岩生植物金发草Pogonatherum paniceum遗传多样性及化感作用的初步研究

摘要

岩生植物金发草Pogonatherum paniceum (Lam．)Hack．是禾本科金发草属的多年生草本檀物，分布于华中、华南、西南、印度、马来西亚以及澳大利亚等地。多生长于低山岩壁缝隙、路旁、草地等干旱向阳处，以风化岩石表面分布最为广泛，是—种耐瘠薄、抗旱性较强的岩生植物。金发草形似小竹，自然形态美观，生长迅速，根系十分发达，致密的茎枝对地面具有较强覆盖能力，是—种优良的地被植物和观赏植物，在水土保持、生态边坡防护、绿化等方面具有良好的应用前景，具有开发为新型国产草坪草种的潜力。本文首次采用ISSR标记技术和AFLP标记技术分析了四川、云南、重庆、广西等地不同环境条件下22个金发草种群的遗传多样性特征，对并对金发草的化感作用进行了初步研究。 lSSR标记分析表明，从100条ISSR引物中筛选出14条引物进行PCR扩增，共扩增出239条清晰的条带，其中227条条带具有多态性，多态位点百分率(PPB)达94.98％，金发草的观测等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Nei'S的基因多样性(日)和Shammon’s信息指数(I)分别为1.9498±0.2188、1.4298_±0.3204，0.2656±0.1592及0.4136±0.2088，揭示了金发草具有丰富的遗传多样性。22个金发草种群间的遗传—致度(I)的变化范围为0.5481～0.8201，所有种群的平均遗传一致度为0.6735；遗传距离(D)介于0.1983～0.6013之间，所有种群的平均遗传距离为0.3976。根据Nei’S遗传距离对22个种群进行UPGMA聚类，表明金发草种群的遗传距离与其水平地理距离和垂直地理距离有关。Mantel检验表明金发草种群间的遗传距离与水平地理距离和垂直地理距离均呈显著正相关(p<0.01)，随着海拔升高，金发草的遗传多样性降低，推测可能是高海拔地区气温低、降水量大在一定程度上影响了金发草种群间的基因交流。生境类型、海拔高度、土壤类型、土壤pH、年均温度、年均降水量、年均日照时数等环境因子对金发草的遗传分化在一定程度上产生了影响，相关性分析表明，其影响均不显著，说明金发草种群对环境依赖性小，能分布在各种生境中，使其具有较高的遗传多样性水平。 应用扩增性片段长度多态性(AFLP)分子标记技术分析，分别采用琼脂糖电泳和变性聚丙烯酰胺电泳分离AFLP-PCR扩增片段。两种电泳法均能揭示出金发草的遗传多样性。根据聚丙烯酰胺凝胶电泳检测结果：从64对引物组合中筛选出10对引物鲴合，共扩增出485条清晰的谱带，其中多态带441条，多态位点百分率90.93％，平均每对引物扩增出485条谱带。表明金发草具有丰富遗传多样性(H=0.2494，I=0.3903)：22金发草种群间遗传—致度在0.499～0.905之间，平均遗传一致度为0.739，遗传距离在0.100～0.695之间，平均遗传距离为0.311。根据Nei’s遗传距离对不同的种群进行UPGMA聚类表明金发草遗传多样性表现出—定的地域性分布规律，Mantel检验证明金发草种群间的遗传一致度与地理距离显著正相关(p<0.05)。SPSS11.5软件检验二者之间的相关性得到了相似的结果。金发草高水平的遗传多样性与其生活史特征、扩散、杂交系统、地理隔离以及其对多种环境的适应性有关；对琼脂糖电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳分析所得的遗传距离进行相关性检验，二者之间存在着显著的正关联，证明两种电泳法所得结果吻合，即琼脂糖电泳及聚丙烯酰胺凝胶电泳均能检测出AFLP-PCR扩增结果，相对而言，聚丙烯酰胺凝胶电泳的结果优于琼脂糖电泳。分析AFLP标记和ISSR标记的结果表明，两种标记均揭示出金发草种群具有丰富的遗传多样水平，并且都揭示出金发草的遗传变异呈现出一定的地域分布规律。由于标记原理不同，两种标记的结果呈现出微小的差别。相对而言，基于ISSR标记分析的遗传多样性参数高于AFLP标记得到的遗传多样性参数，这可能是由于金发草种群间存在着大量的微卫星变异所致。两种标记基于Nei's遗传距离的聚类分析结果存在着一定的差异，但用Mantel测试对两种方法检测的遗传—致度进行相关性分析表明，它们之间存在着显著的相关性(r=0.3146，p=0.0150)，用SPSS 115软件进—步分析两种标记的遗传—致度的相关性，Pearson相关系数为0.315(在0.01水平上)，ISSR标记与AFLP标记均能应用于金发草种群的遗传多样性研究。 采用生物测定法研究了金发草根、茎、叶水浸提液对水稻Oryza sativa L、小麦Triticum aestivum L、油菜Brassica campestris L和莴苣Lactuca sactiva L等4种受体植物的化感作用。结果表明，3种金发草水浸提液对4种受体植物种子萌发和幼苗生长的均具有化感作用。3种金发草水浸提液对受体植物的种子萌发和幼苗地下部分的具有抑制作用，对幼苗地上部分的生长具有促进作用，这种抑制或促进效应并随着浓度的增加而增强：除水稻外，小麦、油菜、莴苣的发芽速率均受到显著抑制，但金发草水浸提液对4种受体植物种子萌发的最终发芽率影响不显著，说明金发草对植物种子萌发的化感作用主要是延迟种子发芽时间。受体植物对金发草化感作用的敏感程度，随植物发育期及植物种类不同而不同，幼苗期比萌发期敏感；供试的4种受体植物中，油菜对金发草的化感作用最敏感，莴苣次之，小麦再次之，金发草水浸提液水稻的化感作用不显著。不同器官的金发草水浸提液的化感作用效应不同，其中叶的化感作用最强，其综合效应分别为根与茎的2.14倍和2.57倍。 本研究结果表明，金发草具有高水平的遗传多样性，对环境依赖性较小，对水稻、小麦、油菜、莴苣等农作物具有显著的化感效应，植物的化感作用对生态系统的种类组成、结构、功能、演替等均有一定的影响，因此，尚需进一步研究金发草的扩散机理以及竞争机制，才能开发利用金发草资源。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图片目录、表格目录

第一章金发草遗传多样性的ISSR分析

第二章金发草遗传多样性的AFLP分析

第三章金发草对几种农作物种子萌发和幼苗生长化感效应的初步研究

文献综述第四章岩生植物金发草、植物遗传多样性及化感作用的研究进展

致谢

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