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《西北大学》 2008年
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绞股蓝属遗传多样性与亲缘地理学研究

王翀  
【摘要】: 绞股蓝属(Gynostemma BL.)隶属于葫芦科(Cucurbitaceae),包含2亚属2组16种2变种,其中9种2变种为中国特有,该属为热带亚洲分布类型,其现代分布中心为我中国长江流域至云南省。广布种绞股蓝(G.pentaphyllum(Thunb.)Makino)分布于中国秦岭长江以南广大地区,其余各种均为地区特有种,分布范围十分有限。该属物种的分布格局使其成为亲缘地理学研究的良好材料。探讨绞股蓝属现今遗传变异格局及其形成原因,为阐释我国种子植物特有属种的进化历史及地质历史活动对现今植物分布格局的影响提供重要参考。 本文通过ISSR分子标记研究了绞股蓝属现今遗传变异的空间分布格局,同时通过cpDNA rp120-rps12序列分析,讨论了绞股蓝属物种的形成与扩散,并推测第四纪冰期时可能的避难所。利用cpDNA PCR-RFLP分子标记及rp120-rps12序列分析,初步探讨了绞股蓝属系统发育问题,并综合以上内容对绞股蓝属提出相应的保护策略。主要结果如下: 1)绞股蓝属植物的遗传多样性 利用ISSR分子标记技术研究了中国9省区14个广布种绞股蓝居群的遗传结构。结果表明,14个ISSR引物共检测到194个位点,平均每个引物检测到13.86个位点,多态性比率(PPB)达到96.39%,Shannon多样性指数(I)为0.4074,物种水平Nei's基因多样性(H_e)为0.2624,种内显示了较高的遗传多样性水平。Nei's遗传多样性分析和AMOVA分析表明,各居群间产生了显著的遗传分化(G_(st)=0.8894,φ_(st)=0.8866),推测基因流受阻与小种群内遗传漂变可能是居群间产生较大遗传分化的主要原因。对各居群间的地理距离和遗传距离进行Mantel检验,结果表明,居群间的地理距离与遗传距离之间没有显著相关性(r=0.1628,p>0.05),距离隔离模型不能解释这种遗传结构。同时,通过ISSR分子标记研究6种绞股蓝属植物,结果表明种间遗传多样性差异显著,广布种绞股蓝遗传多样性水平最高,多态性比率达到34.17%,特有种多态性比率均低于广布种,最低的为长梗绞股蓝,多态性比率仅有1.67%。 2)绞股蓝属亲缘地理学研究 根据cpDNA(rp120-rps12)单倍型特征构建系统网络进化树,并与其地理分布相结合,讨论绞股蓝属的进化历史。据研究结果推测,中国云南省为绞股蓝属起源中心,历史上曾经沿着南北两条线路向我国东部扩散,第四纪冰期来临前已在我国广泛分布。北路从云南出发,经川西横断山脉、秦岭、伏牛山到达现今江淮地区,南路由云南出发,经武陵山向东扩散。第四纪冰期温度骤降,绞股蓝属以现今云南省、四川盆地、武陵山区为避难所,古老的单倍型在避难所中保存下来同时地理隔离形成新种。由于我国东部江淮地区未受到第四纪冰期影响,古老的绞股蓝属单倍型在这里得到保存。冰期过后武陵山区成为绞股蓝属的次生分化中心向四周扩散,形成现今分布格局。 3)绞股蓝属分子系统学研究 利用cpDNA PCR-RFLP分子标记构建系统树,其中喙果藤亚属(Subgen.Trirostellum)独立为稳定的类群,与绞股蓝亚属(Subgen.Gynostemma)物种分开,两亚属与近缘种南瓜明显地分离。根据rp120-rps12序列分析构建系统进化树,显示喙果藤亚属与绞股蓝亚属的古老单倍型间遗传距离接近,推测古老的绞股蓝种群可能是两亚属共同的祖先,绞股蓝属现今分类格局是同一起源种在不同的地理环境下趋异分化的结果。关于五柱绞股蓝的分类本研究结果与形态学研究结果相一致,将它归为喙果藤亚属。 4)绞股蓝属植物的保护策略 利用单倍型丰富度模型分析各居群遗传贡献率,同时综合绞股蓝属遗传多样性特征,确立优先保护居群。由于广布种绞股蓝遗传变异主要存在于居群间,ZJS、FJS居群遗传多样性水平较高,保护这两个居群可最大限度保护物种进化适应性,应优先保护。同时,地区特有种心籽绞股蓝、疏花绞股蓝、长梗绞股蓝遗传多样性较低,分布区特化,适应性差,易受到进化因素的影响而濒危,应优先保护。主要采取就地保护,停止采摘活动,重点保护其生存环境,同时在绞股蓝人工栽培基地应防治栽培种对野生种质资源的污染。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:Q943;Q948

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