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沙棘属几个中国特有类群的遗传多样性研究

陈纹  
【摘要】: 沙棘属(Hippophae)是重要的水土保持和经济植物,该属植物在居群内、居群间、亚种乃至物种等不同水平均表现了丰富的遗传变异和强烈的分化。作为沙棘属植物的类群分布中心和起源中心,中国蕴藏有丰富的沙棘资源。本研究在野外调查的基础上,采用随机扩增多态DNA(RAPD)的方法,用15个随机引物研究了中国沙棘、云南沙棘和卧龙沙棘三个中国特有类群的遗传多样性与居群遗传结构,旨在探讨丰富的形态变异形成的遗传基础和居群遗传变异在空间上的分布,为今后进一步研究沙棘属植物的适应性进化提供理论基础。主要结果如下: 全部15个引物对中国沙棘14个居群共251个个体扩增得到107条条带。亚种水平的多态位点百分率(PPB)为89.72%,Nei's基因多样性(h)为0.204,Shannon's多态性信息指数(I)为0.325。14个居群的平均多样性水平为PPB=55.81%,h=0.168,I=0.259。中国沙棘的遗传多样性水平略低于其它风媒、异交的长命木本植物。POPGENE给出的基因分化系数(Gst)为18.7%,表明遗传变异主要存在于居群内,略小于异交植物基因分化系数的平均值。中国沙棘的遗传变异主要存在于居群内符合其繁育系统特点。对14个居群的遗传距离与地理距离Mantel检测的结果表明,0.05水平上二者之间存在显著的相关性(r=0.335,t=2.371>t_(0.05),P=0.010),但当对较小地理范围的组G1和G3分别进行检测时发现,二者之间没有相关性。对遗传距离和海拔的相关性检测得到,大的海拔梯度上遗传距离和海拔有明显的相关性(r=0.285,t=2.343>t_(0.05),P=0.011),而小梯度上不存在相关性。 对分布于不同环境下中国沙棘5个居群在亚居群水平的遗传多样性的分析表明,在不同尺度上亚居群间存在不同的遗传分化。亚居群之间的距离、其所处环境以及亚居群内个体的分布都会在一定程度上引起亚居群之间的遗传分化。个体的零星分布和沟谷林缘的阻隔限制了S9和S13两居群内亚居群间的基因交流,从而导致亚居群间显著的遗传分化(Gst依次为0.240和0.487)。S11、S17和S20的亚居群所处的开阔生境有利于亚居群间的基因交流,因此较频繁的基因交流造成了这三个居群的亚居群间遗传分化较小(Gst依次为0.194,0.161和0.188),遗传变异主要存在于亚居群内的分布式样。 在对云南沙棘的研究中,从15个引物中选取12个扩增条带清晰,重复性好的引物进行分析。用12个引物对6个居群113个个体的RAPD分析共得到112条条带,亚种水平的多态位点百分率(PPB)为92.86%,Nei's基因多样性(h)为0.255,Shannon's多态性信息指数(Ⅰ)为0.397,说明云南沙棘具有很高的遗传多样性。上述三个指标居 陈纹沙棘属几个中国特有类群的遗传多样性研究 群水平的平均值分别为46.28%,0.139和0.214。云南沙棘居群间的遗传分化十一分显著 (Gst=0.459;AMOVA,47.02%),接近自交物种的平均值(0.5 10)。对6个居群间的遗 传距离与地理距离及其与海拔间的Mantel检测表明各居群间的遗传距离和地理距离及 其与海拔之IbJ没有相关性(r=0.437,t=1.454t。刃5,p=0.104;r=一0.117,It}=0.514 t0,05,P=0 .324=。 从巧个引物中选取12个多态条带丰富的引物用于卧龙沙棘的RAPD分析。卧龙 沙棘2居群28个个体共扩增出82条条带,多态位点百分率(尸尸刀)为78.05%。Nei’s 基因多样性h=0.255,Shannon,s多态性信息指数I=0.384。居群水平三个参数的平均 值分别为63.42%,0.219和0.329。卧龙沙棘的基因分化系数Gst=0.143,表明遗传 变异主要存在于居群内。AMOVA的结果与POPGENE的结果基本一致。这一结果符 合卧龙沙棘雌雄异株、风媒传粉、兼性营养繁殖的繁育系统特点。 基于上述研究结果可以得出以下结论:(1)不论是分布范围大的类群还是分布范围 小的特有类群,都表现出丰富的遗传多样性;(2)亚种水平上,云南沙棘的遗传多样性 最丰富,而居群水平上,其遗传多样性却最低。(3)繁育系统、地理隔离和基因流是影 响三个类群遗传结构主要因素;(4)距离隔离和由环境条件引起的亚居群间限制的基因 流是造成亚居群遗传分化的主要原因;(5)在大的地理尺度和海拔梯度上中国沙棘能够 检测到遗传距离和地理距离及其与海拔的相关性,而在小地理范围内和小海拔梯度上 中国沙棘和云南沙棘的遗传距离和地理距离及海拔之间没有相关性;(6)云南沙棘的居 群遗传结构明显不同于其它几个亚种,因此,在它们的保护利用中,针对不同的类群 应制定不同的保护、利用措施。


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