1 引言
山樱花研究进展
1.1.1 山樱花种质资源概述
山樱花(Cerasus serrulata)是蔷薇科(Rosaceae)樱属(Cerasus)的落叶乔木,近年来因其独特的观赏价值受到了人们的追捧,每年的三月至四月,从南京到武汉,各地都纷纷举办的樱花节供人们来赏樱。早在春秋战国时期,人们就已经开始种植樱花,但限于当时的条件,栽培的樱花主要以食用类的樱桃为主。观赏类樱花的应用要追溯到秦汉时期,主要用于宫廷园林配置,至今已有两千多年[[1]]。在当代,山樱花作为一种重要的园林植物,主要生长于北温带。在东亚地区,我国的西南部以及日本、朝鲜地区都有相当多的樱花品种。
在樱花的诸多品种中,山樱花是近年来大受欢迎的染井吉野(Cyedoenisi),lsquo;关山rsquo;(C. serrulata var. lannesiana Kanzan)等樱花的亲本,因其具有先花后叶的特性,较长的花期以及明丽的花色,而拥有了独特的观赏价值[[2]]。与此同时,在地理分布上,山樱花的分布区域广泛、适应能力极强,分布范围约为23-40°N, 102-141°E,南北跨度很大,北至辽宁,南至广东。在东西方向上,西至四川,东至日本的东北部地区,是我国温带及北亚热带区域常见的樱属[[3]]。
1.1.2 山樱花的栽培与育种
在自然界中,山樱花是以种子来繁殖的,但由于樱属植物的种子常具有坚硬的厚壳,因此大多数种子都具有休眠性,在自然条件下不易成活。闫道良(2005)以钟花樱为研究对象,结果表明在低温湿沙的条件下贮藏两个月,可以使得种子的发芽率有所提高[[4]]。陈雅静(2019)利用变温层积处理机制,即通过增加细胞分裂素合成酶,分解脱落酸的酶的活性,来促使种子萌发[[5]]。李蒙(2013)发现,在黑暗条件下,山樱花的种子萌发率更高[[6]]。
在无性繁殖方面,由于樱属植物不易生根,因此在进行扦插栽培时,需要人工调节,来创造适宜的生根条件。张灵灵 等(2016)以日本晚樱lsquo;关山rsquo;的嫩枝为材料,在不同的生长调节剂中,IBA效果最佳,浓度为1000mg/L时生根率最高,为83.33%,扦插季节以五月末至六月初为宜[[7]]。王挺 等(2016)将山樱花作为砧木进行嫁接实验,结果表明lsquo;飞寒rsquo;樱于秋季采用腹接的方式嫁接成活率可达90%,lsquo;金源rsquo;樱在春季的嫁接成活率比秋季高,高盆樱整体的嫁接成活率不高,这与其不耐低温冻害的习性有关[[8]]。在组织培养方面,外植体的污染数与消毒时间密切相关,6BA浓度为1.0 mg·L-1时丛芽繁殖率最高,IBA可用来诱导山樱花生根(黄秀英,2019)[[9]]。
分子标记概述
1.2.1 分子标记技术简介
近现代的遗传标记技术经历了从形态学标记,细胞学标记,生物化学标记再到分子标记的历程。所谓分子标记(molecular marker),是一种遗传标记技术,是指能反映生物个体或种群之间基因组的差异特征的DNA片段,因其标记大多为共显性,便于隐性性状的选择,故在生物学领域有着广泛的应用。分子标记技术大致可分为三类:(1)以分子杂交技术为核心的分子标记,如限制性片段长度多态性标记(RFLP)、DNA指纹技术(DNA Fingerprinting);(2)以PCR技术为核心的分子标记技术,主要有RAPD标记、SSLP标记、AFLP标记、SCAR标记;(3)以简单重复序列为核心的分子标记技术,典型的如SSR标记、ISSR标记[[10]]。
1.2.2 SSR标记技术简介
SSR是简单重复序列(Simple sequence repeats)的简称,也被称为微卫星DNA。它是一段由1-6个核苷酸为基本单位简单多次重复组成的DNA,长度在通常情况下大约在200bp以下,在基因组的不同位置都有其分布。然而,虽然SSR在基因组中分布位置很多样,但SSR的两端分布的通常是单拷贝序,在基因组中只会出现一次。因此可以根据SSR两侧的单拷贝序列,设计引物,利用PCR扩增技术扩增出单个微卫星位点,根据扩增产物在长度上呈现出的多态性,来揭示不同性状、不同个体、甚至不同种之间的差异性,这一技术就被称为是SSR标记。而不同个体在PCR扩增产物上呈现出的长度的多态性就被称为是简单序列重复长度多态性(SSLP)。多态性高,具有共显性,能够有效鉴别隐形性状,这些都是SSR标记技术的突出优点。但SSR技术也有其限制,如必须提前知道两侧的单拷贝序列,并据此来设计引物,此外效果好坏依赖于PCR技术的操作反应[[11]]。
1.2.3 SSR技术在植物中的应用
由于SSR有着高多态性,因此SSR技术被广泛地应用于遗传多样性的研究之中。苏艳丽 等(2020)利用11对引物对苹果的遗传多样性进行研究,结果显示栽培品种、砧木品种各自的种间遗传距离都较小,而栽培品种与砧木品种之间的遗传距离较大,表明其亲缘关系较远[[12]]。梁晋军(2015)基于SSR标记发现云南野毛柿与柿的亲缘关系较近,但同产于云南的黑毛柿,虽与云南野毛柿在外观上相近,但实验结果表明他们的亲缘关系较远,是完全不同的两个种,更正了以往认为二者是原种与野生种的错误认识[[13]]。臧明月 等(2020)利用筛选出的6对SSR引物对天然群居的白栎展开遗传多样性的研究,结果表明白栎的遗传分化水平较高,主要来源于群体内变异,变异率约为97%,群体间的遗传变异约为2.5%,这为进行白栎种质资源采集以及自然资源的保护提供了依据[[14]]。在樱属植物中,Antonius 等(2013)基于SSR标记,对欧洲的樱桃进行分类,将其分为酸樱桃和甜樱桃两大类[[15]]。李春侨 等(2017)的研究发现,天山樱桃的遗传多样性水平普遍不高,在进行实验的四种天山樱桃中,大西沟种群的相对高一些。该种的基因交流有效地存在于种群之间,遗传变异通常发生于种群内[[16]]。
1.2.4 樱属植物遗传多样性研究进展
遗传多样性(Genetic diversity)是指一个群体内所有个体所携带的遗传变异之和,是生物多样性的重要组成部分,也是生态系统、物种多样性的基础。在通常情况下,一个群体的遗传多样性越高,其对不同环境的适应性就越强,反之则越弱。决定一个群体遗传多样性的因素主要有:基因突变,基因重组,迁移,选择与遗传漂变。
在以PCR技术为基础的DNA标记中,随机扩增多态性DNA(RAPD),简单重复序列DNA标记(SSR)都是研究遗传多样性的常用技术。就SSR分子标记技术而言,不同个体一个物种的SSR引物可以是通过引物开发,也可以从近缘属种中筛选。樱属植物的SSR标记大都来源于桃属和李属,陈娇等(2013)对四川地区的野生樱桃的遗传多样性进行研究,从桃和甜樱桃的SSR引物中开发出稳定性、重复性较好的10对,结果表明开发自桃属的SSR标记的引物的多态性高于开发自甜樱桃的。进一步探讨了中国樱桃遗传多样性较为丰富的原因,可能与其因自身强大的繁殖能力,以及所处地理位置正好位于地震带有关,这为中国樱桃的起源与研究提供了新的研究方向。此外该实验验证了地理距离和种群间遗传距离之间并不存有相关性[[17]]。何恒流(2015)对陕西地区的毛樱桃的遗传多样性进行探究,以桃属植物作为SSR引物用于野生毛樱桃有着较高移转利用率,可达35%,这与陈娇的研究结果相同。而开发自李属植物的SSR引物的移转率则较低,仅为15%。通过遗传距离的数据分析,指明了7个毛樱桃之间的亲缘关系远近,将7个居群归为3类。同样指出毛樱桃的遗传多样性水平较高,推测其原因是与毛樱桃的实生结实繁殖能力较强,以及居群所处地理位置是秦岭有关。在引起毛樱桃遗传多样性的因素中,基因流起到了主要作用[[18]]。张琼(2013)利用基因组SSR技术与EST-SSR技术对山樱花进行研究,证明了SSR标记在品种鉴定种的可行性,开发了适用于樱属植物SSR分析的引物24条。此外对樱属植物的亲缘关系远近、种系划分进行了探讨,将日本与中国的同类樱属品种进行归类[[19]]。陈洁(2016)对8种山樱花进行研究,验证了开发自桃属、李属以及甜樱桃的SSR引物都可适用于山樱花。8种山樱花的遗传多样性虽较高,但并不显著。人为破坏,自然灾害,导致其数量减少以至无法进行有效的基因交流,以及相对较低的竞争力,都是山樱花遗传多样性不显著的原因。8种山樱花的基因流平均值约为0.85,小于1,表明基因流并非山樱花遗传多样性的主要因素,其主要的遗传变异来自于居群间,达22%,其遗传分化水平较高,这与山樱花的基因流主要是花粉流有关[[20]]。
