بررسی تنوع ژنتیکی گونه بلندمازو در جنگل‌های نکا و نور مازندران با استفاده از فعالیت آنزیمی پروکسیداز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور،‌ ایران

2 بخش منابع طبیعی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی مازندران، ساری،‌ ایران

چکیده

برای بررسی تنوع ژنتیکی درون و بین جمعیتی گونه بلوط بلندمازو (Quercus castanefolia) بر اساس فعالیت کمّی و کیفی آنزیم پراکسیداز، از 50 پایه درخت بلندمازو در پنج رویشگاه در جنگل‌های نکا و نور مازندران از ارتفاع 170 تا 1100 متر از سطح دریا، نمونه‌های شاخه یک‌ساله برداشت شد. پس از عصاره‌گیری از نمونه‌ها، بررسی کمّی آنزیم پروکسیداز با استفاده از دستگاه اسپکتوفتومتر UV و بررسی کیفی آن با استفاده از روش پلی‌اکریل‌آمید ژل الکتروفورز (PAGE) انجام گردید. بر اساس نتایج بررسی کمّی آنزیم پروکسیداز، بیشترین میزان فعالیت آنزیم به رویشگاه‌های واقع در ارتفاع میان‌بند (لاویج نور و خرم‌چماز نکا) مربوط شد. در بررسی کیفی آنزیم پروکسیداز با توجه به الگوهای باندی، رویشگاه‌های مورد بررسی در سه گروه قرار گرفتند و رویشگاه لایی‌پاسند (واقع در ارتفاعات) از بقیه جدا گردید. آنالیز خوشه‌ای باندهای ایزوآنزیمی 50 پایه بلندمازو را در 10 خوشه قرار داد. بیشترین فاصله ژنتیکی بین رویشگاه‌های میان‌بند و بالابند مشاهده شد. کمترین فاصله ژنتیکی بین رویشگاه‌های میان‌بند و پایین‌بند دیده شد. تغییرات ارتفاعی به خوبی در گروه‌بندی رویشگاه‌ها ایفای نقش کرده است به‌طوری‌که بیشترین فاصله ژنتیکی بین پایه‌های مرتفع‌ترین رویشگاه با پایه‌های کم ارتفاع‌ترین رویشگاه دیده شده است. بررسی تکثر آللی، تعداد آلل مؤثر و هتروزیگوسیتی و مقایسه مقادیر فوق با مطالعات خارجی نشان داد که تنوع آللی و هتروزیگوسیتی در جمعیت بلوط‌های هیرکانی بیشتر از بلوط‌های اروپاست، اما تنوع درون‌ جمعیتی بلوط هیرکانی بیشتر از تنوع برون‌جمعیتی آن است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An investigation of genetic variation of (Quercus. castaneafolia C. A. Mey) in Neka and Noor forest of Mazandarn using peroxides activities.

نویسندگان [English]

  • Shahla Reisi 1
  • Seyed Gholamali Jalali 1
  • Kambiz Espahbodi 2
1 Department of Forestry, Faculty of Natural Resource, Trabiat Modares University, Noor, Iran
2 Agricultural and Natural Resources Research Center of Mazandaran, Sari, Iran
چکیده [English]

In order to determine the within and between genetic variation of Caspian oak (Quercus. castanefolia) populations, Based on quantitative and qualitative peroxides activity, 50 trees were selected in 5 habitats in Neka and Noor forest of Mazandaran in Iran. Habitat were located from 170 to 1100 meter above see level. One-year-old branch samples of trees was prepared to enzyme extraction. Quantitative studies accomplished by UV spectrophotometer (in 530 NM wave lengths) and qualitative studies performed by poly acryl amid gel electrophoresis (PAGE). Based on quantitative studies results, the most peroxides activity related to midland habitats (Ladvije and Khoram Chamaz). According to isozyme bands grouping, all five habitats classified in three groups. Laei Pasand habitat (1100 meter a.s.l.) performed a single group. A cluster analysis of 50 trees performed 10 clusters. The most genetic distance had been seen between midland habitats and highland habitats. The minimal genetic distance related to some trees of lowland habitats and midland habiatats. Therefore elevation changes were great role in habitats classification. According to allelic diversity, and heterozygosis values (compared with foreign studies) genetic variation of Caspian oak was higher than the European oaks habitats, but within genetic variation of Caucasian oak habitats was more than it's between genetic variation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Quercus castanefolia
  • Peroxides
  • Genetic variation
  • Allelic diversity
  • Heterozygosis
  • Genetic distance

مقدمه

 

جنگل‌ها از مهمترین منابع تجدید‌شونده و تأمین‌کننده نیازهای گوناگون انسان هستند، بنابراین اطلاع از روش‌های اصلاح درختان در جهت حفظ و توسعه این سرمایه در حال تخریب، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. درخت بلندمازو (Quercus. castanefolia C. A. Mey) مخصوص جنگل‌های خزر بوده و از سایر گونه‌های جنس بلوط فراوان‌تر است، و در ارتفاعات ساحلی پایین‌بند تا ارتفاعات میان‌بند و فوقانی جنگل‌های خزری دیده می‌شود (ثابتی، 1382).

پژوهشگران بسیاری تنوع گونه‌های درختی را با استفاده از آنزیم پراکسیداز بررسی کرده‌اند.الگوهای وراثت‌پذیری پراکسیداز در اکالیپتوس
Eucalyptus viminalis (پرهیزکار و همکاران، 1381)؛ در بارانک (Sorbus torminalis) (ایرانمنش و همکاران، 1385)؛ در راش شرقی (Fagus orientalis Lipsky) (ذوالفقاری و همکاران، 1386)؛ در نارون‌ها (Ulmus) (Feret and Statrs, 1971)؛ در صنوبرها (Populus tremuloides) (Mitton and Grant, 1980)؛ و در جمعیت‌های طبیعی از Pinus oocarpa(Saenz-Romero and Tapia-Olivares, 2003) بررسی شده است.

بررسی تغییرات ایزوآنزیمی در جنس‌های بلوط نشان داد که تغییرپذیری در گونه‌های بلوط، بالا و مشابه سوزنی‌برگان است (Hamrick et al., 1992). بررسی تغییرات ژنتیکی بلوط چوب‌پنبه (Q. sobur) در
7 جمعیت مدیترانه‌ای آن در اسپانیا با استفاده از
13 جایگاه در 7 سیستم آنزیمی نیز نشان داد که بلوط چوب‌پنبه دارای مقدار بالایی از هتروزیگوسیتی (28/0H=) است. همچنین، میانگین تعداد آلل برای هر جایگاه 46/2 و تنوع درون جمعیتی 9/16 درصد از تنوع کل برآورد شد (Elena-Rossello and Cabrera, 1996).

در بررسی دیگر 14 جایگاه از 12 سیستم آنزیمی از 18 جمعیت بلوط چوب‌پنبه مطالعه و میانگین هتروزیگوسیتی مورد انتظار 158/0 و میانگین تعداد آلل‌ها 07/2 محاسبه شد (Jimenez et al., 1999).

بنابراین، به دلیل ارزش بالای صنعتی گونه بلندمازو در جنگل‌های هیرکانی، این تحقیق به مطالعه تنوع ژنتیکی آن با استفاده از نشانگر ایزوآنزیمی در پنج رویشگاه طبیعی از جنگل‌های هیرکانی پرداخته است.

 

مواد و روش‌ها

سه رویشگاه بلندمازو در جنگل‌های نکا، شامل کوهسار کنده، خرم‌چماز و لایی‌پاسند و دو رویشگاه در جنگل‌های نور شامل لاویج و چمستان در حوزه اداره کل منابع طبیعی مازندران در سه نیمرخ ارتفاعی پایین‌بند، میان‌بند و بالابند شناسایی گردید (شکل 1 و جدول 1). در هر رویشگاه 10 پایه سالم درخت بلندمازو، با فاصله تقریبی 50 تا 100 متر از همدیگر برای اجتناب از قرابت‌های احتمالی رویشی
(Miles et al., 1995) به طور تصادفی انتخاب و علامت‌گذاری شدند. ابتدا با بررسی اندام‌های برگ، شاخه یک‌ساله، شاخه دوساله، شاخه سه‌ساله و بذر، مناسب‌ترین اندام برای ظهور باندهای آنزیمی بررسی گردیدکه شاخه‌های یک‌ساله انتخاب شدند. سپس در فصل بهار نمونه‌برداری از شاخه یک‌ساله، از قسمت جنوبی تاج هر درخت صورت گرفت. برای حفظ رطوبت، نمونه‌ها درون کیسه نایلونی و در مجاورت یخ قرار داده شده، بلافاصله برای عصاره‌گیری به آزمایشگاه منتقل شدند.

در بعضی از قسمت‌های متن، رویشگاه‌ها با علامت اختصاری بیان شده‌اند که این علایم عبارتند از: چمستان (Ch)، لاویج (L)، کوهسار کنده (K)، خرم‌چماز (Kh) و لایی‌پاسند (Lp).

 

  

شکل 1- موقعیت جمعیت‌های مورد مطالعه (تصویر پایین: جنگل لایی‌پاسند)

 

جدول 1- اطلاعات جغرافیایی مناطق مورد مطالعه

منطقه

جمعیت

طول جغرافیایی

عرض جغرافیایی

ارتفاع از سطح دریا

شهرستان نور

چمستان

²40 ´04°53

²52 ´28 °36

127 متر

شهرستان نور

لاویج

²05 ´05°53

²54 ´25 °36

470 تا 527 متر

شهرستان نکا

کوهسارکنده

²18 ´19 °53

²50 ´ 35 °36

134 تا 160 متر

شهرستان نکا

خرم‌چماز

²15 ´31 °53

²30 ´33 °36

604 تا 649 متر

شهرستان نکا

لایی‌پاسند

²08 ´ 39 °53

²31 ´31 °36

1069 تا 1115 متر

 

 

فعالیت کمّی آنزیم با دستگاه اسپکتوفتومتر بررسی شد و برای تجزیه و تحلیل داده‌های کمّی از آزمون ANOVA، و مقایسات چندگانه دانکن استفاده گردید. فعالیت کیفی پراکسیداز به روش ژل الکتروفورز (PAGE) و تفسیر زیموگرام‏های ترسیمی انجام گردید. بررسی همزمان فعالیت کمّی و کیفی نشانگر توسط تجزیه و تحلیل خوشه‎ای و به روش Ward's و با استفاده از نرم‌افزار JMP انجام و نتایج حاصل به صورت دندروگرام ترسیم شد. برای بررسی فعالیت کیفی آنزیم پراکسیداز از نرم‌افزار GenAlEx-Genetic Analysis in Excel نسخه 4/6 (Peakall and Smous, 2006) استفاده شد. شاخص‌های، تعداد آلل در جایگاه ژنی (Na)، تعداد مؤثر آلل (Ne)، اندیکس شانون (I)، هتروزیگوتی مشاهده شده (Ho) و هتروزیگوسیتی مورد انتظار (He) محاسبه گردید. مقادیر آماری F ارایه شده توسط (Wright, 1931 and 1951) با استفاده از مقدار هتروزیگوسیتی، سه سطح لقاح درون‌ گروهی، شاخص ثبات درون گروهی (Fis)، شاخص ثبات بین گروهی (Fit) و شاخص ثبات کل گروهی (Fst) محاسبه شد و مقادیر فوق برای بررسی هرگونه انحراف از معادله هاردی- وینبرگ در جمعیت و تمایز ژنتیکی بین پنج جمعیت مورد بررسی به‌کار می‌روند.

 

 

 

نتایج

نتایج بررسی فعالیت کمّی پراکسیداز

نتایج تجزیه واریانس فعالیت کمّی آنزیم پراکسیداز نشان داد که رویشگاه‌های مورد بررسی در 10 ثانیه اول، هیچ اختلافی با هم ندارند، ولی در 60 ثانیه و 120 ثانیه با یکدیگر تفاوت معنی‌داری نشان دادند (جدول 2)؛ به‌طوری‌که در هر دو زمان رویشگاه لاویج دارای بیشترین میانگین و چمستان و لایی‌پاسند کمترین میانگین را دارا بودند (جدول 3). بررسی تنوع بین پایه‌های هر جمعیت از نظر فعالیت کمّی آنزیم پروکسیداز نشان داد که در رویشگاه‌های لاویج نور و نیز خرم‌چماز نکا پایه‌های موجود رویشگاه، در گروه‌های بیشتری نسبت به سایر رویشگاه‌ها گروه‌بندی شده‌اند (جدول 4).

 

 

جدول 2- تجزیه ورایانس تفاوت بین رویشگاه‌ها در فعالیت کمّی آنزیم پروکسیداز

F

داخل رویشگاه‌ها

بین رویشگاه‌ها

منابع تغییر

43/1ns

002/0

002/0

فعالیت در 60 ثانیه

43/7**

015/0

113/0

فعالیت در 120 ثانیه

46/8**

004/0

035/0

میانگین فعالیت در 60 ثانیه

**: اختلاف در سطح P<0.01 معنی‌دار شد. ns: اختلاف تیمارها معنی‌دار نشد.

 

جدول 3- میانگین و انحراف معیار بررسی کمّی پراکسیداز در رویشگاه‌های مورد مطالعه

60 ثانیه

120 ثانیه

میانگین60 ثانیه

رویشگاه

a014/0 ±027/0

c014/0± 077/0

c008/0± 052/0

چمستان

a014/0± 049/0

a058/0± 33/0

a029/0± 19/0

لاویج

a017/0± 055/0

b052/0± 21/0

ab029/0± 139/0

کوهسارکنده

a006/0± 034/0

bc036/0± 18/0

bc017/0± 11/0

خرم‌چماز

a007/0± 019/0

c011/0± 079/0

c006/0± 049/0

لایی‌پاسند

حروف نامشابه نشانه اختلاف معنی‌دار رویشگاه‌ها در سطح P<0.05 است.

 

جدول 4- تعداد گروه‌بندی در رویشگاه‌های مختلف بر اساس فعالیت کمّی آنزیم پروکسیداز

تعداد خوشه در فاصله 10

تعداد خوشه در فاصله 5

رویشگاه

2

3

چمسان نور

3

4

لاویج نور

2

3

کوهسارکنده نکا

3

4

خرم‌چماز نکا

2

3

لای‌پاسند نکا

 


 

 

 

نتایج بررسی فعالیت کیفی پراکسیداز

در بررسی فعالیت کیفی پراکسیداز در نمونه‌های شاخه یک‌ساله، مجموعاً هفت باند 15، 17، 19، 39، 41، 42 و 45 مشاهده شد. سه باند 15، 17 و 19 در بخش مولکول‌های سنگین (در یک سوم شروع حرکت عصاره، یعنی در 33% طول ژل) و باندهای 39، 41، 42 و 45 در منطقه مولکول‌های متوسط (در یک سوم میانی طول حرکت عصاره برروی ژل بین 33 تا 66% فاصله شروع حرکت عصاره بر روی ژل) قرار داشتند. در ناحیه مولکول‌های سبک هیچ باندی دیده نشد.

باند شماره 15 فراوانی100 درصد را نشان داد و در هر 50 پایه مورد بررسی دیده شد. باند شماره 17، دارای فراوانی 52 درصد است؛ یعنی پایه‌های 1 تا 10 چمستان، پایه‌های 1، 2، 3، 5، 6 و 7 لاویج، پایه‌های 7، 8 و 9 کوهسارکنده و پایه‌های 3، 4، 5، 6، 7، 9 و 10 لایی‌پاسند را شامل می‌شود. باند شماره 19 دارای فراوانی 26 درصد بوده، 13 تا از پایه‌های درختی را شامل می‌شود. که پایه‌های 1 تا 10 خرم‌چماز، پایه 1 کوهسارکنده و پایه 8 و 10 لاویج را در بر می‌گیرد.

باند شماره 39 که فقط در 10 تا از پایه‌ها مشاهده گردید، فراوانی 20 درصد را نشان داد، که در پایه‌های 1، 2، 4، 6 و 8 لایی‌پاسند، پایه‌های 6، 7، 8 و 9 کوهسارکنده و پایه 6 چمستان دیده شد. باند 41 فقط با 2 درصد فراوانی، در پایه 10 لاویج دیده شد. باند 42 با داشتن 26 درصد فراوانی در پایه‌های 3 و 5 لایی‌پاسند پایه‌های 1، 2، 3، 4، 6 و 7 لاویج و پایه‌های 1، 6، 9 و 10 چمستان مشاهده گردید. باند 45 با 14 درصد فراوانی در پایه‌های 2، 3 و 4 کوهسارکنده، 1، 2 و 3 خرم‌چماز و پایه 8 لاویج دیده شد (شکل‌های 2 تا 5).

 

 

نتایج گروه‌بندی باندهای آنزیمی جوامع بلوط با استفاده از آنالیز خوشه‌ای

نتایج حاصل از گروه‌بندی درختان در مناطق مختلف به صورت دندروگرام مشخص گردید و درختان هر منطقه پس از تعیین خط برش و بر اساس شباهت‌های ژنتیکی به خوشه‌ها یا کلاسترها تقسیم شدند. نتایج گروه‌بندی باندهای آنزیمی با نرم‌افزار JMP، 10 خوشه را نشان داد؛ به این ترتیب که: پایه‌های 1، 3، 4، 5، 9 و 10 چمستان به همراه پایه 3 و 5 لایی‌پاسند و 2 و 3 لاویج در خوشه اول قرار گرفتند. پایه‌های 2، 7، 8 چمستان 9 و 7 لایی‌پاسند در خوشه دوم، پایه‌های 2، 3 و 4 کوهسارکنده در خوشه سوم، پایه 8 لاویج و 2، 3 و 4 خرم‌چماز در گروه چهارم، و پایه‌های 4، 5، 6، 7، 8، 9 و 10خرم‌چماز به همراه پایه‌های 1 کوهسارکنده و 1 لایی‌پاسند در خوشه پنجم قرار گرفتند. پایه‌های 1، 4، 6 و 7 لاویج و 10 کوهسارکنده در خوشه ششم، پایه‌های 5 و 9 لاویج به همراه 5 و 6 کوهسارکنده در خوشه هفتم، و پایه 6 و 4 لایی‌پاسند، 3 و 4 کوهسارکنده و 6 چمستان در خوشه هشتم قرار گرفتند. در خوشه نهم پایه‌های 1، 2 و 8، لایی‌پاسند و در خوشه دهم (آخر) پایه 10 لاویج و 7 کوهسارکنده قرار گرفتند (شکل 6).

نتایج گروه‌بندی فعالیت آنزیم در بین رویشگاه‌ها نشان می‌دهد که رویشگاه‌ها در سه گروه قرار دارند: در گروه اول رویشگاه‌های چمستان، لاویج و خرم‌چماز؛ در گروه دوم رویشگاه کوهسارکنده و در گروه سوم رویشگاه لایی‌پاسند مشاهده می‌شوند (شکل 7).

 

 

 

   

شکل 2- فراوانی تعداد باندها در رویشگاه‌های مورد بررسی

شکل 3- زیموگرام ژل الکتروفورز مربوط به پراکسیداز شاخه پایه‌های 1 تا 4 کوهسارکنده K1) تا (K4، پایه‌های 1 تا 10 خرم‌چماز KH1) تا (KH10 و پایه‌های 8، 9 و 10 لاویج L8)، L9 و (L10

   

شکل 4- زیموگرام ژل الکتروفورز مربوط به پراکسیداز شاخه پایه‌های 5 تا 10 کوهسارکنده k5) تا (k10 و پایه‌های 1 تا 10 لایی‌پاسند lp1) تا (lp10

شکل 5- ژل الکتروفورز مربوط به پراکسیداز شاخه پایه‌های 3 تا 7 لاویج l3) تا (l7 و پایه‌های 1 تا 10 چمستان ch1) تا (ch10

 

 

شکل 6- دندوگرام حاصل از آنالیز خوشه‌ای فعالیت آنزیمی درختان بلندمازو در مناطق مورد بررسی با استفاده از نرم‌افزار JMP و به روش Ward's

 

 

 

شکل 7- دندوگرام حاصل از آنالیز خوشه‌ای فعالیت آنزیم در بین رویشگاه‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS

 

 

نتایج تجزیه و تحلیل ژنتیکی بر اساس باندهای ایزوآنزیمی

مشاهده باندها بر روی ژل نشان داد که دو ناحیه باند بر روی ژل نمایان هستند که دارای فعالیت کافی هستند. ویژگی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ژنتیکی در پنج رویشگاه بلندمازو نشان داد که میانگین شاخص‌های اصلی، مقادیر تعداد آلل (Na)، تعداد آلل‌های مؤثر (Ne)، اندیکس شانون (I)، هتروزیگوسیتی مشاهده شده (Ho) و هتروزیگوسیتی مورد انتظار (He) به ترتیب برابر با 4، 38/3، 27/1، 8/0و 70/0 است (جدول 4).

تعداد مؤثر آلل که مقیاسی برای محاسبه تنوع ژنتیکی در میان جمعیت‌هاست، از 98/2 در رویشگاه خرم‌چماز تا 84/3 در رویشگاه لایی‌پاسند متغیر است.

هتروزیگوسیتی مشاهده شده بین 1 تا 6/0 است و در رویشگاه‌های چمستان، خرم‌چماز و لایی‌پاسند بیشتر از حد هتروزیگوسیتی مورد انتظار، و در دو رویشگاه لاویج و کوهسارکنده، میزان هتروزیگوسیتی مشاهده شده، اندکی کمتر از هتروزیگوسیتی مورد انتظار مشاهده شد (جدول 5).

مقادیر آماری F نشان داد اکثر رویشگاه‌های بلندمازو در تعادل بوده، دو جمعیت نقص جزئی در هتروزیگوت دارند (جدول 5). نتایج نشان داد اگرچه مقادیر F نشان‌دهنده نقص جزئی هتروزیگوت‌هاست، ولی تعداد رویشگاه‌هایی که زیادی هتروزیگوت (با مقادیر منفی F) نشان می‌دهند، بیشتر از تعداد رویشگاه‌هایی با نقص هموزیگوت (با مقادیر مثبت F) است. عموماً مقدار مثبت Fis (شاخص ثبات درون‌جمعیتی) و Fit (شاخص ثبات بین جمعیتی) نشان‌دهنده انحراف جزئی از معادله هاردی- وینبرگ به طرف افزایش هموزیگوت‌هاست. مقدار Fis و Fit برای پنج رویشگاه بلندمازو به ترتیب 14/0- و 035/0- محاسبه شد (جدول 5). Fis انحراف از توزیع تصادفی ژنوتیپی را اندازه‌گیری کرده، ارتباط بین آلل‌های مشابه درون جمعیت‌ها را نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، مقیاسی برای مقایسه لقاح درون گروهی (Inbreeding) است. Fis منفی نشان از کمبود هموزیگوت‌ها در جمعیت‌هاست.

مقدار Fst (شاخص ثبات کل جمعیتی) بیان‌کنندة چگونگی شرکت تک تک جایگاه‌های ژنی در تمایز ژنتیکی است و بین 0 تا 1 است. مقادیر به سمت یک نشان‌دهندة میزان تمایز جمعیت‌ها از یکدیگر است. مقادیر کم Fst نشان‌دهنده درجه پایین پلی‌مورفیسم است. مقدار Fst برای پنج رویشگاه بلندمازو 092/0 محاسبه شد (جدول 6).

شارش ژنی بین جمعیت‌ها و درون جمعیت‌ها یک نیروی تکاملی به ‌شمار‌ می‌رود که ساختار و تنوع ژنتیکی را در مکان و زمان تعیین می‌کند. شارش ژنی معمولاً با انتقال بذر و گرده اتفاق می‌افتد. شارش ژنی در گونه‌هایی که توسط باد گرده‌افشانی می‌شوند، تا مسافت‌های بیشتری انتقال می‌یابد و تفاوت ژنتیکی بین جمعیتی را کم می‌کند (Govindaraju, 1989). مقدار شارش ژنی برای گونه بلندمازو 47/2 محاسبه شد.

مقدار شباهت و فاصله ژنتیکی برای پنج رویشگاه بلندمازو به روش Nei (1978) محاسبه گردید. مشاهد شد که مقدار شباهت ژنتیکی Nei دامنه‌ای بین 46/0 تا 94/0 داشته است و دو رویشگاه خرم‌چماز و لاویج بیشترین شباهت را نشان دادند (جدول 7). فاصله ژنتیکی بین 05/0 و 75/0 است که بیشترین اختلاف ژنتیکی بین دو جمعیت لایی‌پاسند و لاویج مشاهده گردید (جدول 8).

 

 

جدول 5- مقایسه شاخص‌های ژنتیکی آنزیم پراکسیداز در پنج رویشگاه بلوط بلندمازو

رویشگاه

N

Na

Ne

I

Ho

He

F

چمستان

10

5

125/3

305/1

1

68/0

47/0-

لاویج

10

4

39/3

287/1

70/0

705/0

007/0

کوهسارکنده

10

4

571/3

314/1

6/0

72/0

167/0

خرم‌چماز

10

3

985/2

096/1

7/0

665/0

05/0-

لایی‌پاسند

10

4

846/3

366/1

1

740/0

035/0-

میانگین

10

4

383/3

274/1

8/0

702/0

14/0-

اشتباه معیار

0

316/0

154/0

046/0

084/0

013/0

118/0

 

جدول 6- مقدار شاخص ثبوت (F) برای پنج رویشگاه بلندمازو

جایگاه‌ ژنی

Fis

Fit

Fst

Nm

آنزیم پراکسیداز

140/0-

035/0-

092/0

47/2

 

جدول 7- ماتریکس Nei (1978) شباهت ژنتیکی در بین پنج رویشگاه بلندمازو

 

چمستان

لاویج

کوهسارکنده

خرم‌چماز

لایی‌پاسند

چمستان

1

 

 

 

 

لاویج

46/0

1

 

 

 

کوهسارکنده

91/0

60/0

1

 

 

خرم‌چماز

57/0

94/0

63/0

1

 

لایی‌پاسند

81/0

46/0

88/0

55/0

1

 

جدول 8- ماتریکس Nei (1978) فاصله ژنتیکی در بین پنج رویشگاه بلندمازو

 

چمستان

لاویج

کوهسارکنده

خرم‌چماز

لایی‌پاسند

چمستان

1

 

 

 

 

لاویج

46/0

1

 

 

 

کوهسارکنده

08/0

49/0

1

 

 

خرم‌چماز

55/0

05/0

45/0

1

 

لایی‌پاسند

20/0

75/0

11/0

58/0

1

 

 


بحث و نتیجه‌گیری

در بررسی زیموگرام باندهای ایزوآنزیمی، تنها دو ناحیه مولکول‌های سنگین و متوسط، مشاهده گردید و در ناحیه مولکول‌های سبک باندی دیده نشد (شکل‌های 3 تا 5). این امر احتمالاً به دو علت است: اولاً ممکن است رویشگاه‌های بررسی شده در ناحیه مولکول‌های سبک باندی نداشته باشند که این موضوع در بررسی صالحی شانجانی (1380) روی سرخدار، در دو رویشگاه گلستان و ارسباران نیز گزارش گردید. وی مشاهده کرد که در کلیه نمونه‌ها، باندهای ایزوآنزیمی کُند رونده، یا اصلاً وجود ندارد و یا فعالیت ناچیزی دارند؛ دوم ممکن است به دلیل فصل نمونه‌برداری باشد. در فصل بهار به علت گرمای هوا، فعالیت آنزیم پروکسیداز کم شده، لذا احتمال دارد در ناحیه مولکول‌های سبک (کُند رونده) باندی ایجاد نشده باشد. تأثیر فصل نمونه‌برداری در ظهور باندهای آنزیمی گونه درختی بارانک از سوی ایرانمنش و همکاران (1380) گزارش گردید. به‌ هر حال، بررسی فعالیت آنزیمی در فصول مختلف سال برای بلندمازو ضروری به نظر می‌رسد.

بررسی فعالیت کیفی پراکسیداز باند شماره 15 با فراوانی 100 درصد در تمام پایه های مورد بررسی هر پنج رویشگاه دیده شد. بنابراین، این باند می‌تواند به عنوان باند پایه بررسی آنزیمی بلندمازو معرفی شود. در میان رویشگاه‌های مورد بررسی رویشگاه لاویج 6 باند، کوهسارکنده 5 باند، رویشگاه‌های چمستان و لایی‌پاسند 4 باند و رویشگاه خرم‌چماز 3 باند نشان دادند. رویشگاه چمستان باند 15 و 17 و در رویشگاه خرم‌چماز باند 15 و 19 در هر 10 پایه مشاهده شد. در رویشگاه لاویج باند 19 تنها در پایه‌های 8 و 10، باند 41 تنها در پایه شماره 10 و باند 45 در پایه 8 مشاهده گردید و بقیه پایه‌ها فقط 3 باند (15، 17 و 42) را نشان دادند. در رویشگاه چمستان باند 39 فقط در پایه 6 و در رویشگاه کوهسارکنده باند 19 تنها در پایه 1 دیده شد (شکل 2). حضور و عدم حضور این باندها با فراوانی‌های متفاوت، باعث به وجودآمدن تنوع در میان و درون رویشگاه‌های مورد بررسی شده است. به نظر می‌آید پایه‌های 8 و 10 لاویج و 6 چمستان و 1 کوهسارکنده دارای تنوع متفاوتی نسبت به سایر پایه‌ها در رویشگاه‌های خود هستند.

نتایج آنالیز خوشه‌ای باندهای ایزوآنزیمی جوامع بلندمازو 10 خوشه را نشان داد (شکل 6) که کمترین فاصله ژنتیکی بین پایه 6 خرم‌چماز و 10 لایی‌پاسند و 9 و 8 کوهسارکنده بود و بیشترین فاصله ژنتیکی بین پایه 1 و 6 چمستان و 1 لاویج و 1 چمستان دیده شد و این امر احتمالاً به علت اختلاف ارتفاعی بین دو رویشگاه رخ داده است.

بررسی تنوع ژنتیکی 41 پایه بارانک از دو رویشگاه در جنگل‌های فریم توسط ایران منش در سال 1380، بررسی تنوع ژنتیکی گونه راش (Fagus orientalis) (صالحی شانجانی و همکاران، 1382) و بررسی تنوع ژنتیکی گونه پده (Populus euphratica Oliv.) (کلاگری و همکاران 1386)، از طریق آنزیم پراکسیداز نیز تفاوت‌های موجود بین پایه‌های مورد بررسی را ناشی از وجود تنوع در شرایط آب و هوایی و اکولوژیک حاکم بر مناطق مورد بررسی عنوان کرده‌اند. اگرچه در مجموع فعالیت آنزیم پروکسیداز در رویشگاه‌ها متفاوت بود و ممکن است این تفاوت به شرایط محیطی و یا گرمی هوا مربوط باشد. اما در هر یک از رویشگاه‌ها بین پایه ها نیز اختلاف وجود داشت و چون در یک رویشگاه شرایط اقلیمی مشابه است، بنابراین، این گوناگونی ممکن است به علت اختلاف ژنتیکی باشد.

تکثر آللی (Na)، تعداد آلل مؤثر (Ne)، هتروزیگوسیتی مشاهده شده (Ho) و هتروزیگوتی مورد انتظار از معاله هاردی- وینبرگ (He) به ترتیب
4، 38/3، 8/0 و 70/0 بود (جدول 4). مقایسه مقادیر فوق با مطالعات Rossello-Elena و Cabrera (1996) و Jimenez و همکاران (1999) نشان می‌دهد که تنوع آللی و هتروزیگوسیتی در جمعیت بلوط‌های هیرکانی بیشتر از بلوط‌های اروپاست و این امر را می‌توان به قدمت جنگل‌های هیرکانی نسبت به جنگل‌های اروپا نسبت داد که باعث افزایش تنوع ژنتیکی جنگل‌های هیرکانی شده است (مروی مهاجر، 1384).

بررسی مقادیر هتروزیگوسیتی نشان داد که هتروزیگوسیتی مشاهده شده (Ho) در سه رویشگاه چمستان، خرم‌چماز و لایی‌پاسند بیشتر و در دو رویشگاه لاویج و کوهسارکنده کمتر از هتروزیگوسیتی مورد انتظار بوده است (جدول 4). میزان هتروزیگوسیتی بین 0 تا 1 متغیر بوده، هرگاه میزان هتروزیگوسیتی مشاهده شده بزرگتر باشد بدان معناست که یک جدایی ژنتیکی در درون جمعیت در حال رخ دادن است. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد که تنوع در سه رویشگاه چمستان، خرم‌چماز و لایی‌پاسند قابل توجه است؛ اگرچه در جنگل‌های هیرکانی با افزایش ارتفاع، بلوط اوری (Q. macrocarpa) جایگزین بلوط بلندمازو می‌گردد (مروی مهاجر، 1384). رویشگاه لایی‌پاسند در ارتفاعی (1100 متر) واقع شده است که بلوط اوری در حال آشکار شدن است. به همین دلیل، وجود دورگه‌هایی از اوری و بلندمازو دور از انتظار نیست. اما علاوه بر شرایط خاص اقلیمی منطقه لایی‌پاسند (سرمای زیاد، دوره رویش کمتر و رطوبت کمتر نسبت به سایر رویشگاه‌ها)، این رویشگاه تا کیلومترها توسط روستاهای منطقه احاطه شده است. با توجه سنگینی بذر، این موضوع نیز می‌تواند سبب جدایی رویشگاه لایی‌پاسند از سایر رویشگاه‌ها شده باشد.

مقدار شارش ژنی در رویشگاه‌های مورد بررسی 47/2 محاسبه شد. این جریان ژن در میان جمعیت برای جلوگیری از تمایزهای محلی به علت رانش ژنتیکی به اندازه کافی بالا است (Wright, 1951). مقدار شارش ژنی در صورتی که بیشتر از یک باشد به این معناست که شارش ژنی کافی برای از بین بردن جدایی ژنتیکی بین گونه‌ها وجود دارد و هر گاه مقدار آن از 4 بیشتر گردد جمعیت‌ها به یک جمعیت مشابه تبدیل می‌شوند (Wright, 1931). مقدار شارش ژنی به دست آمده برای گونه بلندمازو (47/2=Nm) کمتر از شارش ژنی گزارش شده برای گونه بلوط چوب‌‌پنبه (57/2=Nm) (Elena-Rossello and Cabrera, 1996)، و بیشتر از شارش ژنی بین جمعیت‌های از Q. Rubrra
(Kremer et al., 1991) است. به هرحال، ویژگی‌های حیات گذشته گونه و تاریخچه تکاملی آن به صورت معنی‌داری بر مقدار شارش ژنی مؤثر است.

مقادیر تمایز ژنتیکی Fis) و (Fit نشان داد که تنوع درون جمعیتی بیشتر از تنوع برون جمعیتی است؛ در حالی‌که با توجه به سنگینی بذر بلوط و شعاع کم پراکنش طبیعی آن، انتظار می‌رفت تنوع درون جمعیتی بلندمازو از تنوع برون جمعیتی آن کمتر باشد. سطوح تنوع ژنتیکی می‌تواند از برخی ویژگی‌های گونه، مانند چگونگی انتشار گرده و بذر، سیستم تولید مثلی و گستره جغرافیایی متأثر باشد (Hamrick and Godt, 1986). بنابراین، در بلوط بلندمازو که گونه‌ای باد گرده‌افشان است، سیستم گرده افشانی ممکن است نقش بارزتری در کاهش تنوع‌های بین گروهی داشته باشد.

کمترین فاصله ژنتیکی بین رویشگاه‌های لاویج و خرم‌چماز (94/0) و چمستان و کوهسارکنده (91/0) دیده شد (جدول 7). دو رویشگاه لاویج و خرم‌چماز در ارتفاع 500 متر و چمستان و کوهسارکنده در ارتفاع 100 متر از سطح دریا قرار گرفته‌اند و احتمالاً شرایط آب و هوایی مشابه باعث شده که این دو رویشگاه بیشترین شباهت را با هم داشته باشند و طول جغرافیایی نتوانسته تأثیری بر تنوع ژنتیکی این رویشگاه‌ها داشته باشد. همچنین، بیشترین اختلاف ژنتیکی بین رویشگاه‌های لاویج و لایی‌پاسند (75/0) و خرم‌چماز و لایی‌پاسند (58/0) مشاهده شد (جدول 8). رویشگاه لایی‌پاسند در ارتفاع 1100 متری از سطح دریا واقع بوده که احتمالاً اختلافات ارتفاعی موجب اختلاف ژنتیکی بین این دو رویشگاه شده است.

در جمع‌بندی نتایج این تحقیق می‌‌توان نتیجه گرفت در قیاس با تنوع درون جمعیتی، تنوع بین جمعیتی بلوط تا اندازه‌ای نیست که رویشگاه‌های آن از هم تفکیک شوند. با این‌حال، تغییرات ارتفاعی به خوبی در گروه‌بندی رویشگاه‌ها ایفای نقش کرده است؛ طوری که بیشترین فاصله ژنتیکی بین پایه‌های مرتفع‌ترین رویشگاه با پایه‌های کم ارتفاع‌ترین رویشگاه دیده شده است. از این رو، بهتر است برای حفظ تنوع ژنتیکی، تا حد امکان بذر رویشگاه‌های مرتفع نیز جمع‌آوری و نهال‌های تولیدی آن جنگل‌کاری شوند. 

ایرانمنش، ی. (1380) استفاده از مطالعات آنزیمی به منظور جداسازی اکوتیپ‌ها و ژنوتیپ‌های بارانک در منطقه جنگلی فریم. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه مازندران، بابلسر.

ایرانمنش، ی.، علی احمدکروری، س.، عمادیان، س.، آزادفر، د. و اسپهبدی، ک. (1385) بررسی نقش مطالعات آنزیمی در جداسازی اکوتیپ‌های گونه بارانک. تحقیقات جنگل و صنوبر ایران 14(4 (26)): 292- 305.

پرهیزکار، پ.، علی احمدکروری، س.، مراقبی، ف. و عادلی پیش بیجاری، ا. (1381) آنزیم پراکسیداز، آنزیمی جهت یافتن پایه‌های مقاوم. پژوهش و سازندگی 15(3-4) (پی‌آیند 56-57) (در منابع طبیعی): 44-47.

ثابتی، ح. (1382) درختان و درختچه‌های ایران. انتشارات دانشگاه یزد، یزد.

ذوالفقاری، ر.، علی احمدکروری، س. و اعتماد، و. (1386) استفاده از آنزیم‌های پراکسیداز و کاتالاز برای شناسایی پایه‌های مقاوم به سرما در گونه راش ایرانی  .(Fagus orientalis Lipsky)منابع طبیعی ایران 60(1): 67-76.

صالحی شانجانی، پ. ( 1380) بررسی کمّی و کیفی فعالیت آنزیم پراکسید از سرخدار جنگل‌های استان گلستان و ارسباران. مجله منابع طبیعی ایران 10(1-2) 31-39.

صالحی شانجانی، پ.، پائوله، ل. و گومری، د. (1382) تنوّع و تمایز ژنتیکی جنگل‌های راش ایران. تحقیقات جنگل و صنوبر ایران 11(1): 35-94.

قمری زارع، ع.، حیدری شریف‌آبادی، ح.، جبلی، م. و فتحی‌پور، م. (1382) اثر سرما بر مقدار آنزیم پراکسیداز در 9 ژنوتیپ یونجه یک‌ساله (Medicago spp.) تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران 11(1): 27-38.

کلاگری، م.، جعفری مفیدآبادی، ع.، طبری، م. و حسینی، س. م. (1386) بررسی تغییرات ژنتیکی جوامع پده با استفاده از آنزیم پراکسیداز. تحقیقات جنگل و صنوبر ایران 15(2): 115-122.

مروی مهاجر، م. ر. (1384) جنگل‌شناسی و پرورش جنگل. انتشارات دانشگاه تهران، تهران.

 

Elena-Rossello, J. A. and Cabrera, E. (1996) Isozyme variation in natural populations of Cork-Oak (Quercus suber L.). Silvae Genetica 45(4): 229-235.

Feret, P. P. and Statrs, G. R. (1971) Peroxides inheritance in Siberian elm. Forest Science17: 472-475.

Govindaraju, D. R. (1989) Estimates of gene flow in forest trees. Biological Journal of the Linnean Society 37: 345-357.

Hamrick, J. L. and Godt. M. J. (1986) Allozyme diversity in plant species. In: Populations genetics and germplasm resources in crop improvement(eds. Brown, A. H. D., Clegg, M. T., Kahler, A. L. and Wier, B. S.) 44-64.

Hamrick, J. L., Godt. M. J. and Sherman-Broyles, S. L. (1992) Factors influencing levels of genetic diversity in woody plant species. NewForests 6:95-124.

Jimenez, P., Agundez, D., Alla, R. and Gil, L. (1999) Genetic Variation in Central and Marginal Populations of Quercus suber L.. SilvaeGenetica 48: 278-284.

Kremer, A., Petit, R. J., Zanetto, A., Fougere, V., Ducousso, A., Wagner, D. and Chauvin, C. (1991) Nuclear and organelle gene diversity in Quercus robur and Quercus petraea. In: Genetic variation in European populations of forest trees. (eds. Müller-Starck, G. and Ziehe, M.) Sauerländer's. Verlag, Frankfurt am Main.

Miles, L. M., Jeanne, A .M. and Robert, D. W. (1995) Provenance and progeny variation in growth and frost tolerance of Casuarina Cunninghmiana in California, USA. Forest Ecology and Management 79:161-171.

Mitton, J. B. and Grant, C. (1980) Observations on the ecology and evolution of quaking aspen Populus tremuloides in the Colorado Front range. American Journal of Botany 67(2):202-209.

Saenz-Romero, C. and Tapia-Olivares, B. L.(2003) Pinus oocarpa isoenzymatic variation along an altitudinal gradient in Michoacán, México. SilvaeGenetica 52(5-6): 237-240.

Wright, S. (1931) Evolution in Mendelian populations. Genetics 16: 97-159.

Wright, S. (1951) The genetically structure of populations. Annals of Eugenics 15: 323-354.