濒危植物夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)繁殖器官变异与遗传多样性研究

摘要

本文以珍稀濒危物种夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)为研究对象，研究了片段化生境对夏蜡梅繁殖器官以及遗传多样性的影响，并通过对野生居群内和居群间的人工杂交，了解不同距离花粉杂交后果实、种子的形态变异，试图从交配成功率以及杂交后代果实、种子的性状来探讨夏蜡梅的最适异交距离，为夏蜡梅的繁衍和复壮提供理论基础。研究结果如下：
　　 ⑴对浙江临安大明山(DMS)、天台大雷山(DLS)和安徽龙须山(LXS)3个主要分布地夏蜡梅的花、果实、种子等繁殖器官变异进行分析，结果表明，夏蜡梅繁殖器官的变异普遍存在于居群间和居群内，不同繁殖器官在不同居群间的变异程度不同，同一繁殖器官不同性状指标在不同居群间的变异程度不同，这既与遗传因素有关，也与环境因子的影响密不可分。繁殖器官在居群间出现了一定程度的表型分化，DLS居群的花外瓣较大、花瓣数量较多，DMS居群雌蕊数和雄蕊数较多，LXS居群的雌蕊长要显著大于另两个居群；果实重量和大小以DMS居群最高，DLS居群次之，LXS居群最小，居群间大部分指标差异显著，果实形状DLS居群比其余两个居群要宽短，差异显著；种子大小和重量均以DLS居群最大，DMS居群和LXS居群相对较小，差异显著，LXS居群在形态上较其余两个居群狭长，差异显著。微生境的异质性和居群隔离以及遗传漂变均可能导致夏蜡梅居群间的分化。
　　 ⑵以临安大明山(DMS)居群作为母本，分别授以3今主要分布地的花粉，临安境内不同居群的花粉，DMS居群内不同距离的花粉，统计结实率、结籽率，并对杂交后果实和种子形态变异进行分析，结果表明，不同处理的结实率、结籽率以及每果种子数存在差异。3个主要分布地的杂交处理中，以LXS花粉源的亲和性最差，距离最远的DLS花粉源和最近的DMS花粉源其亲和性均相对较好；在临安境内不同居群杂交处理中，清凉峰(QLF)花粉源亲和性最差，塔沙降(TSJ)花粉源的每果种子数也较低；而居群内不同距离的杂交中，相距30～50m左右所得到的结实率和结籽率最低，相距80～100m左右得到的每果种子数最低。这种差异可能与基因型的交配亲和性以及环境因子相关。夏蜡梅杂交处理后果实和种子形态变异普遍存在，Kruskal-Wallis检验的结果表明，在同一尺度下，除了种子长宽比在居群内杂交处理组之间无显著差异外，其余各种子性状均呈极显著差异，表明不同花粉源对杂交后种子的性状具有很大影响。果实性状在居群内不同距离杂交处理组间的变异存在，但只有部分性状有极显著差异，而在3个主要分布地杂交处理组间以及临安境内不同居群杂交处理问所有性状均有极显著差异，表明不同花粉源对果实性状也有很大影响。3个主要分布地杂交后代的果实整体性状指标都以DMS花粉源相对较大，LXS花粉源最小，种子在重量和大小上都以DLS花粉源最高，且与另两个花粉源差异显著；临安境内不同居群间杂交后果实和种子整体性状以SXW花粉源最高，DMS花粉源性状也相对较高，而QLF花粉源和塔沙降(TSJ)花粉源杂交后代性状相对较小，且大部分指标与SXW和DMS花粉源差异显著(果实长、果实重、每果种子数、果壳重、种子重和种子长)；居群内的杂交组间后代性状也存在差异，但果实差异不显著，种子性状差异主要是在YJⅡ(相距30～50m)与其它处理组间，5个种子性状指标均以YJⅡ最小，且种子重、种子长和种子厚与其它处理组的差异显著，其余处理组间差异均不大。
　　 ⑶用ISSR分子标记分析了浙江临安大明山(DMS)、天台大雷山(DLS)和安徽龙须山(LXS)夏蜡梅主要分布地3个夏蜡梅居群的遗传多样性和遗传分化，结果表明，夏蜡梅物种水平的遗传多样性较高，而居群水平的遗传多样性较低。各居群无论是多态位点百分率(P)、Shannon信息指数(I)还是Nei基因多样性指数(h)都以DMS居群最高，LXS居群次之，DLS居群最低。AMOVA分子变异显示，夏蜡梅居群内和居群间均存在遗传变异，居群间出现显著地遗传分化(Gst=0.6050)。夏蜡梅居群间的基因流极低，只有0.3264，认为极低的基因流是造成夏蜡梅居群间遗传分化的主要因素。UPGMA聚类分析表明，地理距离较近的DMS和LXS居群聚为一类，而距这两个居群较远的DLS居群自成另一类，表明因居群隔离而造成基因交流障碍是导致遗传分化的主要因素。
　　 ⑷对繁殖器官变异与遗传多样性进行了相关性分析，3个居群的花和果实变异与遗传多样性都没有显著相关性，因此，推测可能是遗传以外的因素是导致夏蜡梅居群内花部形态和果实形态发生变异的主要原因；而种子变异与遗传多样性具有正相关，其中与Shannon信息指数和Nei基因多样性指数的相关性达到极显著水平，表明遗传多样性可能是导致夏蜡梅居群内种子发生形态变异的主要原因。此外，对夏蜡梅繁殖器官在居群间的分化与遗传分化的相关性分析也表明，花的表型分化与遗传分化间有显著地正相关，而种子和果实的表型分化与遗传分化的相关性不显著。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1夏蜡梅的研究概况

1.1.1夏蜡梅概况

1.1.2夏蜡梅的研究进展

1.2植物繁殖器官变异研究进展

1.3植物遗传多样性研究进展

1.4研究的目的及意义

1.5本研究的主要内容

第二章材料与方法

2.1夏蜡梅植物繁殖器官变异

2.1.1野外样地确定

2.1.2夏蜡梅花部形态

2.1.3夏蜡梅果实和种子形态

2.1.4授粉实验

2.2遗传多样性

2.2.1材料的采集

2.2.2所用的药品和仪器

2.2.3主要溶液的配置

2.2.4DNA的提取与定量

2.2.5ISSR分子标记

2.2.6数据统计与分析

第三章结果与分析

3.1夏蜡梅繁殖器官的变异

3.1.1夏蜡梅花部的变异

3.1.2果实和种子形态变异

3.2杂交处理后果实和种子形态的变异

3.3夏蜡梅自然居群的遗传多样性

3.3.1遗传多样性

3.3.2遗传分化

3.3.3遗传距离

3.4夏蜡梅自然居群繁殖器官变异与遗传多样性的相关性

3.4.1夏蜡梅花部变异与遗传多样性的相关性

3.4.2夏蜡梅种子变异与遗传多样性的相关性

3.4.3夏蜡梅果实变异与遗传多样性的相关性

第四章讨论

4.1夏蜡梅自然居群繁殖器官的变异

4.2夏蜡梅杂交处理后果实和种子的变异

4.3夏蜡梅自然居群的遗传多样性

4.4夏蜡梅居群繁殖器官的变异与遗传多样性的相关性

第五章结论

参考文献

附录：缩写对照表

致谢

在读期间发表的论文及参加的课题