长江沿岸和生态修复的芦苇种群遗传结构的分析研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:txk42424242
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湿地是生态系统服务功能很高的生态系统,但因人类活动干扰等衰退严重,为逆转这一趋势,近年来通过生态恢复措施等恢复和重建湿地。目前从种群增长、群落组成、生态系统功能等方面对生态恢复效果开展了许多评估,但对人工恢复湿地优势植物的遗传组成很少关注。湿地生态系统植物种类往往较少,其很高的生态系统服务价值与优势种的遗传多样性有关,因此,恢复的优势目标植物的遗传多样性对于生态系统功能和服务以及稳定性具有重要影响。基因流是影响物种遗传结构的最主要因素之一,水流是湿地植物繁殖体重要的扩散介质,影响着人工恢复的湿地植物种群与天然种群的遗传多样性和分化。本文以我国北方湿地生态恢复中常用的优势种——芦苇为研究对象,首先在长江沿岸不同地点采集了379个天然分布的芦苇样品,来自三峡大坝上游3个(攀枝花、宜宾、重庆)以及大坝下游8个(宜昌、岳阳、鄂州、九江、铜陵、镇江、上海崇明西沙、上海崇明北六傚)共11个种群。通过长江沿岸种群研究水流为主介导的基因流对遗传结构的影响,特别关注三峡大坝对基因流的作用。然后在上海对4个人工恢复的芦苇种群采样,分别位于奉贤、金山、崇明庙港沙、崇明北六傚,并与邻近天然种群(位于金山、崇明西沙、崇明北六傚)进行比较,以探讨生态恢复对种群遗传组成的影响。本文利用8对微卫星标记对芦苇个体进行基因分型,针对上海芦苇显示的4倍体特征,采用等位基因变量的负相关方法,将每个位点的等位基因分配为两个二倍体位点,从而转化为二倍体等位基因信息进行分析。通过遗传多样性与分化参数分析,回答上述2个问题。主要结论如下:长江流域中下游的芦苇种群的平均观察杂合度为0.328,平均期望杂合度为0.524,高于上游种群(平均观察杂合度为0.152,平均期望杂合度为0.369),反映了中下游种群作为汇种群,可以接受来自其上游种群的扩散个体。分子方差分析(AMOVA)结果显示,大多数遗传变异来自种群内(72%),种群间的遗传变异仅占28%;种群间总体遗传分化系数较高(FST=0.282)。距离隔离分析显示遗传分化与空间距离具有显著的相关性(R~2=0.234,P=0.016)。以本研究中最上游的攀枝花为原点,可以检测到显著的距离隔离格局(R~2=0.452,P=0.020),反映了扩散在塑造P.australis种群遗传结构中的重要作用;若以其他种群为原点,则无显著的距离隔离格局(如以宜宾为原点的距离隔离格局R~2=0.264,P=0.074,以重庆为原点的距离隔离格局R~2=0.155,P=0.142);这些格局与水流介导的由上游种群向中下游种群扩散的效应一致。三峡大坝上游种群的遗传多样性显著低于中下游种群,主坐标分析(PCo A)显示中下游种群聚在一起,而上游三个种群各自分散,表明中下游种群遗传上高度相似,而上游的种群间差异较大。STRUCTURE分析显示长江流域芦苇种群总体聚为两类,分别是长江上游与中下游的种群,这说明大坝上下游种群间存在一定的遗传差异。结合上一部分结论表明,大坝对芦苇种群遗传结构具有一定程度的影响。上海的芦苇人工恢复种群和天然种群都具有较高的遗传多样性,恢复种群的平均有效等位基因数为2.738,平均观察杂合度为0.324,平均期望杂合度为0.595,天然种群相应的指标分别为2.814、0.326、0.607。恢复种群和自然种群之间的这些遗传多样性指数没有显着差异。。AMOVA分析显示,种群内的变异占93%,仅有7%的变异存在种群间。成对FST比较显示,恢复种群与天然种群间平均为0.035,恢复与恢复种群间平均为0.041,自然与自然种群间平均为0.048,表明人工恢复种群与天然种群间没有显示出显著的差异。PCo A将恢复种群与自然种群聚在一起,STRUCTURE遗传聚类也无法将人工恢复种群和天然种群分开。这些结果表明,在上海开展湿地生态恢复时,没有对优势植物芦苇的遗传组成带来负面影响,其原因可能是开展生态恢复时,选取的芦苇繁殖体来源较广,而不是来自少数克隆,或者与邻近天然芦苇种群基因流频繁之故。总之,水流的扩散受大坝建设(TGD)的影响,并对P.australis种群的遗传结构产生了关键影响。此外,生态恢复,其中P.australis植物在大的空间尺度收集和/或与邻居自然种群频繁迁移是可用的,不太可能显着影响恢复的P.australis种群的遗传组成。
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