交配过程构成了高等动物或高等植物亲代与子代间、子代与子代间的基本联系。与高等动物不同的是，高等植物不同类群乃至种内不同群体、不同个体之间交配式样有较大幅度的变化，了解交配系统(mating system)是研究植物群体中基因传递的前提。交配系统对植物群体遗传结构、进化和适应过程有着重要的作用，是群体遗传学研究的核心内容之一(王崇云等，1999)；在为遗传改良开展的数量遗传学研究中, 绝大多数的遗传参数估算都必须以交配系统为基础；遗传资源保护方案的制定也与交配系统密切相关(曾燕如等，2002)。异交率(outcrossing rate)为交配系统的特征参数(王崇云等，1999)。国外, 植物交配系统的研究始终受到重视, 特别是同工酶技术兴起后, 研究的物种数在不断增加(Godt et al., 1993; Levin, 1995; Marshall et al., 1998; David et al., 1999; Ivey et al., 1999; Melende-Ackerman et al., 2001; Li et al., 2002; Seltmann et al., 2008)，技术也较为成熟。而国内对植物交配系统的理论研究较少，近几年出现了一些专题研究，植物种类涉及草本(汪小凡等，1998)以及少数几个针阔叶树种(赖焕林等，1997)，研究群体以天然群体为主。

花楸树(Sorbus pohuashanensis)为蔷薇科(Rosaceae)苹果亚科(Maloideae)花楸属(Sorbus)落叶小乔木，为我国花楸属分布较广的树种(郑万钧，1985)，具有良好的开发利用前景。以往国内对其研究及应用较少，其多种价值尚待开发，目前研究主要集中在繁育技术(高惠等，1997; 陈荣伟等，2004; 王爱芝等，2005; 沈海龙等，2006)、引种驯化(姜雁等，2001)及其野生资源的地理分布、生境(郑健等, 2007)等方面，关于其交配系统方面的研究尚未见报道。本文采用同工酶遗传标记对花楸树天然群体的异交率进行分析，以便对其遗传资源的保护、科学利用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

分别在山东崂山(SDL)、山东泰山(SDT)、山西庞泉沟(SXP)、河北白石山(HBB)、河北驼梁山(HBT)、辽宁老土顶子(LNL)6个天然群体取样。分单株采集果实, 采种母树间隔≥50 m, 且生长正常无病虫害，按常规处理获得纯净种子后储存于冰箱备用。各取样群体的地理位置和样本数量详见表 1。

参照吴超(2007)的方法进行种子发芽处理。种子休眠打破之后, 在培养箱中培养4~7天, 以胚轴伸长后的幼苗为材料进行酶提取。同工酶分析的样本量为:SDL，SXP，HBB，LNL 4个群体各取12个家系, 每家系30个单株; SDT，HBT 2个群体因发芽率较低，各取30个家系, 每家系10个单株。

1.2 试验方法 1.2.1 酶提取、电泳及染色

酶提取液参照王中仁(1996)、吴超(2007)，对磷酸提取缓冲液配方略作修改。淀粉凝胶电泳液参照王中仁(1996), 采用L-组氨酸/柠檬酸(pH6.5)电泳缓冲液及相应的凝胶缓冲液系统, 对3个酶系统6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(PGD)、磷酸葡萄糖异构酶(PGI)、磷酸葡萄糖变位酶(PGM)进行分析。

电泳条件和染色方法参照王中仁(1996)、Soltis等(1983)和Cleliak等(1984)的配方与方法。电泳在4 ℃冰箱内进行, 30 mA恒电流1.5 h, 然后50 mA恒电流4 h左右。电泳结束后, 将凝胶水平分切为3片, 分装于3个染色盒内, 加入相应酶系统的染色液, 置于避光处进行染色。

1.2.2 数据分析

通过对幼苗(2倍体)的同工酶电泳，记录各酶系统表达的位点及其等位基因。异交率是反映交配系统的最主要参数，异交率的测定有多种方法，目前使用最普遍的是基于Fyfe等(1951)提出的混合交配模型。Ritland(2002)根据该模型导出的多位点异交率估测模型(MLT)则是最常用的异交率估测方法之一，本研究采用这个方法估测花楸树天然种群的异交率。该程序根据各家系子代基因型频率估计群体花粉库基因频率(p)、单位点和多位点异交率(t_s，t_m)、多位点异交率与单位点异交率平均值的差值(t_m-t_s，若大于0，表示双亲存在着近交或者自交)、子代内异交父本相关系数(即随机抽取的2个子代属于全同胞家系的概率)(r_p)、母本异交率(r_t)。估计值的方差通过100~500次家系间重复抽样(bootstraps)求得。

近交是自交和亲缘关系相近的个体间的交配，是相对的概念。近交所带来的危害主要表现为近交衰退，是指由于近交(自交和亲缘个体间的异交)导致后代适合度(fitness)下降的现象。本研究参照陈小勇等(2002)的方法，估测花楸树天然群体近交衰退程度。计算公式为：δ=1-2F(1-s)/s(1-F)，式中，s，F分别为自交率、近交系数，通过MLT程序测定。

2 结果与分析 2.1 同工酶谱带模式图

在所检测的PGM，PGI，PGD 3个酶系统中，共有8个多态位点，其中，Pgm-1，Pgi-1分别有3个等位基因，Pgm-2，Pgm-3，pgi-2，pgd-1，pgd-2，pgd-3分别有2个等位基因(图 1)。

2.2 花粉和胚珠库中(雄、雌配子库)基因频率

花粉库(父本)中等位基因频率与胚珠库(母本)中相应等位基因频率进行比较(表 2)。上述8个位点中，雌雄配子在不同群体的比例不尽相同，从配子的比例可以看出PGI-1a，PGI-2b，PGD-1b，PGD-2a 4个等位基因的频率较低，PGM-2b，PGM-3a，PGI-1c，PGI-2a，PGD-1a，PGD-2b 6个等位基因的频率较高，对其进行的t检验结果显示，6个群体的雌雄配子比例差异均不显著，说明花楸树各位点基因的配子比例处于平衡状态。

比较6个群体还发现，各群体等位基因频率之间存在一些差异，SXP，HBB，LNL 3个群体中，PGM-3b等位基因的频率较低，而在其他3个群体中较高；SXP群体PGD-1b等位基因频率明显高于其他5个群体。产生这一差异的原因可能是群体内成熟个体间产生的花粉量不同而造成的；另外，采种母树的年龄也影响花粉的产量。这种由于花粉产量不同而导致基因频率相异的现象在针叶树种中已有报道(Morgante et al., 1991)。此外，有限的花粉扩散以及配子水平上的选择作用也可导致花粉库与配子库估测的基因频率存在差异(Apsit et al., 1989; Seltmann et al., 2008)。

2.3 群体异交率估计

用多位点估测模型估计各群体的单位点异交率t_s、多位点异交率t_m以及群体平均异交率t_sa(表 3)，花楸树各群体的异交率都很高，多位点异交率t_m略高于单位点异交率t_s估计的结果。SDL，SDT，SXP，HBT，HBB，LNL 6个群体中单位点测定的异交率t_s变化较大，其平均值t_sa分别为0.859，0.892，0.933，0.806，0.864，0.943，以LNL群体为最高。χ²检验表明，不同位点得出的异交率存在极显著差异(表 3)。多位点异交率(t_m)在SDT，SXP，HBT，HBB，LNL 5个群体中均为1；SDL群体的t_m为0.981，表示有极少的子代来自自交或近交。

从t_m与t_s的差值来看，除SDL群体为负值(-0.10)外，其他5个群体的t_m-t_s均为正值，SDT，SXP，HBT，HBB，LNL分别为0.04，0.009，0.012，0.009，0.001，而且都很低，说明花楸树的6个群体存在双亲近交现象，但近交程度极低。

子代内异交父本相关系数r_p在SDL，SDT，SXP，HBT，HBB，LNL 6个群体中分别为0.193，0.081，0.238，0.420，0.392，0.260，以HBT群体最高，表明在HBT群体中随机抽取的1对子代属于全同胞家系的概率最高，而后依次为HBB，LNL，SXP，SDL，SDT，以SDT群体为最低。各群体母本异交率r_t均较低，并且没有明显差异，进一步说明花楸树近交程度很低。

2.4 群体近交衰退估计

由MLT程序计算的6个群体的近交系数F除了HBT群体为0.001±0.003外，其他5个群体均为0.000，再根据近交衰退计算公式计算的近交衰退δ=1，这意味着自交后代的适合度为0。

3 讨论

多态酶位点特别适用于估计植物交配系统，为研究植物群体的遗传变异提供了快速而有效的方法。多位点异交率估计值不太受混合交配模型假设条件的限制，在理论上受血亲交配影响小，因而能真实反映群体内的自花授粉程度。花楸树交配系统的遗传机制尚不清楚，本研究中花楸树参试的6个群体的多位点异交率为1或接近1，与其他阔叶树种基本相符(Mandal et al., 1995; Philip et al., 2000)。本研究中，各群体多位点与单位点异交率的差值(t_m-t_s)很低，其子代内异交父本相关系数r_p在0.081~0.420间变化，这些都充分表明花楸树是一高度异交的树种，其近交程度低，是以异交为主要的交配方式。以上结果的产生可能与花楸树传粉特性有关，花楸树隶属于苹果亚科，为两性花，关于其传粉机制尚未见报道，其同属物种欧洲花楸(S. aucuparia)是典型的自交不亲和、虫媒传粉植物，交配方式为异交(Kelly, 1994; Pías et al., 2006)。本文结果表明花楸树交配方式与欧洲花楸相同，据此推断花楸树可能为虫媒传粉植物，自花授粉败育，即存在高度自交不亲和机制。再者，花楸树作为伴生树种呈散生分布，而且分布密度较低，有的群体中的花楸树呈孤立木形式存在(郑健等，2007)。在采种时发现这种孤立木没有结实，可能是由于不能得到外源花粉导致不能完成授粉，本研究发现花楸树异交率高，为解释上述现象提供了理论依据。需要说明的是，本研究结果是通过分析有活力的种子幼苗而估得的异交率，这个结果可能比实际的异交率稍高(赖焕林, 1995)。

近交衰退对植物后代适合度的影响体现在生活史的各个阶段，一般来说，多数异交物种表现出较严重的近交衰退，部分自交物种也会表现出近交衰退(Charlesworth et al., 1987)。花楸树为多年生小乔木，很难追踪其全部生活史来测定其自交后代和异交后代的相对适合度，本研究中采用同工酶电泳数据测定的花楸树天然群体的近交衰退很严重，可能是由于利用电泳数据有一些基本假设不完全相符所致，如世代间近交系数基本不变；此外，由于受取样误差的影响，也可能会高估其近交衰退程度。较高的近交衰退是物种交配系统进化的重要压力，物种要么形成适应近交的机制，要么形成防止近交发生的机制，从花楸的生物学特性，可以推断花楸树似乎逐渐形成避免近交发生的机制，如自交不亲和或者自交不育，这还需要做人工隔离和控制授粉试验进一步证实。