油松居群对生境差异的响应和适应性研究

论文摘要

油松是中国特有乡土树种，是北方温带针叶林中主要建群种。了解该物种的适应性和变异特征对油松资源管理和利用具有重要意义。本文以8省10样地天然油松居群及承德人工林为研究对象，从分子、生理、表型三个水平进行研究，借助方差分析、相关性分析、主成分分析等手段，对不同生境差异下天然油松次生林及人工林的DNA水平多态性、油松针叶生理性状、表型性状、矿物质含量等进行分析，探究不同环境胁迫下油松的变异特征和适应机制。主要研究结果如下：确定CTAB法为油松针叶DNA提取的最佳方法；建立了油松ISSR PCR最佳的反应体系（20μL）：2μL10×Buffer、1.0U Taq DNA聚合酶、Mg2+2.0mmol/L、模板DNA100μg/20μL、0.20mmol/L dNTPs、0.4μmol/L引物。扩增程序为94℃预变性5min，94℃变性30s，49℃～55℃退火45s，72℃延伸2min，35个循环；72℃再延伸7min；4℃保温。不同地理分布区天然油松居群多态位点比率差异明显；Shannon多样性指数范围为0.192～0.249，平均为0.217。居群间变异占居群总变异的47.55%。聚类分析表明，河南宝天曼、承德大窝铺、宁夏苏峪口和甘肃冶力关居群为一组，辽宁医巫闾山、山西沁源灵空山、陕西蔡家川林场、山西和顺云龙公园和山西汶水三道川林场居群为一组，山东蒙山居群独立为一组。经Mantel检验，油松居群间地理距离和遗传距离不存在显著相关性。温度相关因子（年均温、1月均温、极端最低温）、海拔及年降雨量显著影响天然油松居群DNA水平多态性和生理表型性状。天然油松居群分子变异存在一定的地理变异规律。不同环境因子影响下油松生理、表型等性状表现出响应地理分布区环境的变异。研究结果表明，地理隔离不是油松居群遗传变异的主要原因，温度和水分显著影响天然油松居群DNA水平多态性；群落物种多样性与油松居群DNA水平多态性关联密切。不同海拔天然油松居群DNA水平多态性差异显著。响应海拔变化，1274m～1354m海拔的油松居群DNA水平多态性最高；不同海拔高度的生态因子、低基因流等对油松居群间的遗传分化影响较大。油松针叶脯氨酸和可溶性糖含量在高、低两个海拔区有显著变异。油松针叶木质素含量、纤维素含量变异程度随海拔升高而增加。油松针叶表型性状随着海拔变化均具有显著差异。结果说明，1000m～1354m海拔油松居群DNA水平多态性高；油松针叶生理性状、表型性状受海拔生境影响显著，中海拔区域油松生理活性高，抗逆性强。不同群落类型天然油松居群Shannon信息指数大小排序为白桦油松混交林＞白桦落叶松油松混交林＞油松纯林＞白桦蒙古栎油松混交林；4群落类型油松居群DNA水平多态性间存在明显差异。油松居群DNA水平多态性与油松枝下高及群落辛普森指数呈显著正相关性。响应油松居群土壤矿物质含量增加，油松居群DNA水平多态性具有降低趋势。在不同群落类型间，油松针叶矿物质含量存在显著或极显著性差异。油松针叶比叶面积、干物质含量、叶面积、长/宽等性状在群落类型间存在显著或极显著性差异。说明，油松白桦混交林相对于其他3种群落类型的油松居群DNA水平多态性更高。不同群落类型生境影响油松生理性状和表型性状。不同受害程度人工油松居群DNA水平多态性响应受害程度加深而增加。总遗传变异中，71.04%存在于居群内。响应油松受害程度增加，油松针叶脯氨酸含量减少，受害轻和受害中度油松居群含量相似，差异不显著。受害最重林分叶干物质含量及比叶面积值均最高。说明，不同受害程度油松居群表现出不同的DNA水平多态性，响应受害程度加深，油松居群DNA水平多态性增加，油松抗逆性降低，生理活动受到限制。通过主成分分析，概括了不同生境油松居群及环境因子的主成分。确立了天然油松居群DNA水平多态性高的地理分布区及主要胁迫环境因子；温度、水分相关因子显著影响天然油松居群DNA水平多态性及针叶生理表型性状；确定中海拔高度油松居群DNA水平多态性、针叶理化性状指标最高，是油松生长最佳海拔生境；获得随受害程度加深，油松居群的DNA水平多态性增加变异规律。总之，利用主成分分析，可有效概括油松居群DNA水平多态性、生理性状、表型性状等指标，进而可确定油松居群响应环境差异或胁迫的变异规律和适应性变异。

论文目录

摘要

Abstract

第一章引言

1 研究目的与意义

2 立题依据

3 油松居群变异及适应性研究进展

3.1 油松分布及生物学特性研究

3.2 油松表型性状变异研究

3.3 油松生理性状适应性研究

3.4 油松矿物质含量变异研究

3.5 植物表型性状变异研究

3.6 油松居群 DNA 水平多态性和遗传分化研究

3.7 主成分分析在油松性状研究中应用

第二章油松 DNA 提取方法筛选及 ISSR PCR 优化研究

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.2 主要仪器

1.3 主要药品及试剂

1.4 试验方法

1.5 PCR 反应因素的确定与正交表的设计

1.6 退火温度梯度检测和 ISSR 引物筛选

2 结果与分析

2.1 四种提取方法所得 DNA 样品的电泳结果比较

2.2 四种提取方法所得 DNA 样品的 PCR 反应结果比较

2.3 正交试验 PCR 产物电泳结果评分

2.4 各因素对 ISSR PCR 反应影响的差异分析

2.5 各水平因素对 ISSR PCR 结果的影响

2.6 最佳反应体系的验证与引物筛选

2.7 引物退火温度的确定

3 讨论

3.1 DNA 提取方法筛选

3.2 ISSR PCR 反应体系筛选

4 结论

第三章不同地理分布区天然油松居群变异

1 研究地区与研究方法

1.1 野外取样

1.2 研究方法

1.3 数据分析

2 结果与分析

2.1 不同地理分布区天然油松居群 DNA 水平多态性分析

2.2 不同地理分布区油松生理性状变异分析

2.3 不同地理分布区油松天然居群表型性状及矿物质含量变异分析

2.4 不同地理分布区天然油松主成分分析

2.5 天然油松居群不同地理分布区环境因子主成分分析

3 讨论

3.1 油松天然居群 DNA 水平多态性与环境因子相关性

3.2 油松天然居群 DNA 水平多态性地理变异模式

3.3 不同居群天然油松抗性氧化酶活性变异特征及适应机制

3.4 不同居群天然油松针叶脯氨酸、可溶性糖含量变异特征与适应性

3.5 天然油松针叶木质素含量、纤维素含量变异特征及适应性

3.6 天然油松遗传特征与生理特性相关性

3.7 油松针叶特性与环境的关系

3.8 油松针叶矿物质含量与环境因子关系

3.9 不同地理分布区油松性状及环境因子主成分

4 结论

第四章不同海拔高度天然油松居群变异

1 材料与方法

1.1 样地及试验材料

1.2 试验方法

2 结果与分析

2.1 不同海拔油松居群 DNA 水平多态性变异分析

2.2 不同海拔高度天然油松生理性状分析

2.3 不同海拔高度油松针叶矿物质含量变异分析

2.4 不同海拔高度油松针叶表型性状变异分析

2.5 不同海拔高度油松种子表型性状变异分析

2.6 不同海拔居群油松性状主成分分析

3 讨论

3.1 不同海拔高度天然油松居群 DNA 水平多态性变异

3.2 不同海拔高度天然油松生理性状变异

3.3 不同海拔高度天然油松矿物元素含量变异

3.4 不同海拔高度天然油松种子性状变异

3.5 不同海拔高度天然油松针叶表型性状变异

3.6 不同海拔生境油松性状主成分分析

4 结论

第五章不同群落类型天然油松居群变异

1 材料与方法

1.1 样地和材料采集

1.2 试验方法及数据处理

2 结果与分析

2.1 不同群落类型 DNA 水平多态性分析

2.2 不同群落类型土壤矿物质含量变异分析

2.3 不同群落类型油松生理性状变异分析

2.4 不同群落类型天然油松居群性状主成分分析

3 讨论

3.1 不同群落类型油松 DNA 水平多态性

3.2 不同群落油松生理性状变异

3.3 不同群落类型油松针叶矿质元素变异

3.4 不同群落类型油松针叶表型性状变异

3.5 不同群落类型的油松性状主成分分析

4 结论

第六章不同受害程度人工油松居群变异

1 材料与方法

1.1 样品采集

1.2 油松居群的 DNA 水平多态性分析

2 结果与分析

2.1 不同受害程度油松居群 DNA 水平多态性分析

2.2 不同受害程度油松生理性状变异分析

2.3 不同受害程度居群油松针叶表型性状变异分析

2.4 不同受害程度居群油松针叶矿物质变异分析

2.5 不同受害程度油松居群种子表型性状变异分析

2.6 不同受害程度林分主成分分析

3 讨论

3.1 不同受害程度油松居群 DNA 水平多态性变异

3.2 不同受害程度油松生理性状变异

3.3 不同受害程度居群油松表型性状变异

3.4 不同受害程度油松居群针叶矿物质含量变异

3.5 不同受害程度油松性状主成分分析

4 结论

主要结论

参考文献

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致谢

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