（园林植物与观赏园艺专业论文）珍珠黄杨遗传多样性研究及保护对策.pdf

珍珠黄杨的遗传多样性研究及保护对策 中文摘要 从5 个天然群体( 安徽黄山市清凉峰、江西上饶市三清山、安徽安庆市天柱山、安徽 安庆市鹞落坪、安徽六安市万佛山) 采集珍珠黄杨样本，以改良c t a b 法从珍珠黄杨叶片 中制备模板d n a ，优化了p c r 循环参数，建立了r a p d p c r 扩增的最佳反应体系，筛 选出能扩增多态性片段较多且扩增稳定的2 1 条r a p d 引物，分别对1 6 2 个珍珠黄杨个体 的基因组d n a 进行扩增，对珍珠黄杨群体的遗传多样性和遗传结构进行了研究。 筛选并建立了适合于珍珠黄杨r a p d 扩增的反应体系：反应总体积2 0 此，其中3 0 n g 模板d n a ，2 5 m m o l l m g c l 2 ，0 5 1 - l m o l l 引物，2 0 0 9 m o l l d n t p ，1 5 u t a q d n a 聚合酶， 2 扯，1 0 b u f f e r 。扩增程序为：9 4 预变性5 r a i n ；9 4 变性4 0 s ，3 6 退火3 0 s ，7 2 。c 延伸 2 r a i n ，循环3 9 次；最后在7 2 c 延伸5 m i n 。 对4 0 0 条r a p d 引物进行了筛选，筛选出的2 l 条随机引物共扩增检测到2 0 9 个位点， 其中多态位点1 6 7 个，占7 9 9 。用p o p g e n l 3 1 版软件对数据进行分析，结果显示： n e i s 基因多样度( 矗) 及s h a n n o n 多样性指数( ，) 分别为o 2 9 4 6 和o 4 3 4 3 ，表明遗传多 样性水平很高；5 个群体中三清山群体( s q ) 遗传多样性水平最高( 尸p 胆6 6 0 3 ，h = o 2 3 9 0 。 i = 0 3 5 4 7 ) ，天柱山群体次之( p p b = 6 3 1 6 、h = 0 2 2 2 7 、，= 0 3 3 11 ) ；对珍珠黄杨种级 水平的r a p d 检测表明，每个位点的等位基因数臼) 为1 7 9 9 ，有效等位基因数c 4 e ) 为 1 5 1 8 4 ，群体总遗传多样度( 册) 为0 2 9 7 8 ，群体内遗传多样度( 胞) 为0 2 1 9 7 ；基因分 化系数( g s t ) 达到了o 2 6 2 3 ，基因流( 肠) 为1 4 0 6 5 ，说明虽然珍珠黄杨大部分变异存 在于群体内，但是由于珍珠黄杨的星散状分布受小种群效应影响，缺乏有效的基因流，致 使群体间遗传变异占到了总变异的2 6 2 3 。 研究结果表明5 个群体的相似度很高，均在0 8 3 以上，其中天柱山群体( t z ) 与鹞 落坪群体( y l ) 之间的遗传相似最大为0 9 3 7 4 。鹞落坪群体( y l ) 与清凉峰群体( q l ) 之间的 遗传相似最小为0 8 3 5 5 。用t f p g a 软件按照n e i ( 1 9 7 8 ) 无偏遗传距离计算方法进行不加 权平均聚类分析( u p g m a ) ，将5 个珍珠黄杨天然群体分为2 大类群体，即三清山群体( s q ) 和清凉峰群体( q l ) 聚为一类，万佛山群体( w f ) 、鹞落坪群体( y l ) 和天柱山群体( t z ) 为一类。通过计算5 个群体间的遗传距离和相似性显示群体间的遗传距离与相互间的地理 距离不显著相关。 鉴于珍珠黄杨对生境改变适应性差和对人为干扰敏感，群落稳定性在珍珠黄杨群体遗 传多样性保护中的特殊地位，建议在制定珍珠黄杨遗传多样性保育和取样策略应以就地保 护为主，把三清山群体( s q ) 和天柱山群体( t z ) 划入自然保护区的保护范围，对其生 存空间进行长期、有效的保护。另一方面，在群体间进行植株和幼苗的相互移栽，以提高 群体间的基因交流，最大限度保护珍珠黄杨的遗传多样性。迁地保育时，应在群体内加大 取样单株的数量。 关键词：珍珠黄杨，遗传多样性，遗传结构，r a p d ，保护策略 g e n e t i cd i v e r s i t ya n dp r o t e c t i o ns t r a t e g yo fb u x u s s i n i c av a r p a r v i f o l i a a b s t r a c t t h er e v i s o r ym e t h o dc t a bw a su s e dt oe x t r a c td n af r o mb u x u s s i n i c av a t p a r r f 疡，胁 p l a n t - l e a v e sw h i c hw e r eg a t h e r e df r o mq i n g l i a n g f e n gi nh u a n g s h a nc i t yo fa n h u ip r o v i n c e ， s a n q i n g s h a ni ns h a n g r a oc i t yo fj i a n g x ip r o v i n c e ，t i a n z h u s h a na n dy a o l u o p i n gi na n q i n gc i t y o f a n h u ip r o v i n c e w a n f o s h a ni nl i u a nc i t yo f a n h u ip r o v i n c e t h er e c y c l i n gp a r a m e t e r sw e r e o p t i m i z e da n do p t i m a lr e a c t i o ns y s t e ms u i t a b l ef o rr a p d p c ra m p l i f i c a t i o nw a se s t a b l i s h e d 2 1p r i m e r st h a tc o u l dp r o d u c ep o l y m o r p h i c ，c l e a ra n db r i g h tb a n d s ，s o u n dr e p e a t a b i l i t yh a d b e e ns e l e c t e df o rr a p d a m p l i f i c a t i o na n da n a l y s i so n16 2s a m p l e si n5b s i n i c av a r p a r v i f o l i a p o p u l a t i o n s r a p da s s e s s m e n to f g e n e t i cv a r i a t i o na n dg e n e t i cd i v e r s i t yw e r ec a r r i e do u t n l ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fr a p do f 丑s i n 泐v a r p a r v i f o l i aw e r es t u d i e d n l eo p t i m a l r a p dc o n d i t i o n sw e r e ：2 0 i t lr e a c t i o nv o l u m e ，c o n t a i n i n g3 0 n gt e m p l a t ed n a , 2 5 m r n 0 1 l m g c l 2 ，o 5 p m o l lm o l lp r i m e r , 2 0 0 “m o l l d n t p ，1 5 ut a qd n a p o l y m e r a s e a m p l i f i c a t i o n p r o g r a mw a s ：5 m i na t9 4 ；4 0 sa t9 4 ，3 0 sa t3 6 ，2 m i na t7 2 ，3 9c y c l e s ；5 m i na t7 2 ， t h e ns t o r e da t 4 t h e r ew e r e1 6 7p o l y m o r p h i cl o c ia m o n g2 0 9r a p di o c io f2 1p r i m e ss e l e c t e df r o m4 0 0 r a n d o mp r i m e r s a sa n a l y z e db yp o p g e n e 1 3 1 , t h ep e r c e n t a g eo fp o l y m o r p h i cl o c i ( p p b ) w a s7 9 9 t h en e i sg e n ed i v e r s i t y ( h ) a n ds h a n n o nd i v e r s i t yi n d e x ( ) w e r eo 2 9 4 6a n d0 4 3 4 3 i nt h es p e c i e sr e s p e c t i v e l y t h e s ed a t ai n d i c a t e dt h a tg e n e t i cd i v e r s i t yo f p o p u l a t i o n sw a sh i 曲 t h ep o p u l a t i o no fs a n q i n g s h a n ( s q ) h a dt h eh i g h e s tg e n e t i cd i v e r s i t yo ft h e5e x a m i n a t e d p o p u l a t i o n s ( p p 萨6 6 0 3 h = o 2 3 9 0 ，= 0 3 5 4 7 ) ，a tt h es a m et i m e ，t h ep o p u l a t i o no f t i a n z h n s h a n ( t z ) h a dh i g h e rd i v e r s i t yl e v e l ( p p b = 6 3 1 6 、h = 0 2 2 2 7 、，= 0 3 3 1 1 1 e f f e c t i v e n u m b e ro f a l l e l e s 以p ) w a s1 5 1 8 4a n do b s e r v e dn u m b e ro f a l l e l e s 似) w a s1 7 9 9i nt h es p e c i e s 1 e v e l t h eg e n e t i cd i v e r s i t yw i t h i ns p e c i e so f 最s i n 缸av a r p a r v i f o l i aw a s0 2 9 7 8 b u t0 2 1 9 4f o r t 1 1 a tw i t h i np o p u l a t i o n t h ec e e 伍c i e n to fg e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o n ( g s t ) h a dr e a c h e du pt o0 2 6 2 3 a n dg e n ef l o w ( n m ) h a da r r i v e da t1 4 0 6 5 i tw a si n d i c a t e dt h a t2 6 2 3 o ft o t a lv a r i a t i o nf o r g e n e t i cv a r i a t i o na m o n gp o p u l a t i o n s t h o u g hm o s to fv a r i a t i o ni nb s i n i c av a r p a r v i f o l i ae x i s t s w i t h i nt h ep o p u l a t i o n s ，t h ec a u s eo fw h i c hw a sb e i n gs h o r to fe f f e c t i v eg e n ef l o wd u et o i n f l u e n c eb ym i n o rp o p u l a t i o ne f f e c ta n ds c a t t e r e dd i s t i l b u t i o nf o r 丑s & i c av a r p a r v i f o l i a t h e r ew e r eh i 曲e rg e n e t i cs i m i l a r i t i e sa m o n g5p o p u l a t i o n so fb s i n i c av a r p a r r 扣，f 口，a l l o fw h i c hw e r ea b o v eo 8 3 ，b u tt h el a r g e s to n eh a sr e a c h e du pt oo 9 3 7 4i n2p o p u l a t i o n sf r o m t i a n z h n s h a n ( t z ) a n dy a o l u o p i n g ( y l ) a n dt h es m a l l e s to n ew a s0 8 3 5 5i np o p u l a t i o n sf r o m y a o l u o p i n g ( y l ) a n dq i n g l i a n g f e n g ( q l ) t h ed e n d r o g r a m so fg e n e t i cr e l a t i o n s h i p sa m o n g p o p u l a t i o n sw e r ec o n s t r u c t e db a s e do nn e i sg e n e t i cd i s t a n c es h o w e dt h a tt h e5n a t u r a l 丑s i n i c a v a r p a r v i f o l i ap o p u l a t i o n sc o u l db ed i v i d e di n t o2b i gg r o u p s ，t h e f i r s tg r o u pf r o m q i n g l i a n g f e n g ( q l ) a n ds a n q i n g s h a n ( s q ) ；t h es e c o n dg r o u pf r o mt i a n z h u s h a n ( t z ) ， y a o l u o p i n g ( y l ) a n dw a n f o s h a n ( w f ) g e n e t i ci d e n t i t y a n dg e n e t i cd i s t a n c eb e t w e e n p o p u l a t i o n sw e r ee s t i m a t e d ，a n dt h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tg e n e t i cd i s t a n c eb e t w e e np o p u l a t i o n s w a sn o ts i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t i v et og e o g r a p h i cd i s t a n c e i nt 1 1 ev i e wo ft h eg e n e t i ci n f o r m a t i o na v a i l a b l ef o rb s i n i c a v a t , p a r v i f o l i a , i tw a s s u g g e s t e dt h a tt h es a n q i n g s h a n ( s q ) a n dt i a n z h u s h a n ( t z ) p o p u l a t i o n ss h o u l db ei n c o r p o r a t e d i n t on a t u r er e s e r v et o l o n g t i m e l ya n de f f e c t i v e l yp r e s e r v et h el i v i n gs p a c eo fb s i n i c av a t p a r b b l i a s i m u t a n e o u s l y , a d u l tp l a n t so ts e e d i n g sm u t u a l l ym o u l dc r o s s t r a n s p l a n ta m o n g p o p u l a t i o n st oe n c h a n c et h eg e n ef l o w b yt h em e a n s ，t h eg e n e t i cd i v e r s i t yr e s o u r c e so f s p e c i e s c o u l db ep r e s e r v e dt ot h eg r e a t e s te x t e n t m o s tp o p u l a t i o n ss h o u l db es a m p l e dt or e t a i na sm u c h o f t h eg e n e t i cd i v e r s i t yo f t h es p e c i e si ne x s i t up r e s e r v a f i o na sp o s s i b l e k e yw o r d s ：b u x u ss i n i c av a t p a r v i f o l i a ；g e n e t i cd i v e r s i t y ；g e n e t i cs t r u c t u r e ；r a p d ；p r o t e c t i o n s t r a t e g y 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。 文中所引用他人的研究成果均己注明出处。对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均己说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名： 妇红 别磁孙锄伍 日期：2 砰d7 ：嵋 致谢 本文是在导师季孔庶教授悉心指导下完成的。三年来，导师在论文的选 题、计划的制定、实验的实施、数据的处理、论文的写作上都给予了精心的 指导，在日常的学习、工作和生活等方面都给予了我无微不致的关心和爱护。 导师正直、谦逊、宽厚待人的人生态度，严谨的治学精神和渊博的学识使我 终生受益。值此论文完成之际，首先向导师表示衷心的感谢。 感谢师兄黄焱博士，帮我完成野外采集实验材料，并对我的实验工作进 行长期指导，不时解决实验过程中遇到的疑难问题，他不光使我学到了很多 的知识，而且他治学严谨的态度及敬业精神使我受益颇深，感谢我学习、生 活过的实验室全体同学和朋友。 十分感谢关注我工作、学习和生活的亲人，感谢他们给予我的无私帮助 和支持。 最后，感谢所有的老师、亲人和朋友! 姜自红 2 0 0 7 年4 月8 日 1 文献综述 1 1 珍珠黄杨研究概况 1 1 1 珍珠黄杨的生物学特性、生态学习性 珍珠黄杨( b u x u s s i n i c a v a r p a r v i f o l i a ) 隶属于黄杨科( b u x a c e a e ) 黄杨属，是 黄杨( 丑s i n i c a ) 的变种( 郑勉，1 9 7 9 ：1 9 8 0 ) ，又名小叶黄杨、鱼鳞黄杨、鱼鳞木。 分枝密集，小枝节间长4 - 6 毫米，小枝稍被短柔毛。叶椭圆形至宽卵形，长不及1 厘米， 宽5 7 毫米，基部宽楔形，薄革质，上面无光泽，侧脉明显隆起，先端圆或有小凹口， 边缘下曲。花序多顶生。花期5 月。蒴果近球形，长6 - 7 毫米( 不包括花柱) ，无毛。果 期9 月。 珍珠黄杨性喜凉爽、湿润气候及酸性土壤。耐瘠薄、抗严寒，生长极慢。产于江西庐 山五老峰七星衡附近，福建崇安黄岗山、浙江龙荡山( 海拔1 6 0 0 m ) 、昌化( 海拔1 7 0 0 m ) 、 湖北神农架及兴山、安徽大别山区潜山水吼岭( 海拔1 4 0 0 1 7 0 0 m ) 、天柱峰( 海拔 1 2 0 0 1 6 0 0 m ) 、舒城晓天猪头尖( 海拔1 2 0 0 1 4 0 0 m ) 、歙县清凉峰( 海拔1 2 0 0 1 7 2 0 m ) 、 黄山( 海拔6 0 0 1 6 0 0 m ) 。生于岩上，一般东坡纯林分布，而西坡混生，混生树种有青扦 ( p i c e 8w i l s o n i i ) 、大果榆( u l m u sm a c e o c a r p a ) 、千斤榆( c a r p i n u sc o r d a t a ) 、糙 皮桦( b e t u l au t i l i s ) 、毛肋杜鹃( r h o d o d e n d r o na u g u s t i n i i ) 、石灰花楸( s o r b u s f o l g n e r i ) 、刺叶栎( u e r c u ss p i n o s a ) 、秦岭冷杉( a b i e sc h e n s i s e n s i s ) 、安徽杜 鹃( r h o d o d e n d r o na n h w e i e n s e ) 、毛叶石楠( p h o t i n i av i l l o s a ) 、日本椴( 巧白 j a p o n i c a ) 、大果冬青( i l e x m a c r o c a r p a ) 、灯笼花( a g a p e t e s l a c e i ) 、黄山栎( o u e r c u s s t e w a r d i i ) 、黄山花楸( s o r b u sa r 舾b i l i s ) 、天女花( m a g n o l i as i e b o l d i i ) 、天目琼 花( v i b u r n u ms a r g e n t i i ) ( 郑万钧，1 9 8 5 ) 。 1 1 2 黄杨属及珍珠黄杨当前的研究情况 黄杨属的研究报道主要是以下几个方面： 一是有关扦插繁殖。例如，b l y t h e 。e 。k 等( 2 0 0 4 ) 对最s i n i c av a r i n s 以a 订s 的扦插繁殖进行了研究。c h o n g ，c ( 2 0 0 0 ) 、m a k s i m e n k o ，a p ( 1 9 9 7 ) 、f l o r i n c e s c u ， a 等( 1 9 9 5 ) 、b a l a b u s h k a ，v k ( 1 9 9 0 ) 、l u c n s k i e n e ，a ( 1 9 8 7 ) 、t i c k n o r ，r l ( 1 9 8 2 ) 对锦熟黄杨( 最s e m p e r v i r e n s ) 的扦插繁殖作了研究。b h a t t ，b p 等( 1 9 9 0 ) 对最w a l l i c h i a n a 穗条的选取进行了研究。y e ，m f ( 1 9 8 4 ) 报导了使用n 从和i b a 处理长叶黄杨( 最m e g i s t o p h y l l a ) 插条可获得较高生根率。k i m , y j 等( 1 9 7 7 ) 研究 了黄杨汜m i c r o p h y l l av a r k o r e a n a ) 插条生根机理的周年波动情况。e i s e n b e r g ，b a ( 1 9 7 6 ) 、k o r e m a t s u ，h ( 1 9 7 5 ) 对最j a p o n i c a 扦插繁殖做了研究。国内方面，房伦革 等( 2 0 0 4 ) 、姚雷( 1 9 9 6 ) 和张石生等( 2 0 0 4 ) 分别对朝鲜黄杨和金叶瓜子黄杨扦插繁殖 作了研究。李庆卫( 2 0 0 0 ) 对金叶锦熟黄杨的扦插进行了研究。宋风梅等( 2 0 0 0 ) 和颜宪 武( 1 9 9 6 ) 都对黄杨扦插繁殖技术作了一定的研究。而罗风霞等( 1 9 9 4 ) 对锦熟黄杨扦插 繁殖技术作了较系统的研究。 二是关于甾体生物碱方面。例如，l o r u ，f 等( 2 0 0 0 ) 研究了从锦熟黄杨中提取出来 的四种生物碱。a t t a - u r - r a h m a n 等( 1 9 9 9 ) 从土耳其种源的锦熟黄杨根中分离了三种新 的甾体生物碱和两种已知的甾体生物碱。邱明华等( 2 0 0 2 ) 讨论了黄杨科植物甾体生物碱 1 成分的结构特征；并以甾体生物碱作为化学分类学的特征物质。邱明华等( 2 0 0 1 ) 对雀舌 黄杨( 丑b o d i n i e r i ) 的甾体生物碱雀舌黄杨碱a e 的化学成分、化学结构作了研究。 杜江等( 1 9 9 6 ) 从黄杨木中分离了5 个化合物，其中环黄杨酰胺( i ) 、黄杨木定a ( i i ) 为新黄杨生物碱。 三是关于生理生化方面的研究。其中研究最多的是锦熟黄杨( h o r m a e t x e ，k e ta 1 ， 2 0 0 4 ；m u s s e l w h i t e ，s e ta 1 ，2 0 0 4 ；o r h a n ，i e ta 1 ，2 0 0 4 ；r a d u n z ，a e ta 1 ，2 0 0 0 ；牛 力文等，2 0 0 4 ；韩艳春等，2 0 0 0 ) 。董丽等( 2 0 0 2 ；2 0 0 3 ) 研究了黄杨在越冬期间叶组织 结构和生理动态变化。陈永伶等( 1 9 9 5 ) 分析了多效唑对雀舌黄杨生长的矮化效应。 此外还有其它一些方面的研究，例如b a l t h a z a r ，m y o n ( 2 0 0 2 ) 研究了黄杨科的典型 属的花器数目与结构以及开花与授粉的生物学过程，并阐明了黄杨科的系统发育。闫双喜 等( 2 0 0 2 ) 采用系统聚类分析方法对中国黄杨属植物2 0 种、3 亚种和2 变种进行了分类 学研究。g a l l i k o w s k i ，h ( 2 0 0 1 ) 对自己收集的黄杨属的一些种( 最b a e a r i c a , 且h e n r y i ， 丑m i c r o p h y l l aa n d 最s e m p e r v y r e n s ) 及它们的一些品种进行了描述。吕利明( 1 9 9 9 ) 研究了朝鲜黄杨的引种驯化。 而目前，关于珍珠黄杨的文献仅仅是对其生长特性的描述( 石怀绶，2 0 0 2 ；李中岳， 2 0 0 5 ) 、苗圃扦插繁殖的研究( 王敏珍等，2 0 0 4 ：陈华荣等，2 0 0 3 , 何家海，2 0 0 0 ；何家 海，1 9 9 9 ) 、种群生物学研究( 李振基等，2 0 0 2 ) 、园林应用与养护( 凌明亮，2 0 0 5 ) 及 无性系的形态特征分析( 黄焱等，2 0 0 5 ) 。关于分子生物学方面，吕乐燕等( 2 0 0 7 ) 以珍 珠黄杨幼叶为材料，比较了4 种d n a 提取方法，结果表明：2 c t a b 提取的d n aa 2 6 0 a 2 8 0 值最好，i s s r - p c r 扩增效果最佳，是有效提取珍珠黄杨基因组d n a 的方法。并在此基础 上，确立了适合珍珠黄杨的i s s r p c r 反应体系。 1 2 遗传多样性的研究进展 1 2 1 遗传多样性的概述 遗传多样性( g e n e t i cd i v e r s i t y ) ，是指种内基因的变化，可以泛指地球上所有生物 的遗传信息的总和，但通常所说的遗传多样性指种内显著不同的群体间和同一群体不同个 体之间遗传变异的总和( 葛颂，1 9 9 7 ) 。遗传多样性的本质是生物体在遗传物质上的变异， 即编码遗传信息的d n a 或r n a 在组成和结构上的变异。遗传多样性可以在不同水平上表现 出来。在分子水平上，表现为核酸、蛋白质、多糖等生物大分子的多样性：在细胞水平上， 表现为染色体结构、细胞结构和功能的多样性：在生物个体水平上，表现为形态、生理及 习性的不同，但也有的遗传变异并不表现为可观测的表型变化。通常，遗传多样性最直接 表现形式就是遗传变异水平的高低。然而，对任何一个物种未说，个体生命很短暂，有个 体构成的种群或种群系统在时间上连续不断，才是进化的基本单位。这些种群或种群系统 在自然界中有其特定分布格局，故遗传多样性不仅包括变异水平高低，也包括变异分布格 局，即种群遗传结构。对大范围连续分布的异交植物来说，种群之间的遗传变异明显增加。 由此可见种群遗传结构上的差异是遗传多样性的重要体现，一个物种的进化潜力和抵御不 良环境的能力既取决于种内遗传变异大小，也依赖于种群遗传结构( g r a n tv ，1 9 9 1 ) 。 1 2 2 影响遗传多样性的因素 影响遗传多样性的因素较多，主要包括两大方面，首先是内部因素( 遗传因素) ，如交 2 配系统、基因流、遗传漂变、瓶颈效应、生活习性等，其二是外因( 生态、社会因素) ，如 资源分布、火灾、过度砍伐等( 葛颂，1 9 9 7 ；朱琪慧，2 0 0 2 ；徐小林，2 0 0 3 ) 。概括起来 主要有以下几个方面： 1 2 2 1 选择 选择( s e l e c t i o n ) 实质上就是一种环境压力。这里所说的环境既包括温度、湿度、光 照、土壤等物理因素，也包括种间竞争、传粉媒介、病虫害侵袭等生物因素。关于选择对 植物群体变异和遗传结构的影响，大部分证据来自两个方面：一方面来自对直接受选择作 用的表型性状的观察和实验，另一方面证据则来自不受选择直接作用的同工酶位点和分子 标记研究( h a m r i c k ，1 9 8 9 ) 。选择是导致群体发生遗传分化的重要因子。选择不仅可以出 现在很大的地理范围内( 如几百公里) ，也可以出现在很小距离内( 如几米) ，因此距离大 小并不决定群体间遗传分化的大小，因为遗传差异的式样取决于选择、突变和基因流的共 同作用。即使群体之间存在不断的基因流，但有强有力的选择也能使彼此相距很近的群体 保持遗传上的差别。遗传变异与生态或地理适应相关的情况在分布范围较广的物种中更为 常见，因为分布范围大意味着面临各种环境也即受不同环境选择的机会也会增加。此外， 值得注意的是，选择因素不仅在空间上而且在时间上有变化，选择作用还常常与植物群体 的迁移扩散等过程一起共同影响到植物群体遗传结构。 1 2 2 2 交配系统 植物的交配系统( m a t i n gs y s t e m ) 是影响群体遗传结构最关键的生物学因素之一，因 为交配系统不仅决定了群体未来世代的基因型频率，而且还影响到植物群体有效大小、基 因流和选择等其它进化因素。从某种意义上来说，在其它条件基本一致的情况下，植物群 体具有什么样的遗传结构将取决于群体中自交或近交( i n b r e e d i n g ) 所占比重。异交率低 的群体遗传分化明显高于异交率高者。但是，植物的交配系统不是恒定的，在同种内不同 群体甚至同一个群体内不同个体，以及同一群体或个体在不同时间( 年份) ，异交率都有 很大的变化。由此可见，植物的交配系统也是十分复杂的，既受遗传因素( 如花部形态大 小、两性花还是单性花、是否雌雄异熟及花粉扩散能力等) 影响，也受外部环境( 如海拔、 温度和湿度、群体大小和密度) 影响。 1 2 2 3 基因流 基因流( g e n ef l o w ) 主要是指基因在群体内和群体间的运动。如果说，自然选择是 导致群体分化最主要进化力量，那么基因流则是对抗选择作用的重要因素。在植物界，基 因流是借助花粉、种子、孢子、营养体等遗传物质携带者的迁移或运动来实现，其中花粉 传播和种子扩散是两种最主要形式。种子和花粉引起的基因流动在很大程度上影响着群体 遗传结构。通常，对种子扩散基因流形式的研究较少，对花粉运动基因流形式研究就比较 普遍。但关于天然群体中花粉基因流强弱的直接证据还很少，这有几个原因：首先，花粉 运动和植物传粉模式有很大关系，包括风媒、虫媒等传粉形式，花粉数量、花粉粒大小和 形态等，其次花粉基因流还和植物的交配系统有关，比如，异交率越高的植物基因流越大， 专性自交植物的花粉基因流为零( 王明庥，1 9 8 8 ) 。此外，花粉基因流的大小还和群体空 间结构、大小和密度甚至群体特征等因素有关。 3 1 2 2 4 遗传漂变 在有性生殖群体中，每个世代的基因库是对上一个基因库的随机抽样和复制。在世代 交替过程中，不同等位基因遗传到下一代的偶然性对种群遗传结构有可能产生显著影响。 w r i g h t 把这种由于配子产生及结合过程中的随机性导致的基因频率的波动称为遗传漂变 ( g e n e t i cd r i f t ) ，也称随机漂变( 陈灵芝等，2 0 0 1 ) 。 在概率抽样过程中，样本数目大小，与其方差成反比。因此在足够大群体中，后代较 容易保持原有的基因频率，不发生偏离；而群体越小，则越可能发生显著漂变。对同样大 小的群体而言，下降群体比上升群体中发生遗传漂变的效应更明显。w r i g h t ( 1 9 5 1 ) 认为， 如果群体很小，相对于遗传漂变来讲，自然选择的作用可能很小，这时有利基因可能会被 淘汰，而有害基因也可能保留或扩散。在野生生物中，有时由于气候变动，传染病侵袭等 原因，造成个体数量显著减少或者群体斑块化，因而，遗传漂变的影响相当重要。在一个 大群体被分割为多个小群体后，遗传漂变的后果，将使小群体内遗传多样性降低，小群体 间遗传分化增大。 1 2 3 遗传多样性的度量方法 为了掌握遗传结构的特性，必须要构造合理的度量参数，迄今已有许多度量遗传多样 性的参数被提出来。这些参数大体可以分为三类：平均群体的遗传多样性( 包括所表达的 等位基因的种类和数目；杂合度及位点间等位基因的相互关系) 、不同群体之间的遗传多 样性的差异程度、不同群体间的遗传距离。 还可以迸一步把这些度量分成两大类：单位点度量和多位点度量( 葛颂，1 9 8 9 ；狳小 林，2 0 0 3 ；王鹏良，2 0 0 6 ) 。 1 2 3 1 单位点度量( s i n g l e l o c u sm e a s u r e s ) 1 ) s h a n n o n 多样性指数( d 表型多样性是反映遗传多样性与环境多样性共同作用的遗传多样性产物。表型多样性 研究是对物种内群体间、群体内个体间的性状遗传变量进行量化分析，评价物种群体 个体表型变异的差异、分布和特征( 顾万春，2 0 0 4 ) 。 2 ) 多态位点百分率( p p b ) ( p r o p o r t i o no fp o l y m o r p b i cl o c i ) 多态位点百分率是群体( 样本) 中多态性( 复等位) 基因座的比率。公式p p b = ( k n ) 1 0 0 ，其中七为多态位点数，仃为检测到的位点数。( 多态位点：具有2 个以上等位基 因且每个等位基因频率大于o 0 l 的位点。) 3 ) 等位基因平均数( 爿) ( a v e r a g en u m b e ro fa l l e l e s ) 等位基因平均数是指基因座( 位点) 所测得的基因数量均值。它是表述群体( 或参试 样本) 基因多少的参数。反映参试材料单元的基因丰富程度。公式仁a ，白，其中a ，为 第，位点的等位基因数，f l 为测定位点总数。 4 ) 有效等位基因平均数( 舱或a e ) 等位基因平均数反映不出来每一个等位基因的频率及其在群体中的重要性，如果等位 基因数目很多，但频率都极小，它们在群体遗传结构中的重要性并不大，平均等位基因数 目却很大；而一个群体有效等位基因平均数因为与基因频率大小联系起来，则可以较好地 反映在群体中起作用的等位基因数目，更能反映群体真实情况。公式肛l l 。j n , 4 n e = l ，其中见为单个位点上的有效等位基因数，p j 为单个位点上第j 个等位基因频 率，r j 为测定位点总数。 5 ) 杂合度( 仂( h e t e r o z y g o s i t y ) 杂合度反映了群体遗传变异性的大小。因为值大小与位点变异( 等位基因) 的多少 成正比，所以它又被称为“基因多样度”或“遗传多样性指数”。计算这种变异性的方法 有两种：通常使用的是根据h a r d y w e i n b e r g 平衡预测估计，即平均每个位点的预期杂合 度( f t e h 二是直接计算在取样个体中实际存在的杂合体比率则称作平均每个位点的实际 杂合度( t t o ) 。平均期望杂合度衡量的是群体中基因多少及其分布均匀程度，作为衡量群 体变异水平的理想参数，也是当前应用最广泛的指标。公式h e = h n , h e = l p ? ，其中 允为单个位点上的杂合度，n 为单个位点上第j 个等位基因频率，7 为检测位点总数。实 际观察杂合度肋，即实际观察到的杂合单株占全部单株比率( o = 杂合单株全部单株) 。 由于取样误差和群体内交配不平衡，会造成肋和胁之间一定差异。遗传学认为，杂合性 程度能够反映物种、群体及家系的遗传多样性高低。杂合度高即常常表现出适应性强、生 活力旺盛等。 6 ) 固定指数( d 在天然群体中，杂合体的比率并不一定与h a r d y - - w e i n b e r g 平衡定律推算出的期望 杂合度一致，可能由于自然选择、遗传漂变等因素，也可能由于近交导致杂合体比率下降。 固定指数就是这种期望比率与实际比率差值大小的度量指标。公式f = l - h o h e ，1 1 o 为实 际观察杂合度，胁为期望杂合度。 7 ) 基因分化系数( g s t ) ( c o e f f i c i e n to fg e n ed i f f e r e n t i a t i o n ) 将总群体遗传多样度分解为群体内遗传多样度和群体间遗传多样度两部分，从而求出 群体内遗传多样度占总遗传多样度的比例，以衡量群体分化程度。公式6 s t = d s t h t = ( f f t - h s ) 册，其中册和眙分别为群体总遗传多样度和群体内遗传多样度。 8 ) f - - 统计量( f - s t a t i s t i c ) 肟 和6 s t 有十分密切关系，在数值上是相等的，但在进行f - 统计量分析时，不仅能 提供群体分化程度大小，而且可以衡量群体基因型在不同水平偏离理论期望比率的程度 ( 杂合体比率是否缺乏) 及其可能的原因。公式f s t = 0 2 p p ( - p ) ，其中p 为某一等位基 因在所有群体中的平均频率，o p 为群体之间的方差。 9 ) 群体间遗传距离( 历( d i s t a n c e ) 遗传距离是衡量种间、群体间、系统间遗传分化程度和遗传差异大小。遗传距离常用 于物种群体生态位适应的连续分布或断续分布的遗传表征，群体或生态型的遗传关系或 生殖隔离程度的研究。两个亲缘关系越近的群体或种类，在所有位点上的所有等位基因越 接近完全相同，遗传距离越接近0 ；两个亲缘关系越远种类，在所有位点上的所有等位基 因越接近完全不同，遗传距离越接近无限大。公式庐如厶这里，又称为遗传相似系数， 表示两群体间遗传相似程度。 1 2 3 2 多位点度量( m u l t i - l o c u sm e a s u r e s ) 多位点遗传结构研究始于8 0 年代。相对于单位点，它可以观察到位点间的互作，并有助 于解决“共适应基因组”在进化过程中的重要性这一问题，共适应基因组的存在暗含在不同 5 的生态环境中不同位点基因间有非独立的关系，并与地理因素相关( y a n gr c ，1 9 9 2 ) 。 分析多位点遗传结构的关键在于研究连锁不平衡( l i n k a g ed i s e q u i l i b r i u m ) 。迄今 已有不少多位点遗传结构的度量方法，大致可分为三类：连锁不平衡系数分析法；构造一 个统计量，使它综合了多位点的某些信息；多元分析法。 1 2 4 遗传多样性的研究方法 。 遗传多样性研究方法随着生物学，尤其是遗传、分子生物学的发展而不断发展，从形 态水平、染色体水平和酶水平逐渐发展到d n a 分子水平。以d n a 多态性为基础的d n a 分子 标记有：d n a 限制性酶切长度多态性( r f l p ) 、随机扩增d n a 多态性( r a p d ) 、扩增片段长度 多态性( a f l p ) 与微卫星( s s r ) 。 1 2 4 1r f l p r f l p 标记( r e s t r i c t i o nf r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m ) 的基本原理：用限制性 内切酶酶切d n a 后电泳，转移到薄膜上，与同位素或非同位素标记的探针杂交，显示与探 针含同源顺序的酶切片断在长度上的差异。r f l p 标记是共显性标记，结果稳定、可靠性 和重复性好。但是