西藏巨柏(Cupressus gigantea)的遗传多样性与精油化学成分变异及其保护生物学意义

摘要

西藏巨柏(CupressusgoganteaW.C.ChengetL.K.Fu,柏科,柏木属),是西藏特有的一种珍稀植物,目前已被《国家重点保护野生植物名录》列为一级保护植物。西藏巨柏长期以来被用于制作藏香,在藏传佛教的宗教活动中发挥着重要作用,其本身也是一种半干旱地区的优良绿化树种,具有巨大的文化和经济价值。同时,西藏巨柏最高分布可达海拔3400米,在生态学和进化生物学研究中具有较高科研价值,尤其是研究青藏高原隆起与物种分化的理想材料。西藏巨柏的分布区非常狭小,除林芝县的西藏巨柏公园之外,目前仅限于雅鲁藏布江两岸从朗县到米林县、约100公里的狭长河岸带,种群数量极低。更令人担忧的是,目前规划中的雅鲁藏布沿江公路工程,可能会对西藏巨柏仅存的现有生境产生严重的影响。尽快对西藏巨柏开展系统的保护生物学研究,采取积极措施对雅江两岸的西藏巨柏进行有效迁地或原地保护,已成当务之急。
　　 本研究综合运用分子生态学和植物化学的原理与方法,对西藏巨柏的基础生物学进行研究,旨在:(1)揭示西藏巨柏的遗传多样性和种群结构,为制定合理的迁地保护策略提供依据;(2)对西藏巨柏和西藏柏木(C.torulosaD.Don,常见种)的精油化学成分进行比较,探讨用西藏柏木作为藏香生产替代原料的可能。此外,本研究对西藏巨柏的种子萌发的生态特性进行初步探索,以期为迁地保护乃至进一步的栽培利用提供基础数据。
　　 本研究的具体内容及主要结论如下:
　　 1)运用分子标记(AFLP)对覆盖西藏巨柏全部分布区的9个居群(189个植株)进行分析,结果表明:8对AFLP引物扩增出475个可重复的清晰条带,其中381个是多态位点,物种水平的多态位点百分率(P)为80.21％、基因多样性指数(He)为0.2469、香农信息指数(I)为0.3762;种群水平的遗传多样性在9个种群之间比较相似(He平均值为0.2031),各种群之间存在显著的遗传分化,基因分化系数(Gst)为0.17,而且种群间的遗传距离与地理距离之间存在显著的正相关(r=0.78159,p=0.002)。这种遗传格局的形成可能与其狭长带状的地理分布格局导致基因流随距离增大而迅速衰减有关(即距离阻隔模型)。本研究同时平行分析了西藏柏木种群作为对照,在STRUCTUYRE分析中,西藏巨柏和西藏柏木的个体能够完全分开,表明两者之间不存在显著的基因交流。雅江两岸的种群在遗传上不同于目前已受到保护的巨柏公园种群,在今后的保护工作中必须给予足够的重视;此外,在迁地保护的取样时,按地理距离间隔进行取样是比较合理的策略。
　　 2)运用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对西藏巨柏和西藏柏木的精油化学成分进行了比较分析,结果从西藏巨柏精油中共检测到52种化合物,占总含量的99.45％。其中含量最高的前5种成分占总体的63.62％,分别为β-蒎烯(18.45％),松油醇(17.57％),α-蒎烯(11.70％),α-荜茄醇(10.26％),γ-萜品烯(5.64％);从西藏柏木精油中检测到48种化合物,占总含量的99.95％。含量最高的前5种占总体的67.60％,其中4种与西藏巨柏相同,分别为β-蒎烯(21.68％),松油醇(15.85％),γ-萜品烯(13.3％)和α-蒎烯(6.32％)。整体来看,西藏巨柏与西藏柏木有33个共有成分,尤其是含量较高的成分非常相似,西藏柏木有可能成为藏香制作的替代性原料,需要进一步研究。
　　 本研究初步揭示了西藏巨柏的遗传多样性和种群遗结构,同时对西藏巨柏和西藏柏木的精油化学成分进行了比较分析。将来的工作可以进一步研究西藏巨柏迁地保护的方案和技术,进一步探讨西藏巨柏和西藏柏木的系统发育关系,以及西藏柏木用作藏香替代原料的相关技术等。