濒危植物夏蜡梅种群遗传多样性与分子系统地理学研究

濒危植物夏蜡梅种群遗传多样性与分子系统地理学研究

论文摘要

夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis),蜡梅科(Calycanthaceae)夏蜡梅属(Sinocalycanthus)的落叶灌木,国家2级保护的珍稀濒危植物,第3纪孑遗物种,夏蜡梅属的唯一代表,主要分布于我国浙江临安和天台地区。夏蜡梅具有很高的观赏价值和药用价值,分布区狭窄,分类地位独特。但是,由于目前夏蜡梅产地自然生态环境受到严重破坏,威胁到夏蜡梅的生存和繁衍,因此,迫切需要对其濒危过程、现状和机理进行研究,从而更好地保护这一孑遗物种。采用ISSR、cpSSR分子标记技术从种群遗传学角度探讨夏蜡梅的遗传结构,并对夏蜡梅的分子系统地理学进行研究,探讨其濒危机制,为制订科学的保护策略奠定基础。研究结果如下:1、采用ISSR分子标记技术分析大明山的5个夏蜡梅种群的遗传结构。结果显示,夏蜡梅总的遗传多样性较高,种群水平的遗传多样性较低,各种群间出现显著的遗传分化(Gst=0.4107),表明夏蜡梅种群在小尺度分布范围内就具有显著的遗传分化。2、夏蜡梅在种群内具有显著的空间遗传结构,空间分布类型为聚集分布-随机分布-均匀分布,符合距离隔离效应理论。将夏蜡梅植株大小划分3个年龄级,年龄级Ⅰ未在较小距离等级内呈现显著的聚集分布,而在中等距离等级内呈现显著的空间聚集分布;年龄级Ⅱ、年龄级Ⅲ在较小的距离等级与较大的距离等级内均呈现显著的空间遗传结构,并在较小距离内个体间呈现聚集分布。根据空间遗传结构分布情况,推测夏蜡梅种群内花粉传播距离为36m左右,种子传播距离为24m左右,可见夏蜡梅在种群内基因流严重受限,种群水平的遗传多样性较低。3、8个夏蜡梅自然种群的cpSSR标记分析结果表明,夏蜡梅总的遗传多样性较高,种群内遗传多样性较低,种群间遗传分化显著(如Gst=0.7558)。由Gst计算的基因流仅为0.1616,基因流很低,严重受限。由于叶绿体基因组的不重组性,各位点间进行不重组组合,共组合出4种夏蜡梅单倍型,3种分布于临安地区,1种分布于天台地区,而且两地区的单倍型不共享。4、夏蜡梅分子系统地理格局为2种单倍型广泛并分别分布在天台和临安地区,其余2种单倍型由于基因流的限制而局限分布在大明山和清凉峰自然保护区内。具体表现为三级支系:1)第1级支系是临安大明山和天台大雷山;2)第2级支系是清凉峰自然保护区;3)第3级支系是颊口镇前坑和龙岗镇双石边。临安大明山和天台大雷山均可能是冰期避难所。第四纪冰期后,夏蜡梅可能的迁移路线:1)从大明山迁移到清凉峰自然保护区,然后同时分别向SSB、QK种群进行迁移扩散;2)天台大雷山区域可能由于一些历史事件以及地理环境的作用,未向外扩散。夏蜡梅优先保护单元分别是临安清凉峰自然保护区、大明山以及天台大雷山。5、导致夏蜡梅濒危的因素包括冰川时期的历史原因、生态学因素(如生境的破碎化与微生境异质性、各种群地理条件的差异性等)、夏蜡梅的繁殖生物学特性(如受限的基因流,遗传衰退,以异交为主、自交亲和的混合交配系统等)以及人类干扰。据此,提出夏蜡梅的保护策略。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  • 1.1 研究对象的独特性及地理分布
  • 1.2 夏蜡梅研究现状
  • 1.2.1 夏蜡梅的分类归属与进化起源
  • 1.2.2 栽培繁殖研究
  • 1.2.3 夏蜡梅的生态生物学特性
  • 1.2.4 夏蜡梅植株器官化学成分研究
  • 1.2.5 夏蜡梅种群遗传多样性研究
  • 1.3 空间遗传结构研究概况
  • 1.4 植物分子系统地理学研究现状
  • 1.4.1 分子系统地理学理论
  • 1.4.2 植物分子系统地理学发展历程
  • 1.5 物种优先保护单元的确定研究
  • 1.6 本研究中采用的分子标记
  • 1.6.1 ISSR 分子标记
  • 1.6.2 cpSSR 分子标记
  • 1.7 本研究的立题依据
  • 1.8 本研究的主要内容
  • 1.8.1 临安大明山5 个夏蜡梅种群的遗传分化
  • 1.8.2 夏蜡梅种群内空间遗传结构
  • 1.8.3 夏蜡梅自然种群cpSSR 遗传变异分析
  • 1.8.4 夏蜡梅分子系统地理学研究
  • 1.8.5 夏蜡梅优先保护单元的确定
  • 1.8.6 夏蜡梅综合保护策略的制订
  • 2 研究区域概况
  • 2.1 临安自然概况
  • 2.2 天台自然概况
  • 3 材料与方法
  • 3.1 材料
  • 3.1.1 野外样地确定与样品采集
  • 3.1.2 实验采用的主要仪器
  • 3.1.3 实验采用的试剂
  • 3.2 方法
  • 3.2.1 主要溶液的配置
  • 3.2.2 基因组总DNA 的提取与定量
  • 3.2.3 ISSR 扩增与产物鉴定
  • 3.2.4 cpSSR 扩增与产物鉴定
  • 3.2.5 数据统计与分析
  • 4 结果与分析
  • 4.1 大明山夏蜡梅5 个种群遗传分化的ISSR 分析
  • 4.1.1 夏蜡梅种群ISSR 扩增条带的多态性
  • 4.1.2 夏蜡梅种群的遗传多样性
  • 4.1.3 夏蜡梅种群的遗传分化
  • 4.1.4 夏蜡梅种群间遗传相似度、遗传距离及聚类分析
  • 4.2 夏蜡梅空间遗传结构分析
  • 4.2.1 不同年龄级植株空间遗传结构分析
  • 4.2.2 所有植株空间遗传结构的整体分析
  • 4.2.3 夏蜡梅空间遗传结构的综合分析
  • 4.3 夏蜡梅自然种群cpSSR 遗传变异分析
  • 4.3.1 cpSSR 扩增的多态性
  • 4.3.2 单倍型分析
  • 4.3.3 夏蜡梅种群遗传多样性
  • 4.3.4 夏蜡梅种群遗传分化
  • 4.3.5 夏蜡梅种群间的遗传聚类与溯祖关系分析
  • 4.3.6 夏蜡梅优先保护单元的确定
  • 5 讨论
  • 5.1 大明山夏蜡梅5 个种群的遗传分化分析
  • 5.2 夏蜡梅种群空间遗传结构
  • 5.2.1 空间遗传结构形成过程中可能发生的历史事件
  • 5.2.2 空间遗传结构形成的影响因素
  • 5.3 夏蜡梅自然种群cpSSR 遗传变异
  • 5.3.1 夏蜡梅叶绿体遗传多样性
  • 5.3.2 夏蜡梅叶绿体遗传分化
  • 5.3.3 夏蜡梅分子系统地理格局
  • 5.3.4 夏蜡梅冰期避难所及种群扩张路线的推测
  • 5.3.5 夏蜡梅优先保护单元的确定
  • 5.4 濒危物种夏蜡梅的保护策略
  • 6 主要结论、创新及研究展望
  • 6.1 主要结论
  • 6.2 论文创新
  • 6.3 研究展望
  • 参考文献
  • 附图
  • 导师简介
  • 致谢
  • 相关论文文献

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