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《兰州大学》 2006年
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白刺属植物分子系统学及遗传多样性研究

张勇  
【摘要】：白刺属(Nitraria L.)植物全世界有12种，分布于亚洲、欧洲、非洲和澳大利亚的荒漠；我国有7种，甘肃有5种。白刺属在我国主要分布于西北地区，是我国西北荒漠、半荒漠植被的重要建群种，为耐干旱、耐盐碱、抗风蚀沙埋、生长快、易繁殖的优良防风固沙先锋植物。本文以分布于甘肃河西地区的五种白刺属植物为材料，对白刺属植物从分子系统学、遗传多样性、抗旱生理三个方面进行了较为广泛的研究。结论如下： 1．对白刺属5种植物及43种相关科代表种的rbcL、trnL-F及其联合序列进行了最大简约性(maximum-parsimony, MP)系统发育分析。结果如下：支持白刺属从蒺藜科中分出，成立独立的白刺科；白刺属同骆驼蓬属具有较近的系统关系，但鉴于两属在形态、植化、胚胎学等方面差异较大，建议白刺属和骆驼蓬属各自组成单独的科，白刺科和骆驼蓬科；在目的系统阶层上，分子生物学证据支持APG(2003)将白刺科放入无患子目中。 2．运用克隆测序法，对甘肃白刺属(Nitraria L.)5个种nrDNA的ITS区(包括ITS-1，5.8S rDNA和ITS-2)进行序列测定。结果表明白刺属的ITS序列在探讨属内系统演化、种间关系方面具有一定的参考价值。系统发育分析表明甘肃白刺属植物可分为3类，第一类包括N.sibirica，第二类包括N.sphaerocarpa，第三类包括N. praevisa，N. roborowskii和N. tangutorum。 3．运用RAPD技术分析了广布于甘肃、宁夏的唐古特白刺(Nitraria tangutica L.)6个天然居群的遗传多样性及其遗传结构。14条随机引物检测到182个可重复的位点，其中多态位点180个，占总位点数的98.9％。由Shannon表型多样性指数和Nei基因多样性指数估计的居群内遗传多样性和居群间遗传多样性分别占总多样性的80.5％、83.2％和19.5％、16.8％。以上结果表明，唐古特白刺天然居群遗传多样性丰富；遗传变异主要存在于居群内：繁育系统属于虫媒异交为主的交配类型。形成并维持其分布格局的主要因素是生境的一致性和基因流的流动。唐古特白刺遗传多样性的保护，应以就地保护为主，迁地保护为辅。 4．运用ISSR技术分析了分布于甘肃、宁夏、内蒙、青海的唐古特白刺(Nitraria tangutica Bobr.)7个天然居群的遗传多样性及遗传结构。12条引物检测到114个可重
【关键词】：白刺属 分子系统学 遗传多样性 RAPD ISSR ITS trnL-F rbcL δ~(13)C 净光合速率 蒸腾速率 气孔导度 水分利用率 抗氧化酶 POD同工酶
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：Q941;Q943
【目录】：
  • 摘要11-14
  • Abstract14-18
  • 第一部分 白刺属植物研究概况及白刺属植物分子系统学研究18-58
  • 第一章 研究概况18-28
  • 1 白刺属Nitraria L分类学18-21
  • 2 白刺属研究进展21-24
  • 2.1 细胞学研究21
  • 2.2 孢粉学研究21
  • 2.3 胚胎学研究21-22
  • 2.4 植物化学研究22-23
  • 2.5 数值分类学研究23
  • 2.6 分子生物学研究23-24
  • 2.7 遗传多样性研究24
  • 2.8 其他方面研究24
  • 3 白刺属研究存在问题24-25
  • 4 拟用于本部分分子系统学研究的DNA序列25-26
  • 4.1 ITS序列25-26
  • 4.2 rbcL序列26
  • 4.3 trnL-F 序列26
  • 5 本部分研究的意义26-28
  • 第二章 白刺属植物总DNA的提取28-32
  • 1 引言28
  • 2 材料与方法28-29
  • 2.1 材料28-29
  • 2.2 主要提取试剂配方29
  • 2.3 提取方法29
  • 3 DNA样品的鉴定29-30
  • 3.1 DNA样品的纯度及浓度29
  • 3.2 白刺属植物叶绿体DNA trnL-F片段的PCR扩增29-30
  • 4 结果与讨论30-32
  • 4.1 提取方法30-31
  • 4.2 DAN的纯度、浓度31
  • 4.3 白刺属植物叶绿体DAN trnL-F片断的PCR扩增31-32
  • 第三章 白刺属植物分子系统学研究32-51
  • 一 用cpDNA trnL-F、rbcL序列联合数据探讨白刺属系统学位置32-43
  • 1 引言32-33
  • 2 材料与方法33-36
  • 2.1 材料34
  • 2.2 方法34-36
  • 2.2.1 DNA提取、扩增及测序34-36
  • 2.2.2 系统发育分析36
  • 3 实验结果36-41
  • 3.1 trnL-F序列分析36-37
  • 3.2 rbcL序列分析37
  • 3.3 trnL-F和rbcL联合序列分析37-41
  • 4 讨论41-43
  • 4.1 白刺属同蒺藜科的关系41
  • 4.2 白刺属与骆驼蓬属之间的关系41-42
  • 4.3 白刺科的系统位置42-43
  • 二 用nrDNA ITS序列探讨白刺属的系统发育关系43-51
  • 1 引言43-44
  • 2 材料与方法44-45
  • 2.1 材料44
  • 2.2 总DNA提取44
  • 2.3 nrDNA ITS片段的扩增44-45
  • 2.4 克隆测序45
  • 2.5 序列分析及系统树构建45
  • 3 实验结果45-48
  • 3.1 ITS序列长度及变异45
  • 3.2 ITS序列的系统发育分析45-47
  • 3.3 ITS-1与ITS-2的信息含量47-48
  • 4 讨论48-51
  • 4.1 ITS rnDNA序列分析在白刺属植物系统学研究中的作用48-49
  • 4.2 白刺属属下等级划分49-51
  • 参考文献51-58
  • 第二部分 白刺属植物遗传多样性研究58-89
  • 第一章 唐古特白刺遗传多样性的RAPD分析59-67
  • 1 引言59
  • 2 材料与方法59-61
  • 2.1 材料59-60
  • 2.2 实验方法60
  • 2.2.1 DAN的提取60
  • 2.2.2 引物筛选60
  • 2.2.3 RAPD扩增及产物分离60
  • 2.3 RAPD数据分析60-61
  • 2.3.1 多态位点比率60-61
  • 2.3.2 唐古特白刺遗传结构特征的分析61
  • 3 实验结果61-64
  • 3.1 多态位点比率61-62
  • 3.2 Shannon表型多样性指数62
  • 3.3 由Nei指数估计的种群基因多样性指数62-63
  • 3.4 遗传距离63-64
  • 4 讨论64-67
  • 第二章 唐古特白刺遗传多样性的ISSR分析67-75
  • 1 引言67
  • 2 材料与方法67-70
  • 2.1 材料67
  • 2.2 实验方法67-69
  • 2.2.1 DAN的提取67
  • 2.2.2 引物筛选67-68
  • 2.2.3 ISSR扩增及产物分离68-69
  • 2.3 ISSR数据处理69-70
  • 3 实验结果70-71
  • 3.1 多态位点比率70
  • 3.2 遗传多样性和遗传分化70-71
  • 4 讨论71-75
  • 4.1 遗传多样性71-72
  • 4.2 遗传结构72-73
  • 4.3 唐古特白刺遗传多样性的保护73-75
  • 第三章 泡泡刺遗传多样性的RAPD分析75-83
  • 1 引言75
  • 2 材料与方法75-77
  • 2.1 材料75
  • 2.2 实验方法75-76
  • 2.2.1 DAN的提取76
  • 2.2.2 引物筛选76
  • 2.2.3 RAPD扩增及产物分离76
  • 2.3 RAPD数据分析76-77
  • 2.3.1 多态位点比率76
  • 2.3.2 唐古特白刺遗传结构特征的分析76-77
  • 3 实验结果77-80
  • 3.1 多态位点比率77-78
  • 3.2 Shannon表型多样性指数78-79
  • 3.3 由Nei指数估计的种群基因多样性指数79
  • 3.4 遗传距离79-80
  • 4 讨论80-83
  • 参考文献83-89
  • 第三部分 白刺属植物抗旱生理研究——以唐古特白刺为例89-111
  • 第一章 研究概况89-92
  • 第二章 在不同水分条件下荒漠植物唐古特白刺光合速率、蒸腾速率、δ~(13)C值特征及其对水分利用效率的指示92-99
  • 1 引言92
  • 2 材料与方法92-94
  • 2.1 研究区概况92
  • 2.2 材料92-93
  • 2.3 实验方法93-94
  • 2.3.1 含水量测定93
  • 2.3.2 δ~(13)C值的测定93
  • 2.3.3 气体交换参数的测定93-94
  • 2.3.4 统计分析94
  • 3 结果94-97
  • 3.1 不同水分条件下,唐古特白刺叶片相对含水量的季节性变化94
  • 3.2 不同水分条件下,唐古特白刺叶片δ~(13)C值的季节性变化94-95
  • 3.3 不同水分条件下,唐古特白刺叶片光合速率、蒸腾速率和气孔导度的季节性变化95-96
  • 3.4 不同水分条件下,唐古特白刺水分利用率的季节性变化96-97
  • 4 讨论97-98
  • 4.1 不同水分状况下,唐古特白刺叶片光合速率、蒸腾速率及气孔导度变化比较97-98
  • 4.2 不同水分状况下,唐古特白刺叶片δ~(13)C值变化规律98
  • 4.3 不同水分状况下,唐古特白刺叶片δ~(13)C值对水分利用率的指示98
  • 5 结论98-99
  • 第三章 唐古特白刺叶片保护酶活性及POD同工酶的动态变化99-107
  • 1 引言99
  • 2 材料与方法99-101
  • 2.1 实验材料99-100
  • 2.2 采集地区环境概况100
  • 2.3 实验方法100-101
  • 2.3.1 叶片含水量测定100
  • 2.3.2 酶液提取100
  • 2.3.3 MDA含量测定100
  • 2.3.4 SOD活性测定100
  • 2.3.5 CAT活性测定100
  • 2.3.6 POD活性测定100-101
  • 2.3.7 同工酶电泳101
  • 3 结果101-104
  • 3.1 不同生境唐古特白刺叶片含水量的季节性变化101
  • 3.2 不同生境唐古特白刺叶片MDA含量的季节性变化101-102
  • 3.3 不同生境唐古特白刺叶片SOD含量的季节性变化102
  • 3.4 不同生境唐古特白刺叶片CAT含量的季节性变化102-103
  • 3.5 不同生境唐古特白刺叶片POD含量的季节性变化103
  • 3.6 不同生境唐古特白刺叶片POD同工酶含量的季节性变化103-104
  • 4 讨论104-107
  • 4.1 抗氧化酶活性与植物的耐旱性104-105
  • 4.2 POD同工酶与植物的耐旱性105-106
  • 4.3 抗氧化酶活性与植物生长季节性变化106-107
  • 参考文献107-111
  • 在读期间发表及已投论文目录111-112
  • 在读期间参加的科研项目112-113
  • 致谢113

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