草本植物DNA C-值变异及其生物学意义

摘要

DNA C-值是一个重要的生物学概念，并具有一定的生物学、生态学意义。随着植物DNA C-值数据的积累，基于DNA C-值资料的研究领域也在不断扩大和加深。因此，通过测定获得更多植物的DNA C-值，对于更加全面的了解DNA C-值在植物类群中的分布规律，以及可能的生物学、生态学和进化上的意义是必须的。目前已经测定了相当一部分草本植物的DNA C-值，但是DNA C-值在不同类群、不同地理区域的分布规律并不清楚。根据DNA C-值的研究现状，本文重点测定了我国长三角地区为主的111种草本植物和我国主要稻区稗属44个样本的的DNA C-值，统计了世界范围内已知的145个科的3290种草本植物的DNA C-值在不同类群、不同地理区域的分布规律，以其为更加系统全面地了解DNA C-值的生物学和生态学意义提供基础资料。主要结果如下:
　　 1.测定了华东地区38个科111种草本植物和采自全国的44份稗属(Echinochloa)植物的DNA C-值，丰富了草本植物DNA C-值数据库，加深了人们对于稗属植物种间和种内DNA C-值变异的认识。测定表明:111种草本植物的平均DNA C-值为1.4464pg，其中，刺果毛(Ranunculus muricatus Linn.)的DNA C-值(10.7415pg)最大，鸭儿芹(Cryptotaenia japonica Hassk.)的最小，为0.5585pg，绝大多数种类的DNA C-值都分布于0.5-1.5pg之间;与整体统计结果比较，测量数据(1.4464pg)明显小于全世界范围内统计的平均值7.786pg，但是与华东所处的样地5-8(E120-135°,N22.5-30°)的平均DNA C-值(1.7208pg)相近。
　　 2.测定发现，三色堇（Viola tricolor Linn.）不同花色个体和蒲公英(Taraxacumdissectum(Ledeb.) Ledeb)不同叶形个体间的DNA C-值存在极显著差异;但是春一年蓬（Erigeron philadelphicus）和铜锤草（Oxalis corymbosa DC.）不同花色个体间DNA C-值则没有显著性差异。
　　 3.在长三角地区339种已知DNA C-值的草本植物中，花卉植物（36种）与非花卉植物（303种）的平均DNA C-值分别是1.4335(±0.0895)Pg和1.4577(±0.2160) pg，两类群之间没有显著差异。
　　 4.测定了来自全国主要稻区12个省份的稗属(Echinochloa)44份样本的DNA C-值，结果发现，稗属植物的DNA含量不仅在属内存在变异，在种内也存在一定变异。44份材料的平均DNA C-值为1.128pg，最小值1.0564pg，最大为1.2048pg。其中，原变种(E.crusgalli)的6份样本中最小的是采自黑龙江的1.0708pg，而最大的则是采自江西的1.1876pg;孔雀稗(E.cruspavonis)只有3份样本，最小的是采自吉林的1.0636pg，最大的是采自江苏的1.556pg;短芒稗(Ecrusgalli var.breviseta)的最小值是采自吉林的1.0668pg，最大值是采自福建的1.186pg;长芒稗(E.caudate)最小值是采自吉林的1.0904pg，最大值是采自江苏的1.1524pg;无芒稗(E.crusgalli var.mitis)最小值是采自吉林的1.0564pg，最大值是采集福建的1.1772pg;西来稗(E.crusgalli var.zelayensis)最小值是采集吉林的1.0704pg，最大值是采自江苏的1.2048pg。比较发现，采自吉林省的稗草样本往往具有较小的DNA C-值，而采集江苏、福建等地区样本DNA C-值往往较大。
　　 5.通过对全球已有报道的145个科的3290种草本植物DNA C-值和基因组大小的统计，其中DNA C-值和基因组大小的平均值分别为7.784 pg和6.77 pg，DNA C-值的最大值127.4 pg，基因组大小的最大值为63.7 pg，而两者的最小值都为0.1 pg。而两个指标在不同科中的差异都很大。已知DNA C-值的145个科草本植物中，有51个科包含的物种数目超过10个，这51个科中DNA C-值最大的是黑药花科(Melanthiaceae)(48.072 pg)，最小的是竹芋科（Marantaceae）(0.44Pg)，两者相差109倍多;已知基因组数据的科中物种数超过10个的有35个，其中最大是扭柄叶科（Alstroemeriaceae）(26.58pg)，最小的是竹芋科（Marantaceae）(0.37pg)，两者相差将近72倍。统计发现，在所以草本植物中，不同子叶型、不同生活史类型、不同杂草性植物以及不同倍性物种之间的DNA含量都存在显著性差异，其中单子叶植物的DNA C-值(11.817pg)和基因组大小(10.7pg)显著大于双子叶的DNA C-值(3.433pg)和基因组大小(3pg);非杂草性植物DNA C-值(8.42pg)和基因组大小(7.54pg)显著大于杂草性植物DNA C-值(3.979pg)和基因组大小(2.6pg);多年生植物DNA C-值(17.075pg)及基因组大小(17.42pg)显著大于1、2年生植物DNA C-值(7.549pg)及基因组大小(6.07pg);多倍体植物DNA C-值(10.653pg)显著高于二倍体植物DNAC-值(7.443pg)，但是基因组大小(5.04pg)小于二倍体基因组大小(7.443pg)。
　　 6.以已知DNA C-值和地理分布范围相对清楚的2856种草本植物为对象，按草本植物，子叶草本植物、双子叶草本植物，1、2年生草本植物、多年生草本植物，杂草性草本植物、非杂草性草本植物，对其分别进行DNA C-值及基因组地理分布规律的分析，结果发现，不同类型的植物DNA C-值及基因组都呈现出一个相同的规律:DNA C-值和基因组大小都随纬度变化而变化，其规律为在高纬度地区的植物DNA C-值和基因组大于低纬度地区。
　　 7.分别以菊科(Compositae)和禾本科(Poaceae)为例，对同一个科内的植物的DNA C-值及基因组大小进行地理分布分析，结果发现，在同一个科内植物DNA C-值和基因组大小都呈现出了随纬度变化而变化的规律，这与整个草本植物呈现出来的规律相吻合，但是在不同科之间，植物DNA C-值及基因组大小在不同地理单位的变化幅度不同，例如，禾本科植物的DNA C-值和基因组大小在不同地理单位之间的变化比较明显，但是菊科植物的变化趋势就相对显得缓和一些。
　　 8.本文统计发现了全球范围草本植物DNA C-值的地理分布规律，并没有支持前人的相关结论。我们推断，草本植物的DNA-值在局部地理范围内可能更好地与用环境因素进行解释，但是在全球范围内，可能与地质历史和生物进化事件有关。

目录

摘要

第一章 研究综述和项目意义

1．1 DNA C-值的来源及定义

1．2 植物DNA C-值的研究状况

1．3 植物DNA C-值的变异现象

1．3．1 DNA C-值在种上水平的变异及其生物学意义

1．3．2 DNA C-值种下变异及其生物学意义

1．3．3 基因组大小差异产生的原因

1．4 DNA C-值与植物的入侵性关系

1．5 本项工作的意义

第二章 草本植物DNA C-值的测量

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料采集与鉴定

2．1．2 实验方法

2．2 实验结果

2．2．1 菊科(Compositae)植物DNA C-值的比较

2．2．2 禾本科(Poaceae)植物DNA C-值的比较

2．2．3 蓼科(Polygonaceae)植物DNA C-值的比较

2．2．4 玄参科(Scrophulariaceae)植物DNA C-值的比较

2．2．5 种类较少的科的DNA C-值比较

2．2．6 同种不同表型个体间对比试验

2．2．7 花卉植物与非花卉植物的比较试验

2．2．8 稗属(Echinochloa)植物试验结果

第三章 草本植物DNA C-值及基因组数据统计及地理分布分析

3．1 研究方法

3．1．1 DNA C-值及基因组数据来源

3．1．2 草本植物DNA C-值及基因组数据在不同类群中的变异特点

3．1．3 草本植物DNA C-值和基因组的地理分布特点分析方法

3．2 研究结果

3．2．1 DNA C-值和基因组大小在不同类群中的变异特点

3．2．2 不同类型草本植物数据地理分布分析

3．2．3 不同科草本植物数据地理分布分析

第四章 总结与讨论

4．1 有关DNA C-值的种下变异

4．2 草本植物DNA C-值的变异分析

4．2．1 我国东部地区草本植物DNA C-值在种上水平的变异

4．2．2 全球范围的草本植物DAN C-值变异分析

4．3 DNA C-值的地理变异

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果

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