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苦草属是中国内陆水体中优势沉水植物类群之一,在水体生物多样性的维持和生态系统的稳定中发挥重要作用。近年来随水质下降和人为扰动加剧,苦草植物种群衰退明显。苦草属在中国有三个种:苦草、刺苦草和密齿苦草,它们常常在同一水体出现、且形态非常相似,仅在生活史上有些差异。本研究通过分子标记检测和栽培试验,比较同域分布的苦草与刺苦草的遗传结构和繁殖策略,探讨水体联通与阻隔对水生植物遗传结构的影响,为利用水生植物进行水生生态系统修复实践提供指导。
1.采用微卫星富集方法新开发了16对具有多态性的苦草SSR引物,这些引物的等位基因数2～14不等,它们在苦草和刺苦草中均能扩增出DNA片段,为苦草属的遗传多样性分析提供了新的标记系统。
2.应用上述SSR标记和8条ISSR引物分析了长江流域的6个苦草居群和长江、珠江和澜沧江流域的15个刺苦草居群的遗传变异水平与分布式样,发现两种苦草的基因多样性水平(H)和期望杂合度(He)分别是H=0.21和0.17,He=0.41和0.37,说明苦草植物拥有丰富的遗传多样性； F-统计(ISSR标记Fst=0.132和0.202,SSR标记Fst=0.097和0.144)、分子方差分析(AMOVA)和主成分分析(PCA)均显示,两种苦草居群遗传分化程度不高,遗传变异主要存在于居群内。苦草属植物居群高变异性和低水平分化与它们的专性异交的繁殖方式有关。
3.同一水系内刺苦草居群遗传分化水平明显低于水系间的居群遗传分化水平(AMOVA,25％ vs.14％),表明居群间的水道连通性对水生植物居群间基因交流和遗传变异分布格有重要作用。对长江水系的苦草和刺苦草的遗传变异性和居群问遗传分化水平进行比较发现,与刺苦草相比,苦草的遗传变异更丰富而居群分化水平更低,这种差异与刺苦草有更强的克隆生长有关。
4.设计不同水深(0.4m、0.7m、1.0m)和起始植物密度(1株、2株、4株)的同质圆栽培实验显示,苦草与刺苦草的繁殖特性存在明显差异,苦草产生较多的果实、较少的冬芽、和较高的有性与无性繁殖资源分配比例,说明与苦草相比,刺苦草确实有较强的克隆生长,也证实两种苦草遗传变异式样的差异主要与它们的克隆生长能力有关。同时发现,两种苦草都存在根据水深变化而出现有性繁殖与营养生长之间的权衡:苦草倾向于生长在较浅的水体中,并且随水位下降其有性繁殖量提高的趋势；而刺苦草在水略深的地方生长得更好,显示这两种苦草之间出现一定程度的生态位分化,这也可能是它们能在同一水体共存的因为之一。