青藏高原东缘西藏沙棘、肋果沙棘遗传多样性——兼论沙棘杂交带杂种及亲本的克隆繁殖适合度

摘要

遗传多样性是生物多样性的基础和核心,对遗传多样性的研究可以揭示物种或居群的进化历史(起源的方式、时间),也能为进一步分析其进化潜力和未来命运及其保护策略提供重要资料。杂交是被子植物重要的进化机制,是当今植物进化生物学领域的热点问题。两个同域分布的物种形成的杂交带内亲本和杂种后代适合度的研究对揭示杂交带的维持机制和进化动态有着重要意义。沙棘属植物是群落演替的先锋物种,具有重要的生态效益和经济价值,该属植物表现出了丰富的遗传变异,具有强克隆繁殖能力,其克隆繁殖对于该属自然杂交带上杂种(棱果沙棘)及其亲本(中国沙棘和肋果沙棘)的繁殖适合度可能有着重要影响。本文从形态学水平分析了青藏高原特有植物西藏沙棘、肋果沙棘各7个居群的果实性状变异特征,探讨其果实变异水平及地理变异式样;运用ISSR分子标记从DNA水平分析了肋果沙棘11个居群的遗传多样性,探讨其遗传多样性水平及其对高寒环境的适应性;同时运用ISSR分子标记对青海祁连拱拜湾和八宝河滩两个棱果沙棘自然杂交带上亲本和杂种的克隆繁殖适合度进行了比较研究,以期为杂交带的维持机制提供依据。主要结果及结论如下:
　　1.西藏沙棘7个居群果实性状存在着丰富的变异,5个果实性状在居群间和居群内均存在着极显著差异( p<0.01)(除纹长在居群间存在着显著差异(p<0.05)),居群间变异系数( CV)在11.19％~45.03%之间,果柄长的变异幅度最大(CV为45.03%),其次为纹长(CV为31.97%),变异幅度最小的是果宽(CV为11.19%);表型分化系数( Vst)在0.2133~0.6299之间,平均值为0.4895,居群间和居群内变异约各占果实变异的一半,繁育系统、地理隔离和基因流影响着西藏沙棘的表型分化。相关性分析显示,除果长与果柄、果宽与纹长外,其它各性状间均表现出极显著相关(p<0.01),除果长与海拔、果宽与经纬度外,其它各性状与地理因子之间均达到极显著相关(p<0.01),呈现出地理梯度变异,聚类分析表明7个居群按照地理距离远近聚类。
　　2.肋果沙棘7个居群果实性状存在着丰富的变异,4个果实性状在居群间和居群内均存在着极显著差异(p<0.01),居群间变异系数(CV)在11.75%~61.82%之间,果柄长的变异幅度最大(CV为61.82%),其次为果形系数(CV为18.22%)和果宽(CV为17.96%),变异幅度最小的是果长(CV为11.75%);表型分化系数(Vst)在0.3280~0.7179之间,平均值为0.4710,即居群间的变异占表型总变异的47.1%,说明总变异中来源于居群间仅略少于来源于居群内的变异,繁育系统、地理隔离和基因流影响着肋果沙棘的表型分化。相关性分析显示,果长与果宽、果形系数分别与果长和果宽之间存在着极显著相关(p<0.01),果长和果柄长存在显著相关(p<0.05),果宽、果形系数与海拔、经纬度表现出极显著相关(p<0.01),果柄长与经度表现出显著相关(p<0.05)。
　　3.11个ISSR引物对分布于青藏高原肋果沙棘的11个居群181个个体扩增出的183个位点中有179个多态位点,亚种多态位点百分率(PPB)为97.81%, Nei’s基因多样性(h)为0.2830,Shannon’s多态性信息指数(I)为0.4326。11个居群平均遗传多样性水平为PPB=56.78%,h=0.2096,I=0.3109。无论在亚种水平还是在居群水平肋果沙棘均表现出了丰富的遗传多样性。肋果沙棘的遗传多样性水平略高于其它风媒、异交的长寿命木本植物。POPGENE计算的基因分化系数(Gst)为0.2181,略高于异交植物基因分化系数的平均值(Gst=0.193),表明遗传变异主要存在于居群内,这符合沙棘属植物繁育系统的特点。居群间有一定的基因交流(Nm=1.4275),远小于异交植物Nm的平均值(Nm=5.380)。对11个居群之间的遗传距离与地理距离和海拔的Mental检验结果表明,遗传距离与地理距离存在着极显著的正相关(r=0.48540,p=0.0005<0.01),与海拔存在着显著的负相关性(r=-0.40155,0.01　　4.用12个ISSR引物对2个棱果沙棘自然杂交带上亲本和杂种的克隆繁殖适合度进行了比较,结果表明,ISSR揭示的杂交带上亲本和杂种的克隆多样性均较高(N/G=1.0606~1.3464,PD=0.8800~0.9600,D=0.9867~0.9967),克隆繁殖较少(每个居群由克隆形成的基株有1-3不等)。2个杂交带上杂种和亲本的分株延伸能力略有差异,在拱拜湾杂交带中,杂种的分株延伸能力明显高于亲本,而在八宝河滩杂交带中则正好相反,杂种的分株延伸能力远小于亲本,可见杂种和亲本的克隆繁殖适合度存在着一定的差异。杂交带上杂种和亲本的有性和克隆繁殖存在着一定的权衡。环境对于杂种和亲本的克隆繁殖有着一定的影响。由于发现的克隆分株极少,因此这些规律还有待于用其他方法(如共显性标记SSR、AFLP等)验证。

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第一章 前 言

1.1 植物遗传多样性概述

1.2杂交及杂交带

1.3 亲本与杂交后代适合度研究

1.4 沙棘属植物遗传多样性和杂交带研究进展

1.5 本研究的内容、目的和意义

第二章 西藏沙棘的果实性状变异

2.1 材料与方法

2.2结果与分析

2.3 讨论

第三章 肋果沙棘的果实性状变异

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

第四章 肋果沙棘遗传多样性的ISSR分析

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 讨论

第五章 棱果沙棘自然杂交带中杂种及亲本的克隆繁殖适合度

5.1材料和方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附图一：克隆结构确定图

附图二：沙棘属植物照片

致谢

附录