杜鹃属植物亲缘关系及遗传多样性研究

论文摘要

本研究以分布于四川西南山地（海拔2020～3435m）的数十种杜鹃属植物（Rhododendron sp.）为材料进行杜鹃属植物亲缘关系和遗传多样性研究,主要方法和结果如下:表型性状数量分类研究。在全面衡量杜鹃属植物性状特征的基础上,选择44个性状用SPSS10.0进行分析,其中二元性状18个、多元性状13个、数量性状13个。O聚类采用平均欧氏距离平方系数（squared Euclidean distance coefficient）,R聚类采用相关系数距离（Pearson correlation）,聚类方法采用类间平均链锁法（within-groupslinkage）。Q聚类结果将46种杜鹃属植物分为特征明显的2大类群,即有鳞类杜鹃和无鳞的常绿类杜鹃,在2大类群下的聚类结果与传统的形态分类基本吻合,但美容杜鹃和汶川星毛杜鹃的亚组归属值得商榷。R聚类表明性状被分为明显不同的组,鳞片出现部位、花器构造、外部器官尺寸等性状群内有较强的相关关系。主成分分析中,到第5个主成分累计贡献率才达70%,而前3个主成分累积贡献率达60.39%,表明杜鹃分类中存在重要性状,主要是鳞片有无、腺体和毛被的有无和叶、花、果的大小等;对分类贡献不大的性状主要有雄蕊数、萼片是否具毛、萼裂片长短、花冠颜色、花丝基部毛、花冠毛等。主成分分析结果与Q聚类结果基本一致,揭示在杜鹃分类时应选择重要性状,避免过多次要性状的干扰。利用电子显微镜对26种野生杜鹃花粉进行观察和比较研究。26种杜鹃分属杜鹃亚属（Subgonus Rhododendron）杜鹃组（10种）,常绿杜鹃亚属（Subgenus Hymenanthes）常绿杜鹃组（14种）,糙叶杜鹃亚属（Subgenus Pseudorhodorastrum）（2种）。结果表明:1)本属花粉均为四合体花粉,呈正四面体排列,单粒花粉球形或近球形,具三孔沟,极少数为四孔沟,表面粘丝多少不等。花粉粒外壁呈现大小颗粒、裂纹等不同纹饰,沟界区和极区与其他部位的纹饰并无明显差异。2)单粒花粉形状、外壁颗粒大小与形状、裂纹形状与数量、四合体间缝深浅等在种内不同居群间表现一致,但四合体直径和萌发孔长宽有一些变异。3)外壁纹饰和萌发孔长宽在各亚属间未能呈现有规律的变化,不宜作为亚属划分的依据;四合体平均直径以常绿杜鹃亚属最大,杜鹃亚属次之,糙叶杜鹃亚属最小,可作为划分亚属的参考指标。4)在同一亚属内,花粉形态特征可作为划分组或亚组的辅助手段。花粉形态特征在种间既有差异也有相似之处,不宜单独用于种的鉴定,但结合组或亚组的划分,孢粉学特征对种的确定具有一定意义。探索杜鹃RAPD反应体系和反应程序,并利用RAPD标记分析43种杜鹃属野生植物49个样品的遗传多样性、亲缘关系和系统关系。总DNA提取采用核沉淀法,最佳扩增反应体系为:4μL模板DNA（20ng/μL）,2μL 10×PCR缓冲液,0.3μL随机引物（0.50D）、1.1μL dNTPs（2.5mmol/L）、2.5μL MgCl2（25mmol/L）,1.2μL Taq-DNA聚合酶（2.5U/μL）,8.9μL双蒸水,总反应体系20μL。优化扩增程序为:94℃预变性3min,94℃变性1min,34℃退火39s,72℃延伸1min,共45个循环,最后72℃延伸10 min,4℃保存。按Sleumer分类系统,参试材料中常绿杜鹃亚属23种25个样品,杜鹃亚属18种18个样品,糙叶杜鹃亚属2种6个样品。用遗传相似系数按非加权成对算术平均法（UPGMA）进行遗传相似性聚类,结果显示:1)24条引物共扩增出407条谱带,其中多态谱带399条,多态率达98.03%,揭示出杜鹃属内高度的遗传多样性。2)各参试样品间的遗传相似系数（GS）变化范围为0.2623-0.9059,样本间平均GS值为0.4631。3)49个样品在GS值0.59附近聚为3大类群。第一类群为常绿杜鹃亚属的25个样品,第二类群为杜鹃亚属的18个样品,第三类群为属糙叶杜鹃亚属的6个样品,聚类结果与以形态区分的3个亚属完全吻合,且第一、二类群先聚类后再与第三类群聚类,说明杜鹃亚属与糙叶杜鹃亚属的亲缘关系远于与常绿杜鹃亚属的亲缘关系,因此支持将糙叶类杜鹃单独划分为一个亚属。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 杜鹃属植物的价值及用途
• 2 杜鹃属植物种类及分布
• 3 杜鹃分类学研究
• 3.1 杜鹃属主要分类系统
• 3.2 杜鹃属下分类的补充研究
• 3.2.1 叶表皮微形态及解剖结构
• 3.2.2 果皮、种皮及子叶微形态特征
• 3.2.3 茎节解剖结构
• 3.2.4 生化标记的应用
• 3.2.5 染色体核（组）型分析
• 3.2.6 化学成分分析
• 3.2.7 孢粉学研究
• 3.2.8 分子标记的应用
• 4 杜鹃属植物的系统进化关系研究
• 5 本研究目的与意义
• 第二章 杜鹃属表型性状的数量分类研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 方法
• 1.2.1 性状选取及编码
• 1.2.2 数量性状的测定
• 1.2.3 数据处理及计算方法
• 1.2.4 聚类方法
• 1.2.5 主成分分析
• 2 结果与分析
• 2.1 聚类结果分析
• 2.1.1 Q聚类
• 2.1.2 R聚类
• 2.2 主成分分析
• 2.2.1 主成分提取
• 2.2.2 性状的主成分载荷
• 2.2.3 主成分向量及作用
• 3 讨论
• 3.1 糙叶类杜鹃的归属
• 3.2 亚组及种间关系
• 3.3 分类性状的选择
• 3.4 系统进化关系
• 第三章 杜鹃属植物孢粉学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 方法
• 2 结果
• 2.1 花粉形态
• 2.1.1 杜鹃属
• 2.1.2 杜鹃亚属
• 2.1.3 常绿杜鹃亚属
• 2.1.4 糙叶杜鹃亚属
• 2.1.5 种内表现
• 2.2 四合体直径、萌发孔长宽的差异显著性检验
• 2.2.1 亚属间差异
• 2.2.2 种间差异
• 2.2.3 种内差异
• 3 讨论
• 3.1 孢粉学特性与3亚属的划分
• 3.2 花粉形态与杜鹃亚属内亚组间的划分
• 3.3 常绿杜鹃组内亚组间花粉形态差异
• 3.4 糙叶杜鹃亚属内花粉形态差异
• 3.5 孢粉学特性与种的确定
• 3.6 孢粉学特性与物种进化程度
• 第四章 43种杜鹃属植物遗传多样性和亲缘关系的RAPD分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料来源
• 1.2 模板DNA提取和检测
• 1.3 PCR反应体系优化
• 1.3.1 正交试验设计
• 1.3.2 RAPD反应优化体系
• 1.4 PCR扩增程序优化
• 1.4.1 变性温度
• 1.4.2 变性时间
• 1.4.3 退火温度
• 1.4.4 循环周期
• 1.5 引物的筛选
• 1.6 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 基因组DNA扩增结果
• 2.2 亲缘关系
• 2.3 RAPD聚类结果
• 3 讨论
• 3.1 杜鹃属植物的遗传多样性
• 3.2 糙叶杜鹃亚属的划分
• 3.3 亚属内遗传分化及分类
• 3.4 三亚属系统进化关系
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附表1 欧氏距离平方系数矩阵
• 附表2 各性状相关系数矩阵
• 附表3 49个杜鹃样品遗传相似系数（GS） 矩阵
• 在读期间发表的论文