秦岭及我国部分地区疣蝗生物地理学研究

论文摘要

疣蝗Trilophidia annulata(Thunberg)是一种在亚洲广泛分布的蝗虫,从热带海洋性气候的新加坡到我国温带大陆性季风气候的黑龙江,东起日本,西至巴基斯坦和印度,都有它的分布。在其漫长的进化历史中,疣蝗在我国是否由于地理隔离而形成了不同的地理种群、这些种群之间的遗传分化程度及其形成过程鲜有研究。秦岭横贯中国中部,是我国地理上的南北分界线,黄河与长江水系的分水岭,古北界和东洋界的交汇和过渡地带,其动物区系具有起源古老、南北过渡、东西承接、相互渗透、交错重叠的作用。使用DNA分子标记的谱系地理学的发展,为种群间群体遗传结构、分布格局及其形成过程的研究提供了有力的依据。PCR介导的DNA序列分析技术的高速发展一方面为我们提供了大量的更有价值的遗传信息,另一方面极大的降低了实验成本,扩展了该技术的应用范围。数值分类学通过对研究对象的形态特征数据进行聚类分析,定量分析生物类群在地理分布上的状况,阐明生物对栖息地地理环境的关系性,从而找出生物类群在地理分布上的规律性。本文将结合疣蝗线粒体DNA序列数据和形态特征数据两方面对秦岭及我国主要地区的疣蝗种群进行研究。首先,对所选的两个线粒体基因在疣蝗地理种群研究中的适用性加以比较;其次,尝试探讨我国疣蝗各种群间关系及其分化情况,并推测地质环境的变化对其种群分布的影响;再次,秦岭作为我国古北区和东洋区的分界限,疣蝗是否在秦岭南北也分化成两个种群,对于研究秦岭在南北动物分化中的作用具有一定的启示;此外,本文将分子与形态研究的结果相比较,以推测两者的一致性,以便为今后在这方面的研究提供参考;最后,文章通过对疣蝗雌性和雄性形态特征数据分别聚类分析,以判断雌雄个体的分化程度的一致性,进而尝试推测其受到自然选择压力的异同。本研究通过对秦岭及我国主要地区共12个疣蝗种群的COⅡ基因全序列和16SrRNA基因部分序列进行了测序分析,并使用极大似然法和贝叶斯推论法对COⅡ基因全序列数据建立了种群内的系统发育树;同时,在SPSS15.0中对秦岭及我国主要地区共18个疣蝗种群(包括序列分析的12个)的13个形态特征测量数据标准化后,使用欧氏距离平方和离差平方和法的进行了聚类分析。通过对分子数据和形态数据的结果分析,得到以下结论:1、COⅡ基因在疣蝗各种群中的进化速度明显高于16SrRNA基因,COⅡ基因适合用于疣蝗种群间的研究,但提供的信息量有限,如果能结合其它进化速度比较快的基因共同分析,其结果将更具有可信度;2、从COⅡ基因种群内的系统发育树来看,分子实验涉及的12个疣蝗种群划分为:我国南部的云南地区、中西部秦岭、河南和新疆地区及东北地区三大区域,且东北区域更接近中西部秦岭、河南和新疆区域。3、分子与形态数据分析结果都支持秦岭对疣蝗南北种群间交流的阻隔作用,但秦岭地区的疣蝗种群并不是简单的划分为南北种群,而是互有交错的分布,尤其在秦岭东段地区,这种阻隔作用弱化很多;4、分子数据和形态数据的结果在大尺度地理范围的种群分化界定上基本一致,在大区内的分界上表现不一致,分子数据显示各种群对地形上的隔离表现敏感,而形态特征数据更多的表现出各种群所处气候环境的影响;5、疣蝗雌雄个体形态特征数据的聚类结果有较大的差异,雌性个体聚类结果规律性较强,我们推测雌性疣蝗所受到的自然选择压力要大于雄性疣蝗,造成了不同地区的雌性疣蝗个体的分化程度高于雄性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1部分 序论
• 1 生物地理学概述
• 1.1 谱系生物地理学
• 2 中国动物地理的研究
• 2.1 中国动物地理区划
• 2.2 中国动物地理区划研究的关键问题和地区
• 2.3 秦岭地区的自然环境概况及动物地理研究
• 2.4 我国动物地理学研究进展
• 3 疣蝗研究现状
• 4 本研究的目的与意义
• 第2部分 材料与方法
• 1 分子实验部分
• 1.1 标本的采集、保存与鉴定
• 1.2 实验仪器和试剂
• 1.3 总DNA的提取
• 1.4 总DNA样品检测
• 1.5 PCR扩增反应
• 1.6 PCR反应产物纯化与测序
• 1.7 数据处理与分析
• 2 形态特征聚类分析部分
• 2.1 标本信息
• 2.2 原始数据的获取
• 2.3 聚类分析
• 第3部分 实验结果
• 1 分子实验部分
• 1.1 总DNA提取结果
• 1.2 PCR与测序结果
• 1.3 序列比对结果
• 1.4 序列组成分析
• 1.5 密码子使用频率与氨基酸组成分析
• 1.6 未校正的P距离
• 1.7 数据组系统发育信号检验
• 1.8 系统发育分析
• 1.9 两种建树方法比较
• 2 形态聚类分析
• 2.1 欧氏距离平方与离差平方和法
• 2.2 秦岭周边9个种群间的聚类结果
• 第4部分 分析与讨论
• 1 数据获取的可靠性
• 2 DNA序列分析在疣蝗地理种群研究中的应用
• 3 我国部分地区疣蝗种群间的关系及其分化过程推测
• 4 秦岭地区疣蝗种群分化状况
• 5 不同的选择压力对雌雄疣蝗的影响
• 第5部分 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果