1、雌雄異株植物性別鑒定方法概述摘要：雌雄異株植物中不同性別的植株所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)存在一定的差異，在 生產(chǎn)實(shí)踐中，選取適宜性別的植株進(jìn)行栽培有助于提高效率，避免不必要的浪費(fèi)。所以其性別鑒定的研究不僅具有重要的理論意義，而且具有極為重要的實(shí)踐價(jià)值。本文從由外部形 態(tài)特征鑒定、生理生化指標(biāo)、染色體組型、同工酶、核酸水平等方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)雌雄異株植物性別鑒定研究的進(jìn)展作了簡(jiǎn)要總結(jié)，并對(duì)各種鑒定方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)其研究發(fā)展趨勢(shì)作了展望。關(guān)鍵字：雌雄異株，性別鑒定，評(píng)價(jià)1緒論自然界被子植物大多是雌雄同株,雌雄異株植物僅占6% (Re nner等,1995)。由于雌雄異株植物，在植物性

2、別決定尤其是性染色體進(jìn)化研究中具重要地位(loan,2001;Ainsworth,1998),且由于同一樹(shù)種、不同性別的植物在形態(tài)學(xué)及生物學(xué)特性、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面存在一定的差 距，林業(yè)生產(chǎn)、園林事業(yè)以及蔬菜種植中常常希望根據(jù)經(jīng)營(yíng)目的與利用方向，從中選擇栽培 某一種性別的植物以滿(mǎn)足需要，對(duì)植物的早期性別鑒定就顯得尤為重要。早在上世紀(jì)50年代初波蘭學(xué)者 Bugala首先通過(guò)葉色鑒定了歐洲山楊(Populus tremula)的性別(Bugala,1951)。但通過(guò)外部形態(tài)來(lái)鑒定植物性別的方法不夠準(zhǔn)確，且對(duì)某些植物而言，在性器官分化和發(fā) 育成熟前，其雌雄株的形態(tài)差異往往不明顯，所以不能作為植物性別早期

3、鑒定的可靠依據(jù)。 近年來(lái)發(fā)展了從細(xì)胞、生化和分子等不同水平上對(duì)雌雄異株植物的性別鑒定進(jìn)行研究的方 法。2雌雄異株植物性別鑒定方法2.1由外部形態(tài)特征鑒定形態(tài)學(xué)研究是生化分析取樣技術(shù)的基礎(chǔ)，有助于雌雄性別的早期鑒定。最早通過(guò)外部形態(tài)確定植物性別的是波蘭學(xué)者Bugala W.王丙武等在對(duì)杜仲(Eucommia ulmoidesOliv.)的頂芽進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)：從1993年和1994年的12月到翌年4月芽展開(kāi)前對(duì)頂芽的測(cè)量說(shuō)明，雄株頂芽的長(zhǎng)度和最大直徑都明顯大于雌株的(P<0.01)，實(shí)踐證明可用芽的大小鑒別杜仲幼株的性別(Bugala,1951;王丙武,1999 )。徐東生等應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)分析

4、中的二類(lèi)判別法鑒別獼猴桃 (Actinidia chinensis)雌雄株，并建立了判別方程，但目前只適用于成年樹(shù)(徐東生 ，1998)。鄭興峰等研究了重陽(yáng)木 (Bischoffia javanica )、大葉刺籬木(Flacourtia rukam )和紅毛丹(Nephelium lappaceum)雌雄株木材的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明其產(chǎn)量特征差異顯著(鄭興峰,1998)。用此種方法進(jìn)行植物性別的早期鑒定，在生產(chǎn)實(shí)踐中的意義很大。其操作要求的技術(shù)水平不高、難度不大、既經(jīng)濟(jì)節(jié)約、又方便節(jié)時(shí)，在生產(chǎn)中容易掌握，方法簡(jiǎn)便易行。但在目前的研究中還存在一些問(wèn)題。因?yàn)閷?duì)于有些植物而言，在性器官分化和發(fā)育成熟之前

5、，其雌 雄株的形態(tài)差異往往不明顯。所以，此種方法并不能作為所有植物雌雄株性別早期鑒定的可 靠依據(jù)。但對(duì)于那些對(duì)鑒定結(jié)果要求不是很?chē)?yán)格或只是把它作為一種初步鑒別手段的植物 來(lái)說(shuō),通過(guò)形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行鑒別不失為一種簡(jiǎn)單、有效的方法。2.2生理生化差異鑒定植物性別此方法主要是通過(guò)對(duì)植物代謝過(guò)程中某些酶的活性、次生代謝物質(zhì)及內(nèi)源激素含量水平等的分析來(lái)鑒定植物性別。Jaiswal等研究了番木瓜（Carica papaya）無(wú)性組織和生殖組織的酸性和堿性磷酸酶活力，發(fā)現(xiàn)其雄性中酶活力高于雌性（Jaiswal,1984）。相關(guān)學(xué)者以高效液相色譜（HPLC）法分析銀杏（Ginkgo biloba ）、楊梅（My

6、rica rubra ）等樹(shù)種葉片中水溶性酚類(lèi)物 質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)：雌株體內(nèi)此類(lèi)物質(zhì)的含量均普遍高于雄株（李國(guó)梁等，1993）。王白坡等分析了銀杏雌雄株芽尖及葉片中內(nèi)源激素含量，結(jié)果表明，在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)雌株芽尖中GA3和ZT的平均含量比雄株高 20%以上；而IAA和ABA卻相反，雄株高于雌株，證實(shí)了成年銀杏不 同性別間內(nèi)源激素水平存在一定差異（王白坡,1999）。另外,通過(guò)對(duì)植株體內(nèi)的維生素含量（趙云云等,1991）、光合能力以及蒸騰速率（蔡汝等,2000）等生理生化指標(biāo)也可以用來(lái)鑒定雌雄異 株植物的性別。雖然生理生化指標(biāo)在一定情況下可用來(lái)鑒定雌雄異株植物的性別，但由于這些指標(biāo)的測(cè)定易受環(huán)境因素及植物

7、生長(zhǎng)發(fā)育不同時(shí)期的影響，對(duì)鑒別結(jié)果的可靠性有一定的干擾。所以，此方法可作為一種粗略的鑒別方法。2.3通過(guò)同工酶差異鑒別過(guò)氧化物酶及多酚氧化酶普遍存在于高等植物中，并在植物的生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用。由于過(guò)氧化物酶是基因表達(dá)的產(chǎn)物，因此通過(guò)雌雄株間過(guò)氧化物酶同工酶的差異來(lái)鑒別雌雄 株是可行的。范雙喜等以5年生石刁柏植株的幼嫩莖尖為材料，分析POD同工酶酶譜差異,結(jié)果表明各處理間 POD同工酶酶譜雄株均較雌株少1條帶，說(shuō)明石刁柏性別差異與POD同工酶的數(shù)目有關(guān),POD同工酶酶譜的差異可以作為性別鑒定的指標(biāo)（范雙喜,1995）。此外，黃瓜的吲哚乙酸氧化酶、多酚氧化酶以及超氧化物歧化酶同工酶都可以作為其雌

8、性早期鑒定的 生化標(biāo)記，其表現(xiàn)為純雌株比雌雄株酶活性強(qiáng)，酶帶數(shù)量多，這種差異酶帶大多與雌性或雌雄性別緊密相關(guān)，經(jīng)檢驗(yàn)可以作為黃瓜雌性株早期鑒定的生化標(biāo)記，尤其以真葉中多酚氧 化酶同工酶 RfO.287表現(xiàn)穩(wěn)定，鑒定成功率高（艾辛,2000）。一般由基因型差異形成的雌雄性 別分化可通過(guò)同工酶分析測(cè)定。按照分子酶學(xué)“一個(gè)基因一個(gè)同工酶亞基”的理論，同工酶是分子水平的指標(biāo)，是基 因差異在表達(dá)水平的體現(xiàn)。因此，用同工酶可以為植物性別鑒定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。但 由于同工酶在植物個(gè)體發(fā)育中存在的時(shí)間和組織器官的特異性等原因，有時(shí)對(duì)同工酶的可 靠性會(huì)有影響。如在某些已知性別的成年樹(shù)中，其不同的性別間酶譜譜帶

9、數(shù)量不同，同工 酶活性也有差異；但在實(shí)生苗和實(shí)生幼苗中過(guò)氧化物酶的譜帶數(shù)目及活性與成年樹(shù)雌雄株 均無(wú)一致性。由此可見(jiàn)同工酶不僅對(duì)環(huán)境因子較為敏感，且同工酶的酶譜和活性又受植物 發(fā)育階段的影響，并有組織特異性。如張立平等和晁無(wú)疾在對(duì)葡萄雌雄株的超氧化物歧化 酶同工酶進(jìn)行分析，來(lái)鑒別葡萄性別時(shí)，兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致（張立平,1998;晁無(wú)疾，1981）。所以,對(duì)于把同工酶酶譜或活性作為植物鑒別的依據(jù)還需更深入的研究。但從總體上來(lái)說(shuō) 目前應(yīng)用同工酶來(lái)鑒別植物性別是一種應(yīng)用廣泛、可靠性高的方法。2.4染色體組型鑒別染色體的形態(tài)特征是鑒別植物雌雄的重要方法之一，特別是對(duì)那些由性染色體決定性 別的植物，由

10、染色體組型來(lái)鑒別植物性別是可行的。根據(jù)這種特點(diǎn)，前人已在女婁菜、羅漢松（Podocarpus macrophyllns ）、花椒（Zathoxylum bungeanum）、三角楊及其它楊樹(shù)樹(shù)種細(xì)胞中發(fā) 現(xiàn)了與性別相關(guān)的染色體（趙林森，1998）。就植物性別的決定機(jī)制來(lái)說(shuō)，一般將其分為3種類(lèi)型，既性染色體決定型、性基因決定型 和核質(zhì)互作決定型。對(duì)于由性染色體決定性別的植物來(lái)說(shuō)，應(yīng)用此方法可以直接、明了的 對(duì)植株性別進(jìn)行鑒定。而對(duì)于由性基因和細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)互作來(lái)決定性別的植物類(lèi)型，此種方法就無(wú)法揭示雌雄株間性別差異的實(shí)質(zhì)。所以，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用此方法進(jìn)行植物性別鑒定要受到很多限制。2.5由核酸水

11、平鑒別從核酸水平鑒別植物性別的研究包括兩方面內(nèi)容：一是測(cè)定不同性別植物的核酸含量；二是運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)尋找特異的DNA片段（陳中海，2000）。王白坡等經(jīng)過(guò)分析，顯示銀杏雌雄株間在核酸的含量水平上存在一定差異：6月上旬以前雄株芽尖中核酸含量高于雌株；8月上旬以后則相反，雌株超過(guò)雄株（王白坡，1999）。Hormaza等將RAPD技術(shù)應(yīng)用于 阿月渾子（Pistacia vera ）的性別研究，取得可喜成果，經(jīng)過(guò)研究找到1個(gè)945bp的RAPD標(biāo)記可作為雌性特征帶（Hormaza,1994）。 Trebitsh等對(duì)黃瓜基因組中特異的Acc合酶基因進(jìn)行了研究（Trebitsh,1997）。王曉梅等

12、利用 AFLP技術(shù)檢測(cè)雌雄銀杏基因組DNA的多態(tài)性，篩選與銀杏性別相關(guān)的分子標(biāo)記，其中3個(gè)引物組合各提供了1個(gè)與雌性相關(guān)的分子標(biāo)記，經(jīng)Southern點(diǎn)雜交證實(shí)，有2個(gè)分子標(biāo)記為銀杏雌性基因組所特有的。但這2個(gè)與雌性性別相關(guān)的AFLP標(biāo)記，其DNA序列以及能否將其作為侯選的有價(jià)值的性別鑒定探針或?qū)⑵浒l(fā)展 成PCR引物，還需要進(jìn)一步深入的研究（王曉梅,2001）。性狀是由基因決定的，對(duì)于性別這個(gè)特殊的性狀而言， 植物雌雄株間表現(xiàn)的差異，無(wú)論是 性染色體的差異、生理代謝方面的差異、還是同工酶表現(xiàn)的差異，都能從植物基因組 DNA上反映該物種性別的本質(zhì)特征。這種研究方法可在植物的任何發(fā)育階段（只要能提

13、取DNA的植株材料）進(jìn)行，且鑒定準(zhǔn)確、結(jié)果重復(fù)性好。此方法從分子水平入手，利用DNA分子標(biāo)記技術(shù)，通過(guò)分析已知性別植物基因組 DNA間的多態(tài)性，篩選與其性別相關(guān)的分子標(biāo)記 ，尋找雌 雄植株間的本質(zhì)差異，為植物的性別鑒定提供理論依據(jù)。3展望以上綜述了在實(shí)際應(yīng)用中關(guān)于植物性別鑒定的各種常用方法，但大都集中在對(duì)成年樹(shù)雌雄株間性別差異的研究，對(duì)于幼苗期性別早期鑒定方面所作的工作還不夠。而在生產(chǎn)中則較 多需要在苗期就能鑒別出植株的性別，以便對(duì)雌雄株具有不同經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物盡早進(jìn)行選 擇，以促進(jìn)育種效率的提高。另外，對(duì)同一個(gè)樹(shù)種可能有不同方法，問(wèn)題是如何根據(jù)具體情況選擇簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、可行的手段去實(shí)現(xiàn)。深

14、入開(kāi)展這方面的研究不僅具有重要的理論 價(jià)值，對(duì)解決園林綠化、經(jīng)濟(jì)林栽培、遺傳育種等領(lǐng)域科研及生產(chǎn)實(shí)踐所面臨的諸多具體問(wèn) 題也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以,對(duì)于現(xiàn)在普遍應(yīng)用的植物性別鑒定的方法，還需要進(jìn)一步完善。參考文獻(xiàn)Ai nsworth C, Parker J, Bucha nan Wollast on V . Sex determ in ati on in pla ntsJ.Curr Top Dev Biol，1998,38:167-223.Bugala W.Sex determ in ati on of Poplars from the colour of leaves J.Forest

15、ry Abstracts, 1951, 52: 013-028.Hormaza J l.lden tificatio n of a RAPD marker lin ked to sex determ in ati on in Pistacia verausi ng bulked segrega nt an alysisJ.Theto Appl Ge net, 1994, 89(9) 9-13.loan Negrutiu,Boris Vyskot,Nicolae Barbacar. Dioecious plants. A key to the early events of sex chromo

16、some evolutionJ.PIant Physiol, 2001,127:1418-1 424.Jaiswal V S,Prpatap Narayan,Madan Lal. Activities of acid and alkaline phosphatases in relation to sex differe ntiation in Carica papaya J.Biochem Physiol Pflan ze n, 1984,179:799-801.Renner S S,Ricklefs R E, Dioecy and its correlates in the floweri

17、ng plantsJ.Amer J Bot, 1995,82:596-606.Trebitsh T, Staub J E, O.Neil S D. Identification of a laminocyclopropane-1 carboxylic acid synthase gene linked to the female(F) locus that enhances female sex expression in cucumberJ. Plant Cell Physiol, 1997, 113:987-995.艾辛,祝莉莉,舒理慧，等.黃瓜植株性別表現(xiàn)與3種氧化酶同工酶的關(guān)系J.武漢

18、植物學(xué)研究,2000,18(3):184-188.陳中海，陳曉靜.雌雄異株果樹(shù)的性別決定及性別鑒定的研究進(jìn)展J.福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,29(4):429-434.蔡汝，陶俊,陳鵬.銀杏雌雄株葉片光合特性、蒸騰速率及產(chǎn)量的比較研究J.落葉果樹(shù),2000, 32(1):14-16.范雙喜社新民石刁柏性別表現(xiàn)與同工酶的關(guān)系J.北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1995,10(2):44-48.李國(guó)梁，林柏年，沈德緒.酚類(lèi)物質(zhì)在鑒別園藝雌雄性植物中的應(yīng)用研究J.園藝學(xué)報(bào),1993, 20(4): 397-398.王丙武，王雅清，莫華，等.杜仲雌雄株細(xì)胞學(xué)、頂芽及葉含膠量的比較J.植物學(xué)報(bào),1999,41(1): 11-15.王白坡,程曉建，戴文圣，等銀杏雌 雄株內(nèi)源激素和 核酸的變化J.浙江林學(xué) 院學(xué) 報(bào),1999,16(2): 114-118.王曉梅，宋文芹,劉松，等.利用AFLP技術(shù)篩選與銀杏性別相關(guān)的分子標(biāo)記J.南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版，2001,34(1):5-9.徐東生，華光安,劉殊，等.獼猴桃雌雄識(shí)別的