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1、雌雄异株植物性别鉴定方法概述摘要：雌雄异株植物中不同性别的植株所产生的经济效应和生态效应存在一定的差异，在生产实践中，选取适宜性别的植株进行栽培有助于提高效率,避免不必要的浪费。所以其性别鉴定的研究不仅具有重要的理论意义，而且具有极为重要的实践价值。本文从由外部形态特征鉴定、生理生化指标、染色体组型、同工酶、核酸水平等方面,对国内外有关雌雄异株植物性别鉴定研究的进展作了简要总结,并对各种鉴定方法的优缺点进行了评价，同时对其研究发展趋势作了展望。 关键字：雌雄异株，性别鉴定，评价1 绪论自然界被子植物大多是雌雄同株,雌雄异株植物仅占 6% (Renner 等,1995)。由于雌雄异株植物，在植物
2、性别决定尤其是性染色体进化研究中具重要地位(Ioan,2001;Ainsworth,1998),且由于同一树种、不同性别的植物在形态学及生物学特性、经济价值等方面存在一定的差距,林业生产、园林事业以及蔬菜种植中常常希望根据经营目的与利用方向，从中选择栽培某一种性别的植物以满足需要，对植物的早期性别鉴定就显得尤为重要。早在上世纪 50 年代初波兰学者 Bugala 首先通过叶色鉴定了欧洲山杨(Populus tremula)的性别 (Bugala,1951)。但通过外部形态来鉴定植物性别的方法不够准确，且对某些植物而言，在性器官分化和发育成熟前，其雌雄株的形态差异往往不明显，所以不能作为植物性别
3、早期鉴定的可靠依据。近年来发展了从细胞、生化和分子等不同水平上对雌雄异株植物的性别鉴定进行研究的方法。2 雌雄异株植物性别鉴定方法2.1 由外部形态特征鉴定形态学研究是生化分析取样技术的基础,有助于雌雄性别的早期鉴定。最早通过外部形态确定植物性别的是波兰学者 Bugala W.王丙武等在对杜仲 (Eucommia ulmoidesOliv.)的顶芽进行研究时发现:从 1993 年和 1994 年的 12 月到翌年 4 月芽展开前对顶芽的测量说明,雄株顶芽的长度和最大直径都明显大于雌株的(P0.01)，实践证明可用芽的大小鉴别杜仲幼株的性别（Bugala,1951;王丙武,1999） 。徐东生等
4、应用多元统计分析中的二类判别法鉴别猕猴桃(Actinidia chinensis) 雌雄株，并建立了判别方程,但目前只适用于成年树（徐东生,1998） 。郑兴峰等研究了重阳木(Bischoffia javanica)、大叶刺篱木 (Flacourtia rukam)和红毛丹(Nephelium lappaceum)雌雄株木材的结构，结果表明其产量特征差异显著(郑兴峰,1998) 。用此种方法进行植物性别的早期鉴定,在生产实践中的意义很大。其操作要求的技术水平不高、难度不大、既经济节约、又方便节时,在生产中容易掌握,方法简便易行。但在目前的研究中还存在一些问题。因为对于有些植物而言，在性器官分化
5、和发育成熟之前，其雌雄株的形态差异往往不明显。所以,此种方法并不能作为所有植物雌雄株性别早期鉴定的可靠依据。但对于那些对鉴定结果要求不是很严格或只是把它作为一种初步鉴别手段的植物来说,通过形态学特征进行鉴别不失为一种简单、有效的方法。2.2 生理生化差异鉴定植物性别此方法主要是通过对植物代谢过程中某些酶的活性、次生代谢物质及内源激素含量水平等的分析来鉴定植物性别。Jaiswal 等研究了番木瓜(Carica papaya)无性组织和生殖组织的酸性和碱性磷酸酶活力，发现其雄性中酶活力高于雌性(Jaiswal,1984)。相关学者以高效液相色谱(HPLC)法分析银杏 (Ginkgo biloba)
6、、杨梅( Myrica rubra)等树种叶片中水溶性酚类物质时发现:雌株体内此类物质的含量均普遍高于雄株 (李国梁等,1993)。王白坡等分析了银杏雌雄株芽尖及叶片中内源激素含量，结果表明，在整个生长季节雌株芽尖中 GA3 和 ZT的平均含量比雄株高 20%以上；而 IAA 和 ABA 却相反，雄株高于雌株，证实了成年银杏不同性别间内源激素水平存在一定差异(王白坡,1999) 。另外 ,通过对植株体内的维生素含量(赵云云等 ,1991)、光合能力以及蒸腾速率(蔡汝等,2000) 等生理生化指标也可以用来鉴定雌雄异株植物的性别。虽然生理生化指标在一定情况下可用来鉴定雌雄异株植物的性别，但由于这
7、些指标的测定易受环境因素及植物生长发育不同时期的影响，对鉴别结果的可靠性有一定的干扰。所以，此方法可作为一种粗略的鉴别方法。2.3 通过同工酶差异鉴别过氧化物酶及多酚氧化酶普遍存在于高等植物中，并在植物的生长发育中起重要作用。由于过氧化物酶是基因表达的产物,因此通过雌雄株间过氧化物酶同工酶的差异来鉴别雌雄株是可行的。范双喜等以 5 年生石刁柏植株的幼嫩茎尖为材料,分析 POD 同工酶酶谱差异,结果表明各处理间 POD 同工酶酶谱雄株均较雌株少 1 条带,说明石刁柏性别差异与 POD 同工酶的数目有关,POD 同工酶酶谱的差异可以作为性别鉴定的指标(范双喜,1995) 。此外,黄瓜的吲哚乙酸氧化
8、酶、多酚氧化酶以及超氧化物歧化酶同工酶都可以作为其雌性早期鉴定的生化标记，其表现为纯雌株比雌雄株酶活性强，酶带数量多,这种差异酶带大多与雌性或雌雄性别紧密相关，经检验可以作为黄瓜雌性株早期鉴定的生化标记，尤其以真叶中多酚氧化酶同工酶 Rf0.287 表现稳定,鉴定成功率高(艾辛,2000)。一般由基因型差异形成的雌雄性别分化可通过同工酶分析测定。按照分子酶学“一个基因一个同工酶亚基”的理论，同工酶是分子水平的指标，是基因差异在表达水平的体现。因此，用同工酶可以为植物性别鉴定提供可靠的科学依据。但由于同工酶在植物个体发育中存在的时间和组织器官的特异性等原因，有时对同工酶的可靠性会有影响。如在某些
9、已知性别的成年树中，其不同的性别间酶谱谱带数量不同，同工酶活性也有差异；但在实生苗和实生幼苗中过氧化物酶的谱带数目及活性与成年树雌雄株均无一致性。由此可见同工酶不仅对环境因子较为敏感，且同工酶的酶谱和活性又受植物发育阶段的影响，并有组织特异性。如张立平等和晁无疾在对葡萄雌雄株的超氧化物歧化酶同工酶进行分析，来鉴别葡萄性别时,两者的实验结果不一致(张立平,1998;晁无疾,1981)。所以,对于把同工酶酶谱或活性作为植物鉴别的依据还需更深入的研究。但从总体上来说,目前应用同工酶来鉴别植物性别是一种应用广泛、可靠性高的方法。2.4 染色体组型鉴别染色体的形态特征是鉴别植物雌雄的重要方法之一，特别是
10、对那些由性染色体决定性别的植物,由染色体组型来鉴别植物性别是可行的。根据这种特点,前人已在女娄菜、罗汉松(Podocarpus macrophyllns)、花椒(Zathoxylum bungeanum)、三角杨及其它杨树树种细胞中发现了与性别相关的染色体( 赵林森，1998) 。就植物性别的决定机制来说,一般将其分为 3 种类型,既性染色体决定型、性基因决定型和核质互作决定型。对于由性染色体决定性别的植物来说，应用此方法可以直接、明了的对植株性别进行鉴定。而对于由性基因和细胞核与细胞质互作来决定性别的植物类型,此种方法就无法揭示雌雄株间性别差异的实质。所以,在生产实践中应用此方法进行植物性别
11、鉴定要受到很多限制。2.5 由核酸水平鉴别从核酸水平鉴别植物性别的研究包括两方面内容：一是测定不同性别植物的核酸含量；二是运用分子生物学技术寻找特异的 DNA 片段（陈中海 ,2000） 。王白坡等经过分析，显示银杏雌雄株间在核酸的含量水平上存在一定差异：6 月上旬以前雄株芽尖中核酸含量高于雌株；8 月上旬以后则相反,雌株超过雄株（王白坡,1999） 。Hormaza 等将 RAPD 技术应用于阿月浑子(Pistacia vera )的性别研究，取得可喜成果,经过研究找到 1 个 945bp 的 RAPD标记可作为雌性特征带(Hormaza,1994) 。Trebitsh 等对黄瓜基因组中特异
12、的 Acc 合酶基因进行了研究(Trebitsh,1997)。王晓梅等利用 AFLP 技术检测雌雄银杏基因组 DNA 的多态性,筛选与银杏性别相关的分子标记，其中 3 个引物组合各提供了 1 个与雌性相关的分子标记，经 Southern 点杂交证实,有 2 个分子标记为银杏雌性基因组所特有的。但这 2 个与雌性性别相关的 AFLP 标记，其 DNA 序列以及能否将其作为侯选的有价值的性别鉴定探针或将其发展成 PCR 引物，还需要进一步深入的研究 (王晓梅,2001)。性状是由基因决定的,对于性别这个特殊的性状而言，植物雌雄株间表现的差异,无论是性染色体的差异、生理代谢方面的差异、还是同工酶表现
13、的差异,都能从植物基因组DNA 上反映该物种性别的本质特征。这种研究方法可在植物的任何发育阶段(只要能提取DNA 的植株材料)进行,且鉴定准确、结果重复性好。此方法从分子水平入手,利用 DNA 分子标记技术,通过分析已知性别植物基因组 DNA 间的多态性 ,筛选与其性别相关的分子标记,寻找雌雄植株间的本质差异，为植物的性别鉴定提供理论依据。3 展望以上综述了在实际应用中关于植物性别鉴定的各种常用方法,但大都集中在对成年树雌雄株间性别差异的研究,对于幼苗期性别早期鉴定方面所作的工作还不够。而在生产中则较多需要在苗期就能鉴别出植株的性别，以便对雌雄株具有不同经济价值的植物尽早进行选择,以促进育种效
14、率的提高。另外，对同一个树种可能有不同方法,问题是如何根据具体情况选择简便、准确、经济、可行的手段去实现。深入开展这方面的研究不仅具有重要的理论价值,对解决园林绿化、经济林栽培、遗传育种等领域科研及生产实践所面临的诸多具体问题也具有十分重要的现实意义。所以,对于现在普遍应用的植物性别鉴定的方法,还需要进一步完善。参考文献Ainsworth C, Parker J, Buchanan Wollaston V. Sex determination in plantsJ.Curr Top Dev Biol, 1998,38:167-223.Bugala W.Sex determination of
15、Poplars from the colour of leaves J.Forestry Abstracts, 1951, 52: 013-028. Hormaza J I.Identification of a RAPD marker linked to sex determination in Pistacia verausing bulked segregant analysisJ.Theto Appl Genet, 1994, 89(9) 9-13.Ioan Negrutiu,Boris Vyskot,Nicolae Barbacar. Dioecious plants. A key
16、to the early events of sex chromosome evolutionJ.Plant Physiol, 2001,127:1418-1 424.Jaiswal V S,Prpatap Narayan,Madan Lal. Activities of acid and alkaline phosphatases in relation to sex differentiation in Carica papaya J.Biochem Physiol Pflanzen, 1984,179:799-801.Renner S S,Ricklefs R E, Dioecy and its correlates in the flowering plantsJ.Amer J Bot, 1995,82:596-606.Trebitsh T, Staub J E, O.Neil S D. Identification of a laminocyclopropane-1 carboxylic acid synth
