不同地理种群南荻的遗传分化研究

不同地理种群南荻的遗传分化研究GENETICDIFFERENTIATIONOFMISCANTHUSLUTARIORIPARIUSACROSSITSDISTRIBUTIONAREAINCHINA目录TOC\o"1-2"\h\u摘要 4关键词 41前言 52材料与方法 72.1材料 72.2测量指标与方法 82.3数据处理 93结果与分析 103.1南荻野生居群的型变异及遗传多样性分析 103.2南荻野生居群的分子遗传多样性分析 113.3南荻居群遗传多样性的空间表征 124讨论与结论 14参考文献 16致谢 17不同地理种群南荻的遗传分化研究摘要：南荻是中国特有的芒属植物，了解南荻的遗传分化程度有助于促进其种质资源的开发利用以及优良品种的选育，对解决南荻在边际土地上的种植生长问题有重要意义。本研究对184份具有代表性的南荻种质资源进行遗传多样性研究，结果表明：（1）8种表型性状（株高，茎粗，节数，最大节长，分枝数，茎密度，单株干重，干物质产量）在居群间均存在极显著差异（P＜0.01），各性状在居群间的变异范围在16.15%～78.98%之间，Shannon’s指数变化范围为1.61～1.78。（2）本研究从68条SSR引物中筛选出26条清晰可用于南荻分子遗传多样性分析的引物，共扩增出235条带，平均为9.04条，多态性比率（PPB）平均为91.06%，多态性信息含量（PIC）在0.39-0.94之间，平均为0.67，表明南荻有较高的遗传多样性。（3）14个居群的多态性位点百分比（PPL）在49.79%~82.13%，平均69.00%，观察等位基因数（Na）平均值为1.9362，有效等位基因数（Ne）平均值为1.4003；Nei’s基因多样性指数平均为0.2462；Shannon’s多样性信息指数平均为0.3857。对南荻遗传多样性的研究结果表明，南荻在物种水平上的遗传多样性比较丰富。关键词：南荻；表型性状；遗传多样性；SSR标记；GeneticDifferentiationofMiscanthusLutarioripariusAcrossItsDistributionAreaInChinaAbstract:MiscanthuslutarioripariusisauniqueplantofMiscanthusspp.inChina.UnderstandingthegeneticdifferentiationdegreeofMiscanthuslutarioripariusishelpfultopromotethedevelopmentandutilizationofitsgermplasmresourcesandthebreedingofexcellentvarieties,itisofgreatsignificancetosolvetheproblemofMiscanthuslutarioripariusplantinggrowthonthemarginalland.Inthisstudy,184representativegermplasmresourcesofMiscanthuslutarioripariuswereusedforgeneticdiversityresearch,andtheresultsrevealedthat:(1)Theeightphenotypictraits(plantheight,stemdiameter,pitchnumber,longeststem,branchnumber,shootdensity,dryweightperstem,drymatteryield)areextremelysignificantdifferencesamongthepopulations(P<0.01),andthevariationrangeofeachtraitbetweenthepopulationsisbetween16.15%and78.98%,Shannon'sinformationindexrangesfrom1.61to1.78.(2)Thepresentstudy,26primerswereselectedfrom68SSRprimers,whichcanbeclearlyusedformoleculargeneticdiversityanalysis.Atotalof235bandswereamplified,withanaverageof9.04.Thepercentageofpolymorphicbands(PPB)averaged91.06%,thepolymorphisminformationcontent(PIC)isbetween0.39-0.94,withanaverageof0.67,indicatingthatMiscanthuslutarioripariushasahighergeneticdiversity.(3)Thepercentageofpolymorphicloci(PPL)of14populationsis49.79%~82.13%,withanaverageof69.00%.Theaveragenumberofobservedalleles(Na)is1.9362,andtheaveragenumberofeffectivealleles(Ne)is1.4003;Nei'sgeneindexaveraged0.2462;Shannon'sinformationindexaveraged0.3857.TheresultsofthestudyonthegeneticdiversityofMiscanthuslutarioripariusshowthatthegeneticdiversityatthespecieslevelisrelativelyrich.Keywords:Miscanthuslutarioriparius；Phenotypictraits；geneticdiversity；SSRmarker；1前言南荻（Miscanthuslutarioriparius）隶属于禾本科（Poaceae）芒属（Miscanthus），是一类多年生草本植物，具有生物量大、纤维素含量高和适应性强等特点，分布广泛，资源丰富，且植株较高大，生物质产量高（33～36t/ha），且品质最好。我国是世界芒属植物资源的分布中心，而南荻是我国特有种，主要分布于长江中下游地区，在洞庭湖区的分布面积最大[1-2]。因其C4光合途径光合效率高，生长快速，产量高而稳定，养分需求低，水分利用效率高，抗病性和纤维素含量都高，南荻也被认为是一种具有潜力的新型生态工业植物。作为一种新型生态工业植物，南荻可以为生物质产业提供原材料和优良基因，在工业应用与环境保护方面也具有重要的作用。在生态保护上，南荻群落可以改善周边地区的环境气候，净化水质，维持自然生态系统的平衡；南荻耐淹、耐瘠薄，对恶劣环境的抵抗能力强，在河床、滩涂、堤岸、护坡和荒地等裸露地带栽植，具有固土保水、防止土壤流失等作用[3]。另外，南荻植株可实现矿质养分的循环利用，养分利用率高，对肥料需求量低，植株病虫害少，且与杂草的竞争力强，无需大量施用化肥与农药[3]，对环境和人畜的伤害少。在工业应用中，南荻可像其他种类芒草一样可通过压缩成型、气化、燃烧发电、发酵生产纤维素乙醇等应用于能源领域[4-5]；此外，南荻还是一种优质的造纸原料；其生物质制备的炭孔径达2～9μm，比表面积达100～200m2·g-1，且内表面含有大量的带电基团，是制备生物炭的首选材料。基于南荻生物炭开发出的炭基土壤调理剂可用于稻田降镉，且同时添加南荻土壤调理剂和镉钝化剂还可显著提高水稻产量[6]。由于南荻在肥力条件较好的农田中种植时，产量潜力可以充分发挥，在干旱、盐碱或贫瘠的边际土地上种植，其产量水平会明显受到抑制[7-8]。但是在我国没有足够的土地可以用来大规模种植南荻。而在我国西部和北部主要分布着大约有1.64×108万hm2的边际土地，这些土地气候干旱、环境恶劣，不适宜种植经济和粮食作物，是南荻大规模种植的潜在分布区。因此，在本实验中，采用SSR分子标记的方法分析不同地理种群南荻的遗传分化水平，了解各种群之间南荻的亲缘关系，从而进行杂交育种，获得具有杂种优势的新品种，为选育耐寒耐旱的新品种做材料支撑，依据不与人争粮、不与粮争地的原则，选育出一批能在中国各种不同类型边际土地种植的芒属作物新品种或新品系。种质资源的遗传分化程度是遗传改良与育种的前提。目前有关于南荻种质资源遗传多样性的研究也逐渐开始展开，有肖亮[9]等对五节芒资源表型性状的遗传多样性进行了研究，结果显示中国五节芒表型性状的变异系数为2.80%～73.43%。在田美虹[10]等的研究里，南荻的表型变异系数为25.46%，仅次于芒（26.16%），该研究对华东植物区系内芒草的表型性状变异系数和Shannon’s指数的结果表明，该区系内芒和南荻表型性状的变异幅度较大，遗传多样性较丰富，而荻和五节芒的表型性状变异幅度较小。杨塞等[11]对30份来自全国各地的南荻的农艺性状和品质性状研究发现，其农艺性状和品质性状的变异系数变化范围为4.15%～75.02%。项伟等[12]对4个植物区系的南荻的9个表型性状进行了研究，发现南荻的表型性状在区系间存在显著差异。郭孟齐[13]等对54个南荻野生居群的8种表型性状进行了遗传多样性的分析，发现南荻的表型变异主要来自种群内。分子标记是种质资源评估、遗传多样性分析和标记辅助育种的重要工具。SSR又称微卫星DNA，是一种共显性标记，具有扩增条带清晰、产物重复性好、多态性高等优点，被认为是遗传多样性分析中最好的标记之一。在钟智林等[14]的研究中运用SSR分子标记的方法，用30对玉米SSR引物对15份中国湖南省的野生芒属材料进行扩增，结果表明：30对引物共扩增出159条带，其中多态性条带121个，占76.10%。薛德等[15]所做的研究中，26对引物在53份五节芒材料中表现出高多态性，基于SSR分子标记结果可以看出五节芒种质资源具有丰富的遗多样性。在张馨芳等[16]利用SSR标记对燕山板栗种质资源遗传多样性的分析中，21对引物共检测到71个等位变异位点,变异范围为2～6,平均每对SSR引物可检测到3.38个等位位点;多态性信息含量为0.6145～0.9723,平均0.8668。以上结果表明SSR标记在芒属植物种质资源遗传多样性的分析具有很好的可行性。南荻自身具备丰富的遗传多样性、自交不亲和及种间可杂交等，这为本研究的实施提供了理论基础。本课题组基于南荻在中国的整个空间分布范围来研究南荻的遗传多样性。通过研究不同地理种群南荻表型的遗传多样性及其分子方面的遗传多样性空间分布，筛选南荻优势种，获得抗逆性更强的南荻种群，从而为解决南荻在边际土地上的种植生长问题提供参考，对南荻野生种质资源的育种具有重要意义。2材料与方法2.1材料本研究采用了184种南荻野生种质资源用于分析遗传多样性，所用植物材料来自于湖南农业大学芒属植物资源圃（28˚11’14.42"N,113˚4’7.69"E）。该资源圃自2006年以来，在全国自然化的芒草分布区内调查收集包括南荻在内的芒属植物野生种质资源，并种植在耘园基地（消除环境因素对南荻表型性状造成的影响），资源圃内种植区不施用水、肥，以排除人为因素对实验的影响，每年12月刈割一次。待南荻在资源圃内生长稳定时，对南荻进行采样收集。所有这些材料基于三个条件被分为14个居群（图1）：（1）一个种群内收集的所有种质的起源点应密切相关；（2）相似的生长条件；（3）没有自然隔离障碍（例如高山，大河）。图114个居群的分布区域Figure1Distributionareaof14populations2.2测量指标与方法2.2.1表型性状的测量野外采样时，每个居群内选取10个单株进行表型性状的测量，居群内单株采样距离间隔3m以上，不同居群间相隔20km以上。表型数据的测量项目包括：株高，即植株地上部分到花序最高处的距离；节数，即植株地上部分到小穗基部的分节数；茎密度，即植株每平方米的茎秆数目；分枝数，即植株单根茎秆上腋芽发育形成的分枝数；单株干重，即植株单根茎秆烘干至恒重的重量；基部直径，即植株单根茎秆距离地面5cm处的直径；干物质产量，即植株每平米的地上生物质总干重；最大节长，即植株地上部分节间最长的茎节长度。2.2.2基因组DNA的提取与PCR扩增DNA的提取：从芒草种质资源圃中采集184种南荻的幼叶，并保存在-20℃的条件下，采用改良CTAB法[17]提取南荻材料的总基因组DNA，通过琼脂糖凝胶电泳分析和分光光度计测定吸光值来分析每个DNA样品的浓度和纯度。根据样品在260nm和280nm的读数比值可以估计核酸的纯度。当OD260/OD280≥1.8时，则可以进行下一步PCR的扩增；如果没有，则需要重新取样，直到样品材料的OD260/OD280≥1.8。将稀释后的DNA样品在0.8%琼脂糖凝胶上电泳，再通过紫外成像系统照相，在照片中比较样品与标准DNA梯度的亮度，可估算样品的浓度。另外，可通过观察电泳跑胶情况，检查照片中样品电泳带有无拖带现象估计DNA质量PCR扩增：SSR-PCR反应体系为15μL，含有10×PCRbuffer1.5μL、25mmol/LMgCl21.5μL、Primer1.2μL、10mmol/LdPTPs0.3μL、20ng/μL模板DNA2μL、5U/μLTaq酶0.1μL。以上试剂均购自广州东盛生物技术有限公司。PCR反应条件为：94℃预变性5min；94℃变性1min，56~64℃退火30s，72℃延伸1min，35个循环；72℃延伸7min[13]。该反应在BiometraTgradientPCR仪中进行。在12%非变性聚丙烯酰胺凝胶上分离PCR产物，银染显色后在紫外光下照相。本研究中采用了68对引物进行PCR扩增，这68对引物的效用已经在其他不同种芒属植物中得到评估，只有26对引物（图2）具有清晰且可重复的条带，可用来进行遗传多样性的分析。将SSR标记清晰可辨的电泳条带用于统计分析，在相同迁移率上，有扩增带的赋值为１，无扩增带的赋值为０，并根据这些数据建立矩阵，用来计算Nei的基因多样性和Shannon’s多样性信息指数。图226对SSR引物名称与序列Figure2Nameandsuquenceofthe26SSRprimerpairs2.2.3南荻种质资源遗传多样性空间分布的可视化根据已计算出的遗传多样性参数，将南荻种质资源遗传多样性的空间分布可视化。(1)生成地理参考数据：一个种群内所有种质的起源地均被赋予每个多样性参数相同的值；(2)在ArcGIS中将地理参考的遗传数据与地理数据一起组织；(3)使用IDW分析遗传参数插值以生成遗传表面图，将得到的遗传表面图覆盖到南荻的地理分布区域，以生成南荻地理分布范围内的遗传变异图。2.3数据处理用SPSS22.0软件计算试验数据的最大值、最小值、平均值、标准差和变异系数；采用单因素方差分析对数据进行F值检验；采用Shannon’s多样性指数（I）来评价南荻各表型性状的变异程度和遗传多样性。根据已获得的0-1矩阵，利用GenAlexv6.1软件计算Nei’s基因多样性和Shannon’s多样性信息指数。通过Excel2013统计SSR扩增的条带总数（TNB）和多态性条带数（NPB)，计算多态性位点百分率（PPB），其中PPB=NPB/TNB。SSR引物多态性信息含量（PIC）采用POWERMARKERversion3.25软件计算得出。采用POPGENEversion1.31软件计算观察等位基因数（Na）、有效等位基因数（Ne）、Nei的基因多样性（H）、Shannon的多样性信息指数（I）、多态性的百分比位点（PPL），通过这五项参数来评估南荻遗传多样性的水平。3结果与分析3.1南荻野生居群的型变异及遗传多样性分析南荻野生居群表型差异性的检验结果表明（表1），所选的8种表型性状指标在不同居群间均存在极显著差异（P＜0.01），其在居群间的差异度分别为干物质产量（F=78.90）、茎密度（F=31.34）、最大节长（F=24.05）、单株干重（F=23.31）、株高（F=18.56）、茎粗（F=12.07）、节数（F=10.82）、分枝数（F=5.62）。对不同南荻野生居群表型变异的研究可以发现，南荻野生居群的表型性状变异幅度大，遗传多样性丰富，8种表型性状在居群间的变异幅度为17.05%～78.98%，其中单株干重和干物质产量在不同居群间的变异幅度最大，其变异系数分别是78.98%和78.10%；而节数在居群间的变异幅度较小，其变异系数只有17.05%。采用Shannon’s多样性指数（H'）来评价南荻各表型性状在所选居群间的遗传多样性，结果表明8个性状的遗传多样性指数H'变化范围为1.61-1.78，其中株高、茎粗和茎密度的H'值最大为1.78，而干物质产量的H'值最小为1.61，说明在所选居群间南荻的株高、茎粗和茎密度的遗传多样性最为丰富，而南荻的干物质产量的遗传多样性最低。在野外调研中也发现，南荻在各植物区系内分布的生境类型十分丰富，使得南荻具有丰富的基因型差异，进而造成南荻在表型性状上具有丰富的遗传多样性。表1南荻试验材料的表型性状Table1ThephenotypictraitsinformationofthetestedM.lutarioripariuspopulations表型性状最小值最大值平均值标准差变异系数H’指数F值P值TratisMinMaxMeanSDCV(%)H’indesFValuePValue株高（cm）Plantheight206.20614.90368.0072.4119.681.7818.56**茎粗（mm）Stemdiameter8.1025.5314.153.3623.771.7812.07**节数Pitchnumber15.0041.0028.754.9017.051.7210.82**最大节长（cm）Longeststem13.3243.3223.9760125.061.7524.05**分枝数Branchnumber0.0018.004.913.2866.681.765.62**茎密度（个/m2）Shootdensity10.0044.0025.147.4729.701.7831.34**单株干重（g）Dryweightperstem21.80696.57148.96117.6478.981.6723.31**干物质产量（kg/m2）Drymatteryield0.4212.123.552.7878.101.6178.90**注：*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。Notes:*and**indicatesignificantdifferencesat0.05and0.01levels.3.2南荻野生居群的分子遗传多样性分析用26对SSR引物对14个居群的184份南荻个体基因组进行PCR扩增。共扩增出235条清晰的带，每对引物检测的位点数介于2~23之间，平均每个引物能扩增出9.04条带；其中HAU-404扩增的条带数最多，共检测出了23条，HAU-32和HAU-35扩增的条带数最少，只有2条。在235个条带中，其中多态性条带数（NPB）为115条，平均为6.76条；多态性比率（PPB）范围为50.00~100%，平均为91.06%；不同SSR引物所显示的试验材料的多态性信息含量（PIC）值范围为0.39~0.94（表2），平均为0.67，所有SSR引物都为中度多态引物（PIC>0.25）。结果表明SSR分子标记在南荻种质资源中具有良好的多态性，可以用这些SSR引物进行南荻不同种质间的遗传多样性和遗传分化的研究。表2SSR引物的多态性Table2ThepolymorphismofSSRprimers引物名称正向序列(5’-3’)反向序列（5’-3’）TNBNPBbPPBc(%)PICdHUA-456AAGCTGCGAGAGCAAGAGACCAGGTCGCCGTAGGTGTAGT66100.00%0.39HUA-187CCAGACATTCCCCAAACCCTACGTCGGTGTCGTACTGGTTG66100.00%0.64HAU-144TAACTGCAGAAACGGTGGTCAATACTCTTCACGCTCAATAAACCCAGT7685.71%0.59HAU-89CAACAGGGTGAACCCTCTGTACTTAATATGGTGTTGTGATTTGCATCG88100.00%0.71HUA-386CTGTTCCACCACAAGAAGGACCACCGTGGTCTCCGTGTACT7685.71%0.64HAU-384ACAGGACTGCAGTGTCAGGATGGGTTTCTCAAACTCCTTTGG10990.00%0.82HAU-116ATATTCATCGGTTCAACTTCCAGCGCCAGCCTCCCGTAGTC4375.00%0.47HAU-414AACTAATTTGCATGGCAGCATGCGGACAAGCAAGTAGATGTG1111100.00%0.67HAU-281AACAGTCAAGCTCACTTTCCGCCATCCATAAGCTGAAGGAGTGAGG1313100.00%0.89HAU-469TTAATGATGAAGCTGCCTGCCGACTTCGACTACGAATCCTG99100.00%0.85HAU-321AGAGAATCCCCAAGCAAACAAACCTTCATCGGAGCCATGGTGT77100.00%0.61HAU-378CGTGCTACTACTGCTACAAAGCGAAGTCGTTCGTGTCTTCCGAAACT44100.00%0.51HAU-12CACCAACGCCAATTAGCATCCGTGGGCGTGTTCTCCTACTACTCA77100.00%0.65HAU-47TCTCTGACTATTCCACGAGCTCAACTGGTGCGTGCTACAACTGTG111090.90%0.74HAU-32AGAACCTCCCGCTTGACGACACCTCAACCTCGACCTCTGCAT2150.00%0.11HAU-18TTTTTCTTCTCACCATCACCTTCATGGCTTCAAAGAAGAGGAAACATC3266.66%0.50HAU-2ATCTCGTCTACCTAACCCACCCTCCAGGTGAAGAATCTGGTGAGGTC77100.00%0.82HAU-35TGGTTATGTGCATGATTTTTCCTGCATGCGTCTGATCTTCAGAATGTT2123-124100.00%0.36HAU-64GGGACAAAAGAAGAAGCAGAGGAAATGGGACAGAGACAGACAAT10490.00%0.73HAU-193ATATTGTACAGGAGCAGCTGGGACGGAGGTCATGCGTGTAAATAGGTC6135-14083.33%0.73HAU-388GAGAAGACGCAGAACGACATCCAGTTAGGTTCTCGGATGCAG20141-16090.00%0.90HAU-438GCACCTTTCCAGCTATAAGCAACGCGATGTAACTACACCCAC5161-16580.00%0.74MSSR-21TATGGGTGAATGTTGGTTTGCCCGTTTGTGCGAGTGC20166-185100.00%0.90MSSR-17CTATGATGATGGCAACGTCCAAAACAGTGAGGGT18186-203100.00%0.90HAU-119CTTCCCCTCCGCTACTGCTCGTACTTGGTGTTGTCGCTCTTCTTC9204-21288.88%0.69HAU-404GGACACTTGGCAACGAAGCAGCTCAAGGTCGTCTTCTGC23213-23591.30%0.94注：TNP：总条带数。NPBb：多态性条带数。PPBc：多态性比率。PICd：多态性信息含量。Notes:TNP:totalnumberofbands.NPBb:numberofpolymorphicbands.PPBc:percentageofpolymorphicbands.PICd:polymorphisminformationcontent.3.3南荻居群遗传多样性的空间表征本研究通过使用26个微卫星标记分析184种南荻样本的遗传多样性（表3），所有样本来自整个自然分布范围内14个南荻野生居群。结果表明，不同南荻居群间的遗传多样性存在差异，各居群的多态性位点百分比（PPL）在49.79%~82.13%，平均69.00%，其中Pop7居群的最高，Pop1居群的最低，说明南荻各居群内的多态性较高，居群间的多态性水平普遍较高，这显示了不同野生居群南荻的遗传多样性丰富。按所检测到的多态性位点百分率，14个居群的排序为：Pop7（82.13%）>Pop4（75.32%）>Pop5（73.62%）>Pop3=Pop14=Pop9（73.19%）>Pop13（72.77%）>Pop12（71.49%）>Pop2（71.06%）>Pop8（65.96%）>Pop11（64.26%）>Pop10（61.70%）>Pop6（58.30%）>Pop1（49.79%）。每个居群的观察等位基因数（Na）介于1.4979~1.8312之间，平均值为1.9362；有效等位基因数（Ne）可以反应群体遗传变异的大小，其变化幅度在1.2930~1.4144之间，平均值为1.4003；在14个野生居群中，各居群间的Nei’s基因多样性指数（H）在0.1713~0.2416之间，平均为0.2462；Shannon’s多样性信息指数（I）在0.2576~0.3636之间，平均为0.3857，说明南荻具有高水平的遗传多样性，这就为南荻新品种或新品系的遗传育种提供了理论基础。表3南荻14个种群的遗传多样性参数Table3GeneticdiversityparametersforfourteenpopulationsofMiscanthuslutarioripariusPopulation观察等位基因数(Na)有效等位基因数(Ne)Nei的基因多样性(H)Shannon的多样性信息指数(I)多态性的百分比位点(PPL)Pop11.49791.29300.17130.257649.79%Pop21.71061.37470.22360.341271.06%Pop31.73191.38570.22660.344573.19%Pop41.75321.36070.2160.332675.32%Pop51.73621.37330.22280.340973.62%Pop61.5831.31880.19080.290258.30%Pop71.82131.37370.22820.354282.13%Pop81.65961.35120.21050.321265.96%Pop91.73191.38860.23080.350773.19%Pop101.6171.34370.20390.309361.70%Pop111.64261.3860.22430.336164.26%Pop121.71491.41440.24160.363671.49%Pop131.72771.38520.22920.349472.77%Pop141.73191.39780.23510.356673.19%平均1.93621.40030.24620.385769.00%了解南荻种群的遗传多样性与遗传改良的潜力，对于南荻育种具有重要意义。在不同的南荻野生种群中，H指数的变化很大，例如，多样性最高的种群Pop12（0.2416）比多样性最低的种群Pop1（0.1713）高40%。对于I指数也是一样，Pop12的I指数（0.3636）比最Pop1的I指数（0.2576）高41.1%。遗传多样性的空间图显示，长江下游南荻种群比上游区域种群的遗传多样性更丰富；河南南部居群（图3中西北绿色部分）的遗传多样性最低，其次，是湘南湘江上游居群（Pop6）；从图中可以看出，Pop11和Pop12所在的江苏中部和南部是遗传多样性最丰富的地区（H为0.2243-0.2416，I为0.3361-0.3636）；但是，与多样性最高居群相邻的安徽东部（Pop10）和中南部（Pop8）居群，具有中等至低的遗传多样性（H为0.2039-0.2105，I为0.3093-0.3212），而且，洞庭湖沿海地区的最大居群（Pop4）的多样性也仅仅只是中等（H=0.216，I=0.3326）。对南荻不同野生种群的遗传多样性研究结果表明，长江下游的江苏中部和南部居群的遗传多样性比长江上游和中游的湖南、湖北、江西居群的遗传多样性要高。图3南荻居群遗传分化空间分布图Figure3SpatialdistributionmapofgeneticdifferentiationofMiscanthuslutarioripariuspopulation4讨论与结论南荻耐旱、耐寒性较差，在边际土地上的存活率较低，通过分子育种等手段选育耐旱耐寒的新品种有利于南荻种质资源的推广种植。物种在适应自然环境和长期进化的过程中会形成丰富的遗传多样性，遗传多样性是物种进化潜力的代表。遗传多样性分析是充分利用种质资源的重要前提，而表型多样性分析是遗传多样性分析中重要的组成部分，其具有操作简便、成本低和周期短的特点，目前已在多种作物的种质资源评价中得到广泛应用。表型是由基因型和环境共同作用的结果，因此可以通过分析南荻表型性状上的变异来研究南荻的遗传变异程度。对筛选出的184个南荻野生种质表型性状的遗传多样性分析表明：8种表型性状在居群间均存在极显著差异（P＜0.01），各性状在居群间的变异范围为16.15%～78.98%，Shannon’s指数范围为1.61～1.78。与其他高大禾草（割手密、斑茅）相比[18-19]，本研究得出的南荻表型变异系数较大，Shannon’s指数范围也较大，这说明所选南荻材料的表型遗传多样性较丰富，南荻种内存在着丰富的表型变异。物种不同居群间的变异反映了其地理和生殖隔离上的变异，是物种适应不同环境的具体表现[20]。本研究所选取的南荻居群分布在111°～120°E，28°～33°N，分布区域较大，经过长期的自然选择和进化，各居群间的生境和气候不尽相同，南荻野生居群间也会产生不同程度的遗传分化，这就使得南荻各野生居群间的表型性状存在差异，进而表现出丰富的遗传变异和遗传多样性。南荻在我国分布比较广，为适应不同的自然环境，呈现出较丰富的遗传及表型多样性。本研究采用SSR分子标记技术对中国范围内南荻种质资源的14个南荻野生居群的184份材料的遗传多样性和遗传分化进行分析，结果表明，在物种水平的多态性比率（PPB）为0.9106，高于NieGang[21]对芒属植物芒研究的结果，其中H为0.2462、I为0.3857，此结果也大于木兰科植物厚朴的平均水平（H=0.194，I=0.286）[22]。表明南荻具有较高的遗传多样性水平。多态性信息含量（PIC）在物种水平上为0.67，该结果表明，SSR引物是高度多态的且具有信息性。从以上结果可以看出，SSR标记可作为研究南荻种质资源的有效工具，为鉴定南荻种质资源、构建遗传图谱、基因作图和克隆奠定基础。种群的遗传多样性受许多因素影响，包括育种系统，种群规模，遗传漂移，自然选择，突变率和基因流。洞庭湖地区是南荻在中国最大、最连续的分布中心，而在河南、安徽地区的南荻野生居群的规模很小，在这些地区南荻都是呈点状分布，因为人为的对南荻资源的掠夺性收集以及对其栖息地的破坏，所以只发现了极少数的南荻居群。种群的规模与遗传多样性是显著相关的，在自然环境中，较低的种子发芽率和通过根状茎的无性繁殖是导致小种群中的遗传多样性低的原因，这也就解释了这些小规模南荻居群内的低遗传多样性。洞庭湖地区有150多万亩的野生南荻资源，是我国南荻分布的核心区域，综合性状较优，同时也是南荻种质资源最丰富、最优良的区域。本研究结果显示，在南荻分布中心的洞庭湖区域内的居群，其遗传多样性比江苏中部和南部居群内的遗传多样性低，具有中等至低的遗传多样性。这与YangSai[23]等的研究不相符，这可能是因为我们所采集的南荻野生种质资源来源更广泛，在本研究中所使用的分子标记也不同，所产生的试验结果也不相同。许多因素都可能导致中等程度的种群分化，包括但不限于花粉和种子转移、育种系统、地理隔离和环境异质性。在本研究中，中等遗传分化的最合理解释可能是由于南荻野生居群间的地理隔离。本研究表明南荻种质资源具有丰富的遗传多样性与中度的遗传分化，能够筛选出应用于不同类型边际土地的优良种质，该研究根据多样性分析的结果可以为提高育种效率提供遗传基础。参考文献[1]易自力.芒属能源植物资源的开发与利用[J].湖南农业大学学报（自然版）,2012,38(5):455-463.[2]钱茱希,薛帅,郭孟奇,等.基于SCoT标记的洞庭湖区南荻种质资源的遗传多样性研究[J].中国草地学报,2018,40(03):14-19+48.[3]党宁,黄志刚,李合松.纤维型植物南荻的生物学及其应用研究进展[J].热带亚热带植物学报,2012(04):104-110.[4]谢光辉,卓岳,赵亚丽,等.欧美根茎能源植物研究现状及其在我国北方的资源潜力[J].中国农业大学学报,2008,13(6):11-18.[5]赵春桥,陈敏,范希峰,等.干旱胁迫对芒草生长与生理特性的影响[J].干旱区资源与环境,2015,29(11):197-201.[6]廖雄辉,龙琴,王惠群,等.南荻炭与镉钝化剂互作对水稻镉含量和产量的影响[J].农业环境科学学报,2018,37(09):1818-1826.[7]范希峰,侯新村,武菊英,等.我国北方能源草研究进展及发展潜力[J].中国农业大学学报,2012,17(6):150-158.[8]胡小虎.南荻（Miscanthuslutarioriparius）种质资源的收集及遗传变异研究[D].武汉大学,2017.[9]肖亮,蒋建雄,易自力,等.五节芒种质资源的表型多样性分析[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2013,39(02):150-154.[10]田美虹,郭孟齐,易自力,等.华东植物区系芒属植物的表型遗传多样性研究[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2019,45(4):348-354.[11]杨塞,肖亮,王钻,易自力.南荻种质农艺及品质性状主成分聚类分析与综合评价[J].中国草地学报,2016,38(03):26-33.[12]项伟,易自力,肖亮,等.南荻种质资源表型性状遗传多样性[J].草业科学,2017,34(03):547-555.[13]郭孟齐,肖亮,廖剑锋,等.南荻野生居群的表型多样性及土壤养分对其表型的影响[J].西北植物学报,2019,39(10):1868-1880.[14]钟智林,蒋建雄,杨璐,等.玉米SSR引物在芒属植物遗传多样性分析的应用研究[J].现代生物医学进展,2009,9(11):2076-2079+2119.[15]薛德,肖亮,艾辛,等.五节芒表型性状和SSR标记遗传多样性分析[J].草业学报,20