入侵植物紫茎泽兰遗传变异及克隆多样性研究

论文摘要

现存植被与其花粉分布的关系可作为利用化石花粉图谱重建古植被时的参照,因此,理解现存表土花粉分布格局对解释花粉图谱十分关键。提高花粉鉴定精度是孢粉学和古生态学家一直努力想要解决的关键问题。目前的孢粉学方法将表土花粉鉴定到属的水平都十分困难,因此造成依据花粉图谱进行植被重建的时候出现无法矫正的误差。本研究用分子生物学方法将藜科植物表土花粉鉴定精度从科的水平提高到种的水平。表土花粉样品取自新疆中部样带,利用样带内所有出现的藜科植物共19个种建立藜科植物核基因内转录间隔1区(ITS1)序列库,然后通过巢式聚合酶链式反应(PCR)进行单粒表土花粉的ITS1序列扩增和测序,与序列库中的序列进行比对,从而确定单粒花粉来自哪种藜科植物。这种相对简单的以PCR为基础的方法可以将表土花粉鉴定到种,使在种的水平解释植被与花粉分布的关系成为可能。紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)是广泛分布在中国西南的入侵植物。以无融合生殖为主,其压条性克隆繁殖方式经常被忽视,本文以紫茎泽兰为例,研究无融合生殖和压条性克隆繁殖为主的入侵种群遗传变异与克隆多样性,分析无融合生殖入侵种群具有高度竞争力和适应能力的分子机制。实验用AFLP分子标记检测了包括缅甸一个种群在内的17个种群的基因组多样性,结果表明,紫茎泽兰是多克隆植物,有丰富的基因型数量,遗传多样性水平低(He=0.0439),大部分(73.59%)遗传变异存在于种群内,种群间存在显著遗传分化。紫茎泽兰克隆生长策略为游击型,倒伏性克隆繁殖有助于小范围内种群的扩张。各种群基因型组成存在很大差异,但基因型间相似性很高,有相当多的基因型可能来自遗传重组。紫茎泽兰的有性繁殖比例可能比以往所推测的高得多,有助于保持基因型的多样性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
• 1.1 表土花粉与植被分布关系的研究背景
• 1.1.1 表土花粉和植被分布关系
• 1.1.2 孢粉学与花粉鉴定和分类方法研究背景
• 1.1.3 藜科植物与花粉－植被关系研究
• 1.1.4 表土花粉分子分类单元的选择
• 1.2 生物入侵与入侵种遗传多样性及繁育系统变化
• 1.2.1 入侵种与生物入侵的主要特征
• 1.2.2 生物入侵对经济发展和生物多样性的影响
• 1.2.3 生物入侵中存在的遗传学矛盾
• 1.2.4 遗传多样性与生物入侵起源
• 1.2.5 生物入侵与种群遗传结构
• 1.2.6 生物入侵与入侵种繁育系统特征
• 1.2.7 入侵克隆植物遗传多样性、克隆多样性与克隆结构
• 1.2.8 克隆植物遗传变异的来源和确定
• 1.2.9 无融合生殖种群遗传变异与有性繁殖比例
• 1.2.10 入侵种对新环境的适应与快速进化
• 1.2.11 入侵种群遗传多样性与防治管理
• 1.2.12 紫茎泽兰研究背景
• 1.3 目前遗传多样性研究中存在的不足
• 1.4 本研究的主要目的和内容
• 1.4.1 表土花粉的分子生物学鉴定研究目的与内容
• 1.4.2 入侵种紫茎泽兰遗传多样性研究目的与内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 藜科植物表土花粉鉴定研究取样方法
• 2.2 紫茎泽兰入侵种群遗传多样性研究取样方法
• 2.3 紫茎泽兰克隆结构与克隆多样性研究取样方法
• 2.3.1 采样地点自然概况
• 2.3.2 样方设置及取样方法
• 2.3.3 沧源样方取样方法
• 2.3.4 昆明样方取样方法
• 2.4 分子生物学实验方法
• 2.4.1 藜科植物 ITS 序列库的建立及表土花粉鉴定的分子方法
• 2.4.2 AFLP 实验方法
• 第三章 数据分析
• 3.1 藜科植物表土花粉鉴定过程分析方法
• 3.1.1 藜科植物数据库的建立与藜科植物分子分类分析
• 3.1.2 表土花粉鉴定的分析方法
• 3.2 紫茎泽兰种群遗传多样性分析方法
• 3.2.1 紫茎泽兰种群遗传结构分析
• 3.2.2 种群遗传距离矩阵的相关性检验
• 3.2.3 种群遗传距离与地理距离的相关性检验
• 3.2.4 紫茎泽兰种群克隆多样性与克隆结构分析
• 3.2.5 紫茎泽兰基因型多样性来源的分析
• 第四章 结果
• 4.1 基于 ITS 序列的藜科表土花粉分子鉴定
• 4.1.1 藜科植物 ITS 序列特征与花粉鉴定数据库的建立
• 4.1.2 表土花粉 ITS1 区比较和鉴定
• 4.2 紫茎泽兰种群遗传多样性与遗传分化
• 4.2.1 种群内遗传多样性
• 4.2.2 紫茎泽兰种群间遗传分化
• 4.2.3 种群遗传距离与地理距离的相关关系
• 4.3 紫茎泽兰种群克隆多样性与克隆结构
• 4.3.1 紫茎泽兰克隆多样性
• 4.3.2 紫茎泽兰克隆结构与克隆生长策略
• 4.4 基因型多样性来源，重组与突变比例
• 4.4.1 种群整体基因型非亲和性
• 4.4.2 种群中各基因型的非亲和性贡献
• 4.2.3 LeQuensne 频率－不同位点对非亲和性的影响
• 第五章 讨论
• 5.1 表土花粉分子鉴定
• 5.1.1 ITS1 区做为花粉鉴定分子标记
• 5.1.2 PCR 产物直接测序与克隆后测序的比较
• 5.1.3 藜科植物分子分类与传统分类的异同
• 5.1.4 表土花粉鉴定的可靠性
• 5.1.5 花粉分离方法与传统方法的比较
• 5.1.6 PCR 反应的优化
• 5.1.7 表土花粉鉴定方法存在的问题
• 5.1.8 表土花粉鉴定方法的应用前景
• 5.2 紫茎泽兰遗传多样性
• 5.2.1 AFLP 对紫茎泽兰克隆系鉴定的适用性
• 5.2.2 DNA 提取方法的优化与AFLP 实验
• 5.2.3 AFLP 数据分析方法的探讨
• 5.2.4 紫茎泽兰的种群遗传多样性与遗传结构
• 5.2.5 紫茎泽兰遗传结构形成原因的推测
• 5.2.6 紫茎泽兰克隆多样性与克隆结构
• 5.3 紫茎泽兰遗传多样性来源
• 5.4 遗传多样性与紫茎泽兰防治
• 5.5 紫茎泽兰入侵趋势的推测
• 第六章 结论
• 6.1 分子生物学方法可以将表土花粉鉴定到种
• 6.2 紫茎泽兰遗传变异
• 6.2.1 紫茎泽兰种群遗传多样性与遗传结构
• 6.2.2 紫茎泽兰克隆多样性与基因型来源
• 6.3 紫茎泽兰传播方式与入侵阶段的推测
• 第七章 存在和需要进一步研究的问题
• 7.1 表土花粉的分子鉴定
• 7.2 入侵种紫茎泽兰的遗传变异
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 紫茎泽兰的生物学特性
• 附录 B 藜科试验用植物材料名录
• 附录 C 藜科19 种植物 ITS1 序列排列比较图
• 附录 D 表土花粉与其最相近藜科植物 ITS1 序列比对图
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果