刺槐(Robinia pseudoacacia L.)原产北美阿巴拉契山脉和欧扎克高原。它适应性强,生长快,材质好,用途广,现已成为世界主要速生阔叶树种。在世界速生阔叶树种中,栽培面积仅次于桉树占第二位,与杨树、桉树一起被称为世界上引种最成功的3大树种之一。1897年,作为造林树种引入我国山东青岛,现在全国27个省、市区有栽培。由于千差万别的自然条件和人工种植条件,经历了长期的自然选择和人工选择过程,其蕴藏有极其丰富的基因类型,形成遗传多样性,存在地理变异模式。2003年开始,本课题组从辽宁、甘肃、河北、云南等刺槐主要分布区收集刺槐种子,通过研究刺槐在我国形成的次生种源的遗传多样性和遗传变异,对刺槐种质资源的遗传变异及其演化进行探讨,为将来更好地利用这一宝贵资源奠定基础。试验得出如下结果:1.摸索出有效的刺槐基因组DNA提取方法。本实验采用改良CTAB法进行刺槐叶片基因组DNA的提取,此方法提取的DNA纯度高,成功率高,杂质少,方便易行。2.建立了刺槐ISSR反应体系。通过对刺槐ISSR反应体系各影响因素的摸索,建立了一套适合于刺槐的ISSR反应优化体系。在20mLPCR体系中各因素的量为:模板DNA的用量为100ng,Taq DNA聚合酶用量为1U,引物浓度为10pmol/L,dNTP浓度为0.2mmol/L。以编号为116的引物构建了刺槐种质资源的ISSR指纹图谱,该图谱扩增带多,多态性强,清晰度较高。3.对刺槐群体内和群体间的遗传多样性进行了比较分析。应用ISSR分子标记技术对分布于全国的10个刺槐种源群体进行了遗传多样性的研究。用筛选出的10条引物对10个群体进行ISSR分析,共获得91条清晰的谱带,其中多态性条带85个,多态带百分率为93.41%。刺槐在种级水平的遗传多样性参数略高于群体水平,多态位点百分率(P)分别为93.41%、69.01%,Shannon’s信息指数(I)分别为0.6145、0.3733,Nei’s基因多样性指数(H)分别为0.4337、0.2514。Nei’s基因多样性指数和Sharmon’s信息指数的ISSR统计结果,都显示出中国刺槐遗传多样性主要存在于种群内。4.在DNA水平上分析了刺槐群体的地理变异。UPGMA聚类分析可以将10个刺槐群体分为三大类群,第一大类包括陕西杨陵、甘肃泾川、内蒙赤峰、山东潍坊和河北昌黎,在地理分布上位于我国的中西部地区,纬度分布于34.27°N～42.28°N的范围内;第二大类包括安徽肥西、湖北新洲、河南卢氏、云南昆明,地理纬度均小于第一大类的群体,纬度分布于25.04°N～34.06°N的范围内;第三大类仅包括辽宁的朝阳,纬度为41.58°N。中国刺槐群体间亲缘关系与其地理分布有一定的相关性,但没有表现出明显的随地域变化遗传结构发生明显改变的现象,并没有形成明显的地理变异模式。5.对不同刺槐群体间遗传多样性进行了比较分析。对10个刺槐种群的遗传多样性进行统计分析,结果表明刺槐遗传多样性在10个种群间存在一定差异。其中,有效等位基因数Ne、Nei’s基因多样性指数(H)和Shannon指数(I)所揭示的刺槐10个种群遗传多样性规律一致,其顺序依次为:辽宁朝阳群体＞陕西杨陵群体＞甘肃泾川群体＞内蒙赤峰群体＞安徽肥西群体＞湖北新洲群体＞河南卢氏群体＞山东潍坊群体＞云南昆明群体＞河北昌黎群体。多态位点百分率(P)和等位基因数(N)的评价结果略有不同。总体来看,位于偏高纬度地区的辽宁朝阳群体(41.58)和内蒙赤峰群体(42.28)有较高的遗传多样性,另外8个中、偏低纬度的群体的遗传多样性并没有明显的随纬度变化而变化的明显趋势。6.提出了刺槐遗传资源保护和利用建议。了解刺槐遗传变异的空间分布格局对于制定科学的基因资源保护和利用策略具有重要作用。在刺槐遗传改良工作中,优良种源、优良群体和优良个体选择不容忽视。因此群体及群体内个体的保护保存很重要,尤其是特殊生境群体和在分类与遗传上具有不可替代的独特性的群体需优先保护。如陕西杨陵群体特异带所占比例最高,拥有其他群体没有的基因类型。辽宁朝阳群体的遗传多样性指数明显高于其他群体,群体内个体的基因型十分丰富。群体间的遗传分化指数Gst为0.4203,即群体间的遗传变异占总变异的42.03%,群体内遗传多样性大于群体间遗传多样性。因此刺槐的遗传改良应主要集中在群体内个体的改良上,同时也要考虑群体间优良群体的选择,通过群体选择和优树选择相互配合,从而取得最大的遗传增益。