论文摘要
油松（Pinus tabulaeformis Carr.）根系发达,极耐干旱贫瘠,具有良好的保持水土、涵养水源及改良土壤的作用,是我国华北及西北荒山绿化和营造生态林的重要树种。山西是天然油松林分布面积最大的省份之一,也是油松的分布中心,以油松为建群种构成的寒温性针叶林是分布于山西关帝山、太岳山和中条山等地的优势植被类型,在山西森林生态系统中占着举足轻重的地位。然而以往对油松遗传多样性的研究多集中于形态学、细胞学和蛋白质水平。分子水平的研究工作刚刚起步,油松的许多遗传指标仍知之甚少,这对于油松天然林的合理保护和可持续经营是远远不够的。RAPD分子标记和ISSR分子标记是研究种群遗传结构的两个非常有效的工具。本研究在对山西油松地理分布实地考察和全面分析的基础上,选取历山、紫团山、灵空山、芦芽山和关帝山5个天然油松种群作为研究对象。运用RAPD和ISSR标记两种方法,检测天然油松种群的遗传结构及其空间分布格局,探讨各种生态因子与遗传变异的关系,揭示油松对复杂生境的分子适应机制。运用两对引物扩增了叶绿体trnT-trnL和trnS-trnG基因间隔序列,为松属基因组的比较和系统进化研究提供重要信息。主要的研究结果如下:1.山西油松种群的多态位点百分率和多样性指数。用15个RAPD引物对油松种群140个个体进行PCR扩增,共扩增出125个位点,其中多态位点99个,占79.20%;Nei多样性指数和Shannon多样性指数分别为0.2853和0.4232,在5个油松种群中其变化范围分别介于0.2243～0.2626和0.3352～0.3860之间。5个ISSR引物共扩增出35个位点,多态位点28个,占80.00%;Nei多样性指数和Shannon多样性指数分别为0.3085和0.4468。两种标记估算的多样性能比较一致地反映各种群的遗传多样性,即灵空山种群和关帝山种群拥有较高的遗传多样性,芦芽山种群的遗传多样性水平相对较低。通过与松属其它物种的比较,油松种群遗传多样性在松属中处于中等偏高水平。2.山西天然油松种群的遗传结构。RAPD标记扩增的油松种群遗传多样性指数为0.2853,种群内变异为0.2428,遗传分化系数为0.1491;ISSR扩增的油松种群的遗传多样性指数为0.3085,种群内变异为0.2667,遗传分化系数为0.1356。两种标记反映出油松种群间均存在一定程度的变异和分化,在总的遗传变异中85.00%以上的变异存在于种群内,种群间的变异近15.00%。遗传变异主要存在于种群内,种群间的变异虽然不是遗传变异的主要来源,但这是不可忽视的,说明各种群间已经产生一定的遗传分化,从种群分布的自然地理环境分析可知,种群遗传结构格局的形成是环境因素、人为因素和物种本身生物学特性综合作用的结果。3.5个油松种群间的遗传关系。基于ISSR标记,根据Nei的方法计算油松种群的遗传相似系数和遗传距离。芦芽山种群和关帝山种群遗传一致度最高为0.9716,遗传距离最小为0.0288,这两个种群的相似程度最大;紫团山种群和关帝山种群遗传一致度最低为0.8999,遗传距离最大为0.1054,这两个种群亲缘关系相对较远。RAPD标记和ISSR标记反映5个种群间亲缘关系的远近稍有不同,但UPGMA的聚类结果完全一致。灵空山种群和紫团山种群首先聚在一起,再与历山种群聚为一组,芦芽山种群和关帝山种群聚为另一组,2组再聚在一起,地理距离相近的种群首先聚在一起。4.油松叶绿体DNA间隔序列的特点及应用。由于叶绿体DNA的编码区和非编码区分子进化速度不同,因而适用于不同阶元的系统学研究。本研究用两对特异引物扩增油松叶绿体非编码区trnT-trnL和trnS-trnG间隔序列,序列对比结果显示这两个片段在物种水平十分保守和稳定,而在松科各属间变异位点丰富,说明这两个序列片段不适合作为物种以下种群间的分析,适合作为物种以上的分子标记和系统学研究。结合GenBank（http://www.ncbi.nlm.nih.gov）中已有的序列资料,下载其它有关的松科植物trnT-trnL和trnS-trnG序列,一起进行分支分析,构建邻接系统进化树。分析了油松与其近缘物种的亲缘关系,为松科属间或种间植物提供更多更深入的信息。山西高原油松种群遗传多态性主要来自等位基因频率的不同,而不是等位基因的组成的差异。说明部分个体的死亡不会发生基因丢失,但个体数的减少会使种群在某些位点有遗传漂变的趋势,降低种群适应环境的能力,从而影响到种群的质量和进化潜力。对油松天然林保护要有科学的理念,长远的策略,保护生境,减少人为干扰,使其不片断化是油松资源保护工作的重点。