披碱草属（Elymus L.）植物野生种质资源生态适应性研究

论文摘要

披碱草属（Elymus L.）植物种类繁多,分布广泛,生境多样,适应性强,形态变异较为复杂。针对披碱草属植物形态多变适应性强的特点,本文以6种38份披碱草属野生种质材料为研究对象（以来自试验地周边天然草原的披碱草和老芒麦野生种质为对照）,从地理分布、表型、生理生态、解剖结构以及分子水平等方面进行研究,力求揭示披碱草属植物生态适应机制。主要研究结果如下:1.披碱草属植物野生种质材料具有丰富的表型多样性。营养器官、穗部性状和种子性状均存在广泛的遗传分化。据主成分分析得出,株高、穗长、穗轴第一节间长、旗叶长、旗叶宽、外颖长、内稃长、颖宽、颖芒长、穗型、种子宽、千粒重、种子长、穗宽、穗节数和颖芒长等16个主要特征是确定优异种质和居群间形态分化的主要指标。不同表型性状多样性指数差异较大,其中株高、旗叶长、旗叶宽、旗叶至穗基部长、颖芒长和千粒重的多样性指数较高,穗部特征性状指标的多样性指数较低。2.披碱草属植物野生种质材料在试验地气候条件下均能完成生育期,但不同种质材料在同一环境条件下生育期有明显差异。生长动态分析表明,株高于拔节期到抽穗期增幅较大,叶面积于分蘖期到拔节期增幅较大;不同种质材料牧草产量差异显著;大部分种质材料茎叶比在1.0-2.0之间;生产性能较好的种质材料有来自内蒙的圆柱披碱草（NMC32）、北京的麦宾草（BJT37）、青海的披碱草（QHD19）、山西的披碱草（SXD36）、新疆的披碱草（XJD11、XJD5和XJD15）、新疆老芒麦（XJS8）、新疆麦宾草（XJT2）和新疆的肥披碱草（XJE13）;牧草产量与鲜干比、种子产量和旗叶长之间显著相关。3.在干旱胁迫下,所分析披碱草属种质材料株高、叶面积、相对含水量和叶绿素含量明显下降,电导率、脯氨酸、SOD和POD含量明显上升。经抗旱隶属度综合分析,来自新疆的老芒麦（XJS17）、内蒙的披碱草（NMD30）、新疆的披碱草（XJD14和XJD11）属弱抗材料,来自内蒙的披碱草（NMD33）和新疆的麦宾草（XJT10）为不抗材料,其余材料抗旱性较强。对抗旱性影响显著的指标有叶片相对含水量、叶面积、相对电导率和叶绿素含量。4.披碱草属不同种质材料叶片解剖结构组成相似,但结构组织量化指标有明显差异。变异系数最大的为中脉厚（38.706%）,其次为叶厚（33.843%）,变异系数最小的为表皮细胞数（14.134%）。形态解剖结构变异作用较大的指标有:维管束高、维管束宽、叶厚、气孔长宽比、长细胞长、气孔数、上表皮厚、下表皮厚、中脉厚、气孔宽、导管宽、短细胞长及垂周壁形状。5.披碱草属模式种老芒麦光合速率日变化均呈双峰曲线,具有明显的“午休”现象,其他种也有类似现象。老芒麦净光合速率与光合有效辐射PAR和大气CO2浓度Ca显著相关,与空气相对湿度RH和气温Ta相关性不显著。对蒸腾速率影响较大的因子是Ta,其次是Ca。6.醇溶蛋白电泳分析结果表明,供试材料共分离出56条谱带,多态性比例为92.801%,居群间遗传相似系数的变异范围为0.376-0.946,居群内和居群间的多样性所占比例分别为47.67%和52.33%;ISSR分子标记结果表明,利用筛选出的14个引物,共检测出165条谱带,其中具有多态性的谱带为142条,多态性条带比例为87.571%,居群间的遗传分化系数为60.494%,居群内的遗传分化系数为39.57%。这两种结果均表明居群间的变异是该属植物的主要变异来源,并且内蒙和新疆居群遗传多样性较高。同一种类相同地理来源的材料首先聚在一起,但种间也有明显的交叉现象,说明居群间具有比较复杂的关系。总体研究结果表明,披碱草属植物种质材料存在丰富的遗传多样性;披碱草属植物解剖结构具有相似性;无论表型、形态结构、生理生态还是遗传结构与环境因子具有明显相关性;聚类分析表明,披碱草属植物种质材料具有趋同性适应特征;披碱草属植物在形态结构、生理生态特性、农艺性状所表现的适应性是比较一致。这些研究结果为科学地利用和保护披碱草属种质资源提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 文献综述
• 1.1 披碱草属植物研究概况
• 1.1.1 披碱草属植物形态特征
• 1.1.2 披碱草属植物自然分布概况
• 1.1.3 披碱草属植物分类概况
• 1.1.4 披碱草属植物细胞学水平的研究
• 1.1.5 披碱草属植物生化水平的研究
• 1.1.6 披碱草属植物 DNA 分子水平的研究
• 1.1.7 披碱草属植物生态特性
• 1.2 植物生理生态特性及适应性研究
• 1.2.1 植物生理生态研究概况
• 1.2.2 对适应性概念理解
• 1.2.3 植物对环境的适应性研究方法
• 2 立题依据
• 3 研究目的及意义
• 4 研究内容及技术路线
• 4.1 研究内容
• 4.1.1 披碱草属野生种质材料表型多样性
• 4.1.2 披碱草属野生种质材料生产性能评价
• 4.1.3 披碱草属野生种质材料抗旱胁迫的生理响应及抗旱性综合评价
• 4.1.4 披碱草属野生种质材料光合生理生态特性研究
• 4.1.5 披碱草属野生种质材料生态解剖学研究
• 4.1.6 披碱草属野生种质材料醇溶蛋白研究
• 4.1.7 披碱草属野生种质材料分子水平的研究
• 4.2 研究技术路线
• 5 论文研究的创新点
• 第二章 披碱草属植物野生种质材料表型多样性分析
• 1 材料与方法
• 1.1 试验地概况
• 1.2 供试材料
• 1.3 试验设计
• 1.4 数据计算和统计处理
• 1.4.1 数据的标准化
• 1.4.2 基本统计量的计算
• 2 结果与分析
• 2.1 披碱草属植物野生种质材料表型变异
• 2.1.1 营养器官性状变异
• 2.1.2 穗部性状变异
• 2.1.3 种子性状变异
• 2.2 披碱草属种质材料不同性状的表型多样性指数比较
• 2.3 不同地理来源披碱属植物种质材料多样性指数比较
• 2.4 披碱草属植物种质材料表型性状的聚类分析
• 2.5 披碱草属植物种质材料表型性状主成分分析
• 2.6 披碱草属植物种质材料表型性状与生态因子的关系
• 3 讨论
• 4 小结
• 第三章 披碱草属植物野生种质材料生产性能评价
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 田间试验设计
• 1.3 观测项目及方法
• 1.3.1 物候期及生长速度观测
• 1.3.2 产量测定
• 1.3.3 茎叶比
• 1.3.4 种子产量测定
• 1.4 数据统计与分析
• 1.4.1 灰色系统理论的计算方法
• 1.4.2 数据的无量纲化处理
• 2 结果分析
• 2.1 披碱草属植物不同种质材料物候期及其生长速度分析
• 2.2 披碱草属植物不同种质材料株高及叶面积生长动态
• 2.3 披碱草属植物不同种质材料产量分析
• 2.4 披碱草属植物不同种质材料茎叶比及鲜干比
• 2.5 披碱草属植物不同种质材料种子产量比较
• 2.6 披碱草属植物种质材料产量与各农艺性状的灰色关联度分析
• 2.7 披碱草属植物不同种质材料产量与生态因子相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第四章 披碱草属野生种质材料对干旱胁迫的生理响应及抗旱性综合评价
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定指标及方法
• 1.3.1 土壤含水量
• 1.3.2 叶片相对含水量
• 1.3.3 脯氨酸含量
• 1.3.4 POD 活性
• 1.3.5 SOD 活性
• 1.3.6 叶绿素含量测定
• 1.3.7 电导率
• 1.4 抗旱性隶属函数计算方法
• 2 结果与分析
• 2.1 土壤干旱胁迫对株高及叶面积抗旱指数影响
• 2.2 土壤干旱胁迫对披碱草和老芒麦幼苗叶片相对含水量的影响
• 2.3 干旱对叶片质膜相对透性的影响
• 2.4 干旱对脯氨酸含量的影响
• 2.5 干旱对叶绿素含量的影响
• 2.6 干旱对酶活性的影响
• 2.7 38 份材料抗旱性综合评价
• 2.8 各项指标与其抗旱隶属度的相关性分析
• 2.9 各材料抗旱隶属度与生态因子相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第五章 披碱草属植物种质材料生态解剖结构研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 披碱草属植物种质材料叶下表皮特征
• 2.1.1 叶表皮气孔长、宽、气孔密度与气孔指数的比较
• 2.1.2 叶下表皮长细胞与短细胞比较
• 2.2 披碱草属植物叶横切面结构特征
• 2.2.1 披碱草属不同材料叶片角质层比较
• 2.2.2 披碱草属植物上下表皮厚度及叶片厚度比较
• 2.2.3 披碱草属植物叶片主脉维管束及导管大小比较
• 2.3 披碱草属植物种质材料叶片解剖特征因子分析
• 2.4 披碱草属植物叶解剖结构与原生境生态因子之间关系
• 2.5 披碱草属植物不同种质材料叶解剖结构与抗旱性
• 2.6 基于解剖结构的披碱草属6 种植物聚类分析
• 2.7 基于叶解剖结构的隶属度值与抗旱胁迫隶属度值比较
• 3 讨论
• 4 小结
• 第六章 披碱草属种质材料光合生理生态特性研究
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 研究内容与方法
• 1.2.1 光合生理指标测定及方法
• 1.2.2 产量测定
• 1.2.3 比叶面积
• 1.2.4 叶绿素测量方法
• 2 结果与分析
• 2.1 老芒麦光合生理生态日变化
• 2.1.1 主要气象因子日变化分析
• 2.1.2 老芒麦光合作用特征参数日变化
• 2.2 披碱草属四种植物对模拟光辐射强度的响应
• 2.2.1 光合速率和蒸腾速率
• 2.2.2 水分利用效率
• 2.2.3 气孔导度
• 2 浓度'>2.2.4 胞间CO₂浓度
• 2.2.5 叶面饱和蒸汽压亏
• 2.2.6 四种植物主要光合参数的比较
• 2.2.7 光响应曲线
• 2.3 38 份披碱草属植物最大净光合速率、比叶面积及光合色素
• 2.4 38 份披碱草属种质材料最大净光合速率与产量及与产量有关的性状之间关系
• 2.5 38 份披碱草属植物日动态中最大净光合速率、蒸腾速率与叶解剖结构相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第七章 披碱草属植物种质材料种子醇溶蛋白多样性
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 醇溶蛋白实验方法
• 1.2.1 溶液的配制
• 1.2.2 试验操作步骤
• 1.3 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 披碱草属植物种质材料醇溶蛋白谱带的多态性
• 2.2 披碱草属植物种质材料的醇溶蛋白遗传相似系数分析
• 2.3 基于 Nei—Li（Dice）遗传相似系数的聚类分析
• 2.4 不同来源披碱草属材料遗传参数分析
• 2.5 各地理群体的聚类分析
• 2.6 遗传多样性指数与生态因子的相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第八章 ISSR 分子标记对披碱草属植物遗传多样性的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料与方法
• 1.1.1 试验材料
• 1.1.2 试剂配制
• 1.1.3 主要仪器设备
• 1.1.4 随机引物及序列
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 取样
• 1.2.2 DNA 粗提
• 1.2.3 DNA 纯化
• 1.2.4 DNA 含量、纯度和完整性检测
• 1.2.5 DNA 定量
• 1.3 ISSR 分析
• 1.3.1 PCR 扩增
• 1.3.2 ISSR 扩增产物检测
• 1.3.3 ISSR 数据的处理和分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 部分材料DNA 完整性检测图谱
• 2.2 不同ISSR 引物扩增片段的多态性分析
• 2.3 披碱草属植物种质材料遗传参数分析
• 2.4 披碱草属植物地理群体间的遗传一致度和遗传距离
• 2.5 遗传多样性指数与生态因子之间相关性分析
• 2.6 依据ISSR 标记的聚类分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第九章 主要研究结论及展望
• 1 研究取得主要结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介
• 附录