太白红杉自然居群遗传多样性和遗传结构的研究

【摘要】： 太白红杉（Larix chinesis Beissn）为松科落叶松属的多年生木本植物，仅分布于秦岭山地海拔2800-3500m的山脊上，分布极其有限。现已被列为国家二级保护植物。太白红杉是秦岭森林最上线的唯一落叶针叶林树种和重要的水源涵养林，同时对保护高山地带水土流失、稳固山石、改善生态环境也有重要作用。另一方面，太白红杉的材质尚佳，是高山造林的优良树种，特别是它所生长的是其它树种不能生存的地方，更加显示出它在自然界中的作用和意义。因此，无论从自然物种的保存、科学研究，还是从生态效益和经济意义等各个方面，太白红杉都有重要的保护价值。 本文以等位酶作为结构基因的分子标记，分析和检测太白红杉的居群遗传结构和遗传多样性，其结果可为预测太白红杉的遗传学命运，探讨致濒的可能原因，制定相应的保护对策提供有益的参考。 通过应用过氧化物酶、超氧化物歧化酶、苹果酸脱氢酶、莽草酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、过氧化氢酶、苹果酸酶、淀粉酶等8种酶系统共编码15个基因位点，对太白红杉6个居群共120个个体进行等位酶分析，结果表明：多态位点的比率为66.7%，平均每个位点的等位基因数 A=1.7，平均每个位点的等位基因的有效数Ae=1.6。Shannon多样性指数为0.46。每个位点的平均观测杂合度Ho=0.33，每个位点的期望杂合度He=0.32。按照平均期望杂合度，6个居群遗传变异性的大致次序是太白山居群光头山居群玉皇山居群牛背梁居群朱雀居群佛坪居群。 F-统计分析显示，太白红杉居群总的固定指数FIT为-0.03；居群内的固定指数FIS为-0.07；居群间的固定指数FST为3.32%，即大约有96.68％的遗传变异存在于居群内，仅约有3.32％的遗传变异存在于居群间，说明居群间有很少遗传分化发生，这与太白红杉是一种风媒异花传粉植物相一致。基于FST，间接估计基因流（Nm）值约为7.3。Nm＞1，说明基因流足以抵制遗传漂变的作用，也同时防止了居群分化的发生。 Nei（1978）的遗传距离和遗传一致度分析表明，太白红杉居群间的遗传一致度（I）很高，平均为0.99（变化范围：0.9510～1.00），遗传距离（D）平均值为0.01（变化范围：-0.0011～0.050），再次说明太白红杉居群间有很高的遗传相似性。 利用Nei（1998）遗传距离，采用UPGMA法聚类分析，6个居群明显地被分为两支：佛坪居群和朱雀居群聚为一支，显示了两居群间有较高的相似性；其它4个居群聚成了另一个分支，其中，太白山居群与玉皇山居群在一级水平上聚在一起，太白山、玉皇山、光头山3个居群在二级水平上聚为一支，显示了它们之间具有较高的相似性；牛背梁居群具有相对的独立性。WP=5 固定指数F值变化幅度较大，从-0.20 到-0.01，居群间平均约为-0.07。F值大多数是负值，与期望的随机交配相比，显示出居群有过多的杂合体，这可能与太白红杉以异交为主的繁殖方式有关。远交率t=1.1。t＞1，说明个体所接受来自各种基因型的花粉是随机的，暗示着太白红杉很可能是自交不亲和的。 根据以上等位酶分析结果，与其它落叶松树植物相比较，太白红杉处于中等的遗传多样性水平。但是，太白红杉属于分布范围极其有限的珍稀濒危物种，已被列为国家二级保护植物。太白红杉分布范围狭窄的主要原因可能是其对秦岭高海拔生境的高度适应性。根据我们采样时的观察，自然状态下太白红杉的繁殖率很低，其自身也可能存在有性生殖障碍或衰退；此外，太白红杉在秦岭仅分布在为数不多的几个高海拔山头上，岛屿状间断的空间分布型式导致居群间的生殖隔离，小种群效应可能引起小的有效居群大小、遗传漂变效应以及近交衰退等等，进而导致遗传多样性水平降低，使太白红杉居群面临濒危的威胁。 在太白红杉的保护中应着重加强对太白山居群的就地保护。太白红杉林带一旦遭受破坏，就难以恢复更新，故做为一个群落类型应该妥加保护，禁止任意采伐。

【关键词】：太白红杉 等位酶 遗传多样性
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：Q949.666
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