二月兰遗传多样性研究

论文摘要

二月兰（Orychophragmus violaceus）在我国分布十分广泛,容易繁殖,具有极高的利用价值,是集食用、保健、饲用和观赏于一身的优良地被植物。二月兰遗传背景简单、生长周期短,具有非常丰富的性状变异,还是发展模式植物的优良材料。为了探讨二月兰性状变异与基因组间差异的相关性,了解形态性状变异的内在机制,从而进一步开发其育种价值,本研究在分析二月兰生物学特性的基础上,从形态性状、核型参数和分子标记三个层次对分布于北京、南京和上海不同地区的二月兰居群进行了遗传多样性研究,期望为二月兰种质资源的考察、收集和合理利用提供依据,为二月兰今后的育种及栽培、种下等级的划分和进一步的遗传研究以及品种培育提供一定的参数资料。本研究的结果如下:1.生物学特性的研究主要包括二月兰在北京地区开花的物候期、花粉的活性、柱头的可授性、植株繁育系统及种子的萌发特性等。二月兰的花期从3月底可一直到5月中旬,盛花期在4月,单朵花期维持5天左右,5月中旬花瓣基本凋谢,进入结实期;花粉活性蕾期最高,开花第4天基本无活性,而柱头可授性在开花后3-4天最高;繁育系统检测的结果也表明:二月兰自然条件下以异花授粉为主;二月兰的种子储藏年限及温度对萌发率有一定的影响,尤其对萌发速度影响较大,2005年收集的种子相较于2003年和2004年萌发更快,而在25℃下萌发速度比20℃和30℃更快。2.形态性状分析本研究共选取了北京和南京地区7个居群的34个表型性状进行观测。通过计算分析发现:株高、茎和花序分枝等性状受环境影响较大,因而其分类价值不大;叶形、毛被、叶缘锯齿等性状的变异在居群内是连续的,是不可靠的分类性状;而花部性状的一些变异,包括花瓣的颜色、大小、形态,基本不受环境影响,且这些变异在居群内是不连续的,所以具有相对较高的分类价值。对17个数值性状的方差分析和多重比较结果表明,在同一年度内,大部分性状在不同地区间差异不显著,在居群间差异极显著;而在不同年度内,居群间差异不显著。最后,对7个居群和30个表型性状进行了数量分类:Q分析表明北京颐和园BYH、南京紫金山山顶公园NZJ和南京中山植物园NZS居群比较相似,而北京圆明园BYM、北京海淀区后八家苗圃BH、南京情侣园NQ和北京天坛公园BT居群较相似。R分析表明:二月兰花部、叶部、反映植株毛被和颜色以及表现植株生长量的性状间均具有一定的相关性。3.核型分析选取了二月兰在北京地区的四个居群:后八家、天坛、颐和园和圆明园,对其染色体类型进行了初步分析。得出以下结论:（1）二月兰的体细胞染色体组成复杂,其中以2n=2x=24的细胞居多,四个居群的核型分别为:后八家居群2n=2x=24=4sm+20m;天坛居群2n=2x=24=24m;颐和园居群2n=2x=24=6sm+18m;圆明园居群2n=2x=24=24m。（2）在二月兰细胞核中出现了较高频率的B染色体,数目为1、2、3不等。（3）在四个居群中,分别观测到染色体的整倍体和非整倍体变异,其数目从5、6、8、9、12、13、14、15、18、19、20不等。以上结果表明:二月兰在长期的系统发育过程中染色体水平上发生了一定程度的变异。4. ISSR分子标记研究利用ISSR分子标记对9个二月兰居群共245个个体的遗传多样性水平及居群遗传结构进行了分析。8个ISSR引物共扩增出162条谱带,多态性条带150条,多态性比率为93.59%。POPGENE分析结果表明:二月兰总遗传多样性Ht为0.4005。在物种水平上He=0.4242,I=0.6103;在居群水平上,平均多态性位点比率PPB为87.02%,He=0.3464,I=0.5150。Nei′s遗传多样性分析和AMOVA分析表明:居群间基因分化系数GST为0.1643,居群内的基因多样性占总群体的80.80%,居群间占16.43%,地区间占2.77%。居群间的基因流Nm为2.5760。根据居群间遗传相似系数进行UPGMA聚类,结果表明:9个居群被聚为3大类群,北京地区的4个居群单独聚为一类,南京和上海的居群间没有明显的区分,居群的遗传多样性与地理、生态因子相关性不大,没有发现居群间的显著分化。5.二月兰遗传多样性的综合分析综合以上的研究结果表明:（1）二月兰分布广,在中国东北、华北、华东、华中及西北地区均有分布。二月兰的整体花期较长,可维持一个多月,属于异花授粉植物,主要通过风和昆虫来进行传粉。（2）二月兰具有丰富的遗传多样性,且居群内的遗传多样性高于居群间的,说明居群内的变异是二月兰变异的主要来源。（3）二月兰的繁殖系统和居群间较大的基因流导致居群间的遗传分化不显著,地区间的差别则更小。（4）不同居群的聚类分析在一定程度上反应出居群间的相关性,来自不同地区的居群间差异比来自同一地区的要大,说明地理来源相同的材料,其亲缘关系较近。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 植物遗传多样性研究的理论与方法
• 1.1.1 遗传多样性的概念及其产生的遗传基础
• 1.1.2 遗传多样性研究的意义
• 1.1.3 影响物种遗传多样性与遗传结构的因素
• 1.1.3.1 影响物种遗传变异的因素
• 1.1.3.2 影响物种遗传结构的因素
• 1.1.4 遗传多样性的检测方法
• 1.1.4.1 形态水平
• 1.1.4.2 染色体水平
• 1.1.4.3 蛋白质水平
• 1.1.4.4 分子标记技术
• 1.2 野生植物资源的开发研究
• 1.2.1 开发野生植物资源的重要意义
• 1.2.2 我国野生植物资源的研究与开发
• 1.2.2.1 研究现状
• 1.2.2.2 主要研究内容
• 1.2.3 小结
• 1.3 二月兰的研究进展与开发应用
• 1.3.1 二月兰的形态特征与地理分布
• 1.3.2 二月兰的研究进展
• 1.3.2.1 诸葛菜属的种界划分
• 1.3.2.2 二月兰的生物学研究
• 1.3.2.3 二月兰的细胞学研究
• 1.3.2.4 二月兰的遗传学研究
• 1.3.2.5 二月兰的育种学研究
• 1.3.3 二月兰的开发价值
• 1.3.3.1 优良的早春地被植物
• 1.3.3.2 经济价值
• 1.3.3.3 观赏价值
• 1.3.3.4 生态效益
• 1.3.4 二月兰的园林应用
• 1.3.4.1 整体效果的应用
• 1.3.4.2 二月兰与植物的配置
• 1.3.4.3 二月兰与山石、建筑、水体及园路的配置
• 1.3.5 小结
• 1.4 本研究的目的与意义、主要内容及技术路线
• 1.4.1 目的意义
• 1.4.2 研究的主要内容
• 1.4.3 创新性
• 1.4.4 技术路线
• 2 二月兰的生物学研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 物候期观察
• 2.1.2 种子萌发特性
• 2.1.2.1 温度梯度
• 2.1.2.2 年份梯度
• 2.1.3 传粉生物学
• 2.1.3.1 花粉活性的检测
• 2.1.3.2 柱头可授性检测
• 2.1.3.3 繁育系统检测
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 二月兰的生长发育规律
• 2.2.1.1 二月兰的营养生长发育规律
• 2.2.1.2 二月兰的生殖生长发育规律
• 2.2.2 种子的萌发特性
• 2.2.2.1 温度梯度
• 2.2.2.2 年份梯度
• 2.2.3 二月兰的传粉生物学特性
• 2.2.3.1 花粉活性与柱头可授性
• 2.2.3.2 繁殖系统
• 2.3 讨论
• 2.3.1 不同地区二月兰的生长发育节律
• 2.3.2 播种繁殖的注意事项
• 2.3.3 二月兰传粉机制的探讨
• 2.3.4 二月兰的繁育系统与进化
• 2.3.5 传粉方式与二月兰的适应性
• 3 二月兰形态性状的表型分析
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 取样方法
• 3.1.2 性状选取
• 3.1.3 形态特征的观测与记录
• 3.1.4 数据处理
• 3.2 结果
• 3.2.1 主要描述性性状的变异
• 3.2.2 居群内形态变异系数的分析
• 3.2.3 居群间形态变异的方差分析
• 3.2.3.1 地区和居群间的双因素巢式方差分析
• 3.2.3.2 年份和居群间的双因素方差分析
• 3.2.4 聚类分析
• 3.2.4.1 Q 型聚类分析
• 3.2.4.2 R 型聚类分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 性状的变异式样与分类价值
• 3.3.1.1 茎部性状
• 3.3.1.2 叶部性状
• 3.3.1.3 花部性状
• 3.3.2 二月兰形态变异的水平与格局
• 3.3.3 二月兰形态变异机理的分析
• 3.3.4 性状的育种学价值
• 4 北京地区二月兰4 个居群的核型分析
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验的方法与步骤
• 4.1.2.1 二月兰种子的萌发
• 4.1.2.2 常规染色体压片的制备
• 4.1.2.3 核型统计的方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 种子萌发的最佳方法
• 4.2.2 二月兰染色体标本的制备
• 4.2.3 各居群的核型分析
• 4.2.3.1 后八家居群的核型分析
• 4.2.3.2 天坛居群的核型分析
• 4.2.3.3 颐和园居群的核型分析
• 4.2.3.4 圆明园居群的核型分析
• 4.3 讨论
• 4.3.1 二月兰核型多态性
• 4.3.2 B 染色体
• 4.3.3 多倍体假说
• 4.3.4 非整倍体染色体
• 4.3.5 二月兰核型参数变异的水平
• 4.3.6 二月兰进化位置的探讨
• 5 二月兰遗传多样性的ISSR 分析
• 5.1 实验仪器及试剂
• 5.1.1 实验仪器
• 5.1.2 实验试剂及来源
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 DNA 提取
• 5.2.3 ISSR-PCR 扩增
• 5.2.4 电泳结果统计与分析
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 DNA 提取结果
• 5.3.2 二月兰ISSR－PCR 反应体系的建立
• 5.3.2.1 正交试验结果分析
• 5.3.2.2 各因素对PCR 反应影响的差异分析
• 5.3.2.3 退火温度的确定
• 5.3.3 二月兰物种和群体水平的遗传多样性
• 5.3.4 居群遗传分化程度的比较分析
• 5.3.5 二月兰不同居群的遗传距离及聚类分析
• 5.4 讨论
• 5.4.1 ISSR 的稳定性及用于遗传学分析的可行性
• 5.4.2 二月兰的遗传多样性
• 5.4.3 二月兰的遗传分化
• 6 结论与建议
• 6.1 三种标记方法的综合分析
• 6.2 结论
• 6.3 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢
• 附录：ISSR 分子标记图谱