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《西北大学》 2004年
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金钱槭属植物保护遗传学与分子亲缘地理学研究

李珊  
【摘要】:金钱槭属(Dipteronia Oliv.)隶属于槭树科(Aceraceae),是我国特有少种属。属下仅包括云南金钱槭(D.dyeriana Henry)、金钱槭(D.sinensis Oliv.)两个种,分别被列为国家二级、三级珍稀濒危保护植物。为了更好地保护我国特有种质资源,本文在广泛收集金钱槭属植物材料的基础上,首次对该属植物进行了保护遗传学和分子亲缘地理学研究。 首先,通过查阅标本、翻阅资料、走访有关专家及对云南、湖北、重庆等9个省市33个代表性地点的野外实地调查,较为全面、系统地报道了金钱槭属植物的生长状况、生存环境、人为干扰等情况,为对该属植物进行全面研究补充了基本资料。 其次,应用RAPD标记技术对金钱槭、云南金钱槭居群的遗传多样性和遗传分化进行了比较研究。利用18条随机引物对17个金钱槭居群的226个个体进行扩增,共检测到128个位点,其中多态位点119个。总多态位点比率(PPB)为92.97%,显示金钱槭具有较高水平的遗传多样性。Shannon多样性指数(0.5563)、Nei基因多样性指数(0.3864)和基因分化系数值(G_(ST)=0.4470)说明,尽管大多数遗传变异仍然存在于居群内,但居群间已产生较高水平的遗传分化。AMOVA分析结果显示,金钱槭居群内遗传变异占总遗传变异量的56.89%,居群间遗传变异占总变异量的43.11%,进一步支持了上述结果。金钱槭居群间的基因流Nm=0.6685,Nm<1,居群间基因交流匮乏。居群间地理距离与遗传距离(经、纬度,海拔)的相关性分析结果显示,遗传距离与经度差异间具有极显著水平的正相关性(P<0.01),聚类分析、主成分分析结果也显示出各聚类群与地理差异存在相关性的趋势。用相同的18条引物对4个云南金钱槭居群的45个个体进行RAPD扩增,共检测到103个位点,其中多态位点84个,云南金钱槭物种水平的多态位点比率为81.55%。AMOVA分析结果揭示,云南金钱槭居群内遗传变异占总变异量的57.86%,居群间遗传变异占总变异量的42.14%,与基因分化系数(G_(ST)=0.4267)分析结果基本一致。云南金钱槭居群间的基因流Nm=0.6719,Nm<1,居群间基因交流十分有限。居群间遗传距离与地理隔离的相关性分析结果显示,云南金钱槭居群间遗传距离与地理隔离不存在显著的相关性。对金钱槭、云南金钱 械居群遗传多样性及遗传分化进行比较发现:l)金钱械的遗传多样性水平高于 云南金钱械,符合广布种的遗传多样性高于狭域种这一规律。2)金钱械、云南 金钱械居群间的遗传分化均已达到较高水平,居群间的基因流匾乏。3)在大尺 度上(金钱械)遗传距离与地理距离有相关性而在小范围内(云南金钱械)则无 上述关系,这可能与位于不同分布区内的物种所承受的生境选择压力不同有关。 第三,通过测量27项果实、种子、枝叶的宏观、微观形态学性状,揭示了 云南金钱械的形态变异模式。同时结合遗传变异及生态因子资料,分析了云南金 钱械形态变异的产生、维持机制。形态学性状分析结果表明:l)各居群形态性 状变异系数平均值从大到小的排列顺序为:文山居群屏边居群黑龙潭居群蒙 自居群。2)在27个性状中,有4个性状在居群间的差异达显著性水平(尸0.05), 巧个达极显著水平(尸0.01)。果实长度在居群间的变异最大,小叶叶长/叶柄长 在居群间的变异最小。3)文山居群与屏边、黑龙潭、蒙自居群间已产生显著或 极显著水平的形态差异,而后三者间的差异未达显著水平。形态变异与遗传变异、 生态因子间的相关分析结果显示:l)形态性状变异系数与多态位点比率、Shann口n 多样性指数及Nei基因多样性指数间存在着正相关关系,但相关性均未达显著水 平。2)形态变异与生态因子间存在较复杂的相关性,海拔、土壤含水量等6个 生态因子与一些形态性状的相关性已达显著或极显著水平。相对于其它生态因子 来说,海拔对形态性状变异的影响最大。上述结果说明,云南金钱械的形态变异 虽然具有一定的遗传基础,但可塑性及环境压力对形态变异所产生的作用更大一 些。基于形态性状和RAPD数据的聚类分析结果进一步说明,云南金钱械的形态 变异受到环境因子的强烈影响而与遗传背景的关系不显著。 第四,本文采用PCR一RFLP技术对金钱械属植物进行了分子亲缘地理学研究。 选取7对叶绿体DNA通用引物对来自17个金钱械居群、4个云南金钱械居群的 63个个体进行PCR扩增,扩增产物用从刁。111、FunDH等四种4碱基内切酶和 EeoRI+Rsal、Hindlll+Hin石I两种4、6碱基限制性内切酶组合进行酶切。42 种引物/酶组合在云南金钱械中共检测到109个DNA片段,所有片段均为单态, 在金钱械中共检测到124个片段,其中多态片段20个,多态片段占总片段数量 的16.13%。分析所有酶切片段,发现了6种cPDNA单倍型,其中云南金钱械独 享一种单倍型,金钱械具有另外5种单倍型。金钱械的5种单倍型具有叨显的地 理分化,根据单倍型的地理分布格局和所属山系,将所研究的金钱械居群划分为 4个地理单元:秦岭地理单元、武陵山地理单元、山民山地理单元和大巴山地理单 元。通过AMOVA软件计算得到4个地理分布单元间的分化系数(Gs:)值为 0.9299,即有92.99%的遗传变异存在于地理分布单元间,7.01%的遗传变异存在 于地理单元内,说明金钱械
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