水杉的系统发育地位及恢复评价.doc

水杉的系统发育地位及恢复评价【摘要】：人类直接或间接的活动对全球环境产生恶劣影响，由此造成生物多样性大量丧失，许多物种沦为濒危状态。保护生物多样性是全球的热点问题之一，对濒危物种的保护轰轰烈烈地开展着。现今的保护措施大多只着眼于恢复濒危物种的数量，然而保护的目的是阻止濒危物种绝灭，使它们脱离濒危状态，并能够自我维持。种群遗传结构是保证物种长期适应环境变化的基础，体现了物种应对环境变化的潜力。致濒危机制的正确寻找，有助于制定相对完善的保护措施。活化石水杉是重要的珍稀濒危植物，天然水杉只分布于我国湖北、湖南和重庆三省市交界的一小片区域，总数量只有4000多株。现今水杉的人工种植种群的分布范围遍及世界各地，超过化石记录的分布范围，水杉的数量也已经恢复到相当水平。但是，水杉的遗传结构是否已得到成功恢复，水杉人工种群是否具有天然更新能力，都是引人深思的问题。本研究对以上问题进行深入探讨：首先用分子生物学手段对历来有争议的水杉在杉科的系统进化地位做一探究，也为后续研究提供进化上的参考背景；然后通过种群遗传分析，比较现有水杉人工种群与自然种群的遗传结构异同，探讨人工种群遗传结构是否得到恢复；随后从繁殖过程中的种子形成和幼苗生长两个环节，探询水杉人工种群是否具有天然更新能力以及影响环节；最后通过以上一系列研究，探讨影响水杉人工种群遗传结构的因素以及自我更新能力的瓶颈，提出实用有效的保护措施，以期为珍稀濒危物种保护提供科学依据。主要结果如下：(1)应用4个叶绿体DNA序列(trnL，trnL-trnF，trnV，petG-trnP)和3个线粒体DNA序列(atpA，Nadl，Cox)对杉科9属15种1变种进行系统发育分析，叶绿体和线粒体联合序列重建的杉科系统发育树，都一致地把杉科分为5族：水松属(Glyptostrobus)和落羽杉属(Taxodium)为落羽杉族；柳杉属(Cryptomeria)为柳杉族；台湾杉属(Taiwania)和杉木属(Cunninghamia)为杉木族；水杉属(Metasequoia)、巨杉属(Sequoiadendron)和红杉属(Sequoia)为红杉族；密叶杉属(Athrotaxis)为密叶杉族。叶绿体和线粒体都分为5族是一致的，但5族的之间的亲缘关系稍有不同。线粒体是杉木族、落羽杉族和柳杉族、红杉族4族的关系较近，然后再是密叶杉族。而叶绿体是杉木族、红杉族、密叶杉族3族关系较近，然后是落羽杉族和柳杉族的组合。(2)4个叶绿体片段与3个线粒体的碱基序列变异程度明显不同，叶绿体联合序列1168个位点中变异位点有88个，占7.53，线粒体联合序列1825个位点中变异位点有51个，占2.79，叶绿体的显著比线粒体大。杉科4个叶绿体片段除有大量的碱基置换外，还都有部分个体连续几个或十几个甚至几十个的碱基插入缺失现象或者出现多个核苷酸重复的现象。表明线粒体DNA的核苷酸替换速率远远低于叶绿体DNA的替换速率。水杉的叶绿体DNA显示了比较特殊的特征，表明了水杉属进化上比较孤立的系统位置，但依然验证了水【关键词】：保护水杉自然和人工种群系统发育遗传结构种子形成幼苗生长交配系统更新能力SSR【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2006【分类号】：S791.35【目录】：摘要5-8Abstract8-17第一章前言17-241.1濒危物种的保护17-181.2濒危物种的遗传多样性18-191.3导致物种濒危的遗传学因素及遗传恢复19-211.4濒危物种水杉的恢复21-221.5本研究的技术路线图22-24第二章水杉在杉科的系统发育地位24-492.1前言24-292.1.1系统发育学的发展概况24-252.1.2系统发育学的研究方法25-262.1.3杉科(Taxodiaceae)系统发育研究进展26-292.2材料与方法29-352.2.1样品及取样地点292.2.2植物总DNA提取29-312.2.3PCR扩增31-332.2.4测序33-342.2.5DNA序列分析34-352.3结果35-462.3.1杉科物种的各引物DNA序列特征35-422.3.2系统发育分析42-462.4讨论46-49第三章水杉人工种群和自然种群的遗传结构49-743.1前言49-553.1.1自然种群和半自然种群的遗传结构49-513.1.2人工种群的遗传结构51-533.1.3微卫星方法在种群遗传学研究中的应用53-543.1.4水杉种群遗传结构研究进展54-553.2材料与方法55-653.2.1研究材料55-573.2.2总DNA提取573.2.3微卫星分析57-613.2.4数据处理61-653.3结果65-713.3.1Hardy-Weinberg平衡检验65-663.3.2多态位点百分数663.3.3等位基因数目663.3.4等位基因丰富度663.3.5杂合度663.3.6多态位点的固定指数66-683.3.7基因分化系数683.3.8遗传一致度(I)与遗传距离(D)683.3.9聚类分析68-703.3.10配比检验70-713.4讨论71-743.4.1水杉自然种群的遗传结构71-723.4.2水杉人工种群和自然种群遗传结构比较72-733.4.3水杉人工种群的种源73-74第四章水杉的种子形成及幼苗生长74-1024.1前言74-804.1.1植物的交配系统与近交衰退74-764.1.2植物的种子形成及幼苗生长76-774.1.3水杉的繁殖生物学特性77-804.2材料与方法80-864.2.1人工种群水杉个体的分布与年龄结构调查81-824.2.2花的发育与结实情况调查82-834.2.3种子采集834.2.4种子重量和大小83-844.2.5水杉种子的发芽84-854.2.6水杉种群的交配系统85-864.3结果86-994.3.1华东师大水杉的分布与年龄结构86-894.3.2华东师大水杉开花与结实情况89-924.3.3水杉种子形态特征92-944.3.4水杉种子发芽94-974.3.5交配系统97-994.4讨论99-1024.4.1水杉人工种群的种子