（生态学专业论文）油蒿种内遗传分化及对土壤水分异质化的响应.pdf

摘要 摘要 本文以油蒿不同地理种群 居地群 为研究对象 探讨了油蒿种内分化及 油蒿对土壤水分异质化的响应 1 采用随机扩增多态性d n a a p d 方法对油蒿7 个居地群研究表明 1 5 个随机引物扩增出的3 0 1 条清晰谱带中 2 8 4 条为多态性谱带 多态位点百分 率达9 4 4 各居地群多态位点百分比在8 4 3 9 4 0 之间 油蒿的居地群间 分化较小 g s l o 1 3 9 0 有8 6 1 的遗传变异存在于居地群内 各居地群的遗 传一致度都在9 6 以上 聚类图表明遗传分化和地理距离有着一定的相关性 n m 3 2 3 4 6 1 说明居地群间存在较高的基因交流 由于油蒿不同居地群间存在 较高的基因流 地理隔离作用较小 所以油蒿种群属于斑块m e t a 种群 2 利用地统计学方法研究了毛乌素沙地油蒿种群对土壤水分空间异质性的 响应 结果表明 在块尺度 踟m 8 0m 上 油蒿密度和生物量的空间异质 性受制于土壤湿度的空间异质性 尤其油蒿生物量的空间异质性与土壤湿度的 空间异质性里显著正相关关系 表明在半固定沙丘阶段 土壤湿度的空间异质 性决定油蒿种群的空间异质性 由于沙丘地形对降水量的再分配在土壤湿度分 布中的作用 土壤湿度和油蒿种群空间异质性相互作用的结果体现为 地形的 缀块性一土壤湿度分布的缀块性一油蒿种群分布的缀块性一油蒿生物量和密度 的缀块性 3 调查分析了生境旱化时油蒿营养生长和生殖生长之间的关系 结果表明 当生境旱化到一定程度时 油蒿叶现存量与籽实量存在响d c o 缺系 而且这种 关系主要是由土壤含水量引起的 生境极度旱化时 油蒿的水分利用效率 光 合速率和日均蒸腾速率均显著下降 超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著下 降 可溶性糖 可溶性蛋白和游离脯氨酸含量增高 这表明 油蒿叶现存量与 籽实量发生t 船l d e 0 珏关系时 油蒿以高蒸腾耗水为代价得到较低的同化累积物质 把更多的能量分配到生殖生长 并通过增加渗透调节物质含量以降低水势 增 强吸水力 抵御土壤水分胁迫 同时酶促系统和非酶促清除系统共同作用以清 除过多有害的活性氧 促使油蒿度过逆境 可见 叶现存量与籽实量发生t r a d c o 廿 关系是油蒿生境旱化时的一种进化稳定对策 关键词 油蒿种群空间异质性t r a d e 0 f f 遗传分化植被恢复 a b s t n d a b s t i a c t t h ep a p e rf 砸u s e d 鲫s t l l d y i l l gd i f 诧 n tg 幻g r a p h i cp o p u l a t i o no f r f e 括细d 砌f c 口 l d i s c i l 鹞e dt l l e s p e c i 髂g c n e t i cd i 虢r c n t i a t i o no ft l l ep l 柚tp 叩u l a t i 锄dt l i e 佗s p o n s co ft h cp l 粕tt 0h e t e r o g c n e i t yo f i lw a t c rc o n t t 1 t bs t u d y t h c m a 弘i t u d c 粕d 舱t l l 托o f g 印e t i c v a i i a t i o f t l l e p l 柚t t l i e l c v e l 觚d p a n 锄o fr a p dv a r i a t i w e r ci 肼e s i i g a t e d 五d r v e nl o c a lp o p u l a t i 锄s 2 0p l 锄协 劬m 雠ho f v 饥p o p u l a l i o 惦w e 他鞠蝴c df o rv a r i a t i 帆u s i n g1 5l 泔d 砸m e 培 n c 托s u l 坞s 晒 c dt h a t2 8 4b 啦o u to f3 0 1 锄p l i 豇c d 缸舯锄t s 9 4 4 w c 砌y m o r p h i c p o l y m o i p h i cl o dp e r 啪ti ne a c h 掣 p 掣a p h i c a lp o p u l a t i o nw 勰b c t w c c n 8 4 3 卸d9 4 0 p o i a t i g c t i cd i 虢啪t i a t i 咖w 勰l o w g s t 0 1 3 9 0 t l l 嗽 w 鹤h i g hg c n e t i cv a r i a t i 训t l l j ng e 0 伊a p h i c a lp o p u l a t i o 勰 8 6 1 t h ed u s t 盱 卸a l y s i sd 锄o n s 仃砒c dt h a t 曲喀p o p u l a l i sw i 也n e 缸g e o f a p h i c a ld i s 仃i b u t i w c m d u s t e r c dt o g c t h e r nj n d i c 砒c dt h 缸t l l c i sag i v e nc o r r e l a t i 衄sk 咐c g c n e t i c d i 虢枷t i a t i 衄彻dg e o g r a p i l i cd i s t a n c ei nao 埘嘲渤p o p u l a t i o 璐 n m 3 2 3 4 6 1 s h o w c dt h 砒t h e w 弱h i g hg e n e t i c 日o wb e t w c e n g t 幻g 硒p h i c a lp o p u l a t i o n s t h eh i g h g c n c t i cn a wd 伽 璐仃砒c dt h 越g c o i 即p h i c a lo b s 虮l c t i h 觞m l cc 笱c c i s 0 w e 伽咀d u d e dt h a t t h e g 掣邳匮i i c a lp o p u l a t i o 璐o f 爿 棚绒口口 d 碰c 4 f b n na p a t c l b e 锚m e t a p d p u l a t i t p e 2 u s i n gm e t h o d so fs t a t i s t i 璐加dg e t a t i s t i 岱 t h c 陀l a t i o 曲i p so fh c t c r o g c n e i t y b e 铆啪c o v e m g e 觚dd e 璐 yo ft h cp i 卸ta n d i lm o i s l u w e md i s c l l s di n m i 丘捌d 硼ci nm uu ss 锄d yl a n d n c 鲫l t ss h o w e d t h ch e t c f o g e n c i t yo f c 0 v 啪g e 锄dd 姐s i t yo ft h ep l 粕td 印衄d c d t l l ch c t e m g c n e i t yo ft l i cm o i s t l l 衄 p l o t s c a l e 8 0m 8 0n 1 e s p c c i a i l y t l i c l a t i 彻s h 秘o fh c t e m g c n e i t yb c 撕c e nt h c b i 锄a 鹞粕dt i l em o i s t u mt 0 0 kal i n do fs i 粤血i c a n t l yp o s i t i v e 力 e l a t i o n 1 t 辄昭c s t c d t l l a tt h ch e t e g 朗e i t yo fp 叩u l a t i o no ft l l e p i 锄td c p c n d c d t l l e h e t c r o g e n e i t yo ft h em o i s t l l 他d u i i n g m i f 奴e dd u n ep e f i o d i i i et or e d i s t r i b u t i o f p r 喇p i 诅t i i ns 锄dd u n c t h co u t m e so fi n t c m c t i o 璐o fh e t c r o g e i l yb c 锕呦t l i c m o i s t i i 锄dt h ep o p u l a t i o n 弱s u m e d t h cp a t c h n e 鹳o ft c l t a i n t h cp a t c h s s0 fs o i l m o i s t l i r cd i s 埘b u t i 一t h ep a t c l m e 豁o ft h ep l a mp o p u l a t i d i s t 曲u t i 一t h c p a l c l l l l e 豁o fb i o m a 辐卸dd e 璐i t yo ft h ep l 卸t a b s t m c t 3 s t i i d i c dt l l cf c l a t i 曲s h i po f 唧刚u d i o ng r o w t h 柚d 肌t r i e mg r o w t h0 fa 口商娅c 口d u r i n gd m u g h te n v 的m e n t t h e s u l ts h o w c dt h a tt h e 化e x i s t c dt r a d e o 仃 r c l a t i o n s h i pb e 柳咖化p 州u c i i o nw e i g l l t 觚dl e a fb i 啪邵sw h i lw a t e rc o n t e n t b e c a m ed r o u g l l t 孤dt l l er e l a l i s h i pw 笛c a u s e db y i lw a t 盯c o m 蛐tc h 柚g i i i 吕 w h e n i lw a i c rc o n t c mb 咖m e 讯釉e l yd m u g l l t t h cw a t e ru t i l i t ye f f i c i 如c y w u e p h o t o s y n t h c s i sm t c 砌 卸dd a ya v 盯a g c 打觚s p i r a t i f a t e 开 w e 他a u s i 弘i f i 伽t l yd e d i n e d i ds o d c 觚a ts 锄ct i m e l u t e 鲫g 珥 i u t cp m t e i n 锄d p r o l i l l es i g n i f i 啪l l yi n c 硒c d t h e s h o w e dt h a ta 口 矗 泐g e tl e 鹞a 鹃i m i l a t i m 鼬t e rw 鸥a tt h e 伽l s to fh i g h 盯w a t c fn 锄s p i r a t i o nd e p f i v a l i i o na n da l l o l c dm o 他 如叼t o 他p r o d u d i g r o 叭hw h c n 麟i s t c d 仃a d e 0 f f 豫l a t i o n s l l i p u n d 盯t l i i sp r o s s 丘伽妃矗翻d c c l i l i c dw a t c rp o t t i a l 粕di n c 碳啪da b s o r p t i p o t t i a ll or c s i s t i l w a t c r 砒r e 豁t h r o u g hi n c r e 硒i i l go s m 甜e g u l a t i m a t t e r s ot h er e l 矾i o 璐h i po fb e t w 咖 s dw c i g h ta n dl c a fb i o m a 鼹i st h ee v o l u t i o ns t a b i l i t ys t i a t e g yo f ad 矗似f c 4 1 畸w o m 戤a 删 f 卿i l a t i o n s p a t i a lh e t e i o g e n c i t y 仃a d c 刮臣 g e n c t cd i 矗e r c n t i a t i o n v c 皇r c l m i 瞄t o f a t i o n m 第一章前言 第一章前言 1 1 蒿属的系统演化与进化迁移 蒿属4 m 聊括缸l 是菊科的大属之一 全世界蒿属有3 4 4 种 6 9 变种 主产 北半球温带至亚热带地区 其中欧亚两大陆最多 北美洲次之 非洲的北 东 南部 中美洲 南美洲及大洋洲有少数种分布 1 1 我国蒿属植物有1 8 7 种 4 6 变种 遍及全国 但东北 华北 西北及西南等省 区最多 中部 东部省区 次之 南部与东南部略少 该属多数种入药或提取芳香油 少数种供食用或作 牲畜饲料或固沙用 蒿属是ci j 蛐a c i 于1 7 5 3 年建立的 当时记载本属植物1 9 种1 3 之后 w b 髂s 盯和丸p d cc 锄d o l l c 对蒿属进行了深入地研究 先后将本属分为4 个组 龙蒿组历 口c 删缸b c 瞄 绢蒿组 r 枷矗妇坍b e 豁 艾蒿组彳6 删绷册lb c 鲻 莳 萝蒿组爿如伽m i l 删d c 并且他们认为龙蒿组是最原始的组 而莳萝蒿组是最进 化的组 这是对蒿属最早提出的分组观点 此后 很多学者提出蒿属的分组与 演化的观点 如美国学者h m h a l l 和e e a 锄c n 协赞同w b c s s 盯和屯p d c c 柚d o u c 的分组观点 但对组的位序进行了调整 认为最原始的组是艾蒿组 莳 萝蒿组是从艾蒿组中派生的一个分支 而龙蒿组和绢蒿组是从艾蒿组中沿不同 方向演化的进化类型 前苏联学者p o l j a k o vp 在 苏联植物志 p 中将蒿属分为 蒿亚属 龙蒿亚属和绢蒿亚属 后又将绢蒿亚属上升为绢蒿属 林有润 1 9 8 2 在详尽研究国内和世界蒿属及邻近属植物后 将蒿属植物分为蒿亚属和龙蒿亚 属 蒿亚属中又分为 漪萝蒿组 艾蒿组 艾组 灰蒿组 腺毛蒿组 白苞蔫 组 龙蒿亚属中分为龙蒿组 牡蒿组 球蒿组1 4 1 他在1 9 9 5 年又将灰蒿组从蒿 亚属中分离出来 提升为灰蒿亚属 下设灰蒿组 且该组位序近于龙蒿亚属的 龙蒿纠 林有润u l 认为 茵萝蒿组是蒿属中最原始的类群 该组植物抗寒性较强 少数种类也耐干早 分布于寒温带或高山地区 全世界约4 6 种 主产北温带及 亚热带北部 亚洲南部高山地区也有 我国2 3 种 分布北方或西南的高山地区 艾蒿组是从莳萝蒿组的祖先种直接进化的 分布比莳萝蒿组略偏向南部与中 低海拔地区 全世界有8 2 种 分布区广 主产北温带及亚热带和亚洲南部高山 第一章前言 地区 我国3 1 种 艾组是从艾蒿组进化 多数种类喜生长于温暖湿润地区的林 缘 林中空地 路旁等 分布区比艾蒿组更偏于南方及低海拔地区 全世界共 有9 0 种 主产北半球温带及亚热带地区 少数种分布至热带及南半球 我国7 3 种 腺毛蒿组是林有润建立的 认为该组可能是从艾蒿组的祖先种在冰期时向 南迁移至 横断山脉喜马拉雅山脉东部 地区 由于那里地形复杂 海拔变化 大 年温差与日温差均大 促使其分化 衍生出茎 枝 叶及头状花序均被腺 毛的祖先种 后又衍生出该组新的类型 全世界约2 0 种 产亚洲 我国9 种 白苞蒿组也是林有润建立的组 该组是一个比较进化的类群 该组祖先种是从 艾蒿组祖先种向南迁移 并在南方衍生出适于亚热带中部或南部及热带北部山 区温暖而湿润的地区生长的类群 共有5 种 产亚洲 自我国秦岭以南至东部 各省区 中南半岛国家也有分布 龙蒿组可能是从艾蒿组中原始的种类进化的 分布于偏北地区 耐干旱 生长在草原或荒漠地区 世界上共有5 8 种 主产北 温带干早或半干旱地区 我国3 5 种 主要分布于西北 华北荒漠 及草原地区 牡蒿组可能是从原始的艾蒿组演化的 主产亚洲湿润或半湿润地区 欧洲 北 美洲也有分布 多生长在林缘 林中空地或路旁 共2 5 种 我国1 7 种 球蒿 组是从艾蒿组的祖先种分化出的比龙蒿组更为特化的类型 3 种 产中亚至西亚 干旱地区 我国不产 4 l 灰蒿组产亚洲 北美洲 一些特征接近艾蒿组或艾组 可能该组祖先是蒿属原始种与菊蒿属原始种杂交产生的后代留传至今 生长在 寒冷而湿润的地区 共9 种 菊科植物化石最早见于中生代的白垩纪后期的地层中 而蒿属植物的孢粉 在亚洲北部 中部较多 我国东北 华北 西北亦有 最早见于新生代第三纪 渐新世的地层中 中新世以后得以发展 而在我国西南 华南与东部蒿属的孢 粉则多见于中新世与上新世以后的地层中降姗 说明可能是在第三纪中期前后蒿 属植物从亚洲北部扩展至我国后 是从西北 北向东南 南扩展分布区的1 4 林有润在 蒿属的演化系统兼论蓠属与邻近属的亲缘关系 1 4 j 中提出 蒿属 的原始种类可能是在第三纪的中期前后 渐新世前后 起源于亚洲北方略偏西的 山区 即 起源中心 在亚洲北部 可能接近于乌拉尔山附近的亚北极地区 中生或半湿润的森林草原的环境 并以地下孢粉 化石及古地理材料等证实他 的论点 即现在蒿属及其近缘种的原始种类多数仍然分布在亚洲北部温带地区 当第三纪气候暂时的 相对稳定成带或未出现急剧变化时 原始种类靠风迅速 传播开来 并构成第三纪泛北极 亚北极 带的分布 随着地球上最后一次造山运 2 第一章前言 动而引起 劳亚古陆 上地形 地貌 气候的变迁 环境急剧变化 寒冷袭击 了北方地区 原来温暖 湿润的地区逐渐变冷 变半干旱化 因而毁灭了许多 木本与草本植物 而蒿自然群中少数生命周期和生活周期短的一年生种类暂时 渡过其恶劣的环境而保留下来 并向南迁移入侵到原森林分布的地区 即向中 亚及西伯利亚以南地区扩展 同时在迁移过程中也分化 后又衍生出多年生草 本 半灌木及小灌木 以后少数从多年生草本演化为进化类型的一年生草本 提出这样的观点是由于在蒿属及其近缘属 蒿自然群中 蒿属与紊蒿属均是 原始的属 它们中的最原始者均是一年生草本 如蒿属中的大花蒿 大耔蒿 苏联小蒿 雅库特蒿以及紊蒿属的紊蒿等 经历了较大的四次冰川作用后 北半球的气候出现了较大的波动 蒿自然群 植物在这四次冰川的作用下 部分灭亡了 残留的种类跟随冰川向南迁移 其 中一些种类从适应性变异至质的突变而衍生出若干适应新环境的类群 这样冰 前期残留的种与冰后期新衍生的种都分布在亚洲北部地区 而且冰川的进退使 某些种的分布也在亚洲北部南北徘徊迁移 因而构成了亚洲北部蒿自然群植物 现代分布区的 密集中心 在这一地区内 蒿自然群的种类接近2 0 0 种 其中 分布前苏联亚洲部分的种类超过1 1 0 种 我国北方地区也近1 0 0 种 在第三纪中后期 特别是第四纪 蒿属原始类群在冰川的作用下 引起较 大规模的迁移 在迁移中分化衍生出不少新的种 并沿着西 东及南三方向迁 移而扩展分布区 其 西行线 是自起源中心向西经乌拉尔山 扩展至欧洲 其中一部分种还迁移至北美洲东部 并构成亚欧及北美洲东部区系成分 另一 部分则向西南扩展分布区 特别是在冰期时扩展分布区至南欧 甚至非洲北部 并组成欧洲及地中海地区和非洲北与西北部独特的区系成分 东行线 则从起 源中心经当时略变干旱的西伯利亚西及东部 并经过原亚洲东北部与北美洲西 部相接的古陆 进入阿拉斯加至北美洲西北部 这些早期迁入北美洲的种 在 第三 四纪冰川作用下与亚洲大陆相隔离 独立地向南迁移至中及南美洲 在 迁移中 部分种灭绝了 另外从残遗种中又新分化 衍生出许多新的区域性特 有种 并构成北美 中美及南美洲的区系成分 在 南行线 中蒿属原始类群 向亚洲中部及东部和东南部迁移 在第三 四纪冰川作用下再迁向南部 后者 恰在我国境内从东北至西南或西部形成极为特殊的蒿属 三斜带密集带谱 的 分布 第一条带谱是自内蒙古东部 大兴安岭西部经华北北部 华中西部至横断山 3 第一章前言 脉的东部 在这带以西地区为干旱半干旱或高寒 即生理干旱的地区 蒿属莳 萝蒿组及艾蒿组绝大多数种均分布在这一带谱内 其中只有少数广域分布或广 布的种逸出该线 第二条带谱是从内蒙古东部 大兴安岭西部 经华北北部 华中西部至横断山脉西部再至喜马拉雅山中段 在这带以东地区是森林或亚高 山森林及灌丛地带 蒿属艾组及牡蒿组植物就分布在这区内 只有少数略为广 域分布的种逸出这带谱 分布至我国西部或西北部高山或亚高山湿润或半湿润 的地区 腺毛蒿组及白苞蒿组也分布在这区内 第三条带谱是从内蒙古东部 大 兴安岭西部经阴山山脉北坡 至昆仑山脉中段 再至西藏西北部 在这以北地 区为干旱或半干早 包括高海拔生理干旱的地区 龙蒿组多数种均分布在这带 谱内 除广布种外 还有少数广域分布的种也分布至中亚地区或逸出这带谱分 布 由于在这一谱带内 受山脉 河川 沙漠 草原 戈壁等不同环境的相互 切割 许多种在这带谱内成块状分布 因而不同地区分布不同的种或不同的地 理小种 而邻近地区常出现不同的替代种 如耐干早的差不嘎蒿c t 肋胁如砌砌 1 m 睨 b c 随 分布于前苏联西伯利亚东部 蒙古及我国内蒙古 向南分布内蒙 古南部的有乌丹蒿 比如雄妇 伽c lw w 知g 油蒿 o m 娅c 口l 1 a s c h 向 西北省区逐渐为耔蒿似4 砷4 绷 妇肠i q a s c h 及准噶尔沙蒿似删 i s c h i k 所替代 龙蒿阻d 阳饿船h f l 堪l 在青藏高原的替代种为藏龙蒿口 w 4 胁 豇 j r d n u 姗 e xp 锄p 和康马蒿似妇 砸 研s 妇u 昭e t t i 知g 一个属内关系亲近的种 或者同一种内各亚种常具有相互排斥 各自独立 的分布区 有时侯稍交叉重叠 在空间上相互替代 这样的种就是地理替代种 勰 删油蒿 褐沙蒿 差不嘎蒿亲缘关系最近 形态差异甚微 而在空间分布上相互 替代 在腾格里沙漠 乌兰布和沙漠 毛乌素沙地和库布齐沙漠广泛分布着油 蒿 向东到了浑善达克沙地则被褐沙蒿所替代 再向东到科尔沁沙地及向北的 呼伦贝尔沙地又被差不嘎蒿所替代 从空间上呈现出从西南向东北的地理替代 分布 1 2 分子生物学技术在植物亲缘关系研究中的应用 亲缘关系是现代进化与生态理论研究的重要内容之一 也是研究植物系统与 进化的基础 传统的方法是依据植物的表型特征来进行分类以及推断种间亲缘 与演化关系 但表型特征往往不稳定 很易受环境因素的影响 再者 区分种 4 第 帮前言 瓣是鼠共同棰先遗薅下泉秘霹滔毪还是垂予趣弱遴纯逢或菸鼠苓弼褪竞演变褥 来的相似性是植物系统举的一个中心涧题i l 而傥以表型特征求进行判断具肖 明显的局隈性 不一定能反映真正的静闻亲缘关系 二十链纪窝车我戳来 努子生麴攀及按零懿兴起翥逶猛菠震璇及寓生命辩 学各个领域豹广泛渗避 板大地促进了生物学各分赢学科静发餍 6 0 年代末黼 来 利用阁z 酶和细胞色黹c 等蛋自艨分子结构为依据的生化方法也得到了开展 t 竭 戮 攀键 酶电涞技术开始应鹰予辕耨系绕霜避住薛孵究 势成兔曼藤磺 褒系统帮进往棱赣学豹一璜重要手 努甥 5 年代黼来 分子誊躲学麴侠速发糯 和分子生物举技术 尤其摄蛋白质和d n a 分析技术 的日益完替 使人们有可能 根据核酸结构的比较势麟豫探讨植物薅绫与进化 从两产生7 势予系统学 拎 手系统攀教磷究氧摇秀枣夫秀瑟 繁 燕蛋鱼囊 髓捶菝心虽鑫 霉溶缝蚤是 同工酶溅孵位嘞 系拣雕清学 第二蹙核馥 包帮榱d n a 叶绿体d n a 的箭 析1 1 习 也就是应用日新爿异的分子生物学技术直接躐间接检测嫩物大分子的 缀结秘 程蒸嚣燕土寻找多蠢篷焘 嗣鞋篱示个臻瓣或种群阐靛遗薏变雾或谭 结静蓠弱索缘关系l 枉 目裁研究种闯豢缘关系韵童簧分子生赫学手段毒议下凡 种 2 t 潮置薅慧津援零 丽工酶是指同一种麟的多种分子夥式 它稍胃馘调节不同细腮部位 不渊代 谢途径 以及不同发育条件下的同类威应 这些偎化反应相同简分子结构肖箍 嚣骛酶分手旋酝 噍酿替馥9 5 毋豫为耩蔓酶 最乘艇蕊 许多酶搭在嚣工酶 怒 由于番或禳酶懿多敦受装 基强煎纛 不弱等霞蕊西戆编褥掰狻 p a 妇豳蒋 1 9 6 9 将遂种特殊的同工酶称为等位黼i 为了应用上的方便 楫人把同工鲥的 定义狭义化 专撵由2 个以上基医俄点编码赝形成的酶多分子辫或 以区别予 等塑酶 毪这堇毳察魏懋广史霹王辫赫橇念 霪燕簿蛋鑫舅子结撩上翡差异麸 某种程度七可以反映菇嗣的差异 所以同工酶成为了一种有效的遗传标记 在 方法上 当时研究同工酶最主要的芋墩就是同工酶电泳技术 借助于这种技术 霹鞋熟嚣静瓣鎏甭畏癸乎形式 霹工酶精楚建表瓒漶迄津费嚣 凝殁 上一条蘩替 色谱蒂 撩褥迸行各种鞭的魏研究 同工酶分析被广泛成用于遗传多样性 种群的漶传结构 种间亲缘关系与演 也 物种黟旗 杂种秘多铸髂盼起瓣辞方面 在种阀关系胄箍 弼工酶作为一 第一章前言 种稳定的遗传标记用于阐明系统学上的亲缘关系 1 4 1 周其兴等 1 9 9 8 研究了中国 红豆杉属 血挑 3 个种及其近缘植物白豆杉的遗传变异和亲缘关系 得出红豆杉 属的几个种应合并而作为种下等级 同时支持白豆杉作为单独属的处理 切 浑 锐等 1 9 9 8 利用同工酶结合r a p d d a f 技术研究了蒙古栋与辽东栋的遗传分 化 揭示出两种植物遗传分化较小 东灵山的辽东栋是典型蒙古栋与辽东栋的 中间类型 两种植物从东北到山西组成一个地理渐变群 1 6 l 郎萍等 1 9 9 9 对栗属 勖咖h 叩 3 个中国特有种的3 0 个种群进行等位酶分析 3 个种的遗传距离较小 中国板栗和茅栗的亲缘关系较近 茅栗与锥栗的亲缘关系较远 并且地理距离 与遗传距离有一定的相关性 切 虞泓等 2 0 0 啊究了云南松及其近缘种高山松和 思茅松的遗传变异与亲缘关系 最后将3 种植物作为种下等级处理 埔i m c l e a d 等 1 9 8 3 采用等位酶技术研究了辣椒属 c 口 f c 跏 5 个栽培种及其可能祖种共1 2 个分类群 结果存在3 个明显不同的复合体 并推断了5 个栽培种的祖先i 堋 但同工酶分析法也具有局限性 有限种类的酶分析会带来一定偏差 常选用 的酶只有2 m 3 0 种 很难代表整个基因组的随机取样 所选酶的所有基因未必都 表达在酶谱上 酶电泳分析可能会低估种群中遗传变异 大量的鲜活取样可能 遇到困难 同一个体的不同器官或不同发育时期酶的活性有可能不同 1 2 2d n a 指纹分析 j 嘣l c y s 等 1 9 8 5 第一次在人类基因组上发现了高变的 小卫星 区域 正式 提出 小卫星 这个术语 奠定了d n a 指纹技术的基础 捌 他们当时描述了一 种检测d n a 变异的方法 采用专一的多位点探针 串联重复序列 与用限制性内 切酶消化过的人类基因组d n a 片段进行杂交 在电泳图谱上可同时检测到许多 代表高变位点的 后来称之为d n a 指纹的电泳带 t a u t z 等 1 9 8 4 发现的简单序 列重复 s i n l p l e q 峨代p e a t 简称s s r 为真核生物特有 2 1 1 后来被命名为 微 卫星 2 0 世纪9 0 年代以后由于p c r 技术的广泛应用 d n a 的多态性可通过 体外克隆方法快速 高效而灵敏地检测出来 于是d n a 指纹分析不仅局限于杂 交的方法 许多新的策略相应产生 在短短几年中 基于p c r 的r f i j r a p d s s r 和a f i p 等新的d n a 指纹技术层出不穷 如今这些在p c r 基础上发展起 来的检测d n a 多态性的分子标记技术也称为d n a 指纹技术1 1 1 l 限制性片段长度多态性限f 1 j 是发展最早的分子标记技术 通过分子杂交 探测其限制性酶切位点的变异 它是对不同个体植物的某些特定d n a 片段用某 6 第一章前言 些内切酶进行水解 只要不同个体的这些片段存在一定的变异 如缺失 倒置等 便能在电泳的结果上反映出来 通过比较分析将得出有关这些个体之间的亲缘 关系及进化机制等方面的结论 r f l p 分析可随机选取足够数量能代表整个基因 的r f l p 标记 且每个标记变异大 检测方便 用于探测r n j 的克隆探针可随 机选择 可以是核糖体d n a r d n 舢 叶绿体d n a 印 d n a 也可是总d n a 这 就可以产生和获得能够反映种属遗传差异的大量多态性 为研究植物类样特别 是属间 种间甚至品种问的亲缘关系 系统发育与演化提供有力的依据 比较 有代表性的例予是p a l n l 盯等人和e r i c k n 等人于1 9 8 3 年在同一杂志上同时发表 的对相同植物材料的研究结果1 2 2 捌 他们的试验是独立进行的 材料均为芸苔 属 日m 豁 中的6 种植物 通过比较它们的c p d n a 的内切酶片段长度变化 得到了相似的结论 即三个二倍体植物是亲本 另三个多倍体植物是由这三个 亲本相互杂交后染色体加倍而成 由于传统的r f l p 耗时花钱 所以在此基础上形成了一种新的方法 即利用 p c r 扩增基因组的酶切片段 把它叫做a 兀p 即扩增的限制性片段长度多态性 是由z a b c 粕和v o s 在1 9 9 3 年发展起来的 它把d n i a 进行限制性内切酶酶切 然后选择特定的片段进行p c r 扩增 再在有高分辨力的测序胶上分开这些扩增 产物 用放射性法 荧光法或银染染色法均可检测之 这种技术又称为 选择 性限制性片段扩增 瞄l a f lp 既是进行酶切位点分析又要对酶切片段进行选择 性的p c r 扩增 因此它既具备r f l p 的准确性又具p c r 的高效性 综合了两者 的优点 由于接头和引物设计不需要预先知道被研究基因组的序列信自 了以 及它们之间搭配上的巧妙与灵活 使得采用少数几对引物的多种组合即可获得 大量遗传信息 每个a f l p 反应所能检测出的多态片段之多 效率之高是任何一 种其它的分子标记无法比拟的 而且稳定性 重复性好 因此目前人们认为a f lp 是构建遗传图谱较好的分子标记 在鉴定遗传多样性和物种亲缘关系的研究中 也显示出较大的优越性 现在已广泛应用于分类学 病理学 种群遗传学 d n a 指纹分析的研究和建立数量性状基因图谱 成为最主要的分子标记 在种间亲 缘关系与演化方面 砌l 等 1 9 9 6 用a n j 标记研究了窝直属仁4 c m c 口 4 4 个栽培 品系及其与野生种的关系 认为a f i p 是揭示变种水平上遗传变异的可靠的分子 标记 s h 锄a 等 1 9 9 6 用a 问j 对代表栽培宾豆的6 个种群及其野生亲戚的5 4 个样品进行了多样性与系统发育分析i 硐 木薯是热带重要的粮食作物 r o a 等 1 9 9 7 用a f i p 清楚地确立了栽培木薯的起源及其与木薯属 如刀讯口0 6 个野生种 7 第一章前言 的亲缘关系 2 7 l 祁仲夏等 2 0 0 1 对 2 种栽培稻和2 1 种野生稻进行了a f ip 分析 并对2 种栽培稻的起源途径和稻属物种不同类型基因组间的亲缘关系进行了初 步探讨 将稻属植物按其亲缘关系的远近分为三大类群 为研究稻属物种间的 进化关系提供了线索f 2 8 l 孙德岭等 2 0 0 1 利用a f l p 对白菜类蔬菜间的亲缘关系 进行了研究l 冽 周春玲等 2 0 0 2 利用a f i j p 技术对菊属植物1 2 个分类群进行分 析 研究表明a f ip 技术是进行菊属植物亲缘关系研究极为有效的工具 不 过 a n t 实验的步骤多 流程长 优化每一步的条件都十分重要 需反复摸索 且实验成本比较高 w i l l i a m s 等人于1 9 9 0 年建立了随机扩增d n i a 多态性分析 r a p d 1 3 1 j 它以 p c r 技术为背景 它以一个人工合成的1 0 碱基的任意序列的寡核苷酸片断为引 物在未知序列的基因组d 1 q a 上进行随机的p c r 扩增 产生多态的i l a p d 片段 然后用凝胶电泳分开扩增片段 这些扩增片段的多态性反映了基因组相应区域 的多态性 其特点包括 1 不需d n a 探针 设计引物不需要知道序列信息 2 用一个引物就可扩增出许多片段 在检测多态性时是一种相当快速的方法 3 技术简单 l t a p d 分析不涉及s 0 u t h e m 杂交 放射自显影或其它技术 4 不象 r f l p 分析 r a p d 分析只需少量d n a 样品 5 成本较低 因为随机引物可在 1 公司买到 其价格不高 6 r a p d 标记一般是显性遗传 这样对扩增产物的记 录就可记为 有 无 但这也意味着不能鉴别杂合予和纯合子 8 r a p d 分析中 存在的最大问题是重复性不太高 因为在p c r 反应中条件的变化会引起 些扩 增产物的改变 但是 如果把条件标准化 还是可以获得重复结果的 黜 d 不仅具有r f i 卫的优点 而且其引物无特异性 技术简便易行 分析 速度快 所需d n a 量少 所用引物也多达数百种 所探测的范围能涉及整个基 因组 适用于进行更为广泛的遗传多态性分析 可以在对物种没有任何分子生 物学研究的情况下对物种进行基因组指纹图谱构建 r a p d 指纹能极其灵敏地揭 示两个亲缘关系十分相近的个体之间的遗传变异 已广泛地应用于种内不同种 群阃以及种间亲缘关系的研究 在种间亲缘关系方面 d e m e k c 1 9 9 2 等用r a p d 标记研究了芸苔属6 种植物 另含两变种 间的亲缘关系及此属与萝卜属 m 妒彘积淞 欧白芥属 印妇 的属间关系 结论与经典分类学的结果完全一致 1 3 2 g o n z a l c z 等 1 9 9 3 对大麦属 踟胁 脚 的1 9 个种和亚种做了鼬廿d 分析 他 们用了1 3 个1 0 碱基引物 大多数的引物显示了在种间和种内扩增片段具有较 高的变异 由扩增片段的式样计算了种间和供试样品问的遗传相似性 由此得 8 第一章前言 到的聚类图进一步证实了以前对大麦属种间关系的研究结剿3 3 苏晓华等 1 9 9 6 对大青杨及其近缘种甜杨 香杨和马氏杨种问及种内遗传变异进行了 d 检 测 统计分析建立的系统树说明了4 树种可能的亲缘关系及系统发育史 大青 杨与香杨亲缘关系最近 与以往认为大青杨与甜杨亲缘关系最近的说法不刚3 钔 石福臣等 1 9 9 8 利用r a p d 技术对东北落叶松属植物的亲缘关系进行了研究 分 布在中国大 小兴安岭的落叶松一直被认定为兴安落叶松 而分布在长白山的 落叶松应作为种还是变种处理说法不一 而东京城的落叶松处于长白山脉的东 北部 位于兴安落叶松和长白落叶松分布的交错地带 其形态特征经常可以看 到以上两种落叶松的中间类型 有人将该地区的落叶松做为长白落叶松的变种 经过r a p d 分析 作者认为长白落叶松做为兴安落叶松的变种 东京城的落叶 松可能是兴安岭叶松和长自落叶松之间的杂交种闭 戴思兰等 1 9 9 8 对7 种野菊 花 1 4 种栽培菊花和5 个杂交种进行了随机扩增 结果表明 栽培菊花与 d 饼加一f 绷4 饥靠c 蜊 n 化 m 删和d 朋础抽邸船的亲缘关系最近 从而提出 栽培菊花起源于这三种植物p q 邹喻苹等 1 9 哟对芍药属牡丹组进行了系统学研 究 用1 0 个r a p d 引物获得1 2 1 个多态位点 聚类分析分为两大支 与肉质花 盘亚组和革质花盘亚组很好地对应 从而解决了分类上有争议的问题吲 综上 所述 r a p d 技术广泛应用于种间亲缘关系的研究 是灵敏而有效的工具 1 2 3d n a 序列分析 在d n a 一级结构水平上检测多态性最直接的方法是进行d n a 的序列分析 即采用某种策略测定核苷酸在基因组d n a 特定区域的排列顺序 序列分析可提 供高度重复的 信息丰富的数据 适合于中等和高层次分类群的系统学研究 近年来用于种群水平的研究也逐增加 测序的策略多种多样 近几年由于p c r 技术的广泛应用 在系统学研究中普遍采用p c r 产物直接测序 配之以全自动 测序仪和高灵敏的荧光检测 使得d n a 序列分析成为快速而方便的常规手段 1 1 目前用于植物系统学分析的d n a 片段主要来自于叶绿体d n a c p d n a 和编 码核糖体r n a 的基因r d n a 印d n a 一般用于研究科及科以上分类阶元的系统 发育关系 由于印d n a 的进化速度远低于核基因组 翊 这就限制了其在低级分 类阶元 如属 亚属 的应用 尤其是对于关系非常密切及近期才发生分化的分类 群 c p d n a 就无能为力了 此外 c p d n a 是细胞质d n a 是通过母系单向遗 9 第一章前言 传的 而种问杂交常常是双向的 这样 基于印d n a 的系统发育关系研究就往 往不能反映物种间的进化方向 无法解决高等植物中广泛存在的杂交和多倍化 现象 3 9 1 1 3 油蒿的研究现状 油蒿似r l e 坍括f nd r d d s 衙勰c h 又叫黑沙蒿 它与籽蒿 4 s 肋口c m c e 研n 妇 原 属沙蒿似口 m r 妇 一种 后由著名蒿属专家h m k p m e 髓啦划分成单独的种 一直沿用至今 油蒿在植物界进化过程中 以其独特的生态生物学特性在干旱 半干旱气候条件的沙地环境下生存下来 并成为相当稳定的建群种 它分布予 甘肃 宁夏 陕西 内蒙古等地 其分布中心在鄂尔多斯高原毛乌素沙地 4 1 删 它具有中等的饲用价值 棚 它在流沙固定方面 发挥着显著的作用 1 3 1 油蒿的生态生物学特性 1 3 1 1 油蒿叶片的旱生结构 蒋瑾 戴枫年 王玉英首次用扫描电子显微镜研究了油蒿叶片的旱生结构 l 拍l 此后赵翠仙 黄子琛 刘家琼 蒲锦春 刘新民在腾格生沙漠 4 7 4 8 删 屠 丽珠在内蒙古西部刚 进行了类似研究 以上研究结果表明 油蒿叶片气孔下 陷 个大而数目少 具有较厚的角质层和发达的栅栏组织 贮水组织及输导组 织 这种结构在控制蒸腾方面具有两重性 当水分供给充足时 气孔张开使蒸 腾迅速进行 当水分紧张时 气孔关闭 厚角质层显示出防止蒸腾失水而造成 热灼伤的作用 王勋陵 马骥对西北植物的6 2 种早生植物的叶片通过切片探讨 旱生植物生态适应的多样性 油蒿叶片属多浆类 有发达的贮水组织可占叶片 厚度的7 0 左右 通过叶肉细胞大量贮存水分和特有内含物以提高保水力来抵御 干旱胁迫i i 1 3 1 2 油蒿生物量特征 油蒿是深根性轴根植物1 5 2 1 1 2 龄的油蒿主根深达3 5 0 厘米 根冠9 2 0 厘米 侧根密布在o 1 3 0 厘米的沙层1 5 3 l 刘恕 石庆辉报导了2 年 3 年和7 年龄栽培油 蒿的根系分布状况f 矧 冷丽娇等对飞播1 年 2 年和5 年龄的油蒿根系进行了实测 其特点是侧根不发达 主根较深并随年限增加而加深瞄l 王庆锁在中国农业科 学院草原研究所鄂尔多斯沙地草原改良实验站对油蒿根系进行了较为详细的研 1 0 第一章前言 究 结果表明 油蒿以主根为主 根量集中在0 4 0 锄沙层内 且随着深度的增 加按指数形式递减 建立了油蒿生物量估测模式 油蒿当年枝生物量与冠幅 高度 枝长 基部直径之间的线形回归方程i 靳 王庆锁 李博对鄂尔多斯沙地 油蒿群落生物量进行了研究表明 不同的油蒿群落类型生物量不同 以流动沙 地最低 接近流沙地段的油蒿群落的生物量最大阳 油蒿群落的地上生物量季 节变化明显 9 月中旬或稍后达到最大值 黄富祥等在鄂尔多斯油蒿 本氏针茅群 落生物量对气候的动态影响方面进行了研究 表明 降水是主要的限制性因子 二者呈正相关性 日照时数仅在6 月对生物量产生显著的促进作用 气温在各 月都不对群落生物量产生显著影响 7 1 0 月 各月生物量都受前月生物量的显 著影响 说明生长持续性对于植物生物量的形成和积累是重要的i 堋 邵玉琴 赵 吉对库布齐沙地油蒿根际土壤的微生物的生物量和微生物数量的垂直分布进行 了研究l 别 吕桂芬对油蒿群落枯枝落叶分解过程中微生物数量进行了季节动态 研究嗍 1 3 1 3 油蒿的水分生理生态特征 刘嫫心首次报道了油蒿蒸腾强度的日进程 其日进程呈双峰型 年进程以 5 6 月份最高阑 张耀甲研究了民勤地区油蒿的蒸腾强度f 7 1 1 蒋瑾 丛自立在 沙坡头研究表明 土壤湿度低 油蒿植株叶面积减少 蒸腾强度变小 反之 土壤湿度增高 叶面积增大 蒸腾强度高 一 且油蒿蒸腾强度随年份的增加而 减弱 油蒿具有较高束缚水 吸水力 持水力和较低的自由水和水势l 埘q 这 样的特点 使油蒿能抵御干旱缺雨的不利条件 廖汝棠研究了沙丘不同部位和 不同固定程度下油蒿的蒸腾速率及水势的变化 其结果表明 幼年和老年植株 控制水分的能力不如中年植株 并推测 这或许由于幼年植株气孔调节和渗透 调节未发育良好和老年植株调节机制衰老而造成 另外 还研究了蒸腾强度与 水分供应的关系一蒸腾强度控制失灵和土壤可利用的水分下降有关 丌l 陈荷生 康跃虎 冷今朝对腾格里沙漠沙坡头油蒿的生长和水分平衡进行了研究 7 8 l 郑 海雷等对毛乌素沙地的油蒿进行生理生态研究表明 油蒿具有变水植物的特点 7 9 l 杨宝珍等对毛乌素沙地的油蒿的水分生理生态特性进行了研究表明 半固 定沙丘的油蒿比固定沙丘油蒿长势壮 半固定沙丘土壤导水率是固定沙丘的1 0 倍左右l 鲫 李自珍等认为油蒿在生长发育过程具有整株及枝条水平上的自疏能 力 通过自行调节以适应供水条件的变化l 虬l 王新平等对沙坡头地区固沙植物 l l 第一章前言 油蒿 柠条蒸散状况的研究认为 油蒿冠幅投影盖度较高 地表郁闭 将会有效地 减少植丛内部沙层水分的地表蒸发损失 使其总体上维持低水平蒸散速率吲 龚吉蕊 张立新 赵爱芬测定了宁夏沙坡头地区固沙植物油蒿体内活性氧自由 基的变化 膜伤害的程度 抗氧化保护酶系统以及光合特性与叶绿素含量的变 化 对油蒿适应干旱胁迫的机理进行了分析 结果表明 灌溉地油蒿的m d a o 2 h 2 0 2 脯氨酸的含量以及c a 虱s o d 的活性低于固定沙丘的油蒿 而植物体内蛋 白质的含量 p o d 的活性高于固定沙丘的油蒿阳 1 3 1 4 油蒿的光合作用 人们对油蒿的光合作用研究较少 黄子琛等用q g d 7 型便携式红外线c 0 2 分析议对丘间低地的油蒿净光合速率进行了测定 其结果