（生态学专业论文）生境片断化对千岛湖苦槠种群空间遗传结构的影响.pdf

d i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r d e g r e eo f2 0 1 0e c n u | j l l l l li iii ii i ii l l l l li iiil y 17 4 2 9 5 9 u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：51 0 7 0 8 0 2 0 2 0 e f f e c t so fh a b i t a tf r a g m e n t a t i o n o n s p a t i a lg e n e t i c s t r u c t u r ew i t h i n p o p u l a t i o n so f c a s t a n o p s i ss c l e r o p h y l l a i nq i a n d a ol a k e b y r o n gw a n g s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rx i a o y o n gc h e n i nt h es u b j e c to f e c o l o g y d e p a r t m e n t o fe n v i r o m e n t a ls c i e n c e e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y ，2 0 1 0 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文生境片断化对千岛湖苦槠种群空间遗传结构的影 响，是在华东师范大学攻读硕彩博士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明 确说明并表示谢意。 作者签名：坐 日期：年o j 寻砂日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 生境片断化对千岛湖苦槠种群空间遗传结构的影响系本人在华东师范大学攻读 学位期间在导师指导下完成的硕士博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师 范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部 门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学 位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采 用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文掌， 于 年月日解密，解密后适用上述授权。 ( 2 不保密，适用上述授权。 导师签名) 多 导师签名z l 二一 本人签名量瑾 易石年乡月涉日 毒“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审 定过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表 方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的， 默认为公开学位论文，均适用上述授权) 王监硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 宋永昌教授华东师范大学主席 王希华教授华东师范大学委员 闫恩荣副教授华东师范大学委员 本论文承国家自然科学基金项e i ( 3 0 9 7 0 4 3 0 ) “千岛湖区岛屿生 境苦槠种子扩散与空间遗传结构 的资助。 摘要 摘要 生境片断化是导致生物多样性降低的主要因素之一，然而关于它是否降低种群遗传 多样性这一问题仍存在争议。在先前对浙江淳安千岛湖东南湖区常绿阔叶林优势树种一 一苦槠种群遗传多样性的研究中，并未发现生境片断化对中等以及大面积岛屿苦槠种群 遗传多样性产生显著影响。但是，根据苦槠种子依靠重力扩散并由小型啮齿动物进行地 面二次扩散这一繁殖特征以及先前对千岛湖岛屿苦槠种群更新的研究结果，我们推测库 区面积较小岛屿上的苦槠种群内空间遗传结构可能已受到片断化的显著影响。据此，本 研究提出以下科学问题：生境片断化初期，在种群遗传多样性未发生显著变化的情况下， 岛屿苦槠种群内空间遗传结构是否会受生境片断化的影响而发生改变? 本研究选用了4 对多态微卫星引物，研究了1 个中岛( 合洋岛) 、1 个大岛( 姥山) 以 及大陆参照地点( 羡山半岛) 上苦槠成岛前与成岛后亚种群。分析结果表明：成岛前与成 岛后亚种群间在平均等位基因数、等位基因丰富度与观察及期望杂合度指标上均无显著 差异，表明生境片断化对种群遗传多样性无显著影响。造成这种情况的原因，主要是由 于苦槠是风媒传粉的植物，其花粉传播能力强，从而导致片断化前后，各研究地点苦槠 种群间基因流格局没有发生显著变化。 空间自相关分析结果显示：合洋岛苦槠成岛后亚种群内空间遗传结构强度( 勋) 为 0 0 0 8 2 ，大于成岛前亚种群( - o 0 0 4 3 ) ，并且在第1 距离等级中2 2 m ) ，两亚种群内空间 遗传结构存在显著差异p o 0 5 ) ，表明生境片断化对该岛屿苦槠种群空间遗传结构已产 生明显影响。而在受生境片断化影响程度较小的大岛( 姥山岛) 以及参照研究地点( 羡山半 岛1 上，成岛前与成岛后亚种群内空间遗传结构无显著差异。合洋岛成岛前亚种群内基 因有效扩散距离较成岛后亚种群远3 6 ，表明成岛后亚种群内基因流受限是空间遗传结 构增强的主要原因。同时该岛上，苦槠种群大小相对较小有可能受n d , 种群效应的影响 也是改变空间遗传结构的可能原因。 综上所述，生境片断化程度决定苦槠种群内遗传结构是否发生变化，这与先前预测 相符合。该结论为水库库区生态保护与恢复提供了有价值的参考。 关键词： 生境片断化，空间遗传结构，空间自相关，苦槠 a b s t r a c t a b s t r a c t h a b i t a tf r a g m e n t a t i o ni sw i d e l yr e c o g n i z e da so n eo ft h em o s td a n g e r o u sh u m a n - m a d e p r o c e s s e st ot h em a i n t e n a n c eo fb i o d i v e r s i t y h o w e v e r , n oc o n s i s t e n tc o n c l u s i o nh a sb e e n m a d eo nw h e t h e rh a b i t a tf r a g m e n t a t i o nw i l la f f e c tt h eg e n e t i cv a r i a t i o nw i t h i np o p u l a t i o n s ， a n do u rf o r m e rs t u d ya l s of a i l e dt of i n do u ts i g n i f i c a n te f f e c to ff r a g m e n t a t i o no nt h eg e n e t i c d i v e r s i t yw i t h i np o p u l a t i o n so fc a s t a n o p s i ss c l e r o p h y l l ai nm e d i u ma n dl a r g ei s l a n d ，a d o m i n a n tp l a n ts p e c i e si ne v e r g r e e nb r o a d l e a v e df o r e s t si nq i a n d a ol a k e ，s o u t h e a s t e r n c h i n a r e c e n t l y , m a n yr e s e a r c h e sa r g u e dt h a tf r a g m e n t a t i o nw i l li n i t i a l l yi m p a c tt h es p a t i a l g e n e t i cs t r u c t u r e ( s g s ) w i t h i nap o p u l a t i o ni n s t e a do fa f f e c t i n gt h eg e n e t i cd i v e r s i t yd i r e c t l y b a s e do nt h el i m i t e ds e e dd i s p e r s a la b i l i t yo fc s c l e r o p h y l l aa n ds o m er e s u l t sf r o mo u r f o r m e rs t u d y , w ep r o p o s e daq u e s t i o nt h a tw h e t h e rh a b i t a tf r a g m e n t a t i o nc o u l di n f l u e n c et h e p a t t e r no fs g sw i t h i ni s l a n dp o p u l a t i o no fc s c l e r o p h y l l a ，w h e nt h ep o p u l a t i o ng e n e t i c d i v e r s i t yw a sn o ts i g n i f i c a n t l yc h a n g e db yt h i sp r o c e s s i nt h i ss t u d y , t h r e es i t e sw i t hd i f f e r e n te x t e n to ff r a g m e n t a t i o nw e r es e l e c t e d ，a m o n g t h e m ，h e y a n gi s l a n d ( m e d i u ms i z e ) a n dl a o s h a ni s l a n d ( 1 a r g es i z e ) w a sd e e p l ya n ds l i g h t l y a f f e c t e db yf r a g m e n t a t i o nr e s p e c t i v e l y , a n dx i a n s h a np e n i n s u l aw a sc h o s e na sc o n t r o ls i t e u s i n g4p a i r so fp o l y m o r p h i cs s rp r i m e r sa n dat o t a lo f7 2 8c s c l e r o p h y l l as a m p l e d i n d i v i d u a l s ，w ea n a l y z e dt h eg e n e t i cd i v e r s i t ya n ds g sw i t h i np r e - a n dp o s t - f r a g m e n t e d s u b p o p u l a t i o n s t h em e a nn u m b e ro fa l l e l e s ，a l l e l i cr i c h n e s s ，a n do b s e r v e da n de x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t i e s d i d n ts h o ws i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e np r e a n dp o s t f r a g m e n t e d s u b p o p u l a t i o n s ，i n d i c a t i n gn oo b v i o u se f f e c to ff r a g m e n t a t i o no ng e n e t i cd i v e r s i t y t h em o s t p o s s i b l er e a s o nf o rt h ep h e n o m e n o ni st h a tc s c l e r o p h y l l ai saw i n d - p o l l i n a t e ds p e c i e sw i t h g r e a tp o l l e nd i s p e r s a la b i l i t y t h i sc h a r a c t e rh e l p e dt om a i n t a i nt h ep a t t e r no fg e n ef l o wp r e - a n dp o s t - f r a g m e n t a t i o n s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o n a n a l y s i sp o i n t e d o u tt h a tt h es t r e n g t ho fs g sw i t h i n p o s t - f r a g m e n t e ds u b p o p u l a t i o no fh e y a n gi s l a n d ( s p = 0 0 0 8 2 ) i sg r e a t e rt h a n t h a tw i t h i n p r e - f r a g m e n t e ds u b p o p u l a t i o n 仰_ 一0 0 0 4 3 ) m o r e o v e r , t h eh e t e r o g e n e i t yt e s t a l s os h o w e d s i g n i f i c a n td i f f e r e n c eo fs g sb e t w e e nt h e s et w os u b p o p u l a t i o n si n t h ef i r s td i s t a n c ec l a s s ( 0 - 2 2 m ) p 0 0 5 ) t h e s et w oe v i d e n c e si n d i c a t e dt h a tt h en e g a t i v ee f f e c t so ff r a g m e n t a t i o n h a di n f l u e n c e do ns g sw i t h i nh e y a n gi s l a n dp o p u l a t i o n h o w e v e r , n oo b v i o u sd i f f e r e n t i a t i o n c o u l db ef o u n di ns g sb e t w e e np r e - a n dp o s t f r a g m e n t e ds u b p o p u l a t i o n si no t h e rs t u d ys i t e s i nh e y a n gi s l a n d ，t h ee f f e c t i v eg e n ed i s p e r s a lr a n g ei np r e - f r a g m e n t e ds u b p o p u l a t i o nw a s a b s t t a c t f a r t h e rt h a nt h a ti np o s t f r a g m e n t e ds u b p o p u l a t i o nb y3 6 ，i n d i c a t i n gt h a tt h el i m i t e dg e n e f l o ww a st h em a j o rc a u s eo fs g sc h a n g e s i m u l t a n e o u s l y t h ec o m p a r a t i v e l ys m a l lp o p u l a t i o n s i z em i g h ta l s oc o n t r i b u t et ot h es t r e n g t h e n e ds g s i naw o r d ，a sp r e d i c t e d ，h i g he x t e n to ff r a g m e n t a t i o nw i l lr a p i d l yi m p a c to ns g s w i t h i n f r a g m e n t e dp l a n tp o p u l a t i o n ，a n dt h i sc o n c l u s i o nm a yb ev a l u a b l ef o rb i o l o g i c a lc o n s e r v a t i o n a n dr e s t o 船t i o n k e yw o r d ： h a b i t a tf r a g m e n t a t i o n ，s p a t i a lg e n e t i cs t r u c t u r e ，s p a t i a la u t o c o r r e l a t i o n ，c a s t a n o p s i s s c l e r o p h y l l a i i i 目录 摘要1 a b s t r a c t 1i 1 前言。i日q 吾 1 1 生境片断化影响生物种群内空间遗传结构1 1 2 利用空间自相关分析方法探n d , 尺度范围内空间遗传结构与基因流。3 1 2 1 空间自相关分析结果比较与非匀质检验3 1 2 2 利用空间自相关分析推测种群内基因流4 1 3 研究对象与分子标记4 2 材料与方法5 2 1 研究地点与实验材料采集5 2 1 1 研究地点与岛屿类型划分5 2 1 2 苦槠样品采集5 2 2 总d n a 的提取6 2 2 1 主要的实验仪器一7 2 2 2 实验试剂7 2 2 3 实验步骤。7 2 3 基因组d n a 的微卫星分析7 2 3 1 微卫星引物7 2 3 2 微卫星扩增程序j 8 2 3 3 微卫星扩增产物的检测与判读9 2 4 统计分析1 0 2 4 1 连锁不平衡检验1 0 2 4 2h a r d y w e i n b e r g 平衡检验与哑基因( n u l la l l e l e s ) 检测1 0 2 4 3 种群遗传遗传多样性分析1 0 2 4 4 种群间遗传分化分析。1 1 2 4 5 种群内空间遗传结构与基因扩散范围分析1 1 3 结果1 3 3 1 连锁不平衡检验：。1 3 3 2h a r d y - w e i n b e r g 平衡检验。1 3 3 3 成岛前与成岛后苦槠亚种群遗传多样性一1 5 3 3 1 平均等位基因数、等位基因丰富度、观察杂合度和期望杂合度1 5 3 3 2 近交系数1 5 3 4 成岛前与成岛后苦槠亚种群间遗传分化与基因流1 6 3 5 成岛前后苦槠亚种群内空间遗传结构及基因有效扩散范围1 7 3 5 1 成岛前后苦槠亚种群内空间遗传结构及其强度1 7 3 5 2 成岛前后苦槠亚种群内基因有效扩散范围2 4 3 5 3 成岛前后苦槠亚种群内空间遗传结构的非匀质检验2 4 4 讨论2 5 4 1 种群遗传多样性的维持。2 5 4 2 种群内空间遗传结构的维持。2 6 4 3 水库库区岛屿苦槠种群遗传多样性保护。2 7 参考文献2 8 致谢3 3 图表目录 图2 - 1 苦槠的样品采集地点分布6 图3 - 1 合洋岛成岛后亚种群内空间自相关分析结果1 8 图3 2 合洋岛成岛前亚种群内空间自相关分析结果1 9 图3 3 姥山岛成岛后亚种群内空间自相关分析结果2 0 图3 4 姥山岛成岛前亚种群内空间自相关分析结果2 1 图3 5 羡山半岛成岛后亚种群内空间自相关分析结果2 2 图3 - 6 羡山半岛成岛前亚种群内空间自相关分析结果2 3 表2 - 1 样品采集地点位置与样本量6 表2 2 本研究中使用的s s r 引物序列8 表2 3p c r 反应体系9 表3 - 1 微卫星引物扩增结果1 3 表3 2h a r d y w e i n b e r g 平衡检验1 4 表3 3 各亚种群在各个位点上哑基因的检测1 4 表3 - 4 亚种群遗传多样性1 5 表3 5 亚种群在各位点的近交系数如1 6 表3 - 6 成岛前与成岛后亚种群间遗传分化与基因流1 7 表3 7 亚种群内空间遗传结构强度与基因有效扩散范围2 4 表3 8 成岛前与成岛后亚种群内空间遗传结构非匀质检验结果2 4 前言 1 刖再 1 1 生境片断化影响生物种群内空间遗传结构 生境片断化是指连续的大面积生境由于人为干扰等因素而被分解为多个在空间上 不连续的小生境的过程( y o u n g e ta 1 1 9 9 6 ) 。目前，生境片断化被广泛地认为是人类对自 然生态系统最严重的干扰形式之一，该过程不仅会导致自然生境( 如：森林、草地) 的大 量丧失，而且直接威胁到了生态系统功能与生物多样性的维持，甚至能够对当地乃至全 球气候变化产生一定的影响( h o l te ta 1 1 9 9 9 ；t e r b o r g hc ta 1 2 0 0 1 ；l a u r a n c ee ta 1 2 0 0 0 ， 2 0 0 2 ；l a u r a n c e2 0 0 4 ；赵爱莲和陈小勇2 0 0 5 ) 。 以往研究表明，由于种群规模在片断化过程中的迅速减小导致了显著的瓶颈效应， 造成了片断化生境中的生物种群遗传多样性的直接丧失( y o u n g e ta 1 1 9 9 6 ) 。同时，种群 规模小加之生境片断化所产生的隔离效应阻碍了生境斑块间同种物种间的基因交流，破 坏了基因流与遗传漂变间的平衡，严重的近交会导致等位基因的丢失，降低遗传多样性 ( k e t t l ee ta 1 2 0 0 7 ；p o h j a m oe ta 1 2 0 0 8 ) 。总而言之，片断化降低生境片断内生物种群的遗 传多样性，对种群在生境片断中的长期维持构成威胁( y o u n ge ta 1 1 9 9 6 ；k e t t l ee t a 1 2 0 0 7 ) 。 然而，随着分子标记的广泛应用以及相关研究的大量开展，已有研究发现生境片断 化并未对生物遗传多样性产生显著影响( 例如：v a n d e p i t t ee ta 1 2 0 0 7 ；h a n s o ne ta 1 2 0 0 8 ) 。 此外，本人所在研究团队在先前的研究中也得到了类似结果。张欣( 2 0 0 6 ) 对浙江千岛湖 东南湖区受生境片断化影响的岛屿苦槠( c a s t a n o p s i ss c l e r o p h y l l a ) 种群遗传多样性开展了 大量的研究，发现在中等及大面积岛屿中，成岛前后岛屿苦槠种群间遗传多样性并不存 在显著差异。造成这些研究结论间存在差异的原因主要有三点： 首先，生物种群经历生境片断化的世代数存在差异。许多时代间隔较长，寿命长的 植物( 如：多种高大乔木) 与动物和一年生草本相比，即使受片断化影响的时间相当，经 历的世代数也相对较少，近交衰退与遗传漂变所导致的负面效应不会立即显现( y o u n ge t a 1 1 9 9 6 ；h a m r i c k2 0 0 4 ) 。 其次，具有不同繁殖特征的物种对生境片断化的反应存在差异。生境片断化改变了 区域气候，加快了当地空气的流动速度并降低了种群密度( l a u r 柚c c2 0 0 0 ) ，那么对于一 些依靠风媒或虫媒传粉的植物而言，生境片断化并没有限制了它们的基因传播范围，遗 传多样性得以维持( y o u n g e ta 1 1 9 9 6 ；b a c l e se ta 1 2 0 0 5 ；b o r ne ta 1 2 0 0 8 ) 。即使种群间基 因扩散受限，许多植物也能够通过克隆生殖来避免有性生殖所导致的近交衰退以维持种 群内遗传多样性( 苗苑等2 0 0 9 ) 。 此外，不同生境片断间的隔离程度也存在差异。尽管生境片断化会对生境片断间生 物基因交流产生一定的隔离效应，但是当生态廊道存在，或者片断化的强度较小，生境 1 前言 片断与周遭环境具有较高相似性时，生物个体或其繁殖体的迁移不会被完全隔离 ( c o l l i n g e1 9 9 6 ；t a l l m o ne ta 1 2 0 0 3 ) 。在这种情况下，残存种群间存在一定的基因流能够 缓解瓶颈效应与近交带来的不利影响，维持种群内遗传多样性( v a n d e p i t t ee ta 1 2 0 0 7 ) 。 综上所述，在片断化初期，世代周期较长或具有较强基因扩散能力的物种仍然能够 维持其种群遗传多样性( y o u n ge ta 1 1 9 9 6 ；h a m r i c k2 0 0 4 ；m i x e ta 1 2 0 0 6 ；w i l l i a m se ta 1 2 0 0 7 ) 。然而，近期有研究认为生境片断化对植物种群遗传多样性的早期影响可能体现 为改变其种群内空间遗传结构( v a nr o s s u m t r i e s t2 0 0 6 ；h a n s o ne ta 1 2 0 0 8 ) 。空间遗传 结构，即等位基因在空间上的非随机分布的状况，在小尺度范围内主要是基因流受限所 导致的( e s c u d e r oe ta 1 2 0 0 3 ；v e k e m a n s & h a r d y2 0 0 4 ) 。在生境斑块中的残存植物种群会 受到隔离效应、边缘效应以及小种群效应的影响，这些效应能够增加后代个体问的遗传 相似性，从而导致空间遗传结构发生变化。 生境片断化能够导致生境斑块间的隔离( c o l l i n a g e & p a l m e r2 0 0 2 ；e w e r s & d i d h a m 2 0 0 6 ) ，限制地面种子传播动物的活动范围，降低或者完全阻碍了植物种子在斑块间的 传播。在小尺度范围内，种子扩散受限是形成空间遗传结构的重要原因( a s u k ae ta 1 2 0 0 4 ； v o g i te ta 1 2 0 0 9 ) 。因此，对于依靠动物进行种子地面扩散的植物而言，在较小片断化生 境内，生境片断化可能会缩小后代个体与母株间的距离，增加短距离范围内个体间的遗 传相似性。 此外，相对于大面积生境片断，边缘效应会影响较小生境斑块中的大部分地区，在 一定程度上改变其生物、物理环境，不利于植物幼苗的生长( b r u n a1 9 9 9 ；l a u r a n c ee ta 1 2 0 0 2 ) ，并限制植物种群结实个体数量( g h a z o u l2 0 0 5 ；s e z e n e ta 1 2 0 0 5 ) 。在这种情况下， 成熟个体间在繁殖输出上的巨大差异以及后代个体分布范围的缩小将会提高后代间的 遗传相似性。 在种群间基因流受限的情况下，如果种群规模较小，遗传漂变与近交程度的提高也 会导致后代纯合子过多，后代个体间的亲缘关系较近，遗传相似性高( e l l s t r a n d & e l a m 1 9 9 3 ；y o u n ge ta 1 1 9 9 6 ；陈小勇2 0 0 0 ；k e t t l ee ta 1 2 0 0 7 ) 。 苦槠种子依靠重力传播，并由小型哺乳动物进行地面二次扩散，因此千岛湖岛屿苦 槠种群的种子扩散将受到宽阔水域的阻隔，被限制于种群内部。同时，2 0 0 4 - - 2 0 0 6 年， 在对千岛湖东南湖区岛屿苦槠种群结实特征进行分析时，发现在中岛与小岛上的苦槠种 群每公顷的结实个体数显著小于大岛，并且，由于面积较小，这两类岛屿上的苦槠种群 大小远小于大岛( 张欣2 0 0 6 ；张欣等2 0 0 7 ) 。种子扩散受限、有繁殖能力的个体密度低加 之种群规模小，暗示上述3 种效应均可能对面积较小岛屿中的苦槠种群产生显著影响， 改变其空间遗传结构。 ， 据此，在本研究中，我们提出以下科学问题：生境片断化初期，在种群遗传多样性 2 前言 未发生显著变化的情况下，岛屿苦槠种群内空间遗传结构是否会受生境片断化的影响而 发生改变? 1 2 利用空间自相关分析方法探i 9 t t l d , 尺度范围内空间遗传结构与基因流 空间自相关分析是一种用于测量某一变量在研究范围内是否存在空间依赖性，即各 研究取样点间该变量值的相似性随着空间距离的缩小而变化的统计学方法( l e g e n d r c 1 9 9 3 ) 。该方法最初由s o k a l ( 1 9 7 8 ) 己j l 入遗传生态学研究，主要应用于空间遗传结构分析。 大量的理论研究及模拟实验的结果均表明空间自相关分析较传统的种群遗传学分析方 法能够提供的信息量多，统计强度大( e p p e r s o n & l i1 9 9 6 ；s o k a le ta 1 1 9 8 9 ；何田华等 1 9 9 9 ) 。造成这种优势的原因主要有以下两点： 1 ) 传统种群遗传学中采用的遗传分化指标( 例如瓦与g ) 不考虑种群内个体的空 间位置关系，从而当遗传结构的空间尺度小于种群或亚种群时，便无法探测这种空间结 构，而空间自相关分析则充分考虑了样点问的空间距离对遗传变异的影响，可根据研究 需要划分距离等级对不同尺度上的遗传结构进行剖析( e p p e r s o n & c l e g g1 9 8 6 ；e s c u d e r o e ta 1 2 0 0 3 ) 。 2 ) 传统遗传生态学中对种群的划分比较主观，缺乏理论依据，因此分析结果会受 到人为因素的干扰，空间自相关将生物个体作为基本操作单元，分析结果更为可靠 ( e s c u d e r oe ta 1 2 0 0 3 ；m a n e l e ta 1 2 0 0 3 ) 。 除上述优势外，通过与其他统计检验方法以及距离隔离( i b d ) 模型的结合，目前， 空间白相关分析不仅能够量化空间遗传结构并对不同结果进行非匀质检验，而且能够根 据空间遗传结构的存在范围推测种群内基因流。这些改进拓展了空间自相关分析的功 能，为研究物种繁殖特征( 例如：风媒传粉，种子重力传播等) 与历史事件( 例如：生境片 断化) 对空间遗传结构的影响提供了有效的手段。 1 2 1 空间自相关分析结果比较与非匀质检验 在很长一段时期内，在对不同空间自相关分析结果进行比较时无法将各研究中空 间遗传结构的强度量化，更无法对多个空间自相关分析结果进行非匀质检验，例如，片 断化过程影响前后，同一物种空间遗传结构是否发生了显著的变化。为此，v e k e m a n s 和h a r d y ( 2 0 0 4 ) 在距离隔离模型框架下提出了”印”统计量”印”统计量不易受不同的取样 方法的影响，能够较为客观地反映空间遗传结构的强度，是对大量空间自相关分析结果 进行整合分析的理想指标( h a r d y c ta 1 2 0 0 6 ) 。近期，s m o u s e 等( 2 0 0 8 ) 提出了一种可在各 距离等级与整体上对空间自相关分析结果进行非匀质检验的统计方法。该方法利用 b o o t s t r a p 方法在各距离等级中对样本总体进行随机重抽样( r e s a m p l i n g ) ，随后采用非参数 3 * 前言 检验的方法确定各研究中的空间遗传结构间是否存在显著的异质性。 1 2 2 利用空间自相关分析推测种群内基因流 在采用中性分子标记的情况下，以距离隔离模型为基本前提，在小尺度范围内，基 因扩散受限是形成空间遗传结构的最主要原因，因此在使用景观遗传学模型剖析空间遗 传结构的同时，也能够利用该结构的存在范围较精确地推测基因流范围( e s c u d e r oc ta 1 2 0 0 3 ；v e k e m a n s h a r d y2 0 0 4 ) 。大量的理论研究已证明，在二维空间6 至2 0 6 ( 6 为被 研究物种的基因有效扩散距离) 范围内，取样点对间的亲缘系数与空间距离的自然对数 值问应当存在线性关系，且利用两者间线性回归方程的斜率b 可推导距离隔离模型中邻 域大d , ( n e i g h b o u r h o o ds i z e ，n b ) ( f e n s t e re ta 1 2 0 0 3 ) 。在种群有效密度已知的情况下，便 可推测基因有效扩散距离6 。此外，直接运用空间遗传结构的斑块假说，将空间自相关 指数首次从正值下降为0 时的空间距离作为邻域大小或随机交配单元( p a n m i c t i cu n i t ) 的 范围也能够估算基因扩散距离( s o k a l w a r t e r b e r g1 9 8 3 ；p e a k a l l e ta 1 2 0 0 3 ) 。 1 3 研究对象与分子标记 苦槠为壳斗科常绿乔木，花雌雄同株，花期4 5 月，果期1 0 1 1 月，广泛部分于我 过长江流域及以南各省，主要生长于丘陵与海拔1 0 0 0 米以下的山地，适应性强，能在 干燥贫瘠的土壤中生长( 浙江植物志1 9 9 2 ) 。该物种依靠风媒传粉，种子为坚果，依 靠重力扩散，并通过小型哺乳动物进行地面二次扩散。苦槠是千岛湖常绿阔叶林中的优 势种，对当地生态系统的稳定起着至关重要的作用。 本研究中选用的分子标记是微卫星分子标记( m i c r o s a t e l l i t e 或s s r ) 。微卫星d n a 分 布于整个真核生物基因组，一般以1 - 6 个碱基组成基本单位并进行串联重复。由于重复 单位的数量在不同个体中可能不完全相同，因而形成多态性。s s r 两端多为相对保守的 单拷贝序列，因此可以通过设计的特异性引物进行p c r 扩增。微卫星分子标记相比其 它分子标记具有多态性高，共显性遗传，选择中性，重复性好，便于交流和比较等优越 性，使得它成为探测种群内空间遗传结构与基因流的理想选择( 邹喻苹等2 0 0 1 ；s e l k o e t o o n e n2 0 0 6 ) 。 综上所述，本研究拟采用微卫星分子标记技术与空间自相关分析来解决以下问题： 生境片断化是否导致千岛湖苦槠种群间与种群内基因流格局发生改变，并最终影响种群 内空间遗传结构。 4 材料与方法 2 材料与方法 2 1 研究地点与实验材料采集 2 1 1 研究地点与岛屿类型划分 浙江杭州千岛湖( n 2 9 0 2 2 - 2 9 0 5 0 ，e 1 1 8 0 3 4 1 1 9 0 1 5 ) 是由1 9 5 8 年新安江大坝建成后 蓄水形成，在水位达到1 0 8 米时，共有1 0 7 8 个面积大于2 5 0 0 m 2 的岛屿，其中最大岛屿 为界首，面积为1 3 1 7 5 h m 2 。岛屿面积跨度大，受片断化时间相同，且岛屿间由湖水隔 离，隔离程度高，岛屿边界分明，这一切都为研究片断化对当地生态系统的影响提供了 较为理想的条件。该地区处于中亚热带季风气候区的北缘，年平均降水量为1 4 3 0 m m ， 年平均相对湿度为7 6 ，年平均气温为1 7 o o c ，年曰照时数为1 9 5 1 小时，无霜期长， 雨量充沛，四季分明( 徐高福2 0 0 3 ) 。千岛湖地处中国中亚热带东部青冈、苦槠林栽培植 被区，苦槠是当地常绿阔叶林中的优势物种( 吴征镒1 9 8 0 ) 。在本研究中，我们选取苦槠 分布较为集中的东南湖区作为研究地点，以研究生境片断化对这一常绿阔叶林优势种的 空间遗传结构所产生的影响。 本研究采用张欣( 2 0 0 6 ) 对千岛湖地区岛屿类型的划分标准，根据岛屿面积将千岛湖 东南湖区的岛屿划分为二类：面积大于1 0 0 h m 2 的岛屿为大岛，1 0 1 0 0 h m 2 的岛屿为中岛， 同时将湖区的半岛作为参照地点纳入研究。 2 1 2 苦槠样品采集 根据岛屿地形与各岛屿苦槠种群的规模( 张欣2 0 0 6 ) ，确定羡山半岛，姥山岛( 大岛) 与合洋岛( 中岛) 为研究生境片断化对苦槠种群内空间遗传影响的研究地点( 详见图2 1 ) 。 将台卅i 学院在姥山岛建立的7 号固定样地作为大岛苦槠种群采集地点，同时在羡山半岛 及合洋岛苦槠分布集中处设立样方作为半岛与中岛苦槠种群采集地点。样方大小为 1 0 0 m * 1 0 0 m ，样方边界需距林缘至少2 0 米以排除边缘效应的直接干扰。在样方边界确 定后，利用便携式g p s 将各个样地的4 个顶点定位，然后将整个样地继续划分为若干 个1 0m * 1 0 m 的小样方并统一各小样方中的坐标原点。在各小样方顶点处向土层中插入 p v c 管进行定位，然后用尼龙绳索确定各小样方边界。利用皮卷尺将样方中的每棵苦槠 定位( x ，y 坐标) ，在每棵苦槠上采集8 1 0 片新鲜完好的叶片放入事先准备好的透气性好 的纸袋中并用记号笔在纸袋上写明样品编号，然后将每1 0 小样方中采集到的叶片连同 纸袋放入盛有约半袋硅胶的1 0 # 自封袋中，混匀使叶片与硅胶充分混合，以便快速脱水。 要定期根据实际情况更换已经变色的硅胶，待样品干燥好后提取苦槠d n a 。同时测量 基株的胸径，根据张欣( 2 0 0 6 ) 所提出的胸径与年龄关系模型，将基径小于4 1 4 8 c m 的苦 槠个体归类为成岛后更新个体。在这个样品采集过程中共采集样品7 2 8 个，其中成岛前 样品4 0 0 个，成岛后样品3 2 8 个( 详见表2 1 ) 。 5 材料与方法 7 ，哆 - ，j ， “t 、。 一“j l - s ：=1 。j 一一 ，、，一， ff 7 ；一? t 、 。、 ，二：一 ，” ”、莎一j j ? ： 一11 、。? 、 h ， ( o 或f z s o ，说明该位点存在纯合子或杂 合子过多的情况，而f s = o 表明等位基因频率符合h a r d y w e i n b e r g 平衡，该种群在该位 点上是随机交配的。 平均等位基因数、等位基因丰富度以及近交系数分析采用f s t a t 2 9 3 2 ( g o u d e t1 9 9 5 ) 完成。 2 4 4 种群间遗传分化分析 1 ) 遗传分化系数f s r f s r 表示随机取自每个种群两个配子间的相互关系程度，该指标用来测量种群间的遗 传分化程度。但是h e d r i c k ( 2 0 0 5 ) 认为直接运用r r 无法正