（植物学专业论文）兼具开放花和闭锁花繁殖的堇菜属一些类群的遗传结构.pdf

兼具开放花和闭锁花繁殖堇莱属一些类群的遗传结构 摘要 遗传多样性是生物多样性的重要组成部分和基础 该方面的研究可以为揭示 居群的进化历史 分析其进化潜力和未来的命运提供重要资料 繁育系统通过决 定居群未来世代的基因频率从而最终决定了居群遗传结构的式样 是影响植物居 群遗传结构的最重要因素 但迄今对具有c r c l 等复杂繁育系统的植物类群的遗 传结构仍缺乏了解 堇菜属植物具有独特的繁育结构 不仅有开放花以异交为主 兼有自交的繁殖 还有闭锁花完全自交的繁殖方式 我国青藏高原特有的鳞茎堇 菜及块茎堇莱除上述繁殖方式外 可以通过鳞茎 匍匐茎进行克隆繁殖 本研究 通过广泛的资源调查 选择了鳞茎茧菜 块茎堇菜等3 个近缘种对共2 2 个居群 采用随机扩增多态性d n a r a p d 的方法 对它们的遗传多样性及居群遗传结 构进行了分析 以便为探明繁育系统与遗传结构的关系和从分子水平探讨上述3 对形态上极为相似的近缘 f 中的分类地位提供依据 结果如下 1 4 个随机引物对鳞茎堇菜5 个居群及块茎堇菜的4 个居群共1 6 0 个个体扩增 进行 在物种水平上 鳞茎堇菜的多态位点百分率 p p 8 n e i s 基因多样性 矗 和s h a n n o n 多样性指数 分别为8 50 9 o 2 5 3 2 和0 3 8 4 8 块茎堇菜物种水平 上的p p b 7 76 7 h 0 2 6 2 8 i o3 9 3 7 显示出它们丰富的遗传多样性水平 但是在居群水平上 鳞茎堇菜和块茎堇菜的遗传多样性水平不是很高 h 的平均值 和 的平均值分别为01 3 2 0 和01 9 9 7 居群间的遗传分化较大 p o p g e g e 得到 的基因分化系数 g s t 的平均值为4 90 0 表明居群间和居群内的遗传变异相当 这一遗传分化程度远高于混合繁育系统植物的平均值 g s t o2 1 6 在对不具有鳞茎 匍匐茎的维西堇菜以及斑叶堇菜和细距堇菜的研究中发现 它们在物种水平的遗传多样性水平很高 多态位点百分率 艘8 n e i s 基因多 样性 矗 和s h a n n o n 多样性指数 d 的平均值分别为8 73 0 0 2 7 3 4 和0 4 1 6 1 而且它们在居群水平也表现出了较为丰富的遗传多样性 上述三个遗传参数的平 均值为5 13 9 01 7 2 8 和o2 6 1 5 维西堇菜 斑叶堇菜和细距堇菜居群间的遗传 分化程度 平均g s t 0 3 7 0 9 a m o v a 3 8 4 1 6 1 8 6 虽然没有鳞茎堇菜和 块茎堇菜高 但仍然比混交植物的平均值高面更接近于自交植物 另外 对这3 个近缘种对各居群所做的聚类分析显示 鳞茎堇菜与块茎堇菜以居群为单位各自 为 支 维西堇菜叶有斑纹类群与无斑纹类群聚在一起 斑叶堇菜和细距堇蒹不 同种间的居群聚为一类 摘要 基于以上研究 结论如下 堇菜属植物开放花受粉 闭锁花受粉 c 埘 l 的 繁殖方式对其遗传结构产生很大影响 通过闭锁花专性白花受粉产生种子占有更 大比例是其遗传分化远高于混交植物的主要原因 具有鳞茎和匍匐茎的类群与不 具有这一繁育方式的类群相比居群间的遗传分化更大 鳞茎堇菜与块茎堇菜应作 为不同的种来处理 而将斑叶堇菜与细距堇菜划分为同一种更为合理 维西堇菜 有斑与无斑类群间不存在明显遗传分化 关键词 堇菜属 繁育系统 遗传结构 c h c l r a p d 兼具开放花和闭锁花繁殖堇菜属一些类群的遗传结构 a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to f b i o d i v e r s i t y g e n e t i cd i v e r s i t yi st h eb a s i so fs p e c i e s d i v e r s i t y r e s e a r c h e si nt h i sf i e l dc a l l p r o x r i d ei m p o r t a n ti n f o r m a t i o nf o rr e v e a l i n g p o p u l a t i o ne v o l u t i o n a r yh i s t o r i e sa n da n a l y z i n gp o p u l a t i o ne v o l u t i o n a r yp o t e n t i a l a n d p o p u l a t i o n f u t u r e b r e e d i n gs y s t e m i st h em o s t i m p o r t a n t f a c t o rt h a ti n f l u e n c e s p o p u l a t i o ng e n e t i cs t r u c t u r e w h i c hd e t e r m i n e st h ep o p u l a t i o ng e n ef r e q u e n c i e s a n d c o n s e q u e n t l y d e t e r m i n e st h e p o p u l a t i o ng e n e t i c s t r u c t u r e p a t t e r n s o f o f f s p r i n g h o w e v e r o u rk n o w l e d g ei sv e r yl i m i t e df o rp o p u l a t i o ng e n e t i cs t r u c t u r e t h o s ep l a n t t a x aw i t hc o m p l e xb r e e d i n gs y s t e m ss u c ha sc h c l c h a s m o g a m o u s c l e i s t o g a m o u s s y s t e m s v i o l e t sh a v ed i s t i n c tb r e e d i n gs y s t e m s t h e yn o to n l yr e p r o d u c em o s t l yw i t h c r o s s h r e e d i n g i n c h a s m o g a m o u ss y s t e m sc o m p a n i e dw i t hs e l f b r e e d i n g b u t a l s o r e p r o d u c e w i t h c o m p l e t es e l f b r e e d i n g i n c l e i s t o g a m o u ss y s t e m s b e s i d e s t h e s e b r e e d i n gs y s t e m s mb u l b o s aa n d 矿t u b e r i f e r a w h i c ha r ee n d e m i ct ot h eq i n g h a i t i b e t p l a t e a u c a nr e p r o d u c ec l o n a l l yt h r o u g ht h e i rb u l b sa n ds t o l o n s a f t e rb r o a ds u r v e yi nt h ef i e l d s 2 2w i l dp o p u l a t i o n sw e r es e l e c t e df r o m3p a i r so f r e l a t e ds p e c i e s s u c ha s 矿b u l b o s aa n dkt u b e r i f e r a g e n e t i cd i v e r s i t ya n dp o p u l a t i o n g e n e t i c s t r u c t u r eo ft h e2 2 p o p u l a t i o n s w a sa n a l y z e d u s i n g r a n d o m a m p l i f i e d p o l y m o r p h i cd n a r a p d m a r k e r t h e r e s u l t sp r o v i d e du s e f u li n f o r m a t i o nf o rb e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f r e l a t i o n s h i p b e t w e e nb r e e d i n g s y s t e m s a n d p o p u l a t i o ng e n e t i c s t r u c t u r e a n dt a x o n o m i cs t a t u s o ft h e3p a i r so fr e l a t e ds p e c i e sw i t hm o r p h o l o g i c s i m i l a r i t ya tt h em o l e c u l a r l e v e l t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 6 0i n d i v i d u a l sw e r ea m p l i f i e di nt h e5p o p u l a t i o n so fvb u l b o s aa n dt h e4 p o p u l a t i o n so f t u b e r i f e r a w i t h1 4r a n d o mp r i m e r sa tt h es p e c i el e v e l t h ep e r c e n t a g e o f p o l y m o r p h i c b a n d s p p 8 n e i sg e n ed i v e r s i t y a n ds h a n n o nd i v e r s i t yi n d e x o f 矿b u l b o s a w e r e8 50 9 o 2 5 3 2a n do 3 8 4 8r e s p e c t i v e l y a n dt h o s eo f 矿 t u b e r i f e r aw e r e7 7 6 7 o2 6 2 8a n do3 9 3 7r e s p e c t i v e l y s ot h e yb o t hs h o w e dr i c h g e n e t i cd i v e r s i t y b u ta tt h ep o p u l a t i o nl e v e l 圹b u l b o s aa n d t u b e r i f e r d ld i dn o t p r e s e n th i g hg e n e t i cd i v e r s i t y i nt h a t t h em e a n so f ha n d1w e r e0 1 3 2 0a n d01 9 9 7 r e s p e c t i v e l y a n dt h eg e n e t i c d i f f e r e n t i a t i o na m o n g p o p u l a t i o n sw e r e e v i d e n tt h em e a n o fg s tb yp o p g e g ew a s4 9 0 0 a n di ts h o w e de q u a lg e n e t i cv a r i a n c ea m o n ga n d 摘要 i v w i t h i np o p u l a t i o n s w h i c hi s f a rg r e a t e rt h a nt h a to ft h ep l a n t sw i t hc r o s s b r e e d i n g s y s t e m g s t 0 2 1 6 i tw a sf o u n dt h a tt h e s p e c i e sw i t h o u tb u l b sa n ds t o l o n s a l lh a dh i g hg e n e t i c d i v e r s i t y a tt h es p e c i el e v e l a n dt h e i rm e a n s o f p e r c e n t a g eo f p o l y m o r p h i cb a n d s p p b n e i sg e n ed i v e r s i t y 办 a n ds h a n n o nd i v e r s i t yi n d e x d w e r e8 7 3 0 0 2 7 3 4a n d o 4 1 6 1 r e s p e c t i v e l y f u r t h e r m o r et h em e a n s a l e5 1 3 9 0 1 7 2 8a n d0 2 6 1 5a tt h e p o p u l a t i o n l e v e l r e s p e c t i v e l y s h o w i n g r i c h g e n e t i cd i v e r s i t y a sw e l l t h e g e n e d i f f e r e n t i a t i o n d e g r e ea m o n gt h ep o p u l a t i o n so f 矿m o n b e 孥j vv a r i e g a t aa n dv t e n u i c o r n i sw a sn o tg r e a t e rt h a nt h e 矿b u l b o s aa n d 矿t u b e r i f e r a b u ti tw a ss t i l lh i g h e r t h a nt h em i x e d b r e e d i n gp l a n t sa n dm o r ec l o s et ot h es e l f b r e e d i n gp l a n t sm o r e v e r c l u s t e r i n ga n a l y s e so fp o p u l a t i o n so f 3p a i r so fr e l a t e ds p e c i e ss h o w e dt h a t 矿b u l b o s a a n dv t u b e r i f e r ac l u s t e r e di np o p u l a t i o n sr e s p e c t i v e l y s p o t t e da n du n s p o t t e d t o x ao f 矿 m o n b e i g j ic l u s t e r e dt o g e t h e r 矿v a r i e g a t a a n d 矿t e n u i c o r n i sc l u s t e r e dt o g e t h e r g a s e do nt h ea b o v es t u d i e s t h ec o n c l u s i o n sa l ea sf o l l o w s t h ec h a s m o g a m o u s c l e i s t o g a m o u s c h c l b r e e d i n gm o d e s o fv i o l e t sh a v eg r e a ti m p a c t so nt h e i rg e n e t i c s t r u c t u r e s a n dt h e m a i nr e a s o nw h yt h e g e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o no fc lp l a n t s i sf a r h i g h e rt h a nt h a to fm i x e d b r e e d i n gp l a n t si s t h a tt h ec l e i s t o g a m o u sp l a n t sp r o d u c e sa m a j o r i t y o fs e e d sb ys e l f p o l l i n a t i o n t h et a x aw i t hb u l b sa n ds t o l o n sh a v eg r e a t e r g e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o nt h a nt h o s ew i t h o u tt h e m 矿b u l b o s aa n d 矿t u b e r i f e r as h o u l db e t r e a t e da sd i f f e r e n ts p e c i e s a n di ti sr e a s o n a b l et h a t 矿 a r i e g a t aa n d 旷t e n u i c o r n i sa l e c l a s s i f i e di n t oo n es p e c i e a n dt h es p o t t e da n du n s p o t t e dt a x ao f 矿m o n b e 柳fd on o t s h o we v i d e n tg e n e t i cd i f f e r e n t i a t i o n k e y w o r d s o l a b r e e d i n gs y s t e m g e n e t i cs t r u c t u r e c h c l r a p d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果 尽我所知 除 文中特别加以标注和致谢的地方 外 论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为 获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意 签名 蒸垡 一嗍 涧 邑 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送交论文的复印件 允许论文被查阅和借阅 学校可以 公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手段保 存论文 保密的论文在解密后应遵守此规定 签名 呈基丝 导师签名 日期 塑竺乏二 第1 章研究概述 1 研究概述 1 1 遗传多样性及其研究方法 1 1 1遗传多样性及其研究意义 遗传多样性 g e n e t i cd i v e r s i t y 是生物多样性的重要组成部分 它是生态系 统多样性和物种多样性 甚至生物多样性 的基础和核心 施立明 1 9 9 0 m i l l a r l i b b y 1 9 9 1 王中仁 1 9 9 6 广义地讲 遗传多样性是指生物所携带遗传信息的总和 麦克尼利 1 9 9 0 但一般所指的遗传多样性是指种内的遗传多样性 或称遗传变异 葛颂 洪德元 1 9 9 4 遗传多样性可以在生物的不同水s 严上体现出来 居群水平 个体水平 组织和细胞以及分子水平 m o r i t z 壬i l l i s 1 9 9 0 遗传多样性最直接的表达形 式就是遗传变异的高低 同时 对任何一个物种来说 居群或居群系统 宗 亚 种 种 才是其进化的基本单位 s t e b b i n s 1 9 5 0 d o b z h a n s k y 1 9 5 3 而这些 居群或居群系统在自然界中具有特定的分布格局 式样 所以 遗传多样性不 仅包括遗传变异的高低 还包括遗传变异的分布格局 即居群的遗传结构 h a m r i c k 1 9 8 9 居群遗传结构是遗传变异或者说是基因和基因型在时间和空 间上的一种非随机的分布 l o v e l e s s h a r n r i c k 1 9 8 4 一个物种或居群的进化 潜能和抵御不良环境的能力既取决于种内遗传变异 水平 的大小 也有赖于遗 传变异的居群结构 g r a n t 1 9 9 1 m i l l a l i b b y 1 9 9 1 居群遗传结构是一个物 种最基本的特征之一 它不仅受突变 迁移 选择和遗传漂变的共同作用 同时 还和物种的进化历史和生物学特性有关 所以确定一个物种的居群遗传结构是了 解其居群生物学的第一步 l o v e l e s s h a m r i c k 1 9 8 4 g r a n t 1 9 9 1 由于植物的个体不能移动 居群遗传结构在很大程度上依赖于生存环境在空 间上的异质性 差异性 同时 植物的生长和发育是开放式的 具多种多样的 生殖方式和交配 繁育 系统 以及极强的发育和环境可塑性 s t e b b i n s 1 9 5 0 葛颂 洪德元 1 9 9 4 故植物居群遗传结构的形成和影响因素具有复杂性 虽 然植物居群的空间结构具有 定的遗传学意义 但居群的遗传结构并不一定平行 于居群的字问式样 非随机遗传式样可以存在于随机分布的个体闻 具有枢似居 群空间分布式样的两个种可能具有很不相同的居群遗传结构 l o v e l e s s h a m t i c k 兼具开放花和闭锁花繁殖堇莱属一些类群的遗传结构 1 9 8 4 h a m r i c k 1 9 8 9 e p p e r s o n 1 9 9 3 居群遗传结构受多种因素的影响 在 相互联合共同作用于植物居群 从而影响居群遗传结构的众多因素中 植物交配 繁育 系统是最关键的生物学因素之一 对遗传多样性研究不仅具有重要的理论意义 同时也具有重要的实际意义 首先 对遗传多样性的研究可以提示物种或居群的进化历史 起源的时间 地点 方式 也能为进一步分析其进化潜力和未来的命运提供重要的资料 s o l t i s s o l t i s 1 9 9 1 尤其有助于物种稀有或濒危原因及过程的探讨 m i l l a r l i b b v 1 9 9 1 陈灵芝等 1 9 9 3 物种或居群遗传变异的大小是长期进化的产物 是其生存 适 应 和发展 进化 的前提 s o l t i s s o l t i s 1 9 9 1 一个居群 或物种 遗传多 样性越高 对环境变化的适应能力就越强 越易扩展其分布范围和开拓新的环境 即便对无性繁殖占优势的种也不例外 h u e n n e k e 1 9 9 1 理论推导和大量实验 证据表明 生物居群中遗传变异的大小与其进化速率成正比 a y a l a v a l e n t i n e 1 9 9 1 许多物种独特的居群遗传结构反映了进化历史上的一些特殊事件 葛颂 1 9 9 8 其次 遗传多样性是保护生物学研究的核心之一 大量证据表明 稀有的和 濒危物种遗传变异的平均水平明显低于广布种 但即便同是濒危物种 其多样性 水平和遗传结构也会有很大不同 l e d i g c o n k l e 1 9 8 3 h a m r i c k g o d t 1 9 9 0 葛颂等 1 9 9 7 因此 要保护这些物种 制定有效的策略和措施 必须以充分 了解居群的遗传结构为基础 显然对遗传变异主要分布在居群间和遗传变异主要 分布于居群内的两个物种所采取的保护策略必然是不同的 再者 对遗传多样性的认识是生物各分支学科重要的背景资料 对遗传多样 性的研究有助于人们更清楚地认识生物多样性的起源和进化 加深人们对微观进 化的认识 为动植物的育种和遗传改良奠定基础 1 1 2 遗传多样性的研究方法 对遗传多样性研究的重要性早为人们所关注 但生物学家们一直苦于找不到 度量遗传变异有效而又准确的方法 h u b b y l e w o n t i n 1 9 6 6 过去对遗传多样 性的度量主要是依靠形态学 细胞生物学以及染色体形态学的手段 随着生物科 学 特别是遗传学和分子生物学的迅猛发展 对遗传多样性水平的度量在技术和 方法上经历了一个不断完善提高的过程 下面仅就d n a 水平上对遗传多样性进 行检测度量的主要方法作一介绍 第1 章研究概述 在d n a 水平上对植物遗传多样性的研究方法主要包括 利用探针显示限制 性内切酶识别专一d n a 序列的特性 显示限制片段长度多态性 r f l p 引物 对模板专一识别的扩增片段长度多态性 基于p c r 的方法 可变数目串联重复 v n t r d n a 序列分析等 胡志昂 王洪新 2 0 0 2 r f l p r e s t r i c t i o n f r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m s 是一类以分子杂交技术为 基础探测限制性酶切位点的分子标记方法 需要一段己知d n a 的序列作为探针 并对探针进行标记 这种方法具有稳定性好 灵敏度高 标记的等位基因为共显 性等优点 但它对技术要求高 成本高 比较费时 胡志昂 王洪新 1 9 9 8 同时因为标记的多态水平较低 故在个体识别等领域运用受到限制 在r f l p 基 础上发展起来的a f l p a m p l i f i e df r a g m e n tl e n g t hp o l y m o r p h i s m s 虽不需分子杂 交及探针标记 但仍需完成构建基因组d n a 文库 起始d n a 的测序 引物的 设计等繁杂的工作 张太平 2 0 0 0 v n t r v a r i a b l en u m b e rt a n d e m r e p e a t s 包括多位点小卫星 单位点小卫星 和微卫星 s s r 又称s s r p 或短的随机重复序列多态性s t r p 或简单长度多 态性s s l p 简单序列重复多态性 3 种类型 这3 种方法在种群内都具有极高的 多态性 但前两种技术也牵涉到d n a 文库的构建 探针的筛选及其序列设计 分子杂交等复杂过程 难以广泛应用 s s r 的不足之处是遗传背景不清的生物的 引物设计 张太平 2 0 0 0 近几年 产生了更为简单的i s s r 简单重复间序列 法 r a p d r a n d o m a m p l i f i e dp o l y m o r p h i cd n a 及其它基于p c r 聚合酶链式 反应 的随机引物分子标记 这类方法的共同特点是用一个短的随机引物 r a n d o m p r i m e r 进行p c r 模板d n a 有多个扩增子 可以扩增出多个d n a 片段而可 能出现多态现象 该方法具有事先不需了解任何d n a 序列的信息 可以用于任 何生物的d n a 多样性的检测 而且只要很少纯度不高的模板d n a 的优点 因 此近年来运用这种技术所做研究工作的报道极多 尤其是以植物的研究工作居 多 根据所用引物和电泳 显示方法的不同 这类标记方法又可具体分为三种 r a p d 随机扩增多态性 a p p c r 随意引发的p c r 和d a f d n a 扩增指 纹 因为a p p c r 需要放射性同位素标记 d a f 要银染 都不及r a p d 简单 方便 而且r a p d 谱带较少 胡志昂 王洪新 1 9 9 8 统计工作更易行 所以 相较之f 应用也更为广泛 d n a 测序 这种方法在解决居群生物学和系统学问题中都是可靠的 但通 兼具开放花和闭锁花繁殖堇菜属一些类群的遗传结构 4 过d n a 测序分析观察到的单基因多态性只揭示该单基因的进化史 n e i 1 9 8 7 或变化情况 在居群生物学研究中如针对某些特征的适应基因 鉴别和测序特定 基因剥这种特征的描述是有用的 而对一般的居群生物学研究工作 则需要对许 多基因进行测序 同时 由于要耗费极多的时间和费用 所以这一方法在居群生 物学研究中的应用还需认真考虑 张军丽等 2 0 0 0 上述d n a 分子标记虽然都可用于遗传多样性的研究 但不同的分子标记方 法各有其特点 选用不同的分子标记 对解决不同的问题十分重要 在具体的研 究中 需要根据研究者所要解决的问题选用合适的分子标记 并非采用的分子标 记方法越新越难就越好 表l 一1 是对几种不同分子标记的比较 表1 1 植物遗传多样性研究的几种分子标记方法的比较 引自张军丽等 2 0 0 0 r a p d 标记具有快速 准确 信息位点丰富 成本低廉 操作简单 便于统 第1 章研究概述 计分析等优点 不仅非常适宜于居群生物学的研究 包括对克隆植株个体的识别 居群内及居群间遗传多样性的度量等 而且在近缘种间亲缘关系及系统学研究 等方面也得到了广泛的应用 p a r a n 1 9 9 7 m i l l a n 1 9 9 6 b r u m m e r 1 9 9 5 h o e y 1 9 9 6 1 2r a p d 在遗传多样性研究中的应用 2 0 世纪9 0 年代以来 r a p d 标记广泛应用于动植物遗传育种与栽培植物亲 缘关系的分析 基因诊断 保护生物学及遗传资源的研究 保护和利用 居群生 物学 生物系统学与进化等多个方面 邹喻苹等 2 0 0 1 解新明 云锦风 2 0 0 0 其中 r a p d 标记在植物居群生物学 尤其是遗传多样性研究方面己开展了大量 的工作 下面仅就r a p d 标记在该领域的应用作一简述 1 r a p d 在植物品种鉴定 个体鉴定和克隆结构研究中的应用 r a p d 能极其灵敏地揭示两个亲缘关系十分相近的个体间的遗传变异 而且 能够可靠地确定克隆植物中的基株和分株 所以 自1 9 9 0 年该技术问世以来 在品种的鉴定 个体鉴定和克隆结构的研究方面开展了大量的工作 h u 等 1 9 9 1 采用r a p d 标记 仅用了4 个引物就区分开了1 4 个绿菜花和花椰菜 y a n g 等 1 9 9 3 用r a p d 技术成功对芹菜品种进行了鉴定与分类 c o l l i n s 等 1 9 9 3 不但用r a p d 标记鉴定了葡萄品种 而且还发展了一套葡萄的d n a 指纹图谱和 数据库 对大量筛选葡萄品种很有用 另外 c a s t i g l i o n e 等 1 9 9 3 采用r a p d 标记 对具极强的根出特性 克隆 生长的杨属植物的1 2 个物种进行了分析 成功地鉴定出共3 2 个无性系 为研究 r u b u ss a x a t i l i a 的克隆动态 e r i k s o n 和b r e m e r 1 9 9 3 自两个地点分别取2 0 2 5 个分株 进行基株的鉴定研究 r a p d 仅用4 个引物 检澳9 结果发现 2 个地 点均有很高的基株多样性 分别有l o 个基株和8 个基株 在一个地点的6 个斑 块中只有一个斑块是多基因的 而另一地点则只有一个斑块是单基株的 需指出的是r a p d 标记虽然在植物品种鉴定 个体鉴定和克隆结构的研究 中取得了很多成果 但研究表明r a p d 资料的定量分析应建立在大量引物的基 础卜 以避免结果严重偏离 c h a l m e r se ta l 1 9 9 3 h u f f a l 1 9 9 3 w e i s i n g e ta l 1 9 9 5 2 r a p d 在植物属群遗传多样性及遗传结构研究中的应用 目前 r a p d 分子标记方法在植物居群遗传多样性及遗传结构研究中已得到 兼具开放花和闭锁花繁殖堇菜属一些类群的遗传结构 了广泛的应用 例如 府宇雷等 2 0 0 2 采用r a p d 研究了不同尺度下野大豆 种群的遗传分化 探讨了不同尺度下野大豆种群的遗传多样性与环境因子的关 系 并对成因及维持机制进行了讨论 钱吉等 1 9 9 8 则用r a p d 研究了野大 豆种群问的遗传距离与地理纬度间的关系 认为二者间存在明显的相关性 汪小 全等 1 9 9 9 利用r a p d 标记研究了银杉的遗传多样性 提出了银杉遗传多样 性水平偏低是其致濒的主要原因 并且发现遗传变异水平与生境的复杂程度有 定的相关性 赵桂仿等 2 0 0 0 利用r a p d 技术 研究了阿尔卑斯山黄花茅居 群内沿一个海拔梯度的遗传分化 提出了亚屠群的遗传分化与海拔高度呈有意义 正相关 马小军等 1 9 9 9 对野生人参及栽培人参进行的r a p d 分析发现 野 生人参的多态位点大于栽培人参 并且认为遗传因素在栽培人参形态变异上的作 用小于环境因素 a y r e s r y a n 1 9 9 9 对主要通过根茎繁殖的g r 多e t h i a r e t i d u l a t a 和 其广布有性繁殖相关种彤b o l a n d e n 运用r a p d 技术对它们的克隆结构和遗传变 异进行了比较研究 遗传分析表明 通过根茎繁殖的彤r e t i d u l a t a 较其相关种 具有较低的遗传多样性和种群间更高的遗传变异 此外 r a p d 分子标记方法在 植物的交配系统研究方面也开展了大量研究 例如 f r k s c h 和r i e s e b e r g 1 9 9 2 采用r a p d 技术对四数木科自交可育种d a t i s c a g l o m e r a t a 的远交率进行了估计 他们认为该种是迄今己知的唯一雄性两性异株植物 结果发现在该种的居群中存 在高的远交率 但不同家系的远交率不同 3 r a p d 在植物种下及种间遗传关系研究中的应用 虽然r a p d 更适合于种下居群水平的遗传变异研究 但邹喻苹等 2 0 0 1 认为 r a p d 用于分类学研究很有潜力 从个体 品种到种级水平是有用的 目 前 国内外学者在这方面做了大量的工作 例如 w i l k i e 等 1 9 9 3 对葱属 a l l i u m 的品种和野生种进行了r a p d 分析 与以前的分类结果一致 戴思兰 1 9 9 8 对7 种野菊花 1 4 种栽培菊花和5 个种间杂种进行了r a p d 分析 探计了菊花 起源问题 周永红等 1 9 9 9 用r a p d 标记探讨了鹅观草属的种间关系 邹喻 苹 1 9 9 9 通过对芍药属牡丹组7 个种1 3 个居群6 7 个样品的r a p d 分析构建 了种下与种间关系的树系图 该方面的研究为种间关系的探讨提供了可靠的依 据 1 3 不同繁育系统植物的遗传多样性研究 繁育系统 b r e e d i n gs y s t e m 有时也称为m a t i n gs y s t e m 是指植物居群 第1 章研究概述 中远交 或近交 所占的比重 自从s t e b b i n s 1 9 5 7 g r a n t 1 9 5 8 和 b a k e r 1 9 5 9 等人的工作发表以来 人们已经熟知 交配系统对植物种群遗传 结构产生的影响比任何其它生活史因子都更重要 有关不同繁育系统植物的遗传 多样性的早期分析主要是依据遗传学基础不很明确的形态变异 但在过去2 0 多 年里 根据等位酶及r a p d 的数据得出了相同的结论 h a m r i c k g o d t 1 9 8 9 n y h o m b a r t i s h 2 0 0 0 近期的研究工作大大加强了我们对交配系统是如何影 响种群遗传结构的认识 葛颂 1 9 9 8 王崇云等 1 9 9 9 繁育系统是影响植物居 群生物学最重要的因素 它通过决定居群未来世代的基因型频率从而最终决定了 居群遗传结构的式样 当然 同时还会到居群的有效规模 基因流和选择等其它 的进化因素 l o v e l e s s h a m r i c k 1 9 8 4 h a m r i c k 年h g o d t 1 9 9 0 对1 6 5 属4 4 9 种植物的6 5 3 例应用等位酶对植物遗传多样性的研究结果进行的分析统计 见表 1 2 发现 在8 种主要的影响因素中 对居群遗传结构影响最大的是繁育系统 葛颂 1 9 9 4 通过统计分析认为 在居群水平上 不同因素对植物遗传多样性的 影响的重要性依次为繁育系统 分布范围 生活型 分类地位 种子传播机制 虽 然物种问交配系统的差异并不比种子扩散机制 地理分布范围或生活型解释更多 的在多态位点比例 风 或预期随机交配杂合度 剀上的变异 h a m r i c k g o d t 1 9 9 7 然而 交配系统差异可以解释将近4 0 的种问在基因分化系数 a s 上 的变异 而其它生活史性状解释不超过2 8 9 6 张大勇 2 0 0 1 不同的繁育系统 或繁殖方式 必然会有不同的居群结构特征 近交 包括 自交 会增加结合配子间的一致性 降低重组 使家系内的个体更加 致 从而 导致家系间的遗传分化 反之 远交则因为提高了重组率 降低了结合配子阊的 一致性 加之远交能促进远距离的基因流 从而避免了居群间的遗传分化 b r o w n e ta 1 i 9 8 9 自然界中除了少数绝对的近交或远交植物外 存在着大量以自 交为主或异交为主 二者兼而有之的混合繁育系统 这样具有混合繁育系统植物 的居群遗传结构会有什么样的特征 h a m r i c k 等 1 9 8 4 认为 在某种意义上来 说 在其他条件基本一致的情况下 居群具有什么样的遗传结构将取决于居群中 自交或近交所占的比重 在h a m r i c k 的统计中 自交植物 白 o 5 l o 居群间的遗 传分化很大 表现出与异交植物 岛 o 1 9 7 明显不同的居群遗传结构 而混交 植物 岛 0 2 1 6 则与异交植物的居群遗传结构更为接近 有理论认为 进行混 合交配的物种 其遗传结构与以异花传粉为主的植物类群近似的原因 是由于植 物居群中只要少量的异花传粉就能阻止居群问的遗分化 葛颂 1 9 9 8 茎墨茎茎垄查塑塑垄整堕苎薹墨二些鲞登堕垫堡竺塑 一8 表1 2 不同类型植物的遗传变异水平和居群分化程度 引自h m m n c k g o l t 1 9 9 0 物种数 p pp h t h p g 婪曼 口苎堂 分类地位t a x o n 裸予植物g a r m o s p e m l 双子叶植物d i c o t y l e d o n 单子叶植物m o n e e i t y l e d o n 生活型l i f ec y c l e 一年生a m a u a l 短寿多年生草本s h o r t l i v e dp e r e n n i a l h e r b 短寿多年生本本s h o r t l i v e dp e r e n n i a l l l e e 长寿多年生木本l o n g l i v e dp e r e n n i a lh 俄 分布范围d i s l x i b u t i o n 特有种s p e c i a l l y d i s t r i b u t e d 窄域种n a r r o w l yd i s t r i b u t e d 地区种l o c a l l y d i s t r i b u t e d 广布种w i d e l yd i s 蛐m e d 繁育系统b r e e d i n gs y s t e m 自变l u b r c e d i n g 混交 动物传糟 m i x e d 州m g a u i n m l p o l l i n a t e d l 异交 动物传粉 o u t c r o s s i n g a n i m a l p o l l i n a t e d 异交 j 扎蝶 o u t c r o s s i n g w i n dp o l l i n a t e d 种子敞播s e e dd i s p e r s a l 重力b yg r a v i t y 附着a t h a c h i n g 破裂e x p l o d i n g 吞食s w a l l o w e d 5 1 p 8 007 0 905 5 70 1 7 3 0 1 6 000 6 8 2 4 1 5 3 3 8 8 0 一1 1 1 04 4 802 9 001 3 60 0 9 60 2 7 3 05 9 204 0 30 1 8 10 1 4 40 2 3 川 川 1 4 6 1 9 0 05 0 703 0 20 1 6 10 1 0 503 5 7 1 1 9 1 5 9 一1 7 1 1 0 一1 3 1 5 2 1 0 0 8 2 1 1 5 1 8 0 一一1 9 3 8 5 1 0 5 0 4 1 30 2 8 001 1 6 00 9 602 3 3 0 4 1 803 1 30 0 9 700 9 40 0 8 8 06 4 705 0 00 1 7 70 1 4 900 7 6 n s 04 0 00 2 6 300 9 600 6 30 2 4 8 0 4 5 10 3 0 60 1 3 7 0 t 0 50 2 4 2 05 9 203 4 60 1 5 00 1 1 802 1 6 05 8 90 4 3 00 2 0 2 01 5 90 2 1 0 04 1 802 0 1 3 01 2 40 0 7 405 1 0 6 0 8 50 4 0 002 9 2 01 2 00 0 9 00 2 1 6 1 2 4 1 7 2 1 0 2 1 3 4 05 0 103 5 90 1 6 70 1 2 40 1 9 7 0 6 6 10 4 9 70 1 6 20 1 4 80 3 9 9 1 6 1 1 9 904 5 702 9 80 1 3 6 0 1 0l02 7 7 5 2 一 806 8 8 0 4 2 10 2 0 4 01 3 702 5 7 2 3 o3 0 402 1 300 9 2 0 0 6 20 2