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农药胁迫下狼蛛优势种群的遗传多样性及其适应性机理

孙继英  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金项目(№.30370208)资助下,采用分子标记技术从DNA角度研究了我国长江以南稻区优势种类拟环纹豹蛛Pardosa pseudoannulata种群的遗传多样性,揭示了拟环纹豹蛛种群间存在的遗传分化程度。在蜘蛛学领域中首次采用AFLP标记探讨了长期农药胁迫对狼蛛优势种群遗传多样性的影响及其对环境胁迫的适应性机理,为农田保蛛控虫、减少农药用量、恢复被污染的环境,为农业的可持续发展提供科学依据。主要结果如下: (1)建立及优化了适合蜘蛛种群遗传学研究的AFLP体系 本文首次将AFLP技术移植于蜘蛛种群遗传学领域。研究结果表明AFLP是分析狼蛛优势种群遗传多样性的有效分子标记方法,所筛选的8对引物组合能扩增多态性高、重复性好的条带。并在前人工作的基础上,建立了“一步式酶切连接法”并对选择性扩增后的检测方法进行了改进。 在制备模板DNA的过程中,将酶切、连接两个步骤合成一步完成,使试验程序简化,便于操作。该“一步式酶切连接法”大大降低了酶切片断自连接的几率,提高工效1倍以上,优化了AFLP操作体系。 用荧光标记技术代替银染法检测的效果更为理想。荧光法虽然在成本上略高于银染法,但是荧光标记技术由于其高度智能化的特点,在数据收集、处理上采用Genescan软件分析,减少了银染法中人工读带的误差,使数据更加准确,并提高了工作效率。经优化的AFLP体系是适合蜘蛛种群遗传学研究的理想标记技术。 (2)分析了拟环纹豹蛛种群遗传多样性及其影响的关键因子 在查明我国拟环纹豹蛛分布区域的基础上,优选其中6个代表性地理种群,应用8对引物组合扩增出1038个AFLP条带,其中多态性条带占86.66%,全部个体显示了各自独特的AFLP图谱。经Shannon多样性指数、Nei's基因多样性指数等遗传多样性分析结果表明:拟环纹豹蛛无论在物种水平(P=86.62%,H=0.2622,I=0.3101),还是种群水平(P=73.0%,H=0.2155,I=0.2554)都表现出较高的遗传多样性,显示出一定的遗传分化:我国华南北部(湖南、湖北、江西等)地区拟环纹豹蛛遗传多样性高于华南南部(云南、海南等)种群,其中湖南长沙雷锋镇种群内遗传变异最大,云南高黎贡山福贡种群内遗传变异最小。据种群变异来源分析,有35.77%的变异来自种群间,64.23%的遗传变异来源于种群内(N_m=0.898)。 系统地理学分析结果表明:不同地理种群的拟环纹豹蛛遗传多样性与年均温和海拔呈显著负相关(r=-0.7292,-0.5188;P<0.05),即各种群的多态位点百分率、Shannon指数、Nei基因多样性指数随年均温和海拔的升高而降低。经聚类分析发现,处于高海拔(1780m)的云南福贡种群已经和其他种群产生了明显分化。但地理种群间遗传距离和地理距离之间相关性不明显(r=0.07104,P>0.1),说明地理隔离并未对种群基因分化有明显作用。由此可见,生境异质性是导致拟环纹豹蛛种群遗传分化的重要因素。 综上所述,拟环纹豹蛛种群遗传多样性分化的原因既有环境胁迫的强烈外因,也有遗传响应的潜在内因。 (3)分析了拟环纹豹蛛对长期农药胁迫的遗传响应机制 在长沙地区内选择近20年未施农药的天顶乡种群(TD)和长期施甲胺磷为主的雷锋镇种群(LF)为材料,进一步做AFLP扩增位点检测,发现(1)两个种群的扩增位点数在不同的基因频率区间的分布有明显差异。TD种群主要以低频率位点为主,而LF种群则主要以高频率位点居多。在O位点区间上,TD种群的位点数显著高于LF种群。而在高频率段则以LF种群为绝对优势。结果表明,两种群的遗传结构已经发生明显变化,LF种群扩增位点随频率增高而逐渐增多;与此相反,TD种群则逐渐减少。(2)标志位点:在引物组合E-AAG/M-CTG、E-ACA/M-CAG扩增图谱中,LF种群在12个位点上为全显型,而这12个位点在TD种群中则显示为全隐性。这些位点可视为LF种群对长期农药胁迫的适应性位点。(3)LF种群(P=64.29%,H=0.2692)中的多态位点比例和各遗传多样性指数均高于TD种群(P=50.51%,H=0.1821),说明LF种群已经产生了高的抗药适应性。作者认为,改变等位基因频率和隐性纯合位点是狼蛛对长期农药胁迫的一种生态进化策略。 AFLP揭示了环境异质性是造成拟环纹豹蛛种群适应性生态地理分化的主要原因,尤其是长期农药的胁迫加速了这种分化的进程,以改变其遗传多样性来适应外界环境压力的变动。


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