千家寨不同海拔野生古茶树叶片生理生态特性及遗传多样性研究

来源 :西南林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:king20051400
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本研究以云南省镇沅县千家寨自然保护区内4个不同海拔梯度(A1:2050m、A2:2200 m、A3:2350 m、A4:2500 m)野生古茶树群体(大理茶种)为研究对象,对其叶片生理指标、叶片解剖结构、碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其计量比和遗传特征进行比较,探究海拔对野生古茶树叶片生理特性、叶片形态解剖结构和化学组分计量特征以及遗传多样性的影响,进而探讨植物对环境变化的响应与适应,可为野生古茶树资源的保护和开发利用提供理论基础。本研究的主要结果如下所示:(1)生理特性:随着海拔的升高,野生古茶树叶片叶绿素a(Chla)、chla/chlb比值先增后降,而总叶绿素(Chl a+b)和类胡萝卜素(Carotenoid)含量呈现先增后降再增的趋势,均在海拔2200 m达到最大值;同时,野生古茶树叶片中葡萄糖(Glucose)、淀粉(Starch)及可溶性蛋白(Protein)等内含物质含量在海拔2200 m处亦显著高于其他海拔。此外,随着海拔上升至2500 m,葡萄糖、淀粉及游离脯氨酸(Proline)含量降至最低水平,而抗氧化酶POD及APX有着更高的活性。这说明千家寨自然保护区海拔2200 m的生境条件更有利于野生古茶树光合生理代谢及光合产物淀粉或糖分的累积,而且随着海拔的逐渐升高,野生古茶树受到外界不良环境胁迫越强的同时抗逆性也在增强。(2)叶片解剖结构及化学组分计量特征:随着海拔的升高,野生古茶树叶片厚度、表皮厚度、角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、主脉厚度以及叶片C含量等指标呈现出增-降-增的变化趋势,在海拔2200 m亦增至最高水平,表明该海拔环境有利于野生古茶树的光合碳同化,其生长代谢较为旺盛;同时随着海拔的增高,野生古树茶的叶片结构更为紧凑,且叶片中的C、N、P和长期水分利用效率(δ13C)的累积增加,以适应高海拔的生长环境。此外,生理学和解剖学指标在海拔梯度上具有较大的可塑性,在不同海拔之间变异程度属于中等;而且该区域野生古茶树的生长并不受N、P元素的限制。千家寨野生古茶树叶片解剖结构和化学计量特征在不同海拔表现出的这种差异,对垂直梯度小生境变化的适应具有重要作用。(3)遗传多样性:从实验室自行开发的207对引物中筛选出16对多态性好、可重复的SSR引物,16对引物对86份供试野生古茶树资源进行扩增,共检测到182个等位序列,平均多态性位点百分率(PPB)达到100%。物种水平上,野生古茶树居群具有丰富的遗传多样性,平均Nei’基因多样性指数(H)、Shannon信息指数(I)、多态性信息含量(PIC)分别为0.82、1.99、0.36。居群水平上,Nei’基因多样性指数(H)平均为0.79,Shannon信息指数(I)平均为1.84,多态性信息含量(PIC)平均为0.36,多态性位点百分率(PPB)平均为100%。从Shannon信息指数和Nei’s基因多样性指数看,4个群体遗传多样性的分布依次为A1>A3>A2>A4,该树种独特的生物学特性、生活习性可能是导致该现象的主要因素。群体分化系数(Fst)为0.03,AMOVA分析表明居群内遗传变异占总变异的87.16%,两者都说明千家寨不同海拔野生古茶树居群间存在较低的遗传分化水平,不同海拔居群内部变异是主要的变异来源;种群间的基因流(Nm)为8.52,表明高的基因流也可能是导致千家寨野生古茶树居群间遗传多样性高的主要因素。此外,UPGMA聚类分析结果表明,在遗传相似性系数为0.84时,可将4个野生古茶树居群可分为两大类,其中A1、A2海拔分布区的野生古茶树居群被聚为一大类,其他两个海拔(A3、A4)野生古茶树居群分布区单独聚为一类。
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