重庆特有植物缙云黄芩种群遗传多样性分化研究

摘要

缙云黄芩(Scutellaria tsinyunensis C．Y．Wu et Chow)为唇形科(Labiacae)黄芩属(Scutellaria Linn．)多年生草本植物，现仅存于重庆市缙云山少数相互隔离的“岛屿”状分布的区域内，且数量正急剧减少，分布范围逐渐缩小甚至消失，具有濒危植物的特点。本研究以目前仅存的10个缙云黄芩种群为研究对象，采用形态学标记、HPLC和ISSR分子标记技术，从形态学、生化和分子水平对缙云黄芩种群及个体的遗传多样性分化开展综合比较研究，以期对其遗传多样性进行科学评价，为该物种及其它地方珍稀特有物种的保护、开发和利用提供理论和实践依据。结论如下： 1)形态学水平的研究：对缙云黄芩包括茎、叶、花及果实在内的56项形态特征进行测量和统计分析，有45项指标差异显著，占80.36％，其中42项达到极显著水平，占75％，表明形态特征在不同缙云黄芩种群间总体上差异显著；其中性状差异程度依次为花组＞叶组＞茎组＞果实组，特别是果实组的差异程度远小于其他三组。野外调查发现，缙云黄芩不同种群间在营养器官尤其是叶的表观特征上出现较大差异，个别种群出现了叶表面光滑无毛或叶边缘近全缘或叶片大小等与其它种群显著不同的特征。 本研究首次对缙云黄芩果实开展形态特征和萌发能力的研究，证实缙云黄芩在生长周期内能产生成熟的可育的小坚果，果实的形状、大小、表皮凸起形态等特征在同组的缙云黄芩、黄芩、粘毛黄芩和红茎黄芩之间存在明显差别，可将其作为种间鉴别的有效依据。 在形态学水平，各种群间遗传相似系数平均值为0.991，表明种群间虽有分化，但遗传相似度仍较高；聚类时，10个种群可明显区分为2个大的表征群，但其中S05种群与其它种群遗传距离相对较远。 2)生化水平的研究：首次成功建立了缙云黄芩HPLC指纹图谱。实验结果显示，10个缙云黄芩种群样品均具有14个共有指纹特征峰，且相对峰面积值间差异不大；同时各种群样品HPLC图与共有模式对照指纹图谱的相似度均在0.97以上，平均相似度为0.984，表明样品间存在着显著的相似性，说明不同种群缙云黄芩间存在较高的遗传同质性和较近的亲缘关系。 各种群间遗传相似系数平均值为0.969，表明各种群在生化水平上有较高的遗传相似性；聚类时，10个种群明显区分为2个大的表征群，各表征群内种群间遗传距离相差不大。 3)分子水平的研究：首次采用ISSR分子标记技术对缙云黄芩种群间遗传多样性开展研究，通过实验筛选出8条重复性好、稳定性高、谱带清晰且呈现多态性的引物，共扩增出60条可区分的DNA条带，其中有21条带呈多态性，占总扩增带的35％；经分析，缙云黄芩种群间遗传相似系数平均为0.914，表明种群间具有一定的遗传变异，但分化程度并不太高。 聚类时，遗传距离较近的种群首先聚在一起，然后再聚为2个大的表征群，表明种群间呈现出差异较大的分化趋势，其中S05种群也表现出与其它种群遗传距离相对较远。 4)综合分析：利用形态学、生化和基因水平上的研究对缙云黄芩种群进行聚类并结合环境资料进行分析，聚类结果在一定程度上是相一致的，10个种群在三个水平上均可明显区分为两个大的表征群，在每个表征群内某些地理位置较近或生境条件相似的种群在聚类时首先聚在一起：可以看出，遗传距离的远近和地理位置及生境条件存在或多或少的联系。 通过比较，以采用形态学标记和分子标记技术开展研究得到的结果更为接近，而生化水平的研究与受到环境因素的影响较大，因此结合分子标记和形态学标记的研究结果开展遗传多样性研究是较为可靠的。根据实验结果可以判断，10个种群中S08、S09与S10三种群之间以及S02与S03种群间具有较高的遗传相似性，S04与S06种群间遗传距离也相对较近，而S05种群则表现出与其他种群存在较大的差异性。

目录

文摘

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引言

第1章文献综述

1.1遗传多样性概论

1.1.1遗传多样性涵义及其意义

1.1.2遗传多样性的研究方法

1.2缙云黄芩及同属植物研究进展

1.2.1缙云黄芩的生物学特性

1.2.2黄芩属植物药用开发研究进展

1.2.3遗传标记在黄芩属植物研究中的应用

1.2.4缙云黄芩研究进展

1.3结语

第2章缙云黄芩种群遗传多样性分化的形态学鉴定

2.1材料和仪器

2.1.1材料来源

2.1.2仪器

2.2实验方法

2.2.1测量与记录

2.2.2方差分析

2.2.3遗传距离和遗传相似性分析

2.2.4聚类分析

2.2.5缙云黄芩果实特征研究

2.3实验结果与分析

2.3.1不同种群缙云黄芩形态特征

2.3.2缙云黄芩果实特征

2.3.3单因素方差分析结果

2.3.4遗传距离和遗传相似性分析结果

2.3.5聚类分析结果

2.4讨论

第3章缙云黄芩种群遗传多样性分化的HPLC鉴定

3.1材料、试剂和仪器

3.1.1材料采集及处理

3.1.2试剂

3.1.3仪器设备

3.2实验方法

3.2.1供试品溶液的制备

3.2.2对照品溶液的制备

3.2.3色谱条件

3.2.4稳定性考察

3.2.5精密度考察

3.2.6重现性考察

3.2.7样品分析

3.3实验结果与分析

3.3.1四种对照品的色谱图

3.3.2缙云黄芩指纹图谱的建立

3.3.3缙云黄芩指纹图谱相似度分析

3.3.4遗传相似性考察和系统聚类分析

3.4讨论

第4章缙云黄芩种群遗传多样性的ISSR鉴定

4.1材料、试剂和仪器

4.1.1材料采集及处理

4.1.2试剂

4.1.3仪器设备

4.2实验方法

4.2.1供试样品基因组DNA的提取和纯化

4.2.2基因组DNA的检测

4.2.3紫外分光光度计检测基因组DNA的质量

4.2.4 ISSR-PCR扩增及扩增产物的检测

4.3结果与分析

4.3.1基因组DNA提取结果

4.3.2引物的筛选和扩增

4.3.3数据的统计和分析

4.4讨论

第5章结论

参考文献

附录

致谢