紫椴种群地理变异与环境相关性研究

论文摘要

紫椴不仅是著名的蜜源树种，而且是优质胶合板及细木工板的重要原料，树形优美，为优良庭园绿化树种，其花和根可入药，还是国家Ⅱ级保护植物。对紫椴保护方面的理论研究一直没有得到重视，在国内外尚未见报道。在分子水平、化学成分以及种群地理变异与环境相关性方面的研究尚属空白。本研究选择暖温带落叶阔叶林区域，温带针阔叶混交林区域和寒温带针叶林区域9个地点取样，分析了紫椴各主要器官宏观及微观的形态、化学成分、遗传多样性的地理变异与环境相关性。探讨了紫椴的濒危机制及保护策略。宏观上对紫椴当年生枝条长、芽长、芽宽、叶片长、叶片宽、叶柄长、花序的苞片长、苞片宽、苞片与花梗的愈合长度、花梗长、花序长、有花数目、果长、果宽14项指标，微观上对叶片上下表皮的细胞排列、形状、有无气孔和下表皮的表皮毛、气孔数量、气孔形状、气孔外拱盖、外拱盖内缘、气孔纹饰、角质膜、花粉形状、孔沟深度、表面纹饰、果皮毛的长短、分布特点15项指标进行了观察和测量，发现紫椴各器官形态特征随纬度、海拔的变化存在明显的变化规律，随纬度、海拔的升高呈现显著的相关性（多为负相关）。从纬度看，紫椴在中心分布区生长状况要好于边缘区，从海拔看，700-900m之间应为最适宜紫椴生长的海拔高度。从微观形态上看，叶表皮随着纬度和海拔的升高细胞排列由紧密逐渐疏松，蜡质化程度逐渐加深，而花粉和果皮的变化不明显。通过系统预试，检测出紫椴的花及花蕾中含有较多的酚类、糖和甙类，并检测到了黄酮类化合物、蛋白质、香豆素及强心甙等，在花蕾中还含有少量鞣质。紫椴果实中也含有酚类、糖和甙类，还含有少量黄酮化合物、香豆素和鞣质。对不同纬度和海拔紫椴花和果实中可溶性糖、总酚和黄酮的含量进行了分析，发现3种化学成分含量随纬度、海拔的升高存在一定的变化规律。除花中总酚含量差异不明显外，紫椴花和果实中其它化学成分含量随着纬度的升高，呈现降低趋势；随着海拔的升高，呈现增高趋势。并且得出紫椴花中可溶性糖含量明显高于果中的含量，其它化学成分在花和果实中的含量接近。用14个ISSR引物对不同纬度和海拔紫椴种群的210个DNA样品进行了PCR扩增并分析，得出紫椴种群具有较高的遗传多样性。紫椴不同种群的遗传多样性随海拔升高而降低。但随纬度的升高呈先升高后降低，表现为中心分布区种群的遗传多样性高于边缘区。紫椴种群的遗传距离与纬度地理距离没有相关性，但与海拔有较为显著的相关性。从紫椴种群各器官的形态结构特征聚类分析与遗传距离聚类分析比较可见，紫椴的营养器官枝叶、苞片、花序等的各形态及结构特征变异在纬度和海拔梯度上是不连续的，与遗传距离不相关，主要是由于环境压力造成的：而果实形态变异在纬度和海拔梯度上是连续的，与遗传距离一致，说明果实的形态主要受遗传因素的影响。验证了营养器官具可塑性，易受环境变化的影响而变异；生殖器官具稳定性和保守性高的特点。从化学成分含量聚类分析与遗传距离聚类分析比较可见，化学成分含量变异在纬度和海拔梯度上是不连续的，与遗传距离不相关，说明其受遗传影响不大，主要受环境因素影响。紫椴种群遗传多样性较高，且大部分存在种群内，说明紫椴目前受威胁的主要原因不在于其遗传变异方面，而是主要来自人为采伐、生境破坏和生境退化等原因。应加强对紫椴生境的保护，防止人为因素对紫椴种群的进一步破坏。同时应加强遗传多样性保护，充分重视对大群体内不同类型个体的保存，重点放在自然分布中心地区的群体。通过本项研究为营林优良种源的选择，良种定向选育提供了一定科学依据；为寻找紫椴生物活性成分、药用原材料林的选择及造林生产奠定基础；为紫椴遗传资源的有效保护和合理利用提供理论依据；对实践具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 紫椴研究概述
• 1.1.1 紫椴的地理分布
• 1.1.2 紫椴的生物及生态学特性
• 1.1.3 紫椴形态及分类学研究
• 1.1.4 紫椴生态学研究
• 1.1.5 紫椴育种及造林学研究
• 1.1.6 紫椴保护与利用研究
• 1.2 植物形态学研究进展
• 1.2.1 植物形态学的定义
• 1.2.2 植物形态学研究的新观点
• 1.2.3 植物形态学的研究现状
• 1.2.4 植物形态地理变异及环境相关性研究
• 1.3 植物化学成分研究进展
• 1.3.1 植物化学成分
• 1.3.2 植物花和果化学成分研究
• 1.3.3 植物化学成分地理变异及环境相关性研究
• 1.4 植物遗传多样性及遗传分化研究进展
• 1.4.1 遗传多样性与遗传分化
• 1.4.2 ISSR分子标记及其应用
• 1.5 本研究的目的和意义
• 2 研究地区概况
• 2.1 暖温带落叶阔叶林区域
• 2.1.1 自然概况及植被特点
• 2.1.2 研究地点概况
• 2.2 温带针阔叶混交林区域
• 2.2.1 自然概况及植被特点
• 2.2.2 研究地点概况
• 2.3 寒温带针叶林区域
• 2.3.1 自然概况及植被特点
• 2.3.2 研究地点概况
• 3 紫椴形态的地理变异
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料的选择
• 3.1.2 形态指标的确定
• 3.1.3 扫描电子显微镜样品的制备
• 3.1.4 数据统计与应用软件
• 3.2 不同纬度紫椴宏观形态的变异
• 3.2.1 枝条的形态变异
• 3.2.2 叶的形态变异
• 3.2.3 苞片及花序的形态变异
• 3.2.4 果实的形态变异
• 3.2.5 形态特征与纬度相关性分析
• 3.2.6 形态特征聚类分析
• 3.3 不同纬度紫椴微观形态的变异
• 3.3.1 叶表皮的形态变异
• 3.3.2 花粉的形态变异
• 3.3.3 果皮的形态变异
• 3.4 不同海拔紫椴各器官宏观形态的变异
• 3.4.1 枝条的形态变异
• 3.4.2 叶的形态变异
• 3.4.3 苞片及花序的形态变异
• 3.4.4 果实的形态变异
• 3.4.5 形态特征与海拔相关性分析
• 3.4.6 形态特征聚类分析
• 3.5 不同海拔紫椴微观形态的变异
• 3.5.1 叶表皮的形态变异
• 3.5.2 花粉的形态变异
• 3.5.3 果皮的形态变异
• 3.6 本章小结
• 4 紫椴化学成分的地理变异
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验材料的选择
• 4.1.2 紫椴花、花蕾和果实化学成分系统预试
• 4.1.3 紫椴花和果实化学成分含量测定
• 4.1.4 数据分析与应用软件
• 4.2 紫椴花、花蕾和果实中的化学成分
• 4.3 不同纬度紫椴花和果实中化学成分的变异
• 4.3.1 可溶性糖含量的变异
• 4.3.2 总酚含量的变异
• 4.3.3 黄酮含量的变异
• 4.3.4 花和果实化学成分含量聚类分析
• 4.4 不同海拔紫椴花和果实中化学成分的变异
• 4.4.1 可溶性糖含量的变异
• 4.4.2 总酚含量的变异
• 4.4.3 黄酮含量的变异
• 4.4.4 花和果实化学成分含量聚类分析
• 4.5 本章小结
• 5 紫椴种群的遗传多样性与遗传分化
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 实验材料的选择
• 5.1.2 基因组DNA提取方法
• 5.1.3 ISSR-PCR扩增
• 5.1.4 数据分析与应用软件
• 5.2 不同纬度紫椴种群的遗传多样性与遗传分化
• 5.2.1 ISSR引物扩增结果
• 5.2.2 种群遗传变异
• 5.2.3 种群遗传分化
• 5.2.4 种群的基因流格局
• 5.2.5 遗传距离与地理距离的相关性分析
• 5.2.6 遗传距离聚类分析
• 5.3 不同海拔紫椴种群的遗传多样性与遗传分化
• 5.3.1 ISSR引物扩增结果
• 5.3.2 种群遗传变异
• 5.3.3 种群遗传分化
• 5.3.4 种群的基因流格局
• 5.3.5 遗传距离与地理距离的相关性分析
• 5.3.6 遗传距离聚类分析
• 5.3.7 本章小结
• 6 讨论
• 6.1.1 紫椴形态地理变异
• 6.1.2 紫椴化学成分地理变异
• 6.1.3 紫椴种群的遗传多样性及遗传分化
• 6.1.4 紫椴形态及化学成分变异与遗传相关性研究
• 6.1.5 濒危机制及保护策略
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢