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侵略性藤本金钟藤的遗传多样性与亲缘地理学研究

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全球变化引发生物自然分布区域的变化:热带亚热带藤本植物对其本身生态系统形成最早的自然入侵,是生物入侵的新形势。入侵生物分子生态学的研究可为研究其入侵的途径、方式和控制策略提供科学可靠的依据。金钟藤Merremiaboisiana是近年来在广东和海南爆发为害的侵略性藤本。本研究应用种群遗传学、亲缘地理学的方法和技术(ISSR分子标记和cpDNA测序)研究了我国境内金钟藤的遗传多样性和遗传结构及其种群亲缘地理式样,主要结果如下: 1.虽然金钟藤为克隆植物,在核DNA水平上具有较为丰富的遗传多样性。在种群水平,多态条带百分率(P)、有效等位基因数(Ne)、Shannon多样性指数(I)、期望杂合度(He)和无偏差期望杂合度(UHe)各自平均分别为8.70%、1.048、0.043、0.029和0.030;而在物种水平,它们则分别为24.13%、1.117、0.074、0.115和0.112。 2.金钟藤在不同生境作用下已形成了一定程度的遗传分化,地区内种群之间的变异是金钟藤遗传分化的主要渠道。金钟藤的遗传变异中仅有17%的变异存在于地区之间,27%的变异存在于种群内部,大部分(56%)的变异存在于种群之间。变异的第一来源是广州龙洞地区的种群之间,其次是海南地区的种群之间。 3.金钟藤种群相互之间的遗传一致度在0.90以上,说明种群之间具有共同的遗传基础,亲缘关系较近。Mantel检验说明地理距离和遗传距离之间存在较低的相关性(r=0.5340,p=0.0040和r=0.5418,p<=0.0110)。遗传距离的UPGMA聚类中,云南河口和广西大新种群首先分离出来,其次是惠州罗浮山种群分离出来,广州地区的种群和海南地区的种群大聚集、小混聚。 4.金钟藤在物种水平,基因型数量、基因型比率和平均克隆大小分别为58、0.1711和5.845。种群水平,广州太和嶂8种群的基因型数最多(6个),其次是海南兴隆、吊罗山、五指山和云南河口种群,都是5个。而基因型比率最高的则是广州龙洞3(0.3),其次高的分别为广西大新(0.2857)、广州龙洞2(0.2727)、云南河口(0.2632)。种群间具有6个共有基因型,但它们并不分布在所有种群,而是分布在同一地区的不同种群,没有跨越省份的基因型;因此,就本研究来说,没有发现金钟藤存在“万能基因型”;但是,在每个种群,都是一种或两种基因型占优势。 5.TrnF-Trnl和psbB-psbH片段在不同种群间无变异或寡变异。TrnG-TrnS片段不同地区间变异丰富,但在广州龙洞、广西大新、云南河口、惠州罗浮山、海南万泉和海南保亭种群内无变异。 6.TrnG-TrnS片段在95%的置信度1000次重复下,得到7个单倍型,即广州龙洞、云南河口、广西大新、海南五指山、海南兴隆、海南吊罗山各有一个自己的单倍型,惠州罗浮山和海南保亭、万泉、五指山共享一个单倍型;总的单倍型多样性Hd=0.7714±0.0100,核苷酸序列多样性π=0.3290±0.0122。 7.根据TrnG-TrnS片段,云南河口种群与广西大新种群最接近,这两个种群与其它种群亲缘关系较远,远远分离开来;海南保亭、海南万泉、河惠州罗浮山种群与海南五指山11号完全一致,它们最为接近的是广州龙洞种群,次之为海南五指山5号;而海南兴隆种群和海南吊罗山种群关系较近,它们连接起广西种群和广州种群。 总之,无论是核基因还是叶绿体基因,虽然金钟藤是克隆植物,却显示了不低的遗传多样性水平,遗传变异主要存在于种群间和地区间;虽然地理距离和遗传距离之间存在较低的相关性,但云南河口和广西大新种群总是与其他种群显著分离,在海南和广州爆发为害的种群是在本地各自发展起来的。金钟藤的生物学、生理学、生态学和遗传学特性是其爆发为害的必要基础,全球变化因子(干扰、升温等)为其爆发为害提供了充分条件。本研究结果证明了金钟藤的爆发为害正是其充分利用了自身基础和外部条件的结果。

李忠超

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金钟藤 遗传多样性 亲缘地理 生物入侵

博士

植物学

葛学军

2010

中国科学院研究生院

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Q94