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玫瑰野生种质资源评价及其与栽培种质亲缘关系的研究

冯立国  
【摘要】: 本研究在对我国野生玫瑰种质资源进行全面调查的基础上,从形态学、生理学、植物化学、孢粉学及分子生物学5个层面,系统地研究了我国野生玫瑰当前的资源状况,弄清了野生玫瑰基本的生物学特性及其变异,并利用AFLP分子标记技术对部分玫瑰野生种质资源和品种资源的遗传多样性和亲缘关系进行了分析。主要结论如下: 1.对山东东部沿海、辽宁南部沿海以及吉林珲春地区3个野生玫瑰自然分布区域进行了实地调查。基本查清了当前我国野生玫瑰的分布区域及资源现状,并对其形态特征及变异进行了系统调查和统计分析,同时调查了伴生植物,并分析了其濒危原因。 2.利用CIRAS-2型便携式光合测定系统和FMS-2型调制式荧光仪研究了野生玫瑰的光合特性,并与玫瑰栽培品种进行了比较。结果表明,‘珲春野生玫瑰’P_n日变化为单峰曲线,‘牟平野生玫瑰’和‘紫枝玫瑰’P_n日变化为不显著的双峰曲线,‘苦水玫瑰’P_n日变化则为典型的双峰曲线;野生玫瑰的P_n最高值明显高于玫瑰栽培品种,表现出显著的高光合效率特性;‘珲春野生玫瑰’、‘紫枝玫瑰’和‘苦水玫瑰’都表现出明显的光合“午休”,而‘牟平野生玫瑰’没有“午休”;‘紫枝玫瑰’P_n的降低主要是非气孔因素所致,而‘珲春野生玫瑰’、‘牟平野生玫瑰’和‘苦水玫瑰’P_n的降低则受气孔和非气孔因素的共同影响。叶绿素荧光参数的日变化表明,4个玫瑰种质均出现了不同程度的光抑制,野生玫瑰比玫瑰栽培品种对高光强敏感,中午光抑制程度较重,但却比玫瑰栽培品种能更有效地利用上午的光能进行光合碳同化,而玫瑰栽培品种对下午光能的利用率比野生玫瑰高;PSⅡ反应中心的可逆失活和有效的非辐射能量耗散是玫瑰叶片防御光破坏的主要保护机制。 3.采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱—质谱联用(GC-MS)技术分析了不同产地野生玫瑰鲜花的芳香成分,并对其香气进行了比较。结果表明,4个野生玫瑰类型的芳香成分及其相对含量差异明显。‘牟平野生玫瑰’共检测出64种成分,醇类化合物是主要香气成分。含量较多的有苯乙醇、β-香茅醇、橙花醇、香叶醇、苯甲醇、3-己烯-1-醇和正己醇;‘荣成野生玫瑰’共检测出48种成分,醇类化合物是主要香气成分。含量较多的有苯乙醇、β-香茅醇、香叶醇和橙花醇;‘珲春野生玫瑰’共检测出56种成分,醇类和酯类化合物是它的主要香气成分。含量较多的成分有苯乙醇、乙酸苯乙酯、β-香茅醇、乙酸正己酯、乙酸-顺式-3-己烯酯、橙花醇、α-月桂烯、香叶醇和D-柠檬烯;‘庄河野生玫瑰’共检测出56种成分,醇类化合物是主要香气成分。含量较多的香气成分有苯乙醇、邻苯二甲酸二乙酯、β-香茅醇、2-庚酮和苯甲醇。不同的芳香物质组成,使4个野生玫瑰产生不同的香气类型。 4.以采自山东、辽宁和吉林省6个具有代表性的野生玫瑰类型的花粉为试材,利用扫描电镜对其形态进行了系统地观察和比较,并进行了聚类分析。结果表明,野生玫瑰的花粉粒为长球形或超长球形,赤道面观长椭圆形、长椭圆形偏矩形或椭圆形偏纺锤形,极面观三裂圆形,两极平截形或圆弧形,具三孔沟,以等间距环状分布,属于N_3P_4C_5型花粉。野生玫瑰的花粉外壁属于条纹—穴状纹饰类型,外壁均具条嵴,嵴洼处散生有覆盖层穿孔,但条嵴及穿孔的形态和分布差异明显,花粉外壁纹饰可以作为野生玫瑰分类、鉴定的重要依据。聚类结果显示,HCW和HCN的亲缘关系较近,MP和ZHH的亲缘关系也很近,二者又与RCH的亲缘关系较近,而HCP与其它5个野生玫瑰居群的亲缘关系较远。最后,结合聚类结果及花粉形态的演化规律,对中国野生玫瑰的起源及演化进行了探讨。 5.采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱—质谱联用(GC-MS)技术分析了玫瑰花发育过程中芳香成分及其含量的变化。结果表明,在花发育的不同时期,芳香成分及含量差异很大。花蕾期共检出芳香成分53种,萜烯类化合物是主要香气成分。含量较多的芳香成分有γ-依兰油烯、α-雪松烯、α-蒎烯、反式-α-香柠檬烯、顺式-乙酸-3-己烯酯、长叶马鞭草烯酮;初开期共检测出65种芳香成分,醇类、酯类和萜烯类化合物是初开期的主要香气成分。含量较多的有β-香茅醇、乙酸香茅酯、苯乙醇、香叶醇、乙酸正己酯、橙花醇、乙酸苯乙酯、顺式-乙酸-3-己烯酯;半开期共检测出芳香成分62种,醇类、酯类和萜烯类化合物是主要香气成分。含量较多有β-香茅醇、香叶醇、苯乙醇、乙酸香茅酯、橙花醇、乙酸正己酯、乙酸苯乙酯和α-月桂烯;盛开期共检测出芳香成分65种,主要为醇类、酯类和萜烯类化合物。含量较多的芳香成分有β-香茅醇、乙酸香茅酯、苯乙醇、乙酸香叶酯、香叶醇、乙酸苯乙酯、橙花醇、乙酸正己酯和α-月桂烯;盛开末期共检测出芳香成分58种,主要为醇类、酯类和萜烯类化合物。含量较多的有β-香茅醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯、乙酸香茅酯、α-月桂烯、α-蒎烯、柠檬烯和乙酸香叶酯;伴随花的不断发育,醇类化合物含量迅速增加,半开期时含量最高;酯类化合物呈先升高后降低的趋势,盛开期酯类化合物的含量最高;萜烯类化合物在花蕾期含量最高,初开期迅速下降,至盛开末期又有所上升;醛类化合物的含量呈先迅速升高后迅速降低的趋势,盛开期含量最高。综合分析后认为,玫瑰鲜花的主要香气成分为β-香茅醇、乙酸香茅酯、香叶醇、苯乙醇、乙酸香叶酯、橙花醇、乙酸苯乙酯、乙酸正己酯和α-月桂烯。 6.利用AFLP分子标记技术对原产于我国不同地区的5份玫瑰野生种质资源和国内外25份玫瑰品种资源的基因组DNA进行了多态性扩增,分析了其遗传多样性和亲缘关系。结果表明,利用筛选出的10对引物共扩增得到1771条清晰可辨条带(60-500bp),其中多态性条带1704条,平均多态性位点百分率为96.2%,表明玫瑰种质间存在丰富的遗传多样性。10组引物在24份种质中检测到数目不等的特异带型,这些特异带型对鉴别玫瑰种质具有一定的价值;30个玫瑰种质之间相似系数在0.4977~0.8410之间,平均相似系数为0.624;聚类结果表明,原产于我国不同地区的野生玫瑰之间的亲缘关系较远,遗传多样性丰富。野生种质与栽培种质之间的亲缘关系也较远,而我国玫瑰主栽品种的相似程度较高,遗传差异较小,遗传背景比较狭窄,遗传多样性较低。 7.结合孢粉学与AFLP分析结果,认为中国野生玫瑰可能最初起源于山东东部沿海,后向北发展演化形成辽宁南部种群,由辽宁南部种群继续向北发展演化形成珲春种群。


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