樣性可以了解起源馴化，并為良種選育和資源保護(hù)提供重要理論依據(jù)及技術(shù)基礎(chǔ)。遺傳多樣性的研究方法多種多樣，其中DNA標(biāo)記方法最受青睞，它可以彌補(bǔ)形態(tài)標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記等方法中的缺陷，但是DNA標(biāo)記也不是適用于任何情況的理想標(biāo)記方法，所以形態(tài)標(biāo)記、蛋白質(zhì)標(biāo)記與多種DNA分子標(biāo)記的結(jié)合運(yùn)用將會成為未來遺傳性狀的主要研究方法。在擴(kuò)大山杏調(diào)查范圍的同時，運(yùn)用更加科學(xué)合理的技術(shù)手段，將會更好地研究山杏種質(zhì)資源遺傳多樣性，為山杏種質(zhì)資源的保存提供依據(jù)，為山杏良種選育奠定更好的基礎(chǔ)。

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1005-5215(2017)05-0080-03

2017-03-12

王璐(1990-)，女，遼寧沈陽人，大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事林木良種培育研究.

S602.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.05.029