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种间杂交是生物界存在的一个普遍现象,尤其在植物中,但目前人们对这一现象可能在植物进化中所起的作用却知之甚少,并且存在着长期的争议。近年来,自然杂交被认为是生物进化的一个潜在动力,可能在植物适应性形成及物种形成中发挥重要作用。杂交带是遗传上有显著差别但亲缘关系较为接近的物种之间相遇、交配并产生多种类型杂交后代的狭窄区域。与实验室进行的人工杂交实验相比,对自然杂交带的研究为探讨种间杂交及可能的杂交结果提供了一个更加有效且可行的方法,因此,天然同域居群或自然杂交带被认为是研究种间杂交和渐渗的“天然实验室”。
栗属(Castanea)植物属于壳斗科(Fagaceae),广泛分布于北半球的温带地区,具有很高的经济价值和生态价值。板栗(Castanea mollissima BI.)、茅栗(Castaneaseguinii Dode)和锥栗(Castanea henryi Rehd.&wils.)是中国栗属植物3个特有种。它们在遗传关系上为近缘种,但却具有各自明显的表型特征。在中国南部3个物种同域重叠分布的天然居群内就有可能发生种间的自然杂交和渐渗。一般地,如果同域居群中存在表型上有变异或形态居间型的个体,就认为是种间发生了自然杂交的结果,这些同域居群就是研究种间杂交的良好的杂交带。鉴于此,本文用数量统计的方法,对板栗和锥栗同域居群的叶表型变异进行了研究,结果为植物种间自然杂交方面的研究提供了初步的研究基础,尤其是为更加深入地探讨中国特有栗属植物的种间杂交提供了基础数据和科学依据。
本文选取了20个表型性状(包括5个定性性状和15个数量性状)对湖北省姊归县杨林桥镇境内的一个板栗和锥栗同域分布居群的叶表型变异进行了初步研究,其中板栗169株,锥栗281株。为了便于统计分析,将2个定性性状通过赋值法转换成数量性状。变异系数(CV)表明不同性状在两个种内的变异程度有所不同,板栗的种内变异幅度较大;单因素方差分析(one-way ANOVA)的结果显示17个数量性状中,有15个性状在两个种间存在极显著的差异(p<0.001)。根据叶片背面、叶柄的被毛情况和叶缘形状3个定性性状,在总共的450个个体中,共得到18个(4%)中间过渡类型个体。利用17个数量性状进行逐步判别分析表明:根据定性性状得到的居间个体中分别有7个和11个被归入板栗和锥栗;板栗和锥栗在叶形上的差异较大,建立的判别方程对板栗和锥栗的判别准确率都达93%以上,判别结果较为理想;有8个数量性状被选入判别方程,它们在单因素方差分析中均显示种间差异达到极显著的水平(p<0.001)。综合20个表型性状进行主成分分析,构建了3个主成分,主成分1、2、3的贡献率分别为53.5%,18.7%和10.8%,累计贡献率达83%。前两个主成分的散布图中,有6个(1/3)性状居间型个体位于板栗和锥栗的重叠分布区域,可能是二者之间存在杂交的表型证据。总之,在板栗和锥栗的自然杂交带内,在叶表型上居间的个体是很少的,可能表明了栗属植物种间存在着比较强的生殖隔离。这些研究结果将为栗属植物的系统进化、自然杂交带的遗传结构分析及物种起源和物种界限的保持等问题提供一定的依据。