植物学分类新方法

谷连福

(新疆生物教育学会中学生物学科研究会 新疆乌鲁木齐 830000)

植物分类学(Plant toxonomy)是一门历史悠久的学科,它的任务是研究整个植物界不同类群的起源、亲缘关系以及进化发展规律的一门基础学科。它将极其繁杂的各种各样植物进行鉴定、分群归类、命名并按系统排列起来,以便于认识、研究及利用。

1 超微结构分类法(ultrastructure taxonomy)

1975年Behnke提出“超微结构分类学”概念,为分类学寻求广泛的证据开辟了新的研究领域[1]。电镜技术的发展和完善,为观察和研究被子植物的细微结构提供了有力的手段。植物的表皮、根、茎、叶、花、果实、种子、花粉、细胞的排列、纹饰、角质层分泌物等方面都有极其多样的形态,为一些植物类群的研究提供了有价值的分类学资料[2]。

2 化学分类法(chemotaxonomy)

植物化学分类学(chemical plant taxonomy)是以植物的化学成分及其生物合成途径为依据,对植物加以分类和记述,研究各类群的亲缘关系,探讨各化学成分(主要是特征性成分)在植物系统中的分布规律。在化学分类法中,依据药用植物次生代谢产物(如糖类、黄酮类、植物碱、挥发油、鞣质等)以及生物信息的大分子(如RNA和蛋白质)在化学性质上的差异,已发展出色谱、光谱、免疫等技术[3]。

2.1 傅立叶变换红外光谱法

傅里叶变换红外光谱法(FTIR)是目前应用较广的分类法之一。它是一种测定分子吸收光谱的方法,由分子振动或转动引起偶极矩的净变化产生,从而可以鉴定化合物和分子结构。目前,该方法已应用于植物药材的质量控制、种类认定、热稳定性的实时原位跟踪以及细菌的快速鉴别、发育监控和分类。而相应的近红外和傅里叶变换拉曼技术对人参等药用植物的产地(中国、韩国)的鉴别也曾有报道。

2.2 同工酶技术

自从Markert和Moller(1959)提出同工酶的概念后,同工酶作为遗传标记得到了迅速发展。同工酶谱差异主要是由决定酶蛋白本身的等位基因和非等位基因的差异造成的,同工酶谱是基因表达后的分子水平的表型,通过其谱带的分析能快速简便的识别出编码这些谱带的基因位点和等位基因。由于同工酶谱带与基因位点直接相关,而且几乎25%的位点具有多态性,所以这种技术已成为一种十分有效的遗传标记方法。

3 分子分类法(molecular taxonomy)

分子分类学(molecular systmatics)是检测、描述并解释生物在分子水平上的多样性及其演化规律的科学。现代分子分类学应用于植物分类是20世纪90年代,主要依赖于DNA分子标记技术。大多数DNA分子标记以电泳谱带的形式表现个体之间的DNA差异,是生物分类学的重要技术指标之一。

3.1 SNPs标记(Simple Nucleo-tide Polymorphisms,单核甘酸多态性)

同一位点的不同等位基因之间常常只有一个或几个核苷酸的差异,从分子水平上对单个核苷酸的差异进行检测具有重要意义。随着计算机和DNA芯片技术引入分子生物学领域,研究者可同时对成千上万个克隆基因测序,用计算机分析数据和显示最终结果。目前,检测SNPs标记最常用的方法有两种,随机扩增DNA(RAPD)法和DNA芯片(DNA-chip)检测法。

3.2 RMAPD标记(polymorphic DNA,随机微卫星扩增多态)

利用RAPD引物和微卫星上游或下游引物结合,对基因组DNA进行扩增,探索更有效的揭示所有微卫星及其他DNA遗传多态性的方法,以期获研究DNA多态性的新的分子标记方法。因该方法同时利用随机引物和微卫星引物进行扩增,暂时定名为随机微卫星扩增多态DNA。

3.3 SRAP标记(Sequence Related Amplified Polymor-phism,相关序列扩增多态性)

SRAP标记是基于PCR技术的新型分子标记技术,其原理是利用基因外显子里G、C含量丰富,而启动子和内含子里A、T含量丰富的特点设计两套引物,对开放阅读框架进行扩增。此技术具有简便、稳定、中等产率和容易得到选择条带序列的特点,在基因组中分布均匀,适合于不同作物的基因定位、基因克隆和遗传图谱构建。目前,SRAP技术已被成功地应用于何首乌、红花等药用植物的遗传多样性和重要性状基因连锁标记研究。

3.4 TRAP标记(Target Region Amplified Poly-morphism,靶位区域扩增多态性)

TRAP是由HUJG等于2003年从SRAP技术改进而来的新型分子标记技术,其原理是借助大规模测序技术产生的庞大生物序列信息,利用生物信息学工具和表达序列标签数据库信息设计引物,对目标候选基因序列区进行PCR扩增产生多态性标记。此标记具有操作简单、重复性好、稳定性好、效率高的特点。目前已经成功应用于许多植物的遗传图谱构建、重要性状基因标记、种质资源的多样性研究及分子标记辅助育种等方面。

4 结语

近年来,通过新的研究技术和方法,修订和补充完善了传统分类中的许多不足。并且随着科学技术的发展,用于植物分类的方法手段将会越来越多,但不能因此而轻视传统的形态分类,只有将传统的方法和现代科学技术相结合,才能建立一个比较自然且合理的分类系统。

[1]段春燕,候小改,李连方.现代植物分类方法在植物学分类研究中的应用[J]生物学通报,2004,39(10):17～18.

[2]陈仁芳,陈龙清,余茂德.被子植物分类依据评述[J].安徽农业科学, 2008,36(17):7082～7083.

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