濒危植物长苞铁杉遗传多样性时空格局的研究

来源 :中国科学院武汉植物园 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cassyqc
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遗传多样性是物种长期生存和进化的基础。遗传多样性时空格局的研究,可以反映生物在整个生命周期中基因的动态变化规律,帮助我们认识影响居群遗传结构的各种潜在的生态和进化因素,推断遗传多样性形成的过程。而且,通过划分不同年龄阶段对居群空间遗传结构进行研究,结合繁育结构和扩散信息,可以更清楚地认识这些进化过程将对后代个体产生的影响,估计居群的命运,是保护生物学的前沿领域。   长苞铁杉(Nothotsuga longibracteata)是我国特有的单种属植物,是一种珍贵的古老孑遗的活化石,对松科植物的系统发育和古生态古气候的研究具有重要价值。由于气候变化和大规模的砍伐,目前呈片段化分布于我国东南六省。长苞铁杉的野生居群年龄结构从卜500年不等,是进行遗传多样性时空格局研究的理想物种。本文采用大尺度的时间格局(幼苗、50年以下、50—100年、100—150年、150—200年、200—500年、500年以上等)和大尺度的空间格局(福建、广东、湖南、江西、广西、贵州),以及核质基因组分子标记SSR、cpSSR相结合的方法,分析长苞铁杉遗传多样性的空间分布格局,不同地域、不同生境、不同海拔、不同居群大小对长苞铁杉遗传多样性的影响,以及不同的历史年代所反映的遗传多样性的动态变化规律。   通过对福建天宝岩自然保护区长苞铁杉天然纯林的群落组成、年龄结构和各年龄级的空间分布格局的研究表明,长苞铁杉的伴生种多为常绿和落叶阔叶树种,不利于长苞铁杉幼苗的更新;年龄结构的动态变化显示,长苞铁杉幼苗、幼树数量严重不足,属衰退型种群;用Ripleys K(d)函数对各年龄段个体进行空间格局分析,长苞铁杉在发育过程中,分布格局随时间表现出动态变化的过程,60a以下年龄级个体呈显著的聚集分布,60a以上年龄级个体则变为随机分布。主要是由于长苞铁杉的种子散布、生长特性、微环境的异质性、种群内和种群间的竞争、种群的自我稀疏过程造成的。   从长苞铁杉AC富集文库中分离和筛选了12对多态性的微卫星位点,每个位点的等位基因数从2-13不等,平均为8.3个。观察杂合度为0.03-0.97,期望杂合度为0.09-0.88。这些多态性的引物为长苞铁杉保护生物学研究提供了有效的工具。   长苞铁杉遗传多样性的空间格局表明,长苞铁杉具有较高的核基因组遗传多样性和中等水平的叶绿体基因组多样性,遗传多样性的空间分布与居群大小有密切关系。大居群保持了较高的遗传多样性,主要是因为长寿命树种结合了几代的生活史特征,利于它们保持较高的遗传多样性。小居群的遗传多样性则很低,主要是因为它们经历了遗传瓶颈或奠基者效应,以及与其它居群缺乏有效的基因流及伴随的遗传漂变造成的。单倍型的空间分布支持多孑遗中心的假说,即贵州梵净山、广西猫儿山、南岭山地和福建天宝岩都是长苞铁杉的孑遗中心,而南岭山地是所有孑遗地遗传多样性的中心。   长苞铁杉遗传多样性的时间格局表明,各年龄级的遗传多样性参数并无显著的变化,各年龄级存在弱的遗传差异,尤其是幼苗与成年树的遗传差异水平显著。表明了居群在生活史上存在着独特的繁殖、殖民和基因流事件,这些连续的繁殖事件的基因库是不同的,长苞铁杉的遗传变异随着年代的不同而不均一,各年龄级特有的稀有等位基因很大程度上代表了居群适应长期的环境变化的遗传潜力。因此,对于长苞铁杉这种长寿命的树种,为了保护基因库的完整性,应注意保护不同年龄级的个体。
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