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毛红椿天然居群遗传结构研究

刘军  
【摘要】: 毛红椿(Toona ciliata var.pubescens)是楝科香椿属植物,为落叶大乔木,生长迅速,树干通直,素有“中国桃花心木”之称,是珍贵的用材树种,具有很高的经济价值和开发前景。在《中国植物红皮书》中,毛红椿被列为国家二级保护濒危种。本研究在野外调查的基础上,进行了基本生态学特性及表型性状变异、遗传多样性和空间遗传结构等方面的研究和分析,主要结果如下: 1.毛红椿主要分布于我国华南地区,地理坐标范围:东经100°16′~119°40′,北纬24°21′~30°31′。由于环境变化、开发过度以及其天然更新比较慢,数量不断减少。根据调查情况,江西、云南、安徽、浙江等省有其天然林分布外,其它各省毛红椿只有零星分布。毛红椿分布区的气候为中亚南亚热带季风气候。毛红椿喜光,生长快。毛红椿分布区内多为山地和丘陵。分析了毛红椿表型性状变异,包括花期、果期、叶片、果实、种子、苗期性状。花期从南到北差异很大,云南四个居群开花期在3月初~4月,宜丰、龙泉和遂昌三个居群花期在5~6月。在云南果实成熟期为5月中旬到6月中旬,而宜丰、元谋、龙泉和遂昌要到10~11月成熟。叶柄长度、叶长、叶宽和叶长/叶宽在各居群间差异显著。蒴果大小各居群间差异较大,以宜丰居群为最大。毛红椿种子百粒重很小,加上种子两侧具翅,有利于种子的传播。苗高、地径、根干重、茎干重、根茎比、根总长度、根表面积和根体积等8个性状在家系间均达极显着差异,说明毛红椿优树子代间存在较为丰富的变异,具有选育潜力。毛红椿居群年龄结构接近于正态分布,幼龄个体和老龄个体较少,说明该物种出现衰退现象。毛红椿垂直分布很广,从220~1800m都有其分布。 2.以毛红椿新鲜叶片为材料,用改良的CTAB法提取基因组DNA。利用改良的链亲和素磁珠法亲和捕捉出毛红椿基因组微卫星DNA片断,并构建了富含微卫星的基因组文库。从构建的基因组文库中随机挑选了63个单克隆进行测序,其中50个单克隆成功测序,含有微卫星的单克隆有17个,并根据测序结果设计并合成SSR引物17对。利用所合成的引物优化SSR反应体系,对影响SSR反应的各个因子进行了探讨。确定了模板DNA浓度最适浓度为30ng;dNTP的最适浓度为1.5mmol·L~(-1);0.3μmol·L~(-1)是引物在反应体系中的最合适浓度。建立了重复性好、稳定性好的SSR反应体系,为下一步进行毛红椿居群遗传结构和遗传变异研究提供了技术支持。 3.利用8对微卫星标记对分布我国的8个毛红椿天然居群进行了遗传多样性研究。结果表明,毛红椿天然居群具有较低水平的遗传多样性。毛红椿居群等位基因的平均数6.4,有效等位基因平均为2.8,平均期望杂合度为0.61。毛红椿居群的变异主要来源于居群内,居群间分化较大,遗传分化系数(F_(ST))平均值为0.2029。在F_(ST)值的基础上估算毛红椿居群间的基因流为0.9821,表明居群间基因流水平较低。采用平均距离方法(UPGMA)对8个居群进行聚类,8个居群被分为三个亚类。 4.利用8对微卫星DNA对分布我国的3个毛红椿天然居群的空间遗传结构进行研究。收集了毛红椿3个天然居群209个单株材料并对每个单株的位置进行了定位,运用空间自相关分析进行毛红椿居群空间遗传结构的研究,以指导其保护策略的制定。空间自相关分析结果揭示毛红椿宜丰天然居群存在空间遗传结构,而师宗和宾川居群等位基因的遗传变异在空间上为随机分布,不存在明显的空间遗传结构。导致宜丰居群内空间遗传结构形成的原因,包括种子局限传播、微环境异质性和居群密度等。 5.利用SSR分子标记技术对分布于江西官山自然保护区内毛红椿不同年龄等级居群和不同海拔居群的遗传多样性。结果表明,不同年龄等级居群间遗传多样性差异较大,遗传多样性水平Pop3>Pop2>Pop1,即老树>成体>小树。五个不同海拔高度毛红椿居群遗传多样性差异较大,以海拔高度最高的Pop5(海拔为610m)居群遗传多样性水平最高,Pop2居群(海拔为300m)的遗传多样性水平最低。 6.利用4对多态性相对较好的SSR引物构建了香椿属主要种的指纹图谱,为香椿属种间的系统分类打下基础。 7.根据以上研究结果,毛红椿濒危原因主要包括:生境片段化、开发过度和天然更新缓慢等;并在此基础上对毛红椿现存居群的保护提出了相应的保护策略如下:加强管理、积极开展该物种研究、加强生境检测、迁地保护、保护稀有资源和采取一定的保种措施。


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