（园林植物与观赏园艺专业论文）黑龙江流域野生莲的遗传多样性.pdf

摘要 摘要 莲( n e l u m b o 胛“c i f e r ag a e r t n ) 是一个古老的孑遗物种，在系统与进化研究中有重， 意义。又是食用、药用和观赏资源，还蕴藏着丰富的文化内涵。 野生莲是栽培莲的祖先，是培育优良莲品种的天然基因库。黑龙江流域是我国确! 存在野生莲的少数地区之一。考古学者曾在黑龙江省依兰县第三纪的地层中发现莲叶4 - 石。虽然有些学者于1 0 年前对黑龙江省的野生莲做过资源调查和形态方面的观测，f j 对整个黑龙江流域野生莲的资源现状、遗传多样性的水平及分布格局等方面的研究仍j 空白。 我们于2 0 0 4 年8 - 9 月和2 0 0 5 年7 - 8 月两次对黑龙江流域野生莲资源进行了实地j 查和取样工作。两次踏查共发现5 6 处野生莲的分布点，涉足4 5 处莲的自然分布点，1 处移栽点。在俄罗斯境内找到8 个分布点。这些莲群体有些生长在人l _ | 密集的都市中， 有些则在荒无人烟的沼泽中繁衍生息。作者将这些分布点用g p s 进行了准确定位，f 时与多数分布点建立了通讯联系，便于今后的跟踪监测。作者将野生连群体的生存状z 与前人调查的结果对比，随着降水量的减少和人们对湿地资源的不合理丌发，黑龙江自 域的野生莲面临着生境片断化、种群的面积减小甚至正在消失的严重威胁。随着风景 的建设引入栽培品种，当地的野生莲面临栽培品种基因污染的形势越来越严峻。 本文分别用r a p d 、i s s r 和s s r 三种分子标记方法，在野生莲个体和群体水平j 分析了遗传变异的人小及其遗传结构。 用r a p d 和i s s r 分予标记方法对来自黑龙江省4 7 份野生莲、俄罗斯兴安斯克 护区的2 份野生莲和中国其他省份的2 7 份栽培莲进行了遗传多样性研究。2 0 条r a p i 引物共扩增出1 1 3 个位点，多态位点占7 1 6 8 ，期望杂合度0 1 5 8 3 。其中，野生莲6 多态位点占5 0 4 4 ，期望杂合度0 1 2 4 1 ；栽培莲的多态位点占5 3 9 8 ，期望杂合 0 1 6 5 1 。1 6 条i s s r 引物扩增出9 0 个位点，多态位点占4 1 1 1 ，期望杂合度o 0 8 5 l 。 野生莲的多态位点占2 8 8 9 ，期望杂合度o 0 6 6 1 ；栽培莲的多态位点占3 2 - 2 2 ，期i 杂合度0 0 9 6 3 。说明野生莲的遗传多样性较低，且低于栽培莲。野生莲中，乌苏里江i 域、松花江流域和黑龙江中下游流域之间的遗传分化很小，流域之间的遗传方差仪c 2 1 6 8 ( r a p d ，g s t = - 0 1 3 1 2 ) 和1 5 1 1 ( i s s r ，g s t = 0 1 3 5 2 ) 。在所有的遗传变异中， 野生型和栽培型之内的遗传方差占7 3 2 5 ( r a p d ) 和8 1 1 1 ( i s s r ) ，野生型和栽 型之间的遗传方差占1 9 1 7 ( r a p d ) 和1 3 1 7 ( i s s r ) ，而3 个野生流域群和1 个j 培群之间的遗传方差仅占7 5 8 ( r a p d ) 和5 7 2 ( i s s r ) 。n j 分析表明，黑龙江i 域的野生莲与其他地方的栽培莲有明显的遗传分化。在野生莲中，松花江中游地区的 生莲可能是黑龙江野生莲的残遗中心，由松花江中游向下游地区和黑龙江中下游与乌； 里江流域扩散。 东北林业人学博士学位论文 用4 对s s r 分子标记引物对5 个野生莲种群4 9 3 份样品的克隆多样性初步分析表 明，每个野生莲种群都是多克隆的，克隆数在1 9 4 1 个之间。5 个种群的总克隆数为7 4 个。每个种群中都有一定数量的克隆基株，最长的单克隆基株与取样的最大距离接近， 证明莲的克隆繁殖能力很强。5 个种群的平均等位基因数为4 0 0 0 0 ，平均有效等位数仅 为2 2 3 1 1 ，基因数平均杂合度( n e i s ) 为o 3 7 5 6 ，表明野生莲群体水平的遗传多样性仍 然较低。各种群问的遗传相似性很高( 0 9 3 1 4 0 9 9 5 4 ) ，种群问的遗传分化较小( f i t ， o 3 4 9 0 ) ，大多数遗传变异发生在种群内部。种群间的基因流n m ( 6 8 0 7 3 ) 较高，等位 基因频率变化较大，其原因可能与莲的遗传体依靠水流传播较容易有关。从每个种群的 基因型对总基冈型的贡献( 2 5 6 8 一5 5 4 1 ) 来判断，野生莲的有效群体较小，取样策 略应为多个种群。 另外，黑龙江流域野生莲与栽培莲在许多形态性状如植株的高矮、花瓣数、花色、 莲藕及莲了的形状等方面有较大差异。而野生莲内部，未见明显的形态差异。 物种的遗传多样性是在漫长的历史进化中形成的，同时受种群的来源、种群历史、 生殖模式和环境变化等因素的影响。从黑龙江流域野牛莲各群体问较高的相似性推测， 这些野生莲具有相同的来源。从野生莲比较低的遗传多样性判断，这些野生莲经历了瓶 颈效应( b o t t l e n e c ke f f e c t ) 、建立者效应( f o u n d e re f f e c t ) 和再生效应( r e b i r t he r i e c t ) 。 鉴于莲的古老性、遗传变异的稀少、有效群体小及其因生境片断化导致种群萎缩的 现状，建议全面保护宝贵的黑龙江流域野生莲资源，尤其是有可能成为起源地的松花江 中游地区的野生莲栖息地。 本项目关于黑龙江流域野生莲遗传多样性的研究成果，填补了此方面研究的空白。 为莲这一物种的遗传多样性保护和利用提供科学依据，为探讨莲的起源及演化奠定了坚 实的理论基础。 关键词野生莲：遗传多样性：克隆结构：r a p d ：i $ s r ：s s r a b s t r a c t a sa na n c i e n tr e l i c ts p e c i e s ，l o t u s ( n e l u m b on l t c i f e f og a e r t n ) p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n s y s t e ma n dd e v e l o p m e n te v o l u t i o ns t u d i e s t h ei o t a si sf o o d ，m e d i c i n e ，a n dt h ep l a n tw i d e l y u s e df o rg a r d e n i n ga n dl a n d s c a p i n g i th a sr i c hc u l t u r a lv a l u e s w i l dl o t u si st h ea n c e s t o ro fc u l t i v a rl o t u s ，a n ds e r v ea san a t u r a lg e n eb a n kf o rb r e e d i n g o ff i n el o t u sv a r i e t i e s t h eh e i l o n gr i v e rv a l l e yi so n eo ft h ef e wp l a c e sw h e r ea r et h en a t u r a l h a b i t a t sf o rt h ew i l dl o t u s t h ea r c h a e o l o g i c a ls c h o l a ro n c eh a df o u n dt h el o t u sl e a ff o s s i l si n t e r t i a r yp e r i o ds t r a t u mi ny i l a nc o u n t yo fh e i l o n g j i a n gp r o v i n c e ( m i d d l er e a c ho fs o n g h u a r i v e r ) a l t h o u g hs o m es t u d i e sd i do nf i e l ds u r v e y sa n dm o r p h o l o g yo b s e r v a t i o n so nt h ew i l d l o t u si nh e i l o n g i i a n gp r o v i n c et e ny e a r sa g o ，w eo n l yk n o wl i t t l eo ni t ss t a t u s ，g e n e t i cd i v e r s i t y l e v e la n dd i s t r i b u t i o np a t t e r n t h el a r g es c a l eo ff i e l ds u r v e y sa n ds a m p l i n g si nh e i l o n gr i v e rv a l l e yf r o ma u g u s tt o s e p t e m b e ri n2 0 0 4a n df r o mj u l yt oa u g u s ti n2 0 0 5 w ei d e n t i f i e d5 7d i s t r i b u t e ds i t e sf o rt h e w i l d1 0 t u s t h e r ew e r e8s i t e sw e r ef r o mr u s s i a 4 4t h en a t u r a ld i s t r i b u t i o ns i t e sm a d1 4 t r a n s p l a n t e dp l a c e s w e r es t a d e d s o m eo ft h e s el o t u sc o m m u n i t i e sg r e wi nt h ed e n s e l y p o p u l a t e dc i t i e s ，a n do t h e r si nt h ei s o l a t em a du n i n h a b i t e dm a r s h w el o c a t e da n dr e c o r d e dt h e d i s t r i b u t e ds i t e sb yg p s w ea l s oe s t a b l i s h e dac o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i t hm o s to f t h ep l a c e s i no r d e rt of o l l o wu pi nt h ef u t u r e c o m p a r i n go u rr e s u l t sw i m p r e v i o u ss t u d i e s w ef o u n dt h a t t h eh a b i t a t so fw i l dl o t u si nt h eh e i l o n gr i v e rv a l l e yh a sb e e nf a c i n gw i t hs e r i o u st h r e a t s ，s u c h a sf r a g m e n t a t i o no ft h eh a b i t a t ，h a b i t a tl o s sa n dp o p u l a t i o nd e c l i n i n gd u et oc l i m a t ec h a n g ea n d i l l o g i c a le x p l o i t a t i o no fw e t l a n dr e s o u r c e n a t i v ew i l dl o t u si sf a c i n gm o r ea n dm o r eg e n e t i c d i v e r s i t yi n v a s i o nw i t ht h ec o n s t r u c t i o no ft h es c e n i cs p o t s ，c u l t i v a r sw e r ei n t r o d u c e d b yu s i n gr a p d ，i s s ra n ds s rt h r e em o l e c u l a rm a r k s ，w er e v e a l e dt h ev a r i a t i o ns i z e s a n dt h eg e n e t i cs t r u c t u r e sa ti n d i v i d u a lo rc o l o n yl e v e l s ， w es t u d yt h eg e n e t i cv a r i a t i o n sb yu s i n gr a p da n di s s rm a r k e r st ot r a c k4 7s a m p l e so f w i l dl o t u sf r o mu s s u r ir i v e r , s o n g h u ar i v e rm a d2s a m p l e sf r o mh e i l o n gr i v e rv a l l e y si n r u s s i aa n d2 7s a m p l e so fc u l t i v a t e dl o t u sf r o mo t h e rp r o v i n c e si nc h i n a t w e n t yr a p d p r i m e r sg e n e r a t e d1 1 3l o c i ，o fw h i c h7 1 6 8 w e r ep o l y m o r p h i c a c r o s sa l ls a m p l e s t h e e x p e c t e dh e t e r o z y g o s i t yw a s0 15 8 3 ，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 m a de x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t yi nt h ew i l dl o t u sw e r e5 0 4 4 a n do 1 2 4 1 ，r e s p e c t i v e l y t h ep a r a m e t e r so f t h e c u l t i v a t e dl o t u sw e r es l i g h t l yh i g h e rt h a nt h a to f w i l d ，5 3 9 8 a n do 1 6 5 1 ，r e s p e c t i v e l y s i x t e e n i s s rp r i m e r s p r o d u c e d9 0 l o c i t h e p e r c e n t a g e so fp o l y m o r p h i c l o c ia n de x p e c t e d h e t e r o z y g o s i t yw e r e4 1 1 1a n do 0 8 5 1 p o l y m o r p h i cl o c ia n de x p e c t e dh e t e r o z y g o s i t yw e r e i i i 东北林业大学博上学位论文 2 8 8 9 a n d0 0 6 6 1f o rt h ew i l dj o t u s a n d3 2 2 2 a n d0 0 9 6 3f o rt h ec u l t i v a t e dl o t u s a n o v aa n a l y s i so ft h ew i l dl o t u ss h o w e dt h a ts m a l lv a r i a n c e se x i s t e dm n o n gt h e3r i v e r v a l l e y sf 2 1 6 8 f o rr a p dw i t hg s t 2 0 1 3 1 2a n d1 5 11 f o ri s s rw i t hg s t 2 0 1 3 5 2 ) t h e g e n e t i cv a r i a n c e so fw i t h i nt h es a m p l e so ft h ew i l da n dc u l t i v a t e dl o t u s e sw e r e7 3 2 5 f o r r a p da n d81 1 1 f o ri s s r h o w e v e rt h ev a r i a n c e sb e t w e e nt h ew i l da n dt h ec u l t i v a t e dl o t u s w e r e1 9 1 7 f o rr a p da n d1 3 1 7 f o ri s s r a n dv a r i m i o n sa m o n gt h ev a l l e y sa n dt h ec u l t a w e r el e a s ti m p o r t a n t ( 7 5 8 5f o rr a p da n d5 7 2 5f o ri s s r ) n e i g h b o r - j o l n i n ga n a l y s i s i l l u s t r a t e dt h a tt h e r ew e r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ew i l da n dt h ec u l t i v a t e dl o t u s t h e w i l dl o t u sa tm i d d l er e a c h e so f t h es o n g h u ar i v e rv a l l e ym i g h tb et h ec e n t r eo f r e m n a n t s ，f r o m w h i c hi te x p a n d e dt ot h eu s s u r ir i v e rv a l l e ya n dt h el o w e ra n dm i d d l er e a c ho fh e i l o n gr i v e r v a l l e y 4p a i r so fs s rm o l e c u l a rm a r k e r sw e r eu s e dt oa n a l y z e4 9 3s a m p l e so f5p o p u l a t i o n so f w i l dl o t u s a n dt h ep r e l i m i n a r yr e s u l t si n d i c a t e de a c hl i v i n gc o l o n yo f w i l dl o t u sw a sp o l y c l o n a l ， a n dt h ec l o n en u m b e r sw e r e1 9t o4 1 ，t h et o t a lc l o n en u m b e r sf r o m5p o p u l a t i o n sw e r e7 4 e a c hc o l o n yh a dac e r t a i nn u m b e ro fb a s i cc l o n ep l a n t s t h el o n g e s tc o l o n yp l a n tw a sc l o s e t ot h em a x i m u ms a m p l i n gd i s t a n c e ，w h i c hp r o v e dt h el o t u s s t r o n ga b i l i t yo fc o l o n i a l r e p r o d u c t i o n t h ea v e r a g ea l l e l i cg e n em u n b e ro ff r o m 5p o p u l a t i o n sw e r e4 0 0 0 0 ，t h e e f f e c t i v ea l l e l i cn u m b e ro f5p o p u l a t i o n sw e r e2 2 311 ，a n dt h ea v e r a g ee x p e c t e d h e t e r o z y g o u s i t yn e i , sw a so 3 7 5 6 a l lo ft h e s es u g g e s tt h a ta ta v e r a g ec o l o n yl e v e lo ft h e g e n e t i cd i v e r s i t yw a ss t i l lr e l a t i v e l yl o w , b u tg e n e t i cs i m i l a r i t y w a sv e r yh i g h ( o ，9 314 - o 9 9 5 4 ) d i v e r g e n c e sw e r es m a l lf i t ( o 3 4 9 0 ) t h em o s tg e n e t i cv a r i a t i o n so c c u r e dw i t h i n t h ec o l o n i e s g e n ef l o w ( n m ) a m o n gc o l o n i e sw a sr e l a t i v e l yh i g h ( 6 8 0 7 3 ) a l l e l i cg e n e f r e q u e n c yw a sr e l m i v eh i g ha n dt h a tc o u l db ec a u s e db yt h e i rs e e d sd i s p e r s a ld e p e n d i n go n w a t e rf l o w s b a s eo nl o wc o n t r i b u t i o nt og e n o t y p e ( 2 5 6 8 一5 5 4 1 ) t h ev a l i dg r o u po f t h e w i l dl o t u sw a sl i t t l e s m a l l ，s ot h es a m p l i n gt a c t i c ss h o u l da i ma tm u l t i p l ec o l o n i e s i na d d i t i o n ，c o m p a r i n gt oc u l t i v a rl o t u s ，w i l dl o t u si nh e i l o n gr i v e rv a l l e yp o s s e s s e s m a n yd i f f e r e n c e si nm o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sp e t a ln u m b e r , f l o w e rc o l o r , h e i g h t o fp l a n t s ，a n ds h a p e so ft h e i rr o o t sa n ds e e d s w i t h i nt h ew i l dl o t u s ，t h ed i f f e r e n c e sw e r en o t s i 弘i f l c a n t ， t h eg e n e t i cd i v e r s i t yo fas p e c i e sw a sf o r m e di nt h el o n ge v o l u t i o np r o c e s s i tw a sa l s o i n f l u e n c e db yc o l o n yo r i g i n ，c o l o n yh i s t o r y , r e p r o d u c t i o np a t t e ma n de n v i r o n m e n t a lv a r i a t i o n ， e t c t h ev e r yl i m i t e dg e n e t i cd i v e r s i t yo ft h ew i l dl o t u sp r o v i d e dt h a tt h es p e c i e sh a d e x p e r i e n c e ds e v e r eb o t t l en e c k ，f o u n d e ra n d r e b i r t he f f e c t s c o n s i d e r i n gi t sl o n ge v o l u t i o n y , p o o rg e n e t i cd i v e r s i t y , s m a l la n di s o l a t e dp o p u l a t i o n s ， f r a g m e n t e do fi t sh a b i t a t ，a n di m p o r t a n c ei nw e t l a n de c o s y s t e m s ，w es u g g e s tt ot a k es t r o n g i v m e a s u r e st op r o t e c tt h ew i l dl o t u si nh e i l o n gr i v e ge s p e c i a l l yt h ep o p u l a t i o n si nm i d d l e r e a c h e so f t h es o n g h u ar i v e rv a l l e y ，t h a tc o u l db et h eo r i g i no f t h es p e c i e s t h er e s e a r c hr e s u l t so ng e n e t i cd i v e r s i t yo fw i l dl o t u si nt h eh e i l o n gr i v e rv a l l e yh a s f i l l e dt h er e s e a r c hg a pi nt h i sr e s p e c t ，a n dw h i c hp r o v i d e dt h es o l i dt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o r p r e s e r v i n ga n du t i l i z a t i o no f i t sg e n e t i cd i v e r s i t y ，a n di t so r i g i na n de v o l u t i o np r o c e s s k e y w o r d s w i l dl o t u s ；g e n e t i cd i v e r s i t y ；c l o n a ls t r u c t u r e ；r a p d ；i s s r ；s s r v 绪论 1 1 课题背景 1 1 1 莲是一种古老的孑逮植物 1 绪论 莲属( n e i u m b o ) 植物是被子植物中起源最早的种属之一。古植物学者在亚洲、欧 洲和南美洲等地的第三纪地层中多次发现莲化石，如在中国黑龙江省依兰、山东省朐 县、广西宁明和海南琼山等地先后发现了第三纪莲叶化石。1 。日本北海道、长崎县等地 也多次出土了渐新世和中新世的莲叶化石。南美洲哥伦比亚、阿根廷的白垩纪地层中 发现了莲叶和莲蓬的化石“1 。这些化石证据表明莲属植物为第三纪植物区系的组成成 分，广泛分布于全球的五大洲。根据化石的叶脉数等推测，当时存在的莲大约有1 0 - 1 2 种”1 。经过第四纪冰川的劫难，仅幸存2 种，莲( n e j u m b on u c i f e r ag a e r t n ) 和美洲 黄莲( n e j u m b ol u t e aw i l l d ) ，因此，这两种莲均为孑遗植物，活化石之一，约有1 _ 3 5 亿年的进化历史。现存的莲分布于亚洲、大洋洲北部；美洲黄莲仅分布于北美洲( 图卜 1 ) 。 图卜1 莲n e l u m b on u c i f e r a ( 左) 和美洲黄莲_ ，u r e a ( 右) 的分布( 据田红丽，周世良，2 0 0 6 ) f i g l - 1 d i s t r i b u t i o no fn e l u m b of l u c 瓣r 口( 1 e f t ) a n d l u t e a ( r i g h t ) ( f r o mt i a nh o n g - l i ，z h o us h i l i a n g ，2 0 0 6 ) 1 1 2 莲的系统位置及形态学特征 l i n n a e u s 。1 于1 7 5 3 年描述莲，隶属于睡莲科睡莲属( n y m p h a e an e l u m b ol ) 。 东北林业大学博士学位论文 a d a n s o n “3 根据莲与睡莲属其他物种的显著差异，于1 7 6 3 年将莲独立为莲属 ( n e t u m b o ) 。d u m o r t i e r ”1 ”等学者们从形态学、细胞学、孢粉学、胚胎学等方面的研究 结果均证明，莲属与睡莲科其他属植物在花粉形状及其发育、胚乳的有无、心皮的形状 和染色体数目等方面都存在较大差异，应独立为莲科，这一观点已经被普遍认同。莲科 为单型属。莲属有2 种，即莲( n e j u m b on u c i f e r ag a e r t n ) 和美洲黄莲( n e j u m b o 7 u r e aw i l l d ) 。也有学者“”“1 认为莲和美洲黄莲易杂交且后代可育，无生殖隔离，只存 在地理隔离，且二者的核型相似，认为美洲黄莲应是莲的一个 i ! 种( n e t u m b on u c j f e r a g a e r t n s s p l u t e a ( w i l i d ) p e r s ) 。但这一观点的论据并不充分，没有得到一致的赞 同。中亚地区和俄罗斯的少数学者将分布于俄罗斯伏尔加三角洲至里海和远东地区的莲 定名为“n e j u m b oc a s p i c a ”和“n e i u m b ok o m o r o w i e ”，但多数学者认为它们与 “n e t u m b on u c i e r a ”为同一种。目前支持这些观点还缺乏有力的证据，有待于做深入 的研究。 莲位于真双子叶植物的基部类群。莲在形态上还具有单子叶植物的某些特征，如无 胚乳，二枚子叶基部合生，两片幼叶互生，叶脉二歧分支，外轮花萼瓣状，茎无形成层 和韧皮部，维管束为“v ”字型，且呈星散排列，主根不发达，须根系发达等2 3 。因此， 莲可作为研究单双子叶植物进化关系的佐证材料，在系统与进化研究上具有重要的意 义。 1 1 3 中国的莲资源 中国是莲的分布和栽培中心之一。莲广泛分布于中国的大部分地区，北起黑龙江 省，南至海南的三亚市，西始天山北麓，东至台湾”1 。莲是一种宝贵的植物资源，它的 利用价值主要体现在药用、食用和观赏，还蕴藏着丰富的文化内涵。 我国的东北、华北、西南等多个地区都曾在第三纪地层中发现莲叶和孢粉化石“。3 1 。 1 9 7 3 年出土距今约有7 0 0 0 年历史的浙江余姚河姆渡文化遗址中发现了莲花粉。在河南 郑州大河村仰韶文化的房基遗址中发现了两枚5 0 0 0 年左右的莲子”。辽宁普兰店、北 京温泉太子坞都发现了沉睡了千年的古莲子“”。 我国关于莲的文字记载已有三千多年的历史。“。据周书中记载“鱼龙成则薮泽 竭，数泽竭则莲藕掘”，说明在周代我国劳动人民就已在利用莲藕”。据考证，我国栽 培莲已有近三千年的历史。目前全国已有6 0 0 多个莲栽培品种“1 。栽培莲经过多年的人 工定向选择，已经分化为花莲、藕莲和籽莲。在南方的很多地区，莲已成为重要的经济 作物，形成了产业化的生产经营模式，为推动区域经济的发展做出了一定贡献。 莲是我国人民十分喜爱的食品，同时也为重要的药用资源。莲的果实( 莲子) 和根 状茎( 莲藕) 均可食用，经过加工做成各种特色美味食品。莲子富含蛋白质、钙、磷、 铁及维生素b 。、b 2 和胡萝h 素等人体必需的营养成分；莲藕中富含淀粉。莲子作为中 药，有补脾、益肺、养心、固精、补虚等功效；莲叶( 荷叶) 可清热解毒；雄蕊( 莲 1 绪论 须) 可清心益肾涩精；花托( 莲房) 可祛风湿，化瘀止血；莲心能清火去热；莲藕能清 热去火，健脾开胃等【l ”j 莲是我国的十大传统名花之一。莲不但具形态美( 莲花、莲叶) 、意境美( 莲蕴含 寓意深远) ，而且其生态适应性强，生长和繁殖的速度快，株形清秀繁茂，景观效果极 佳。从古至今，无论是富丽堂皇的皇家园林、雅致清秀的私家园林，还是风格各异的现 代园林，莲都已成为水体造园的主体材料，如北京昆明湖、北海和莲花池公园、承德暑 山庄、保定古莲花池、武汉东湖、杭州西湖、济南大明湖、南京莫愁湖、深圳洪湖公园 等地，都以大面积栽植荷花而闻名。所有之处，荷景与周围的环境协调统一，形成“虽 由人作，宛若天开”的独特景观。 莲在佛教文化和我国的儒文化、俗文化中都被赋予圣洁、高雅的品格。佛教将莲花 象征为圣洁之物，认为莲具有“出尘离染，清静无瑕”的崇高境界“”。莲台成了佛的坐 台。佛和菩萨常常是手捧莲花。阿弥陀佛手中还执有金莲台，象征着西方净土极乐世界 “1 。据中国最早的诗歌c a , 集诗经郑风记载：“山有扶苏，隰有荷华”。另如诗 经中云：“彼泽之陂，有蒲与荷。有美一人，伤如之何，寤寐无为，涕泗滂沱”。诗人把 蒲和荷喻为俊男美女，烘托香蒲和荷花自然之美。周敦颐在爱莲说中把莲誉为“出 淤泥而不染，濯清连而不妖莲，花之君子者也”。认为它足洁身自好、不同流合污 的高尚品德的象征。在我国这样一个历史悠久的文明古国，莲的文化价值还远远没有被 挖掘出来。 野生莲是栽培莲的祖先，在野生莲中保存着这一宝贵物种的遗传资源，是培育优良 莲品种的天然基因库。莲为典型的水生植物，在维持湿地生态系统的平衡方面起着十分 重要的作用。由于自然及人为因素的影响，野生莲正在受到由于生境丧失和栽培品种基 因污染的威胁，使其种群的面积缩小甚至消失，与栽培篷的差异模糊。因此，对野生莲 遗传资源的保护有着非常重要的意义。 目前，我国学者对莲的研究主要集中在栽培品种的培育、莲开发的经济和观赏价值 等方面，如以国家种质库武汉市水生蔬菜资源圃为代表，主要保存莲藕的遗传资源，培 育莲藕优良品种，同时也收集部分荷花的品种；以中国花卉盆景协会的“中国荷花研究 中心”和中国科学院武汉植物园为代表，主要培育观赏花莲品种；以江西省和福建省的 地方农业部门为主，主要培育籽莲的优良品种。而对野生莲的遗传多样性、克隆结构等 基本生物学问题的研究资料还较少。 1 1 4 黑龙江流域的野生莲资源 黑龙江流域是我国确实存在野生莲的少数地区之一。在黑龙江省的鸟苏里江、松花 江和黑龙江的支流泡沼中，分布着几十处野生莲的生长种群。在黑龙江和乌苏里江对岸 的俄罗斯境内也有多处野生莲分布点。目前，人们对这些野生莲资源的现状、种群变化 动态还了解很少，对其遗传多样性情况等还是未知。董振发、王其超等人于上个世纪九 东北林业大学博士学位论文 十年代曾对黑龙江省野生莲资源做过调查和形态方面的观测，并根据其心皮数多的特点 推断黑龙江野生莲较关内的野生红莲更加“祖先型”，从而初步认为黑龙江省东南部江 河支流、湖泡沼泽可能是中国莲起源中心和分布中心之一“”2 。另外，关于莲的起源问 题一直是有关学者们争论的焦点。一种观点认为莲起源于埃及和地中海。一带：另一种观 点认为中国的莲来自于印度；我国的多数学者们则认为我国是莲的原产地之一”1 。曾出 土莲化石的地区也只能证明当时有莲分布；现在有野生莲分布的地区并不一定是起源中 心。现分布于黑龙江流域的野生莲是否为第三纪遗留的问题还是个疑问。因此，应加强 对这些莲进行相关的科学研究，从多学科多角度查找更充分的证据。 由于我们对黑龙江流域野生莲资源的生存现状和动态缺乏全丽系统地了解，对其遗 传变异的水平及其分布格局还知之甚少。莲的克隆繁殖能力很强，在不了解克隆结构的 情况下，其有效种群的大小难以确定，遗传变异的损失难以察觉。因而难以确定准确的 取样策略，也无法科学地对莲这一古老物种的遗传多样性制定保护和开发利用措施。另 外，黑龙江两岸野生莲的遗传关系，也有待于从遗传物质本身鉴别。我们只有在弄清野 生莲的遗传多样性及遗传结构的基础上，才能进一步探讨其遗传变异成因以及起源和演 化方向，并将对这一古老物种遗传资源有更深入地了解和认识，因此，对这一宝贵遗传 资源的研究是非常必要而迫切的。 1 2 遗传多样性研究综述( 国内外文献综述) 1 2 1 遗传多样性的概念 广义的遗传多样性是地球上所有生物遗传信息的总和。通常所说的遗传多样性是指 种内的遗传多样性，即种内不同种群间或种群内不同个体遗传变异。“1 5 5 3o 遗传多样性包 括遗传变异的大小和遗传变异分布的格局。遗传多样性是物种及生态系统多样性的重要 基础，是生物多样性保护的核心2 2 。2 。 1 2 2 遗传多样性的研究意义 由于人类对自然资源的不合理开发利用，打破了生态系统的自然平衡，导致自然生 态系统被大面积破坏，物种的生存环境恶化。使很多物种面临着生境片断化甚至丧失， 种群的分布范围缩小甚至灭绝。物种的灭绝会使其遗传资源彻底丧失，降低全球的生物 多样性啪1 “。物种多样性保护是生物多样性保护的核心和基础。遗传多样性的保护，实 质上就是在基因和基因组水平上的保护。因此，对物种的遗传多样性研究已成为全球性 的热点问题之一。 遗传多样性是物种长期适应外界环境进行自然选择的结果，是物种生存进化的前提 和基础。物种的遗传多样性越高，其适应环境的能力越强，进化潜力也越大。反之， 遗传多样性丧失将对其生存带来不利的影响。另外，物种保持着丰富的遗传资源，还可 作为培育优良品种的基因库。 研究物种的遗传多样性，了解其遗传变异的大小及其分布规律，是对一个物种的遗 传物质本质的认识，在此基础上可以探讨和解决很多科学问题。了解掌握物种的遗传变 异水平，有助于揭示其种群的进化历史，分析预测其进化潜力”“。还可分析确定物种间 或种内的亲缘关系，为探讨其起源、进化和分类地位提供科学依据。”1 。在生产上可以 作为品种的鉴定、指导育种等服务“”。对那些珍稀濒危植物，遗传多样性的指标可为 探讨其濒危原因，制定物种的保护和利用策略提供科学的理论依据。 目前，世界各国都在积极地利用科学技术的新成就，在遗传多样性研究的基础上， 深入研究生物多样性保护的基本规律，制定切实可行的发展规划，实现科学有效地管 理，处理好人类与自然的关系，合理利用丰富的生物资源。实现既造福于人类，又能保 持生物多样性，使人类与自然和谐相处，资源永续利用，可持续发展。 1 2 3 遗传多样性的检测方法 由于遗传物质本身的变异使物种在形态结构和生理功能等方面表现出丰富多样的差 异。随着生物技术的发展，人们对遗传多样性的检测途径和方法越来越多，总体可分为 从形态结构、生理生化、细胞和分子等多个层面进行，每个层次的检测方法都各自具备 一定优势和局限性。 传统的遗传多样性的检测方法是根据物种的表形性状鉴别其遗传变异。这种方法方 便快捷、形象直观，是系统学研究的经典方法。表形性状所表达的是完整基因系统或基 因型的综合结果“。但物种的表形性状是其遗传基因控制和环境因素综合作用的结果， 二者之间作用差异很难区分，使其检测结果的可靠性受到影向，如某些物种的表形特征 相似是由于受到环境因子的影响而趋同进化的结果，但遗传基因却存在着较大的差异， 如水生植物莲和睡莲。 用生理生化指标研究物种的遗传变异，主要以其研究得出的具体数据作为鉴别依 据，分辨率较高，结果比用形态性状检测准确。但生理生化方面的研究也同样受到多种 因素的影响，如物种自身处在不同生氏发育阶段的物质代谢变化差异和外界生态环境因 子的影响，其检测结果也存在一定的相对性。 细胞水平对遗传多样性的检测主要以核型分析为主，是研究核酸和蛋白质本身的遗 传变异，消除了环境的影响。染色体的核型分析技术曾在上个世纪七八十年代得到了广 泛的应用。用染色体分带技术来辨析物种的遗传变异情况，也受到染色体分裂时期的控 制及制片技术的影响。与分子水平的研究相比，核型分析所得到的信息量是很有限的， 对遗传变异检测的分辨率也较低。 从上个世纪八十年起，分子生物学技术得到了飞速发展，出现了等位酶、r a p d 、 i s s r 、s s r 、r f l p 和a f l p 等分子标记技术，该技术直接分析遗传物质本身或其直接代谢 东北林业大学博十学位论文 产物蛋白质的遗传变异，