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大花红景天的ISSR遗传多样性与精油化学成分多样性研究

雷一东  
【摘要】:红景天植物为景天科 (Crassulaceae) 红景天属 (Rhodiola) 多年生草本的总称,全世界约90种,主要分布于北半球的高寒地带。中国有73种,主要分布在青藏高原等地的高寒山区。 红景天是一种重要的药用植物资源,红景天甙、酪醇、没食子酸及精油是其主要的有效化学成分。藏药红景天已有1000多年历史,主要作用是提高机体对环境的适应能力,具有双向调节、抗缺氧、抗疲劳、抗毒和抗病毒、抗辐射、抗肿瘤等多种作用,受到人们的广泛重视。然而,近年来由于人为因素和自然因素的双重作用,红景天自然资源快速枯竭,已被建议列为国家一级濒危植物。在红景天属中,大花红景天 (Rhodiola crenulata) 是藏药红景天的主要来源,多分布于西藏、云南、四川、青海等海拔2800-5600米的山坡草地、灌丛、石缝中,其有效成分红景天甙含量高。 本文应用ISSR分子标记研究了大花红景天居群的遗传多样性。选取西藏和云南大花红景天共9个居群144个样品,用筛选出的12个引物进行PCR扩增,共扩增出184条重复性高、清晰的条带,扩增片断分子量从190 bp至2600 bp,平均每个引物扩增出15.3条带,其中多态性条带为180条,有效条带百分率 ( P ) 97.8%。基因多样性指数 ( H ) 为0.297,Shannon 多样性指数 ( I ) 为0.4536。在居群水平上,多态位点百分率为30.98% - 72.28%,基因多样性指数 ( H ) 为0.1206 - 0.2218,Shannon 多样性指数 ( I ) 为0.1765-0.3383,云南香格里拉地区的大花红景天居群具有较高遗传多样性。在物种水平上,大花红景天遗传分化系数(GST)为0.404,基因流( Nm )为0.7377。其中云南7个居群GST为0.3743,Nm为0.8358,西藏2个居群GST为0.2312,Nm为1.6627。对三级谱系的AMOVA分析表明,有12.96%的变异存在于地区 (云南 - 西藏) 居群之间,32.17%的变异存在于地区内居群之间,54.87%的变异存在于居群内。大花红景天9个居群Jaccard遗传相似性系数在0.241到0.967之间,平均为0.443。居群间的遗传距离UPGMA结果与地理分布相关性较高,9个居群聚成3组:西藏的2个居群聚成一组;云南德钦地区的2居群聚成一组;云南丽江居群与香格里拉红山铜矿居群聚成一组。实验结果还表明,用ISSR进行PCR扩增,可以清晰、有效地分辨出每个样品的基因型,说明ISSR标记适用于大花红景天的遗传多样性研究。 本文采用水汽蒸馏法提取大花红景天根茎的精油,用GC-MS计算机联用仪数据处理系统,对精油成分及其含量进行定性和定量分析。从西藏和云南8个大花红景天居群的精油中,共分离出近65个成分,鉴定了42个化合物,大花红景 WP=6 天精油的主要成分是:香叶醇 (geraniol) (14.78 - 55.11%),辛醇 (n-octanol) (13.39 - 39.45%),2-甲基-3-丁醇 (2-methyl-3-buten-2-ol) (0.82 - 24.15%),香茅醇 (citronellol ) (2.18 - 8.86%),3-甲基-2-丁烯-1-醇 (3-methyl-2-buten-1-ol) (0.49 - 9.22%), 桃金娘醇 (mytenol) (微量 - 9.41%),里哪醇 (linalool) (1.41 - 4.05%) 等;聚类分析与主成分分析均能将8个大花红景天居群精油化学成分分为2个化学类型,化学型Ⅰ为西藏的3个居群,即富含香叶醇 (45.52 - 55.11%) 型;化学型Ⅱ为云南的5个居群,即富含辛醇 (20.97 - 39.45%) 和香叶醇( 14.78 - 26.9% ) 型。在此基础上,本文应用Mantel统计检验探讨了精油化学成分与地理距离的相关性,发现两者显著相关,而遗传距离与地理距离以及遗传距离与精油化学成分均不相关。 本文还详细调查了中国科学院植物研究所标本馆 (国家标本馆) 等多家单位共计3000余号红景天属植物标本,建立了一个红景天属植物标本数据库并进行了地理信息分析。此外,本文测定了大花红景天等6种红景天属植物的核糖体ITS序列,并结合GenBank序列进行了分子系统发育分析,结果基本上不支持红景天属传统的组、系划分。今后拟进一步收集更多的红景天属植物进行种间系统发育关系研究。


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