植物學(xué)分類(lèi)新方法

谷連福

(新疆生物教育學(xué)會(huì)中學(xué)生物學(xué)科研究會(huì) 新疆烏魯木齊 830000)

植物分類(lèi)學(xué)(Plant toxonomy)是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科,它的任務(wù)是研究整個(gè)植物界不同類(lèi)群的起源、親緣關(guān)系以及進(jìn)化發(fā)展規(guī)律的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。它將極其繁雜的各種各樣植物進(jìn)行鑒定、分群歸類(lèi)、命名并按系統(tǒng)排列起來(lái),以便于認(rèn)識(shí)、研究及利用。

1 超微結(jié)構(gòu)分類(lèi)法(ultrastructure taxonomy)

1975年Behnke提出“超微結(jié)構(gòu)分類(lèi)學(xué)”概念,為分類(lèi)學(xué)尋求廣泛的證據(jù)開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域[1]。電鏡技術(shù)的發(fā)展和完善,為觀察和研究被子植物的細(xì)微結(jié)構(gòu)提供了有力的手段。植物的表皮、根、莖、葉、花、果實(shí)、種子、花粉、細(xì)胞的排列、紋飾、角質(zhì)層分泌物等方面都有極其多樣的形態(tài),為一些植物類(lèi)群的研究提供了有價(jià)值的分類(lèi)學(xué)資料[2]。

2 化學(xué)分類(lèi)法(chemotaxonomy)

植物化學(xué)分類(lèi)學(xué)(chemical plant taxonomy)是以植物的化學(xué)成分及其生物合成途徑為依據(jù),對(duì)植物加以分類(lèi)和記述,研究各類(lèi)群的親緣關(guān)系,探討各化學(xué)成分(主要是特征性成分)在植物系統(tǒng)中的分布規(guī)律。在化學(xué)分類(lèi)法中,依據(jù)藥用植物次生代謝產(chǎn)物(如糖類(lèi)、黃酮類(lèi)、植物堿、揮發(fā)油、鞣質(zhì)等)以及生物信息的大分子(如RNA和蛋白質(zhì))在化學(xué)性質(zhì)上的差異,已發(fā)展出色譜、光譜、免疫等技術(shù)[3]。

2.1 傅立葉變換紅外光譜法

傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)是目前應(yīng)用較廣的分類(lèi)法之一。它是一種測(cè)定分子吸收光譜的方法,由分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化產(chǎn)生,從而可以鑒定化合物和分子結(jié)構(gòu)。目前,該方法已應(yīng)用于植物藥材的質(zhì)量控制、種類(lèi)認(rèn)定、熱穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)原位跟蹤以及細(xì)菌的快速鑒別、發(fā)育監(jiān)控和分類(lèi)。而相應(yīng)的近紅外和傅里葉變換拉曼技術(shù)對(duì)人參等藥用植物的產(chǎn)地(中國(guó)、韓國(guó))的鑒別也曾有報(bào)道。

2.2 同工酶技術(shù)

自從Markert和Moller(1959)提出同工酶的概念后,同工酶作為遺傳標(biāo)記得到了迅速發(fā)展。同工酶譜差異主要是由決定酶蛋白本身的等位基因和非等位基因的差異造成的,同工酶譜是基因表達(dá)后的分子水平的表型,通過(guò)其譜帶的分析能快速簡(jiǎn)便的識(shí)別出編碼這些譜帶的基因位點(diǎn)和等位基因。由于同工酶譜帶與基因位點(diǎn)直接相關(guān),而且?guī)缀?5%的位點(diǎn)具有多態(tài)性,所以這種技術(shù)已成為一種十分有效的遺傳標(biāo)記方法。

3 分子分類(lèi)法(molecular taxonomy)

分子分類(lèi)學(xué)(molecular systmatics)是檢測(cè)、描述并解釋生物在分子水平上的多樣性及其演化規(guī)律的科學(xué)。現(xiàn)代分子分類(lèi)學(xué)應(yīng)用于植物分類(lèi)是20世紀(jì)90年代,主要依賴于DNA分子標(biāo)記技術(shù)。大多數(shù)DNA分子標(biāo)記以電泳譜帶的形式表現(xiàn)個(gè)體之間的DNA差異,是生物分類(lèi)學(xué)的重要技術(shù)指標(biāo)之一。

3.1 SNPs標(biāo)記(Simple Nucleo-tide Polymorphisms,單核甘酸多態(tài)性)

同一位點(diǎn)的不同等位基因之間常常只有一個(gè)或幾個(gè)核苷酸的差異,從分子水平上對(duì)單個(gè)核苷酸的差異進(jìn)行檢測(cè)具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)和DNA芯片技術(shù)引入分子生物學(xué)領(lǐng)域,研究者可同時(shí)對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)克隆基因測(cè)序,用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)和顯示最終結(jié)果。目前,檢測(cè)SNPs標(biāo)記最常用的方法有兩種,隨機(jī)擴(kuò)增DNA(RAPD)法和DNA芯片(DNA-chip)檢測(cè)法。

3.2 RMAPD標(biāo)記(polymorphic DNA,隨機(jī)微衛(wèi)星擴(kuò)增多態(tài))

利用RAPD引物和微衛(wèi)星上游或下游引物結(jié)合,對(duì)基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增,探索更有效的揭示所有微衛(wèi)星及其他DNA遺傳多態(tài)性的方法,以期獲研究DNA多態(tài)性的新的分子標(biāo)記方法。因該方法同時(shí)利用隨機(jī)引物和微衛(wèi)星引物進(jìn)行擴(kuò)增,暫時(shí)定名為隨機(jī)微衛(wèi)星擴(kuò)增多態(tài)DNA。

3.3 SRAP標(biāo)記(Sequence Related Amplified Polymor-phism,相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性)

SRAP標(biāo)記是基于PCR技術(shù)的新型分子標(biāo)記技術(shù),其原理是利用基因外顯子里G、C含量豐富,而啟動(dòng)子和內(nèi)含子里A、T含量豐富的特點(diǎn)設(shè)計(jì)兩套引物,對(duì)開(kāi)放閱讀框架進(jìn)行擴(kuò)增。此技術(shù)具有簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、中等產(chǎn)率和容易得到選擇條帶序列的特點(diǎn),在基因組中分布均勻,適合于不同作物的基因定位、基因克隆和遺傳圖譜構(gòu)建。目前,SRAP技術(shù)已被成功地應(yīng)用于何首烏、紅花等藥用植物的遺傳多樣性和重要性狀基因連鎖標(biāo)記研究。

3.4 TRAP標(biāo)記(Target Region Amplified Poly-morphism,靶位區(qū)域擴(kuò)增多態(tài)性)

TRAP是由HUJG等于2003年從SRAP技術(shù)改進(jìn)而來(lái)的新型分子標(biāo)記技術(shù),其原理是借助大規(guī)模測(cè)序技術(shù)產(chǎn)生的龐大生物序列信息,利用生物信息學(xué)工具和表達(dá)序列標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù)信息設(shè)計(jì)引物,對(duì)目標(biāo)候選基因序列區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增產(chǎn)生多態(tài)性標(biāo)記。此標(biāo)記具有操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、穩(wěn)定性好、效率高的特點(diǎn)。目前已經(jīng)成功應(yīng)用于許多植物的遺傳圖譜構(gòu)建、重要性狀基因標(biāo)記、種質(zhì)資源的多樣性研究及分子標(biāo)記輔助育種等方面。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),通過(guò)新的研究技術(shù)和方法,修訂和補(bǔ)充完善了傳統(tǒng)分類(lèi)中的許多不足。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,用于植物分類(lèi)的方法手段將會(huì)越來(lái)越多,但不能因此而輕視傳統(tǒng)的形態(tài)分類(lèi),只有將傳統(tǒng)的方法和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合,才能建立一個(gè)比較自然且合理的分類(lèi)系統(tǒng)。

[1]段春燕,候小改,李連方.現(xiàn)代植物分類(lèi)方法在植物學(xué)分類(lèi)研究中的應(yīng)用[J]生物學(xué)通報(bào),2004,39(10):17～18.

[2]陳仁芳,陳龍清,余茂德.被子植物分類(lèi)依據(jù)評(píng)述[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008,36(17):7082～7083.

[3]Martin J T, Juniper B E. The Cuticles of Plant. R. &R. Clark,Lid. Edinburgh, Great Britain, 1970.