油松与巴山松的地理分界研究——基于cpSSR的景观遗传学分析

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油松(Pinus tabuliformis Carr.)和巴山松(Pinus henryi Mast.)作为我国特有的乡土松树,是华北、华中部分地区针叶林的主要成分。二者以秦巴山区为界限形成了独特的生态景观替代现象,然而长期以来对巴山松与油松地理分界的看法争议颇多。因此,本文拟从景观遗传学角度阐释巴山松与油松景观边界的空间遗传结构及地理分界位置。 本研究采用14个叶绿体微卫星分子标记对油松、巴山松共29个自然居群,766个个体进行群体遗传学研究。分析总体及居群水平遗传多样性及遗传分化,并进行NJ聚类分析和主成分分析(PCA)以探讨两物种分类地位;基于最优化的模拟退火原理对其进行空间分子方差分析(SAMOVA),考察其遗传结构的空间特征,同时依据Monmonier法则追踪居群间的基因流屏障,确认可能阻碍基因交流的景观要素;最后用巢氏分支分析和Mantel检验从时空尺度揭示形成这种空间遗传结构的历史和地理原因。 结果表明:居群水平遗传多样性不高(Hs=0.104),且不同居群间遗传多样性差异很大(0.308-0.000),居群间遗传分化强烈(Gst=0.737),RST>GST说明其拥有特定的空间结构;聚类分析将29个居群明显分为两支,与主成分分析结果总体趋势一致;空间分子方差分析将29个居群分为3组时得到最大的组间分化(FCT=0.144),有52.54%的变异存在于居群间,居群间分化是遗传变异的主要来源;汉江、任河、长江和某些山谷是阻碍基因流的主要屏障;Mantel检验和巢氏分支表明地理距离与遗传距离无相关性(R=-0.105,P=0.841),生境的片断化、小的居群大小和历史上的异域分布及瓶颈效应,以及推测的传粉物候不利是导致这种高度分化空间遗传格局的原因。最后,综合考虑各种分析结果判定油松和巴山松的地理分界在米仓山至大巴山的大江口、大河、青水、项家坪、大佛山、赛武当一线,在涧梁、桃园、双阳三地巴山松包含有油松成分。 油松和巴山松分别代表暖温带气候和亚热带湿润气候,两者景观分界的确认对我国秦岭—淮河气候分界以及生物区系划分具有重要的指导意义,对农作物种植、森林植被恢复等多方面的研究与应用具有重大的影响。本研究首次将景观遗传分析方法用于油松和巴山松遗传结构和地理分界研究,为全面揭示我国特异的生态气候转变提供科学的理论参考。
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