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《福建农林大学》 2012年
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全国“杉木王”种质资源调查及其遗传多样性分析

陈细贞  
【摘要】:杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国特有的重要用材树种之一,具有生长快、产量高、材质好、用途广和易繁殖等特点。近年来随着集体林权制度改革不断推进,杉木人工造林面积逐渐增大,天然林面积锐减,大量野生天然杉木林种质资源受到破坏;同时由于杉木种质资源管理水平较低,不同产区之间的种质频繁调拨,造成不同杉木人工林种源不清。长期来国内学者对于杉木的良种选育进行了大量的研究,但其研究材料大多是不同杉木种源经调拨后的第二代种子园材料,以这些材料进行杉木遗传多样性分析存在一定的局限。因此,如何保护杉木珍贵种质资源,选择科学的杉木遗传材料,对揭示杉木遗传变异规律和阐明杉木种群分布格局具有重要指导意义。 “杉木王”是指杉木的胸径、树高和单株材积分别在lm、30m、10m3以上,或是3个指标中至少2个满足的杉木,同时还包括树龄大于100年以上的杉木古树。杉木栽培历史悠久,自然分布区广,分布在我国南方17个省区;在我国南方各省分布有大量的“杉木王”资源。由于“杉木王”经受长期的自然选择,记录了气候历史的变迁情况,具有重要科学价值。1979年俞新妥等对福建省的20株杉木王资源进行过生长情况调查,2009年黄木生对福建省的44株杉木王资源进行全面调查,采用ISSR分子标记技术进行不同杉木王种质资源的遗传多样性比较研究。但对于分布在我国其他省份杉木王资源的情况没有相关的报道,特别是目前对分布其他省份的杉木王数量、生长及其遗传多样性资料十分缺乏,极大地影响了野生杉木种质资源的保护与利用。有鉴于此,本研究通过对全国各省分布的杉木王种质资源数量、生长和分布情况的全面调查,在掌握全国杉木王种质资源资料基础上,选择国内现存的30个不同地区杉木王为研究对象,从分子水平上分析杉木王的生态遗传及其遗传变异规律;同时利用遗传距离对不同杉木王种质资源进行亲缘关系的聚类分析,揭示出不同地区杉木王种质资源遗传变异规律和种群分布格局,探讨杉木的起源,为杉木地理种源的合理区划和杉木种质资源基因库的建立提供科学依据。主要研究结果如下: (1)杉木工资源在全国南方17个省的杉木自然生长区内均有分布。70%的杉木王资源生长在年均温度17℃-20℃、降雨量1000-1500毫升、无霜期270天以上的地区。目前有关南方各省的杉木王资料不够完整,许多在树龄及生长环境方面的记录缺失。 (2)由于年纪较大,南方各省的杉木王长势均较差,生长慢,结实量少,多生长于村边、山坡缓坡或路边。目前大部分杉木王均受到当地村委小组的保护,其中有两株杉木王因当地村民祭拜引起火灾,受到一定程度的破坏。少部分生长在山里的杉木王人为干扰较少。 (3)通过对杉木基因组DNA不同的提取方法对比发现:杉木基因组提取过程中应在液氮中研磨5-8遍,保证叶子研磨成粉末状,在加入裂解液前,样品必须保持浸在在液氮中,以防止被氧化。在纯化过程中,使用PW漂洗两次,可有效去除杂质,使提取的DNA满足SRAP-PCR反应的要求。 (4)本研究建立了适合于杉木王SRAP-PCR分析的反应体系和扩增程序。反应体系为:20uL反应体系中加入模板80ng, dNTP200umol/L,引物1umol/L, Mg2+2.0mM, Taq酶2U;扩增程序:94℃,5min→(94℃,1min→40℃,1min→72℃,1min)5-(94℃,1min→50℃,1min→72℃,1min)35→4℃保存。 (5)从110对引物中筛选出18对谱带清晰、扩增产物稳定且特异性强的引物,用于杉木王种质资源遗传多样性分析,共扩增出154谱带,其中144条具有多态性,多态性比率为93.51%,全国不同地区杉木王种质资源表现出丰富的多态性。 (6)全国不同杉木王种质资源之间的遗传分化较大。按Nei-Li法计算出49个(32株杉木王和17株参照),其中32株杉木王的遗传相似度在0.5195-0.9326之间,平均遗传相似度为0.6893;福建上杭和湖南城步杉木王遗传相似度最小。广东平远与广东怀集杉木王的遗传相似度最大。17株杉木参照遗传相似度范围在0.4156-0.8312之间,遗传相似度的平均值为0.6685。湖南城步和江西崇义杉木王遗传相似度最小;广东始兴和广东平远杉木王遗传相似度最大。 (7) SRAP-PCR扩增结果和UPGMA聚类分析表明:全国各省杉木王种质资源的遗传多样性水平较高,杉木王种质资源的遗传距离聚类结果与不同地理位置的分布存在较大差异,说明除了地理位置环境条件的差异外杉木王本身的遗传基础也各不相同。32个杉木王种源在0.72处分为六大组。江西永修和湖南城步分别独立两组。第三组为杉木北带地区,包括安徽茅山、安徽休宁、湖北建始三个点;广东怀集、广东平远、广东始兴以及福建华安、江西崇义等均为杉木中带,第四组是福建浦城和湖南长沙杉木王,第五组又划分三个亚类:第一亚类为广东阳山、贵州习水、贵州长顺、湖南常德、四川雨城;第二亚类贵州剑河、浙江庆元、四川泸定;第三亚类为江西婺源、江西广昌、云南马关、广西金秀、广西融水、云南镇雄、台湾、福建永泰;第六组为福建延平和福建闽清。 (8)对17个杉木参照样品进行聚类,遗传相似度为0.66时,全国杉木王种质资源被分为三组,第一组为湖南城步,第二组为安徽休宁、安徽茅山、广东怀集、广东始兴、广东平远、广东阳山;第三组为四川泸定、湖南常德、台湾、广西融水、湖南城步、广西金秀、江西崇义、湖南长沙、江西婺源、福建闽清。聚类结果表明:17个种源在0.66处分为三大组。其中,第一组湖南城步和其他杉木样品遗传背景差异较大,独立一组。第二组在0.70处又可分为两亚类,第一亚类为安徽休宁、安徽茅山、广东怀集三个参照,其中安徽的两个参照遗传相似度更高;第二亚类为广东平远、广东始兴、广东怀集三个参照,三者均属于粤北杉木。第三组在0.73处又可以分为三个亚类,第一亚类为四川泸定和湖南常德参照,第二亚类为台湾、广西融水、湖南城步、广西金秀、江西崇义、湖南长沙;第三亚类为江西婺源和福建闽清。
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