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《北京林业大学》 2004年
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中国结缕草(Zoysia japonica Steud.)遗传多样性研究

金洪  
【摘要】:禾本科(Gramineae)结缕草属(Zoysia)共有11个种,我国有5个种,其中结缕草(Zoysia japonica Steum.)的分布和应用最广,是宝贵的国产草坪草种质资源。结缕草在我国的分布范围在北纬42°30′至23°30′,东经126°50′至109°区域内,属隐域性、广生态幅的暖季型草种,具有适应性广,抗旱性强、扩展力强、耐磨性和耐践踏性强、弹性高等特性,被广泛用于草坪、生态恢复、水土保持和优良饲料等诸多方面。鉴于结缕草在分布范围和生长习性上的多样性、具有的丰富变异和遗传多样性,本研究对我国结缕草种质资源自然分布区19个具有代表性居群和1个栽培居群进行了生态学特性和居群变异、比较解剖学和AFLP分子标记几个不同水平的系统研究,并建立了我国结缕草种质资源基地。研究结果主要包括以下几个方面: 1、20个结缕草居群主要分布在海拔5~380m之间,土壤pH范围在6.5~8.1之间,其中60%为微碱性。其分布类型可分为:丘陵山地型、平原草甸型、滨海滩涂型和农林间隙地草地型四种类型;结缕草的群落结构中主要的优势植物种有矮丛苔草(Carex humilis)、委陵菜(Potentilla chinensis)、野古草(Arundinella anomala)、花木蓝(Indigofora kirilowii)、黄背草(Themeda japonica) 狼尾草(Pennisetum alopecuroides)、菌陈蒿(Artemisia capillaries)、猪毛蒿(Artemisia.scoparia)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)等。 2、受到不同地理环境的影响,20个居群结缕草的匍匐茎长、小穗数和叶舌长等15个表型性状均存在较大的差异,对结缕草形态表型性状的数据进行主成分分析结果显示:匍匐茎长、穗长、匍匐茎中部节间长这3个性状是造成结缕草各居群表型差异的主要因素。同时匍匐茎的长度和直径、穗长、穗宽、叶长、叶宽等随纬度的增加而降低;而小穗数、匍匐茎中部节间长、叶舌长度等随纬度增加出现增加的趋势。这些性状表现出的明显变异,说明结缕草具有丰富的遗传多样性。通过聚类分析,将20个居群分为8类,聚类结果与结缕草生境和地理分布基本吻合。其中山东省乳山市乳山寨、诸往镇和辽宁省庄河市南水、瓦房店市瓦房店等4个居群均有植株矮小、叶片短而窄、中部节间较短和成坪致密等特点,本研究认为这四个居群可作为优良草坪草选种育种材料的来源。 3、对20个不同居群结缕草营养器官进行了比较解剖学研究,结果显示:结缕草营养器官在解剖结构上与早熟禾相比表现出明显的特性。结缕草根中木质部导管直径较大;茎和叶表皮角质层和机械组织非常发达、维管束数量较多;叶片的泡状细胞极为发达,这些解剖结构特性提高了水分保持和有效运输,增加了机械强度,是结缕草抗旱、耐磨耐践踏和高弹性的解剖学依据。另外,根中特殊的2—4层凯氏带结构提高了对吸收养分的选择性,同时也进一步增强了结缕草的弹性和强度。 摘要 4、采用SPSSn.O数据分析软件对20个居群结缕草营养器官的23个解剖数量性 状的观测数据进行了分析,结果表明:结缕草营养器官的解剖数量性状在居群内和居 群间均存在着不同程度的差异,这是它们对不同环境适应的结果,不同解剖数量性状 在居群内的平均变异是6.71%,具有相对稳定性;叶肉厚度、叶片厚度、叶上、下表 皮细胞厚度、叶下表皮细胞长度和叶片表皮气孔密度等5个解剖数量性状是对结缕草 不同居群间进行聚类的23个解剖数量性状中的主要因素;叶片解剖数量性状的总变 异有55.37%来自于居群间。 5、首次应用AFLP分子标记技术对我国结缕草分布区n个省份的具有代表性的 7个省份中19个野生结缕草居群和1个栽培居群进行了遗传多样性分析。从48对引 物组合中筛选出10对多态性较高的引物组合构建了结缕草种质的指纹图谱。分析结 果表明:20个居群结缕草的AFLP标记图谱显示了很高的多态性。 6、从10对AFLP引物组合(分别是E44/M47、E44/M60、E44/M44、E34/M31、E34/M63、 E63/M31、E34/M6O、E33/M44、E63/M46和E44/M63)中共得到524条清晰的显带,其 中385(73.5%)条呈多态性,从DNA分子水平显示出结缕草具有丰富的遗传多样性。 有65.34%的遗传变异存在于居群间,34.66%的遗传变异存在于居群内。结缕草居群 间的遗传距离为0.0369~0.4036,根据遗传距离进行聚类分析的结果表明:生境相 似及地理距离较近的居群具有优先聚类的趋势。 7、通过本研究证明:采用的AFLP技术在结缕草遗传多样性研究中是一种快速、 稳定、灵敏的方法;本研究中首次在草坪草中使用干制草样来提取基因组DNA,其效 果十分理想。
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