额尔齐斯河流域银白杨克隆结构及多样性研究

admin管理员组

文章数量:1530517

2024年6月19日发(作者：)

林业科学研究

Ｆｏｒｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　

２０１３，２６（４）：４２６～４３２　

文章编号：１００１—１４９８（２０１３）０４－０４２６４３７　

额尔齐斯河流域银白杨克隆结构及多样性研究　

郑书星　，张建国　，段爱国　，何彩云　，保尔江　，王　健　

（１．中国林业科学研究院林业研究所，林木遗传育种国家重点实验室，国家林业局林木培育重点实验室，北京

２．中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南昆明６５０２２４；３．阿勒泰地区林业科学研究所，新疆阿勒泰

１０００９１；　

８３６５００）　

摘要：新疆额尔齐斯河流域河谷的银白杨天然林分呈雌雄独立斑块状分布，为了解其成因及分布模式，利用ＳＳＲ分　

子标记技术对根据２种采样策略采集的银白杨样本进行了克隆结构和克隆多样性研究。结果表明：（１）运用１２对　

ＳＳＲ引物对采自各雌雄独立斑块的所有样本进行分析，发现所有样本单株是同１个无性系克隆，斑块内只有１个基　

株，即斑块居群是单克隆结构；（２）整个流域不同斑块所采集的９０个样本用ｌ２对ＳＳＲ引物进行扩增分析，共检测到　

５３个基因型（克隆基株），银白杨居群克隆多样性水平较高，Ｓｉｍｐｓｏｎ指数（Ｄ）平均为０．９８３，基因型比率加平均为　

０．５８９。银白杨以根孽方式繁殖后代，其最初建群时由多个不同基因型克隆基株形成了较高的克隆多样性，现存植　

株是克隆后代或克隆后代的后代。　

关键词：银白杨；克隆结构；克隆多样性；ＳＳＲ　

中图分类号：ｓ７１８　文献标识码：Ａ　

Ｃｌｏｎａｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｌｏｎａｌ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　ａｌｂａ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｒｑｉｓ　Ｒｉｖｅｒ　

ＺＨＥＮＧ　Ｓｈｕ—ｘｉｎｇ　＇　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ—ｇｕｏ　，ＤＵＡＮ　Ａｉ．ｇｕｏ　，ＨＥ　Ｃａｉ—ｙｕｎ　，ＢＡＯ　Ｅｒ－ｊｉａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ　

（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｔｒｅｅ　Ｇｅｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｂｒｅｅｄｉｎｇ，Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｂｒｅｅｄｉｎｇ　ａｎｄ　

Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ，Ｓｔａｔｅ　Ｆｏｒｅｓｔｙｒ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｉｎｓｅｃｔｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｙ，ｒ　

Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；３．Ａｌｅｔａｉ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ａｌｅｔａｉ　８３６５００，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　ａｌｂａ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｏｆ　ｍａｌｅ　ｏｒ　ｆｅｍａｌｅ　ｐａｔｃｈ．Ｔｏ　

ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍ　ｒｅａｓｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｉｒｎｇ　ｍｏｄｅ，ｗｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　１　２　ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｐｒｉｍｅｒｓ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｃｌｏｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　

ｃｌｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　ａｌｂａ　ｂａｓｅ　ｏｎ　ｔｗｏ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：（１）ａｌｌ　ｓｗａｔｃｈｅｓ　ｉｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　

ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｎｇ　ｐａｔｃｈ　ｏｆ　ｍａｌｅ　ｏｒ　ｆｅｍａｌｅ　ｗｅｒｅ　ａ　ｉｄｅｎｔｉｃａｌ　ｃｌｏｎｅ，ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐａｔｃｈ　ｈａｄ　ｏｎｌｙ　ｏｎｅ　ｇｅｎｅｔ；（２）ｗｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ—　

ｔｅｄ　５３　ｇｅｎｏｔｙｐｅｓ（ｇｅｎｅｔ）ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　９０　ｐｌａｎｔｓ　ｓａｍｐｌｅｄ　ｏｆ　ａｌｌ　ｐａｔｃｈｅｓ．Ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　ａｌｂａ　ｈａｄ　ａｎ　ａｈｕｎ—　

ｄａｎｔ　ｃｌｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｎ　Ｓｉｍｐｓｏｎ’Ｓ　ｉｎｄｅｘ　ｗａｓ　０．９８３，ａｎｄ　ｍｅａｎ　ＰＤ　ｗａｓ　０．５８９．Ｔｈｅ　ｐｒｏｇｅｎｙ　ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　

ａｌｂａ　ｗａｓ　ｒｅｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｒｏｏｔ　ｃｌｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｃｌｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｍｉｇｈｔ　ｂｅ　ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｉｔｉａｌｌｙ　

ｆｏｕｎｄｅｄ　ｂｙ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｇｅｎｅｔｓ　ｔｈａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｄ　ｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｔ　ｆｒｏｎｄ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｅｎｙ　ｏｆ　ｃｌｏｎａｌ　ｇｅｎｅｔｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｐｏｐｕｌｕｓ　ａｌｂａ；ｃｌｏｎａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｌｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＳＳＲ　

多数植物具有有性生殖和无性生殖２种繁殖方　

克隆结构是指克隆植物种群内基株和各克隆分株在　

空间上的分布模式，而克隆多样性是指１个克隆植　式。研究以无性繁殖为主的植物种群的克隆结构和　

克隆多样性，有助于了解克隆植物种群的形成、维持　

和衰退机制，以及植物定居、侵殖和演替的机理　］。　

物种群由多少个遗传基因型不同的个体组成，克隆　

多样性在很大程度上决定了克隆植物的遗传多样　

收稿１３期：２００９－０６－０９；修回日期：２０１３－０３—１０　

基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目“额尔齐斯河天然杨树种群遗传多样性研究”（２０１００４０３５）　

作者简介：郑书星（１９７９一），男（土家族），助理研究员，主要从事植物分子生态研究．　

通讯作者：研究员，博士生导师．　

第４期　郑书星等：额尔齐斯河流域银白杨克隆结构及多样性研究　４２７　

性，同时又能指示该种群的有性繁殖程度和种群建　提供基础资料，为这一独特的生态资源库的保存提　

供理论依据。　

立初期的个体数。近年来，这一方面的研究已成为　

克隆植物的研究热点之一，国内外的学者也取得了　

一

定的研究成果，如对草本植物如矮慈姑（Ｓａｇｉｔｔａｒｉａ　

Ｉ　材料与方法　

１．１　实验材料与采样策略　

ｐｙｇｍａｅａ　Ｍｉｑ．）［２　Ｊ、鹅绒委陵菜（Ｐｏｔｅｎｔｉｌｌａ　ａｎｓｅｒｉｎａ　

Ｌ．）　、华山新麦草（Ｐｓａｔｈｙｒｏｓｔａｃｈｙｓ　ｈｕａｓｈａｎｉｃａ　Ｋｅｎｇ　

ｅｘ　Ｐ．Ｃ．Ｋｕｏ）　、黄花杓兰（Ｃｙｐｒｉｐｅｄｉｕｍｆｌａｖｕｍ　Ｈｕｎｔ　

本研究所用的实验材料采自新疆阿尔泰地区额　

尔齐斯河（４７。２１　～４８。Ｏ０　Ｎ，８５。４２　～８７。４８　Ｅ；　

ｅｔ　Ｓｕｍｍｅｒｈ．）　、珠芽蓼（Ｐｏｌｙｇｏｎｕｍ　ｖｉｖｉｐａｒｕｍ　Ｌｉｎｎ．　

海拔４２４～５００　ｉｎ）（表１）；运用２种采样策略（图　

（Ｂｉｓｔｏｒｔａ　ｖｉｖｉｐａｒａ（ＬＩ）Ｓ．Ｆ．Ｇｒａｙ））　及乔木如欧洲　

１）：（１）探明１个银白杨斑块的克隆结构，有几个基　

山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ　ｔｒｅｍｕｌａ　Ｌ．）　、美洲山杨（Ｐ．ｔｒｅｍｕ—　株、各有多少个分株，采集２个独立分布的雌雄斑块　

ｌｏｉｄｅｓ　Ｌ．）　等的研究，但未有对银白杨（Ｐ．ａｌｂａ　Ｌ．）　

内的所有植株，分别编号为Ｆ（ｄｒ，３２个样）、Ｇ（早，３８　

天然林分的研究。沿额尔齐斯河流域分布的银白杨　

个样）；（２）分析不同斑块间的遗传关系，在基于采　

天然林分，其结构单一、林龄相近、呈雌雄独立斑块　样策略１的研究基础上，在每个独立分布的斑块内　

状分布，整个流域内许多独立斑块组成了１个大斑　

采１个样，沿额尔齐斯河流域在４个地点共采集９Ｏ　

块，而若干大斑块又组成了１个种群。本研究应用　

个斑块样本，斑块间隔１００　ｍ以上。第１个地点采　

ＳＳＲ分子标记，对额尔齐斯河流域河谷分布的银白　样２０个，编号为Ｙ１—３至Ｙ１—２２；第２个地点采样　

杨天然居群进行克隆结构及克隆多样性研究，以初　

２０个，编号为Ｙ２—１至Ｙ２—２０；第３个地点采样２５　

步揭示银白杨的繁殖策略及斑块状分布模式的成　

个，编号为Ｙ３—１至Ｙ３—２５；第４个地点采样２５　

因，为进一步揭示银白杨的克隆生长和生态适应性　

个，编号为Ｙ４—１至Ｙ４—２５。　

表１　银白杨天然居群ＳＳＲ分析样本采集点及生境条件　

注：（１）采集一个独立分布斑块内的所有植株，每个点表示一个植株样本；（２）沿额尔齐斯河流域的不同斑　

块内采集一个样本，椭圆表示一个独立分布的斑块，黑色点表示每个斑块内采集的一个植株。　

图１银白杨采样策略　

１．２方法　

ｓｃｉ／ｉｐｇｃ／ｓｓｒ

＿

ｒｅｓｏｕｒｃｅ．ｈｔｍ中提供的杨树ＳＳＲ引物序　

本实验利用ＳＳＲ分子标记技术对银白杨天然林　

列。共选择了已Ｍａｐｐｅｄ的５０对引物序列，从中筛　

进行克隆结构及遗传多样性分析。　

选了１２对扩增条带清晰、重复性好的引物用于实验　

１．２．１基因组ＤＮＡ提取及ＳＳＲ扩增反应采集样　分析（表２）。　

本的枝条于室内水培，选取萌发的幼嫩叶片，用天根　

ＳＳＲ扩增体系为２５　Ｌ：５Ｏ　ｎｇ基因组ＤＮＡ，　

生化科技（北京）有限公司的植物基因组ＤＮＡ提取　ＰＣＲ　Ｂｕｆｆｅｒ（１０　ｍｍｏｌ・Ｌ～ｏｆ　ｓ　ＨＣ１（ｐＨ值８．３），　

试剂盒提取样本的基因组ＤＮＡ。　

５０　ｍｍｏｌ・Ｌ。。的ＫＣ１，１．５　ｍｍｏｌ・Ｌ　的ＭｇＣ１２），　

ＳＳＲ扩增中的引物来自ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｒｎ１．ｇｏｖ／　

０．２　ｍｍｏｌ・Ｌ～ｄＮＴＰ，０．２　Ｉ．￣ｍｏｌ・Ｌ　反应引物，　

４２８　林业科学研究　第２６卷　

１　Ｕ　Ｔａｑ酶（ＴａＫａＲａ　Ｂｉｏ　Ｉｎｃ．，Ｏｔｓｕ，Ｊａｐａｎ），用去　

（２）平均克隆大小（Ｎ／Ｇ）：其数值表示平均每　

个基株含有的克隆分株数，Ⅳ是实验样本数。　

（３）不同基因型比率（ＰＤ）：以Ｇ／Ｎ估算，Ⅳ是　

所分析样本数。　

离子水补足总体积。扩增程序设定为：９４℃预变　

性３　ｍｉｎ；３６个循环（９４℃变性３０　Ｓ，５４～５５℃退　

火３０　Ｓ，７２℃延伸１０５　ｓ）；７２　ｏＣ延伸１０　ｍｉｎ。扩　

增反应在ＧｅｎｅＡｍｐ＠ＰＣＲ　ｓｙｓｔｅｍ　９７００型扩增仪上　

进行。扩增产物用４％变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，　

银染方法检测结果。　

（４）Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数（Ｄ）：Ｄ值可表示物种　

的多样性和均匀度，在本实验分析中用于度量居群　

内的克隆多样性。公式为：　

Ｄ＝１一∑（ｎ　（ｎ　一１））／（Ⅳ（Ｎ一１））　（１）　

１．２．２数据分析扩增产物经变性聚丙烯酰胺凝　

胶电泳，在玻璃板上获得图谱。根据分析软件要求　

记录数据时，在玻璃板同一位置，１个样品在该地方　

电泳显示有带，就记录数据“１”；另一样品在该地方　

电泳显示没有出现条带，就记录数据“０”。多个引　

物扩增结果显示带型完全一致的样品，可推测为同　

一

式（１）中：／Ｚ　是第ｉ个基因型的分株数，Ⅳ是样本大　

小。Ｄ值变动范围是０～１，０表示种群所有样本是　

同一种基因型，１表示所有的样本都是不同的基　

因型。　

（５）基因型分布均匀度Ｆａｇｅｒ指数（Ｅ）：　

Ｅ＝（Ｄ—Ｄ　ｉ　）／（Ｄ　一Ｄ　ｉ　）　

Ｄ　ｊ　＝（（Ｇ一１）（２Ｎ—Ｇ））／（Ⅳ（Ⅳ一１））　

Ｄ　＝（Ｎ（Ｇ一１））／（Ｇ（Ｎ一１））　（２）　

个克隆系。为了解不同克隆之间的遗传关系，用　

ＰＨＹＬＩＰ　３．６７ｅ　ｒ　ｈｔｔｐ：／／ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．ｇｅｎｅｔｉｃｓ．ｗａｓｈｉｎｇ—　

ｔｏｎ．ｅｄｕ／ｐｈｙｌｉｐ．ｈｔｍ１）和ＮＴＳＹＳ软件分析数据，根据　

遗传距离做聚类分析。　

为分析克隆居群的克隆结构和克隆多样性，运　

用几种常用的度量指标　：　

Ｆａｇｅｒ指数（Ｅ）表示居群内基因型分布的均匀　

度，Ｅ＝０表示种群内所有个体的基因型都不同或有　

（１）基株数目（Ｇ）：Ｇ即是居群中基株的总数　

目，所有扩增位点基因型相同的植株可视作同一　

基株。　

１个基因型占据绝对优势而其它基因型都只有一个　

个体；Ｅ：１表示种群内所有基因型都有相同的个　

体数。　

表２　ＳＳＲ引物序列　

２　结果与分析　

２．１单斑块克隆结构及多样性　

块／Ｇ斑块内的部分样本ＰＣＲ扩增产物的电泳图　

谱，从图中可看出斑块内的植株的电泳带型一致。　

根据电泳实验结果分析可知，对独立斑块状分布的　

Ｆ（或Ｇ）斑块内的所有样本进行ＰＣＲ扩增，１２个引　

根据采样策略１采集的银白杨雌雄独立分布斑　

块Ｆ、Ｇ共７０个样本，利用筛选的１２对ＳＳＲ引物对　

其进行ＰＣＲ扩增，扩增产物经变性聚丙烯酰胺凝胶　

电泳得到指纹图谱。　

图２所示的是引物ＧＣＰＭ一１２５５对银白杨Ｆ斑　

物扩增产物的电泳图谱带型一致，应具有相同的基　

因型；同时根据实地调查发现，斑块内植株林龄相　

近、裸露地表的根系相连，这直观的证明了银白杨植　

株能通过根蘖方式来进行无性繁殖，即在１个独立　

４３０　林业科学研究　第２６卷　

２．２银白杨居群的克隆多样性　

表３所示的是银白杨各居群的基株（Ｇ）、平均　

克隆大小（Ｎ／Ｇ）、基因型比率（ＰＤ）、Ｄ值等指标。　

统计分析表明：平均克隆大小为１．６９８，变幅为　

１．０８７～１．４２９，Ｙ２居群最高，为１．４２９，而Ｙ３居群　

的平均克隆大小（Ｎ／Ｇ）最低，为１．０８７；基因型比率　

（ＰＤ）为０．５８９，变幅是０．７００～０．９２０；克隆多样性　

对银白杨独立分布斑块这一小尺度的研究结果　

分析表明：每一个斑块的所有无性系来自１个基株；　

但在整个流域大尺度的角度上，不同斑块间的克隆　

多样性如何，需要根据采样策略（２）采集的样本进　

行分析。　

用筛选出的１２对ＳＳＲ引物对沿额尔齐斯河流　

显示指标Ｄ值则表明，Ｙ３居群最高（０．９９３），Ｙ２居　

群最低（０．９５８），平均为０．９８３；居群Ｆａｇｅｒ指数的平　

域４个不同地点采集的银白杨居群的９０个样本进　

行ＰＣＲ扩增。图５所显：其中的一对ＳＳＲ引物　

“ＧＣＰＭ

一

均值为０．９４７，相较于Ｅｌｌｓｔｒａｎｄ等　对２１种克隆植　

物的比较结果（Ｅ＝０．６８０），银白杨居群的这一指标　

值要高。表３所示：银白杨４个居群所分析的９０个　

样本中共检测到５３个基因型（克隆基株），且基因型　

数目在各居群中不同；这说明银白杨居群是由多基　

因型构成，居群间基因型多样性较高。　

１０６３”对银白杨不同居群部分样本的扩增　

电泳图谱，Ｙ２—１Ｉ、Ｙ２—１２、Ｙ２—１９的电泳图谱一　

样，表明一个居群内的不同斑块间的样本可能属于　

同一个克隆系；同时，也可看出不同居群的多个斑块　

的样本具有不同的带型，表明从不同斑块所采集的　

样本也具有明显的遗传多态性。　

表３银白杨居群的克隆多样性　

４０４　ｂｐ　

３５３　ｂｐ　

ｌ　３　４　５　６　７　８　９　ｉ０１２１３１５１６１７１８１９２０２１２２，１　２　３　４　５　６　７　８　９　ｉ０　１１１２１３１４１５１６１７１８１９２ｏｌｇ　２　３　４　５　６　７　８　９　１０１１１２１３１４１５１６１７．　

‘・－＿－＿－＿＿＿　－＿＿＿・－＿＿・＿＿＿一ｖ１‘－＿＿・＿　－・－＿－・＿＿－＿＿＿－＿＿＿一‘－＿－＿＿＿＿＿＿＿＿　－＿－＿＿＿＿・－－＿＿一　Ｖ０－＿－・＿－－＿＿＿＿＿＿＿・＿＿＿・＿－＿＿－＿＿－Ｊ■＿＿＿＿＿＿　－・＿－＿－　＿＿＿＿＿＿－一　Ｖｑ　＿－＿－＿－＿・＿－・‘‘。‘。‘。’　

图５　ＳＳＲ引物ＧＣＰＭ一１０６３扩增银白杨部分样品的电泳结果　

２．３银白杨居群的克隆结构和聚类分析　

处理，对银白杨居群不同实验样本（不同独立分布斑　

块）进行聚类分析，结果显示：同一居群的样本通常　

先聚为一类，再与其它居群样本聚类；但也有不同的　

居群样本先聚为一类。图６为银白杨Ｙ２居群的聚　

通过ＳＳＲ电泳图谱和实验数据计算分析了银白　

杨居群的克隆分布情况。４个居群的克隆数目（基　

株数目）大小不同（１４～２３个），而从整个流域大尺　

度分析可知：总群体的克隆数目（基株数目）为５３　

个，其中，１８个基株具有多个无性系分株，另有３５　

个基株只有１个无性系分株。所有由不同斑块组成　

类结果（其它种群聚类图略），Ｙ２居群２０个实验样　

本聚为１４支，其中，个体１／２／３，５／６，７／８，Ｉ１／１２／１９　

分别属于同一克隆，其余的个体都是１个单独的克　

隆，具有独有的基因型。　

的４个居群都是多克隆居群，没有发现单克隆居群　

（独立分布的斑块是单克隆结构）。从居群的克隆　

空间格局分析，相邻斑块可能属于同一克隆；但是，　

相距较远的斑块也具有相同的基因型，例如Ｙ２，Ｙ３　

和Ｙ４居群的部分个体。这表明银白杨居群内的克　

隆结构有明显的镶嵌现象。　

根据多个引物扩增的电泳图谱的带型判读，获　

得０／Ｉ数据矩阵；运用ＮＴＳＹＳ软件对数据矩阵进行　

３　讨论　

银白杨是雌雄异株植物，可产生种子来繁殖后　

代，但为什么雌雄株是各自形成一个个独立斑块，且　

每一个斑块内的植株都具有相同的基因型呢？通过　

对独立斑块（小尺度）的实地调查和ＳＳＲ实验分析，　

本研究发现：每一个斑块内的植株其林龄相近，林下　

Ｙ　Ｙ　ＹＹ忱　ＹＹ　坨　

ｌ　２９

忱　

４　ＯＯ

ＹＹ　Ｙ　

６　７８５９　

第４期　

ｌ　２３４　７　８５６　３

郑书星等：额尔齐斯河流域银白杨克隆结构及多样性研究　４３１　

１．ＯＯ　０．９５　０．９ｌ　０．８６　０．８２　

遗传相关系数　

图６银白杨Ｙ２种群聚类图　

没有更新的幼苗；斑块内所采集的所有样本单株是　

同一个无性系克隆，斑块内只有１个基株，即斑块群　

体是单克隆结构。分析其原因可能是：（１）排斥效　

应。在不同的生境条件下，银白杨占优势生态位的　

雌（雄）株排斥雄（雌）株。如ＭｃＬｅｔｃｈｉｅ等¨　以模　

型手段研究了雌雄异株克隆生物地钱局域种群的性　

比动态，发现在轻微和中度干扰情况下，雌性个体逐　

渐排斥雄性个体；而在严重干扰情况下，雄性个体逐　

渐排斥雌性个体。（２）克隆繁殖。杨树植株可通过　

根蘖方式繁殖新个体，有研究表明¨　，欧洲山杨的　

根系可从母株延伸至４０　ｍ的范围。在实地调查中　

发现，银白杨斑块内相邻的几个植株裸露在地表的　

根系是相连的，这直观的证明了银白杨植株能通过　

根蘖方式来进行无性繁殖；同时，由于人为分流额尔　

齐斯河水量引起流域内地下水位下降、牲畜啃食等　

破坏活动，使得银白杨产生的大量种子无法在合适　

的环境下产生实生苗。许多植物通常都具有性生殖　

和无性生殖２种繁殖方式，在干旱、高山等胁迫环境　

中生长的植物，其克隆繁殖占优势而有性生殖方式　

往往被限制¨　；这是因为克隆繁殖植物通过快　

速繁殖、幼苗高成活率等优势，能在短期内占据不同　

生境尤其是不良环境　Ｊ，从而保证了物种的繁衍。　

以往人们普遍认为克隆繁殖会导致种群内遗传　

变异下降¨　，但近年来的研究表明，克隆植物居群　

也具有较高的遗传多样性。如在对１年或多年生草　

本植物矮慈姑　Ｊ、鹅绒委陵菜　Ｊ、华山新麦草　Ｊ、黄　

花杓兰　Ｊ、珠芽蓼　及乔木如欧洲山杨＿　ｌ等的研究　

中发现，各种克隆植物居群具有较高的遗传多态性、　

度量居群内克隆多样性的Ｓｉｍｐｓｏｎ多样性指数（Ｄ）　

具有较大的数值。基因型多样性Ｓｉｍｐｓｏｎ（Ｄ）指数　

能反映物种居群中特定基因型的相对频率。如果取　

样范围内居群中每个样本的遗传基因型都不同，则　

相应的Ｄ值就高，当Ｄ值等于ｉ时就表明每个个体　

有其独特的多位点基因型；较低的Ｄ值则表明在如　

果居群内有一些样本的遗传基因型相同，则相应的　

Ｄ值就低，那么当Ｄ值等于０就说明所有个体具有　

共同的多位点基因型。本研究中，从流域大尺度研　

究分析银白杨天然居群的Ｓｉｍｐｓｏｎ指数（Ｄ）为　

０．９８３，这表明银白杨天然居群具有较高的克隆多样　

性。影响植物的克隆多样性的因素包括有实生苗补　

充、环境异质性、体细胞突变、基因流等。很低的实　

生苗更新足以保持一个种群的遗传多样性¨　；环境　

异质性则能促进植物不同基因型的固定¨　；而体细　

胞突变能有效补偿有性繁殖重组的缺失，以使克隆　

繁殖物种具有更强的环境适应性　。在对额尔齐　

斯河流域银白杨天然居群研究分析中发现，其分布　

在河谷地区，没有明显的环境异质性；而由于人为活　

动及自然环境的影响，实生苗补充也难以发生；主要　

以根孽方式克隆繁殖新的个体。那么，额河流域的　

银白杨天然林具有较高的克隆多样性，其原因可能　

是：在最初的银白杨建群过程中，由多个基因型不同　

的基株占据不同地点的生境，然后通过根孽方式来　

繁殖后代；现在的植株是最初的基株的克隆后代或　

者克隆后代的后代。Ｊｅｌｉｎｓｋｉ等　在研究美洲山杨　

的结果中也提出了这样的观点。　

额尔齐斯河流域河谷分布的银白杨天然林分，　

呈雌雄独立斑块状分布，以克隆方式繁殖后代。如　

消失，直至只有一种基因型＿】　。因此，为了保存这　

一

有价值的遗传基因资源以免其流失，应防止人为　

活动对现存天然林分的破坏；同时，可进行封育保存　

天然林分，并收集天然林的种子在适宜的地方建立　

参考文献：　

［１］阮成江，何祯祥，周长芳．植物分子生态学［Ｍ］．北京：化学工业　

出版社，２００５　

［２］陈锦华，汪小凡，吕应堂．矮慈姑自然居群的克隆生长格局［Ｊ］．　

武汉大学学报：理学版，２００３，４９（４）：５２３—５２７　

［３］陆建英，杨晓明，马瑞君．青藏高原东缘鹅绒委陵菜种群克隆结　

构的研究［Ｊ］．草业学报，２００８，１７（２）：６８—７４　

［４］刘占林，李珊，阎桂琴，等．华山新麦草自然居群的遗传结构　

和种内遗传多态性研究［Ｊ］．遗传学报，２００１，２８（８）：７６９　

—

７７７　

果不存在突变、迁移、选择和经有性繁殖实现更新，

那么随着时间的推移，种群内的克隆多样性最终会　

种质基因资源库加以保存。

４３２　林业科学研究　第２６卷　

［５］蔡凝枫，严宁，胡虹，等．黄花杓兰云南中旬居群遗传结构　

及克隆多样性的分析［Ｊ］．云南植物研究，２００８，３０（１）：６９　

—

７５　

［６］陆建英，马瑞君，孙坤．珠芽蓼种群克隆多样性及克隆结构的　

初步研究［Ｊ］．植物生态学报，２００７，３１（４）：５６１—５６７　

［７］Ｍａｒｉｅ－ｃｌａｉｒｅ　Ｎ，Ａｎｄｒｅｗ　Ｐ，Ｆｒａｎｃｉｎｅ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｃｌｏｎａｌ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｇｅ—　

ｎｅｔｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ａｓｐｅｎ（Ｐｏｐｕｌｕｓ　ｒｅｍｕｌｏｉｄｅ　Ｍｉｃｈｘ．）［Ｊ］．Ｍｏｌｅｃｕ—　

ｌａｒ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，２００５，１４（１０）：２９６９—２９８０　

［８］Ｊｅｌｉｎｓｋｉ　Ｄ　Ｅ，Ｃｈｅｌｉａｋ　Ｗ　Ｍ．Ｇｅｎｅｔｉｃ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ　

ｏｆ　Ｐｏｐｕｌｕｓ　ｔｒｅｍｕｌｏｉｄｅｓ（Ｓａｌｉｃａｃｅａｅ）ｉｎ　ａ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｌａｎｄｓｃａｐｅ　

［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｏｔａｎｙ，１９９２，７９（７）：７２８—７３６　

［９］Ｅｌｌｓｔｒａｎｄ　Ｎ　Ｃ，Ｒｏｏｓｅ　Ｍ　Ｌ．Ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｇｅｎｏｔｙｐｉｃ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｉｎ　ｃｌｏｎａｌ　

ｐｌａｎｔ　ｓｐｅｃｉｅｓ【Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｏｔｎａｙ，１９８７，７４（１）：１２３　

一

ｌ３１　

［１０］Ｐａｒｋｅｒ　Ｋ　Ｃ，Ｈａｍｒｉｃｋ　Ｊ　Ｌ．Ｇｅｎｅｔｉｃ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｎａｄ　ｃｌｏｎａｌ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ　ｉｎ　

ａ　ｃｏｌｕｍｎａｒ　ｃａｃｔｕｓ，Ｌｏｐｈｏｃｅｒｅｕｓ　ｓｃｈｏｔｔｉｉ［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　

Ｂｏｔａｎｙ，１９９２，７９（１）：８６—９６　

［１１］Ｆａｇｅｒ　Ｅ　Ｗ．Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ：ａ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｎａ—　

ｔｕｒｅ，１９７２，１０６（９４９）：２９３—３１０　

［１２］ＭｃＬｅｔｃｈｉｅ　Ｄ　Ｎ，Ｇａｒｃｉａ—Ｒａｍｏｓ　Ｇ，Ｃｒｏｗｌｅｙ　Ｐ　Ｈ．Ｌｏｃａｌ　ｓｅｘ—ｒａｔｉｏ　

ｄｙｎａｍｉｃｓ：ａ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｉｏｅｃｉｏｕｓ　ｌｉｖｅｒｗｏｒｔ　Ｍａｒｃｈａｎｔｉａ　ｉｎｌｆｅｘａ　

［Ｊ］．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，２００１，１５（４－６）：２３１～２５４　

［１３］Ｊｏｂｌｉｎｇ　Ｊ．Ｐｏｐｌａｒｓ　ｆｏｒ　ｗｏｏｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｍｅｎｉｔｙ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：　

Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，ＨＭＳＯ，１９９０，９２：１—７５　

［１４］Ｇｒａｙ　Ａ．Ｔｈｅ　ｖａｓｃｕｌｒａ　ｐｌａｎｔ　ｐｉｏｎｅｅｒｓ　ｏｆ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｓ：ｐｅｒ－　

ｓｉｓｔｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ［Ｍ］／／Ｍｉｌｅｓ　Ｊ，Ｗａｌｔｏｎ　Ｄ．Ｐｒｉｍａ－　

ｒｙ　Ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｌａｎｄ．Ｏｘｆｏｒｄ：Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ　Ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　

１９９３：１７９—１９１　

［１５］Ｓｔｏｃｋｌｉｎ　Ｊ，Ｂａｎｍｌｅｒ　Ｅ．Ｓｅｅｄ　ｒａｉｎ，ｓｅｅｄｌｉｎｇ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｌｏｎａｌ　

ｇｒｏｗｔｈ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｏｎ　ａ　ｇｌａｃｉｅｒ　ｆｏｒｅｌａｎｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　

Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９６，７（１）：４５—５６　

［１６］Ｋｌｉｍｅｓ　Ｌ，Ｋｌｉｍｅｓｏｖａ　Ｊ，Ｈｅｎｄｒｉｋｓ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｃｌｏｎａｌ　ｐｌａｎｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃ—　

ｔｕｒｅ：ａ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｆｏｒｍ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｄｅ　Ｋｒｏｏｎ　Ｈ　

ｎａｄ　ｖａｎ　Ｇｒｏｅｎｅｎｄａｅｌ　Ｊ，Ｔｈｅ　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｌｏｎａｌ　Ｐｌｎａｔ　

［Ｍ］．Ｌｅｉｄｅｎ：Ｂａｅｋｈｕｙｓ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，ｔｈｅ　Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，１９９７：１　

—

２９　

【１７］Ｂａｎ＇ｅｌ　Ｓ　Ｃ　Ｈ，Ｓｈｏｒｅ　Ｊ　Ｓ．Ｉｓｏｚｙｍｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｌｏｎｉｚｉｎｇ　ｐｌａｎｔｓ　

［Ｍ］／／Ｅｄｓ　Ｄ，Ｓｏｈｉｓ　Ｐ．Ｉｓｏｚｙｍｅｓ　ｉｎ　Ｐｌａｎｔ　Ｂｉｏｌｏｇｙ　Ｐｏｒｔｌａｎｄ，Ｏｒｅ－　

ｇｏｎ：Ｄｉｏｓｓｃｏｒｅｄｅｓ　Ｐｒｅｓｓ，１９８９：１０６—１２６　

［１８］Ｍｃｌｅｌｌａｎ　Ａ　Ｊ，Ｐｒａｔｉ　Ｄ，Ｋａｌｔｚ　０，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　

ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｌｏｎａｌ　ｐｌｎａｔｓ［Ｍ］／／ｄｅ　Ｋｒｏｏｎ　

Ｈ，Ｖａｎ　Ｇｒｏｅｎｅｎｄａ　Ｊ　Ｍ．Ｔｈｅ　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｌｏｎａｌ　

Ｐｌａｎｔｓ．Ｌｅｉｄｅｎ：Ｂａｃｋｈｕｙｓ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９９７　

［１９］Ｔｏｒｉｍａｒｕ　Ｔ，Ｔｏｍａｒｎ　Ｎ，Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ　Ｎ，ｅｔ　ａ１．Ｃｌｏｎａｌ　ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｇｅ—　

ｎｅｔｉｃ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｌｌｅｘ　ｌｅｕｃｏｃｌａｄａ　Ｍ．ｐａｔｃｈｅｓ　ｉｎ　ａｎ　ｏｌｄ—ｇｒｏｗｔｈ　

ｂｅｅｃｈ　ｆｏｒｅｓｔ［Ｊ］．Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，２００３，１２（４）：８０９—８１８　

［２０］Ｌｙｎｃｈ　Ｍ，Ｍｉｌｌｉｇａｎ　Ｂ　Ｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ　

ｗｉｔｈ　ＲＡＰＤ　ｍａｒｋｅｒｓ［Ｊ］．Ｍｏｌｅｃｕｌｒａ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，１９９４，３（２）：９１—９９　

本文标签： 斑块居群植物种群样本