山杏种质资源遗传多样性研究方法及现状

2017-04-05王璐曹颖

防护林科技 2017年5期

关键词：山杏种质遗传

王璐，曹颖

(辽宁省林业种苗管理总站,辽宁沈阳 110036)

山杏种质资源遗传多样性研究方法及现状

王璐，曹颖

(辽宁省林业种苗管理总站,辽宁沈阳 110036)

山杏是亚洲特有的经济树种，在我国北方地区广泛分布，开展山杏遗传多样性研究有着重要意义。本文主要从形态标记、细胞标记、蛋白质标记和DNA标记等四方面介绍遗传多样性的研究方法，以及山杏种质资源的研究现状，为今后对山杏种质资源遗传多样性的研究奠定基础。

山杏；种质资源；遗传多样性；研究方法

山杏(Armeniacasibirica)，蔷薇科(Rosaceous)，杏属(ArmeniacaMill.)，一般为落叶乔木，作为亚洲特有的既具有生态性又具有经济性的树种，它主要分布的地区为俄罗斯的西伯利亚地区，蒙古的东部、东南部地区以及我国的内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、山西等地区，在新疆和西藏等部分地区也有一定分布[1]。山杏花可作为蜜源；山杏木材可制作家具；山杏肉含多种维生素和矿物质等；山杏仁营养成分很高，也是重要的中药材。山杏具有抗寒、抗旱、耐高温、耐瘠薄等特性，能够固沙保土、涵养水源、美化环境。但由于山杏长期处于无人问津的状态，使其有价值的、具有优良性状的种质资源未被发现和认识[2-4]。

遗传多样性，广义上是指地球上所有生物携带的遗传信息的总和，即在个体形态、细胞和分子等水平上的种内或种间的遗传变异程度[5,6]。遗传多样性的变异主要体现在个体的表型、细胞学的特征、DNA序列和基因位点等方面。遗传多样性是物种发展的核心，与物种的进化速率呈正相关，即遗传多样性越丰富，该物种顺应环境的生长能力就越强，更有利于其生长领域扩散[7]。对物种遗传多样性的研究不但能够剖析其进化史、了解其进化潜力，还能够揭示其遗传变异的水平、时空分布和环境条件三者之间的关系[8]。因此分析遗传多样性是保护资源必不可少的工作之一[9]。

1 遗传多样性研究方法

1.1 形态标记

形态标记，是指通过肉眼观察可以辨识的特征，即基因的外在表现形式，是基因和环境条件共同调控的。非人工干预条件下，极少出现单基因控制的性状，稀有突变等耗时过长且多为有害突变，可以通过某性状出现次数或频率的数量化处理，以分布表或图的形式来表现单基因性状。多基因性状可以通过计数、测定、称量等方式进行衡量，并对获得的数字材料进行数理统计和遗传参数计算等，从而反映遗传变异程度。

1.2 细胞标记

细胞标记，是指对细胞内染色体的变异进行的标记，其中染色体的变异主要有染色体数量、组数、大小、随体、着丝点等的变异。植物显微镜和组织切片技术的发展使得人们可以较为准确的通过细胞标记来研究物种的分类与演化，但细胞标记材料制备难度较大、易受观察时机与制片技术的影响，且大多数种、变种或变型染色体数目、形态极为相似、难以区分，同时染色体标记数目的有限性限制了细胞标记的使用。

1.3 蛋白标记

蛋白标记，是指对植物新陈代谢产生的独特生化产物的标记，主要有同工酶、等位酶和种子贮藏蛋白等标记。

1.4 DNA标记

DNA标记是基于物种DNA的遗传多样性的标记方法[12]。DNA标记可以检测不同研究材料间遗传物质的相似性、亲缘性及进化地位[13]，个体遗传变异性和稳定性较高，其优点包括：不受环境条件、发育期和显隐性基因型等限制；标记点位多，且大多点位多态性水平高；大多标记表现为共显性，能够辨别杂合和纯合基因型，并完整的表达基因型等[14]。按技术原理可将DNA标记分为以下三类：

(1)以分子杂交为基础的标记技术(Southern杂交)。如限制性片段长度多态性标记(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)等。RFLP是第一个被用于遗传学研究的DNA标记技术[11,15]。

(2)以聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)为基础。如简单序列重复标记(simple sequence repeats, SSR)、简单重复序列间扩增(inter-simple sequence repeats, ISSR)、扩展片段长度多态性标记(aillphfied fragment length polymorphism, AFLP)等。

(3)以基因组测序结果为基础的分子标记。如表达序列标签(expressed sequences tags, EST-SSR)、单核普酸多态性(single nucleotides polymorphism, SNP)等。

2 山杏遗传多样性研究现状

近些年来，国外在山杏种质资源研究领域取得了很大进展，筛选出来一批优良的种质资源[10]。应用分子生物技术研究山杏种质资源取得一定进展。从开展形态标记研究、细胞标记研究、蛋白质标记研究到如今的DNA标记研究，山杏种质资源的遗传结构、遗传变异和演化历史越发清晰。与国外发达国家相比，我们对山杏种质资源研究领域研究较少，与我国所拥有的山杏资源现状极不协调，而对山杏的调查研究几乎为零。

2.1 形态标记分析

赵桂玲[2]对辽宁西部地区开展山杏种质资源及遗传多样性的调查研究工作，采用访问调查、路线普查与样点调查相结合的方法对山杏种质资源进行实地调查。通过对数量性状变异研究和正态性的检验结果可以得出，在山杏群体内部花、叶、果实、核、仁等的数量性状呈现正态分布的结论，由此可知，这些性状是由多基因控制的[21]。通过形态标记，发现山杏变异在形态方面，主要表现在花、叶、果实、核、仁、树、抗逆性等7个方面，分析后得出冠幅是与山杏产量最相关的树体因子的结论，而树高、干径、绿层高等树体因子与产量也有一定关系[2]。

李明、赵忠等[22]运用SPSS和DPS分析方法，得出如下结论：山杏种质资源变异类型较多，种质资源丰富，主要由自交不亲和、不同地域间引种和受环境条件影响等原因造成；数量性状变异较大，其中叶面积、果重、核重、出核率变异较为突出，由此可见山杏品种改良潜力巨大；核、仁的数量性状及其叶柄长度、叶形指数、果实指数等与核重、仁重等丰产经济性状呈显著相关。这一结论为选育高产品种提供主要选择指标。[22]

赵海娟，刘威生等[23]运用SPSS数据统计分析方法分析品质性状与植物学性状的关系，得出单果品质性状与其叶片长度、宽度和叶柄长度呈正相关性。

2.2 蛋白质标记分析

赵桂玲运用蛋白质标记(山杏叶片POD同工酶和种子可溶性蛋白PAGE技术)，证实晚花、丰产的可遗传性[2]。

刘明国，赵桂玲等运用PAGE技术分析方法对山杏POD同工酶及种子可溶性蛋白质进行分析，研究晚花、丰产、抗冻等优良遗传特性及分类，山杏叶片POD同工酶和种子可溶性蛋白质多态、有活力且稳定，并具有准确性高和所含信息量大等特点，可以作为遗传变异标记。山杏种子可溶性蛋白SDS-PAGE电泳分析发现，山杏种子可溶性蛋白质含量丰富(约200g/kg)、蛋白质谱带清晰、稳定，是进行山杏遗传分类研究的重要依据。[24]

李明、赵忠等在形态标记基础上，选取具有典型形态的山杏，运用考马斯亮蓝G-250染色法和SDS-PAGE电泳法对种子可溶性蛋白质含量等进行检测分析，结果表明山杏遗传范围广，有较大潜力改良其育种。[25]

2.3 DNA标记分析

刘华波、王哲等运用SSR分子标记技术的分析方法，对山杏进行遗传多样性分析。根据有效等位基因数(Ne)、期望杂合度(He)和Shannon信息指数(I)等3个遗传多样性参数分析，发现山杏具有较高的遗传多样性，由此可以为山杏种质资源收集保护奠定基础。[26]

马丽娟，郭太君等[27，28]以及白玉娥、乌日恒等[4]运用ISSR分子标记技术研究山杏种质资源遗传多样性，根据多态性条带百分比(PPL)Nei’s基因多样性指数(H)、Shannon信息指数(I)、等位基因数(Na)、效等位基因数(Ne)等遗传多样性参数，得出如下结论：山杏的遗传变异平均分布于种群内部；山杏种间也有基因交流；晚花群体遗传多样性高于早花群体；早花群体与晚花群体之间存在遗传分化。

万冬梅、吴月亮等[29]运用SRAP分子标记，对25个山杏无性系的遗传多样性进行分析研究，并运用NTSYS计算，发现山杏多态性高，同时也明确了各种质之间的亲缘关系，研究结果为山杏杂交育种亲本选择提供依据。

3 分析与展望

山杏作为亚洲特有的经济树种，能够为我们带来不可估量的生态、经济价值，研究其遗传多样性可以了解起源驯化，并为良种选育和资源保护提供重要理论依据及技术基础。遗传多样性的研究方法多种多样，其中DNA标记方法最受青睐，它可以弥补形态标记、蛋白质标记等方法中的缺陷，但是DNA标记也不是适用于任何情况的理想标记方法，所以形态标记、蛋白质标记与多种DNA分子标记的结合运用将会成为未来遗传性状的主要研究方法。在扩大山杏调查范围的同时，运用更加科学合理的技术手段，将会更好地研究山杏种质资源遗传多样性，为山杏种质资源的保存提供依据，为山杏良种选育奠定更好的基础。

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