论文部分内容阅读
瑞香狼毒是瑞香科狼毒属植物，该属仅此一种，分布于俄罗斯、蒙古、尼泊尔及中国，在中国广泛分布于东北、华北、西北、西南各省的高山、亚高山草地及灌丛。瑞香狼毒的花色变异较大，有白红色、白黄色，纯红色、纯黄色等多种花色，且不同花色居群呈异域分布格局。本文在形态学基础上，通过对繁殖生态学、分子系统学、谱系生物地理学、遗传多样性的研究，从居群水平揭示瑞香狼毒的遗传多样性、遗传结构、地理起源与分化，初步探讨了地质历史事件在其物种形成、发展、分化过程中的影响。主要研究结果如下：
1．形态学比较
瑞香狼毒的茎、叶、花各部分的多项形态学数据在居群之间都存在一定程度的重合，不适用于种下分类分析。One-way ANOVA分析表明居群间表型差异显著。但用LSD分析对两两居群间差异显著性进行比较时发现居群间差异情况既不符合瑞香狼毒地理分布规律也与花色变异规律不一致。单纯利用形态学数据不足以对植物居群间的分化进行阐述，有必要采用分子手段对居群间的分化情况进行更深入的研究。
2．基本繁殖生态学特征控制
授粉实验结果表明瑞香狼毒是一种自交不亲合植物，其授粉过程依赖于传粉昆虫。传粉昆虫种类较多，在四个野外观察地点共观察到26种传粉昆虫，均为鳞翅目昆虫，主要为蛾类和蝶类。瑞香狼毒传粉昆虫种类、传粉时间在不同地点有所不同。四川省炉霍县居群的传粉昆虫为蝶类和蛾类，九龙县居群的昆虫为蝶类，两地昆虫传粉时间为白天10：00-16：30：内蒙古自治区多伦县和云南省中旬县居群的传粉昆虫为蛾类，传粉时间分别为傍晚20：30-22：30和20：00-23：00。
3．分子系统学分析
利用叶绿体tmT-L、trnL-F、rpL16序列和核糖体ITS序列对26个不同地理居群的瑞香狼毒和3个外类群结香、澜沧荛花、阿尔泰假狼毒进行系统发育分析。结果显示瑞香狼毒是一个单系，进一步支持了将瑞香狼毒处理为一个种的观点。分子分析结果与花色形态分化一致。除了白红色花居群外，相同花色类型的居群分别聚成一支。白红色花居群形成两支，一支分布范围较窄，仅分布于芒康、巴塘，位于系统树的基部：另一支分布较广，分布于内蒙古、河北、青海、西藏、四川等地。分析认为，白红花色是祖征，白黄花色、纯黄花色、纯红黄色是衍征。
4．谱系地理分析
利用两个cpDNA片段trnL-F、rpL16序列对瑞香狼毒26个居群共130个个体进行谱系地理分析结果表明，瑞香狼毒具有较高的的遗传多样性(Ht=0.834)和遗传分化(Gst=0.982)。研究中共发现12个单倍型，其中内蒙古、河北、青海、西藏部分地区、四川部分地区共有一个单倍型，在横断山区则拥有大部分的单倍型。北方区域的生境相对一致而横断山区域生境条件复杂可能是形成这一分布格局的重要原因。嵌套分支分析显示西藏芒康与四川省巴塘县居群共同形成了一独立二级分支，与其它二级分支之间至少存在22步突变。这暗示了这两地居群有较早独立演化的历史。谱系推断表明距离隔离条件下有限的基因流和异域片断化可能是居群间遗传分化的主要机制。
5．基于AFLP分子标记的遗传分析
通过对15个居群305个个体的AFLP分析，结果表明瑞香狼毒的遗传多样性较高。其遗传多样性(Nei’s遗传指数，He=0.2339)与我国常见入侵杂草植物薇甘菊(He=0.1849)及紫茎泽兰(He=0.29)接近。自交不亲合的繁育系统、广布的分布区和较短的进化时间可能是瑞香狼毒具有高遗传多样性的重要原因。瑞香狼毒居群间遗传分化较大(Gst=0.4564)。居群间地理距离、地形条件对居群间形成的隔离以及弱飞行能力的蛾类或蝶类的传粉等是居群间发生较大遗传分化的主要原因。遗传多样性高的杂草有较强的抵抗病虫害、农药的能力。瑞香狼毒是我国一种严重草原杂草。较高的遗传多样性可能是其大量繁衍的遗传基础。
6．瑞香狼毒的起源进化与现代分布的形成
利用系统学研究获得的tmL-F序列信息，使用Beast软件进行分子钟估算的结果显示瑞香狼毒的起源时间大约在10 Ma B.P左右。结合地质历史资料分析认为，青藏高原在13-8 Ma B.P左右的剧烈隆升对环境、气候的改变最终导致了瑞香狼毒与近缘类群的分化。青藏高原、内蒙古高原和云贵高原统一夷平面的形成以及5 Ma B.P以来广泛分布的草原植被生境为瑞香狼毒的迅速扩散、传播提供了良好的外部条件。这一时期可能是瑞香狼毒瑞香狼毒现代分布格局形成的重要阶段。其后，青藏高原在3-4 Ma B.P左右发生新一轮的隆升以及在横断山地区发生的“横断运动”造成横断山脉地区岭谷交错、片断化的生境导致了这一区域内的瑞香狼毒居群间隔离的形成。分子钟分析，在2.382 Ma B.P左右瑞香狼毒居群发生了一次大的分化，涵盖对象包括了除芒康、巴塘外所有居群。正是由于高原隆升与生境片断化阻碍了居群间的基因交流，长期的居群间隔离不仅形成了居群间遗传上的分化，而且同时也在花色形态上反映出来。如云南西北部及中部的居群形成了纯黄色花居群，四川西部部分地区形成了白黄色居群及纯红色花居群，而内蒙古、河北、青海、西藏部分地区和四川部分地区则保留了白红色的花色特征。内蒙古等地白红色花居群分布较广却保持着花色特征的祖征，这与其分布区域内相对一致的生境、基因交流未被阻碍、居群间隔离较小有密切联系。