人类活动对人参种质资源的影响

论文摘要

本论文开发了18对微卫星分子标记引物,并利用13对SSR引物分析了不同类型人参样品共557个,比较了不同地理分布的野山参、半野山参以及不同类型栽培参种质的差别,获得如下结果：1)利用NCBI中人参基因组序列,共筛选出8个SSR位点9对引物能扩增出可区分人参（Panax ginseng C. A. Meyer）和西洋参（Panax quinquefolius L.）的特异性片段,其中7对SSR引物在西洋参中能稳定地扩增出特异性条带,另外2对引物仅在人参个体中可以扩增得到特异性的条带。同时,筛选出9对在人参种内能扩增出稳定多态性条带的引物,扩增的等位基因数目从2-28个,预期杂合度（He）从0.4412到0.9171不等,观测杂合度（H0）从0.0357到0.6000不等。2)利用SSR分子标记分析不同类型野山参之间的关系。研究发现野山参种质可被分为锡霍特山类型和长白山类型。前者为俄罗斯境内分布在锡霍特山脉的野山参,后者包括分布在我国境内长白山脉和朝鲜北部白头山的野山参。两个野山参类型在主成分分析（PCA）上聚为两类；锡霍特山类型与其他类型人参的FST均值最大,显示之间的中度遗传分化（0.098-0.200）。Bayesian分析中,锡霍特山类型具有四个主要遗传组分,这些遗传组分在长白山类型野山参中很少见到；对个体进行Shannon-Wiener指数分析显示,两个类型野山参的个体遗传多样性正态分布拟合中心分别落在1.2和1.5,显示锡霍特山类型的野山参个体在遗传组成上比长白山类型单一；迭代指派分析中显示锡霍特山类型几乎拥有3个独有遗传组,而长白山类型中占主要成分的ref8在锡霍特山类型中仅有极小的占比,且长白山类型拥有的refl不存在于锡霍特山类型。3)PCA分析显示,长白山类型野山参和半野山参、栽培参聚为一簇,难以区分,但锡霍特山类型则能与这些类型显著分开；Bayesian分析显示长白山类型野山参和半野山参、栽培参之间在遗传组分上相似,且Shannon-Wiener指数正态分布拟合中心均落在1.4-1.5,大于锡霍特山类型。迭代指派检测也显示了长白山类型和栽培参等类型拥有类似的遗传组,几乎均不具有锡霍特山类型独有的3个遗传组。这些结果显示长白山类型野山参受到栽培参种质的强烈影响,而锡霍特山脉野山参则保留了较独特的人参种质,原因可能是俄罗斯栽参历史很短,且栽种较少；锡霍特山脉作为自然保护区,该分布区的野山参很少受到人类活动的干扰；而锡霍特山脉和长白山脉之间的低地势地区又隔离了中国大规模的栽培参对锡霍特山类型野山参种质的渗入。4)尽管不同类型的栽培参在形态学上存在差别,但本研究中并未发现不同类型间的显著差别。但PCA分析显示长脖类型栽培参一部分和其他栽培参、半野山参、及长白山类型野山参聚在一起,另一部分渗入到锡霍特山类型野山参中,暗示长脖类型可能比其他类型栽培参更接近野山参；而UPGMA系统树种,长脖类型与锡霍特山类型野山参处于同一个分支,亦显示两类人参之间关系较近。同时Bayesian分析中,长脖类型中遗传组分10的占比极小；迭代指派分析中,长脖类型中refl的大量缺失都显示长脖类型栽培参在遗传组分上和其他栽培参有所不同。人参内部存在不同类型的人参,包括不同分布区的野山参,不同类型的栽培参,以及介于野山参和纯栽培参之间的林下参和移山参等。本研究首次较完整地对人不同类型的人参进行了种质资源研究,并通过以锡霍特山野山参类型作为对照,初步了解了我国栽培参对于长白山野山参种质资源造成的强烈影响。该研究成果有助于我们理解人类活动对人参种质可能造成的影响,同时也为保护人参种质,培育更多更好的人参品种提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1. 人参的生物学背景
• 1.1.1 形态特征、地理分布与生长习性
• 1.1.2 人参的分类
• 1.2. 人参属分子标记的开发现状
• 1.2.1. 人参属分子标记开发的重要意义
• 1.2.2. 鉴别人参西洋参的分子标记开发
• 1.2.2.1. 人参和西洋参鉴别的必要性
• 1.2.2.2. 物理、化学鉴定方法
• 1.2.2.3. 蛋白质相关鉴别方法
• 1.2.2.4. SSR及其他DNA分子标记鉴别方法
• 1.2.3. 人参种内多态性分子标记开发
• 1.3. 应用分子标记研究人参种质资源的进展
• 1.3.1. 蛋白质标记
• 1.3.2. 显性DNA分子标记
• 1.3.3. 共显性DNA分子标记
• 1.3.4. 其他特异性片段分子标记
• 1.4. 本研究目的和意义
• 第二章 人类活动与人参分布的历史变迁
• 2.1. 野山参的衰退
• 2.1.1. 野山参的分布区的变化
• 2.1.2. 野山参种群的衰退
• 2.2. 栽培参的发展
• 2.2.1. 人参栽培历史
• 2.2.2. 人参栽培区分布
• 2.2.3. 人参的特殊栽培方式
• 2.2.4. 我国栽培参主产区栽种面积的变化
• 第三章 人参属微卫星分子标记的开发
• 3.1. 材料与仪器
• 3.1.1. 实验材料
• 3.1.2. 实验药品
• 3.1.3. 实验仪器
• 3.1.4. 实验软件
• 3.2. 实验方法
• 3.2.1. 人参总DNA的提取
• 3.2.1.1. 改进的CTAB法（从人参叶中提取DNA）
• 3.2.1.2. 改进的高盐SDS法（从人参根中提取DNA）
• 3.2.2. 含SSR位点的人参序列获取
• 3.2.3. 特异性引物的设计和筛选
• 3.2.4. 人参基因组DNA的SSR-PCR扩增
• 3.2.5. 溴乙锭-琼脂糖凝胶电泳检验PCR产物
• 3.2.6. 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳银染检测PCR产物
• 3.2.7. 特异性条带分子量估算和数据处理
• 3.3. 实验结果
• 3.3.1. 用于鉴别人参和西洋参的SSR分子标记
• 3.3.2. 人参种内多态性SSR分子标记
• 3.4. 讨论
• 3.4.1. 利用Genbank序列设计SSR引物的实验优势
• 3.4.2. 鉴别人参和西洋参的微卫星位点
• 3.4.3. 人参种内多态性的微卫星位点
• 3.4.4. 人参属微卫星分子标记的应用前景
• 第四章 人参种质资源的研究
• 4.1. 材料与仪器
• 4.1.1. 实验材料
• 4.1.2. 实验药品
• 4.1.3. 实验仪器
• 4.1.4. 实验软件
• 4.2. 实验方法
• 4.2.1. 人参基因组DNA的提取
• 4.2.2. 特异性引物的设计
• 4.2.3. 人参基因组DNA的荧光SSR-PCR扩增
• 4.2.4. 变性聚丙烯酰胺凝胶电泳银染挑检PCR产物
• 4.2.5. 带荧光标记的DNA分子片段检测
• 4.2.6. 数据处理和分析
• 4.2.6.1. 数据处理
• 4.2.6.2. 遗传多样性分析
• 4.2.6.3. F-statistics
• 4.2.6.4. Bayesian推断类型关系
• 4.2.6.5. 迭代指派检测
• 4.2.6.6. 聚类分析
• 4.3. 实验结果
• 4.3.1. 遗传多样性分析
• 4.3.2. F-statistics检测人参类型间的分化
• 4.3.3. Baycsian推断不同类型的关系
• 4.3.3.1. STRUCTURE
• 4.3.3.2 GeneClass
• 4.3.4. 迭代指派方法推断不同类型的关系
• 4.3.5. 聚类分析
• 4.4. 实验讨论
• 4.4.1. 野山参、半野山参和不同类型栽培参的遗传多样性
• 4.4.2. 人类活动对人参种质的影响
• 4.4.2.1. 野山参的分化
• 4.4.2.2. 栽培参对野山参种质的影响
• 4.4.2.3. 不同栽培类型的分化
• 第五章 结论与展望
• 5.1. 主要结论
• 5.2. 研究展望
• 参考文献
• 致谢