银杏雄株资源多样性分析与评价

来源 :扬州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huihui1989
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银杏(Ginkgo biloba L.),雌雄异株,其雄株具有重要的经济、生态和观赏价值。我国银杏雄株资源丰富,研究其资源的多样性,评价其各类资源的孢粉学特性和黄酮类化合物等次生代谢物质含量水平,对于银杏雄株的分类、优良株系的选育及其花粉和叶片资源的综合开发利用具有重要的理论和实践意义。本研究在多年研究的基础上,选用江苏扬州、泰州、徐州等银杏主要产区的86棵银杏雄株为试材,采用孢粉学和ISSR分子标记等技术研究银杏雄株资源的多样性,并利用高效液相色谱(HPLC)技术检测雄株叶片和花粉中黄酮类化合物的含量,运用紫外分光光度法分析银杏叶片中银杏酸的含量,由此综合评价了银杏雄株不同类型的聚类关系,并根据设定的黄酮苷元和总黄酮含量的阈值筛选出银杏雄株优良株系。主要研究结果如下:(1)通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察进行银杏花粉孢粉学研究。结果表明,银杏雄株的新鲜花粉呈球形或椭圆形,极轴长为19.93μm-25.63μm,赤道轴长为27.65gm-33.97gm,花粉形状指数(极轴长/赤道轴长,P/E)为0.64-0.86,其变异系数(CV)分别为4.87%、6.37%和6.72%;干燥花粉赤道面观呈银杏种核状,近极面萌发区呈沟状,其极轴长为12.05gm-20.29μm,赤道轴长为26.03μm-40.78gm,P/E值为0.43-0.56,其CV值分别为13.75%、13.26%和4.99%;银杏雄株花粉表面纹饰呈球珠镶嵌状、贝甲镶嵌状、线纹镶嵌状、弧纹镶嵌状等四种类型;银杏雄株花粉壁厚度为0.861μm-1.076gm,外壁厚度是内壁的2-6倍;供试雄株间上述各项性状指标存在显著或极显著差异。经采用花粉极轴长、赤道轴长及P/E值三元变量进行系统聚类分析,供试雄株可分为四种类型,其第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类分别覆盖4株、34株、44株和4株。(2)采用改良CTAB法提取银杏雄株叶片基因组DNA,其条带清晰、完整,迁移率与λ-DNA相当。应用L16(44)正交试验设计筛选和优化ISSR-PCR分析体系,得到由模板DNA50ng、10×buffer2μl、Taq酶1.0U、Mg2+2.5mmol·L-1、dNTP0.20mmol·L-1和引物0.4μmol·L-1组成的适于银杏ISSR-PCR分析的优化体系。利用100个ISSR引物分别对试材进行扩增,筛选得到12个扩增条带信号清晰的引物,12个引物对供试银杏雄株扩增出94条DNA条带,其中多态性DNA条带为56条,多态位点百分数(P)为59.57%,每个引物扩增条带5-11条,片段大小为200-2000bp。供试雄株的平均有效等位基因数(Ne)为1.7149,平均基因多样度为(H)0.3966,平均Shannon’s信息指数(Ⅰ)为0.5771,具丰富的遗传多样性。供试雄株个体间的Nei’s距离在0.0443-0.9667之间,利用最长距离法进行系统聚类分析,取阈值为0.8234时,可分为Ⅰ、Ⅱ两类,取阈值为0.6342时,可分为五类。(3)供试银杏雄株材料的总遗传变异中有10.48%的变异存在于群体间,而群体内的遗传变异为89.52%,明显高于银杏雄株群体间的遗传变异。三个银杏雄株群体的平均有效等位基因数(Ne)分别为1.7199、1.5520、1.5916,平均基因多样度(H)分别为0.3964、0.3066、0.3380,平均Shannon’s信息指数(Ⅰ)分别为0.5760、0.4473、0.4964,其Ne、H、Ⅰ值的大小顺序完全一致,供试雄株的遗传多样性水平均为扬州株系>徐州株系>泰州株系。三个银杏雄株群体的基因流(Nm)为4.2710,且群体间的遗传一致度也较高,说明群体间存在广泛的基因交流。(4)运用HPLC技术分析不同株系叶片主要黄酮苷元的含量,并采用三因子法计算总黄酮苷含量。研究结果表明,提取银杏雄株叶片黄酮类化合物的最佳提取组合为:料液比1:15,乙醇浓度70%,超声提取时间为40min,提取温度80℃,提取2次。供试银杏雄株间的各黄酮苷元含量和总黄酮含量存在显著差异,叶片的槲皮素、山奈黄素和异鼠李素三种黄酮苷元的平均含量分别为2.381mg·g-1DW、2.155mg·g-1DW和1.8515mg·g-1DW,总黄酮的平均含量为15.99mg·g-1DW.银杏雄株叶片的总黄酮含量与叶片厚度、比叶重(SLW)呈极显著正相关,其叶片厚度、SLW可作为评价银杏叶片中黄酮类化合物含量水平的重要指标。通过设定黄酮苷元和总黄酮含量的选择阈值,扬州有5个株系(04、05、12、39、49)、泰州有4个株系(59、66、68、74)、徐州有2个株系(80、85)符合叶用标准。(5)运用HPLC技术分析不同株系花粉主要黄酮苷元的含量,并采用三因子法计算总黄酮苷含量。结果表明,供试银杏雄株花粉的槲皮素、山奈黄素和异鼠李素三种黄酮苷元的平均含量分别为0.327mg·g-1DW、7.891mg·g-1DW和0.254mg·g-1DW,其中山奈黄素含量相对较高,三种黄酮苷元的含量差异较大;总黄酮的平均含量为22.430mg·g-1DW,高于叶片。叶片和花粉两者间总黄酮含量的相关系数为0.9270*,呈显著正相关。通过设定黄酮苷元和总黄酮含量的选择阈值,扬州有14个株系(02、04、05、08、10、11、12、16、18、34、39、44、46、49)、泰州有5个株系(59、63、66、68、70)符合花粉用标准。(6)本研究连续两年在不同时期采集扬州大学银杏种质资源圃生长条件一致的银杏雄株不同部位叶片,采用分光光度法分析了不同处理叶片的银杏酸的含量,旨在明确银杏酸的提取分离技术和检测方法及银杏雄株叶片银杏酸的变化规律,并优选出低酚酸成分的银杏雄株。结果显示:银杏雄株叶片银杏酸的含量9月30日、10月15日的较高,7月30日、8月15日的较低;长枝叶片中酚酸类物质的含量低于短枝叶片的含量;本地区银杏雄株采叶应在7月底至8月上、中旬,此时的叶片中银杏酸的平均含量为1.372%、1.361%;研究供试9株银杏雄株间叶片的银杏酸含量差异显著,58号的银杏酸类含量为1.404%,低于平均水平,可作为低酚酸银杏雄株供进一步试验研究,以决选出低酚酸银杏雄株。研究结果可为筛选低酚酸成分银杏叶用种质资源提供一定的理论依据和物质基础。
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