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外来种大花金鸡菊入侵的影响因子及其遗传多样性研究

梁玉  
【摘要】: 由于人类活动和全球变化的影响,外来物种的生物入侵越来越普遍。生物入侵(biological invasions)因其巨大的危害性而成为了全球关注的热点问题。生物入侵不但受到全球变化的广泛的影响,而且是全球变化的一部分,其对生物多样性的危害仅次于生境丧失和生境片段化,它不仅仅影响生物多样性,而且还造成了巨大的经济损失。 大花金鸡菊(Coreopsis grandiflora Hogg.)为菊科金鸡菊属植物,原产美洲,作为花卉被引入中国,有性生殖为其主要繁殖方式。在2001年左右引起关注。近几年对外来种的研究大多都集中在入侵后果严重的几种入侵种,如大米草(Spartina anglica Hubb.)、紫茎泽兰(Eupatorium Adenophorum Spreng.)以及喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.)等,而且大多都是集中在中国的南方。目前对外来种遗传多样性的研究大多集中在以克隆繁殖为主的入侵植物。因此,以具有潜在入侵能力的外来物种大花金鸡菊为材料,研究其入侵阶段中影响其入侵的因子和对当地生物多样性的影响,并且研究以有性生殖为主的入侵植物种群中的遗传多样性,对丰富生物入侵的理论具有重要的理论意义和实践价值。 本研究采用野外调查取样的方法,根据海拔高度设置样地,设置1×1m样方,在崂山的7个海拔高度(950m,750m,650m,550m,360m,300m,250m)上设置了样地,每个海拔高度上根据金鸡菊的分布情况设置样方。在每个样方内,详细记录了样方内的大花金鸡菊的盖度、群集度、高度(一般高度与最高高度)、样方盖度、本地种盖度、本地种丰富度、本地种高度等指标。数据用相关软件进行分析,得出大花金鸡菊的盖度与其他指标之间的关系。研究发现:大花金鸡菊的盖度与样方的盖度具有非常显著的正相关(r=0.7060,p=0.000001),相关分析表明当样方的盖度增大时,大花金鸡菊的盖度也相应增加;大花金鸡菊的盖度与本地种的丰富度之间都呈显著的负相关(r=-0.5193,p=0.0010),与本地种的盖度也呈显著的负相关(r=-0.4311,p=0.0025),相关分析表明大花金鸡菊的盖度增加时,本地种的盖度和丰富度都呈明显的下降趋势;相关分析表明,随着海拔的上升,大花金鸡菊的盖度呈显著下间的趋势(r=-0.8926,p=0.0068)。这些结果表明:大花金鸡菊的存在对崂山本地种的生物多样性造成了严重的破坏,甚至有形成单一群落的趋势;海拔高度对于大花金鸡菊的传播和分布有重要影响,也从侧面反映出大花金鸡菊的传播途径。 外来种在入侵地建立种群后,随着时间的推移,可能发生遗传分化和演变,对入侵种群遗传结构的研究是近年来新兴的领域,利用外来物种作为研究对象开展遗传变异研究不仅有利于掌握该入侵物种的进化过程,还可为探索其治理和根除措施提供理论依据。本研究中我们采用随机扩增多态性(RAPD)技术对崂山与博山大花金鸡菊的遗传多样性进行了研究,揭示了外来种大花金鸡菊可能存在较高的遗传变异,并通过其遗传多样性的分析初步研究了大花金鸡菊可能的传播途径。 为了分析大花金鸡菊遗传多样性,我们在崂山的7个海拔高度和博山分别进行了野外取样,然后采用CTAB法提取DNA,通过PCR技术和琼脂糖凝胶电泳技术获得大花金鸡菊的扩增图谱,对图谱进行统计,用popgene软件进行分析,结果表明:在崂山的大花金鸡菊具有较高的遗传多样性,不同海拔地区上大花金鸡菊的多态位点百分比P在9.60%~60.80%之间,差异比较大,平均值为39.54%,种群间的多态位点百分比高达86.40%。而与博山的大花金鸡菊相比较,种群间的多态位点百分比高达92.86%。崂山上种群内的Nei's基因多样指数(H)为0.1596,种群间的H为0.2855。与博山的大花金鸡菊相比较,种群间的H为0.2988。崂山的各个种群的遗传多样性随着海拔的上升呈下降趋势。这些结果都说明大花金鸡菊存在较高的遗传变异,崂山的种群之间的遗传变异大于博山的金鸡菊的遗传变异,产生这个结果的原因除了大花金鸡菊本身的有性生殖方式外,崂山的金鸡菊种子可能有多个来源造成了博山的大花金鸡菊的遗传多样性低于崂山的结果。在崂山,大花金鸡菊的种子可能是由低海拔向高海拔传播。 通过聚类分析发现,崂山的各个种群之间的遗传距离较小,与博山种群的遗传距离较大。而崂山的各个种群之间,低海拔上的种群之间(pop6与pop7)的遗传距离较小(遗传距离D为0.0664),遗传距离最大的是pop4与pop5之间(D=0.2231)。与博山的种群相比,崂山与博山遗传距离最小的是种群6(D=0.2362),这个遗传距离大于崂山种群之间的最大遗传距离0.2231。我们根据聚类分析的结果,可以把崂山的各个种群划分为两个大类,低海拔(250m、300m、360m)的各个种群属于一类,高海拔(550m、650m、750m、950m)为一类。结果说明:崂山的各个种群之间的遗传关系较近,与博山的种群之间的遗传关系较远。这可能与种子的来源有关系。 外来种的遗传多样性受多个因素的影响,如引进的历史、生活史特征、奠基者效应、基因漂流及繁育系统、人类活动等。为了研究影响大花金鸡菊的遗传多样性的因素,我们对大花金鸡菊与相关指标进行了相关性分析。结果表明:根据相关分析,大花金鸡菊的遗传多样性与盖度之间没有显著关系(r=-0.0267。p=0.8532),与本地种的盖度也没有显著关系(r=-0.0610,p=0.6940),与本地种的丰富度的关系也不显著(r=-0.1094,p=0.4797)。但是取样大小对遗传多样性有着显著的影响,两者呈显著的正相关(r=0.8880,p=0.0032)。同时对所有样方作的聚类分析表明,相同高度上的样方之间的关系较近,相邻高度上的样方之间的关系较近。同时也再次表明,博山与崂山之间的大花金鸡菊之间的关系较远,地理隔离阻断了基因的交流。 本研究发现:在中国北方外来植物种造成的危害虽然相对而言还没有像中国南方那么严重,但其危害也是存在的,及早对外来种进行研究,避免造成重大损失非常必要的。我们研究了以有性生殖为主的外来植物大花金鸡菊的遗传多样性,发现大花金鸡菊的遗传多样性较高,这可能与有性生殖有关。大花金鸡菊的种群之间存在一定的遗传变异,但是主要的遗传变异存在于种群内部。海拔对崂山上的大花金鸡菊的遗传多样性有着较大的影响,随着海拔的上升,其遗传多样性呈下降趋势。而且遗传多样性存在显著的地理差异。


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