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克氏针茅是内蒙古中东部草原重要的建群种,以它建群的群落不仅是内蒙古中东部地区重要的草场,而且是京津地区绿色屏障的组成成份,具有不可忽视的生态和经济意义。近半个世纪以来,由于人类活动的影响,克氏针茅草原退化加剧甚至部分群落已经消失,同时又由于近年来人们对物种多样性及其保护的重要性的认识越来越深入,因而对克氏针茅生态适应性以及遗传特性的研究就显得非常必要。
本文首先在形态和生理层次上探讨了克氏针茅对环境的生态适应性,然后采用RAPD技术研究了克氏针茅种群的遗传多样性和遗传结构并探讨了遗传分化与环境因子的关系,最后通过同质栽培实验来鉴别表型的差异是遗传因素还是环境饰变引起的。所得的主要研究结果如下:
1.克氏针茅各形态学性状在种群内和种群间存在大量的变异。与生长有关的形态指标在荒漠草原区有减小的趋势,这可能是克氏针茅对干旱环境的一种适应。
2.基于形态学性状的判别分析结果表明,种群间的形态分化是一个逐渐的过程。种群所在生境差异较大(小)时,个体间分离程度较大(小)。Mantel检验表明,基于形态学性状的欧氏遗传距离与地理距离不存在相关性,而与种群所在生境的气候因子分异显著相关,说明当地气候的选择作用对克氏针茅形态分化起主要作用。
3.不同地理种群克氏针茅的叶片可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、有机溶质总量在地理分布上表现出‘两侧高、中间低’的特点。分布于较干旱环境下的克氏针茅种群的植株体内并没有明显的MDA积累,在一定程度上体现了对干旱环境的适应性。
4.克氏针茅光系统Ⅱ光化学效率的高低与生长期有关,在返青期较低,而在拔节期和抽穗期较高。同一生长期,处于较湿润环境下的克氏针茅种群的Fv/Fm值高于处于较干旱环境下的克氏针茅种群。
5.同一生长期,来自较干旱环境中的克氏针茅种群的光补偿点和光饱和点通常高于来自较湿润环境中的克氏针茅种群。分布于较湿润环境下的克氏针茅种群,其净同化累积值和蒸腾累积值一般较大而水分利用效率较低,即表现出‘高光合、高蒸腾、低水分利用效率’的代谢特点;而分布于较干旱环境下的克氏针茅种群则表现出‘低光合、低蒸腾、高水分利用效率’的代谢特点。
6.克氏针茅的Neis遗传多样性指数介于自交植物和异交植物之间,高于自交植物的平均值,低于异交植物的平均值。克氏针茅种群间的遗传分化高于其它多年生异交植物,稍低于自交植物的平均值。这些与其风媒异交的繁殖特性不符。克氏针茅的种群遗传多样性与当地的降水和积温等气候因子显著相关。
7.克氏针茅不同地理种群间的遗传分化与种群地理距离之间不存在显著相关性,但与种群所在生境间的气候分异显著相关。生境的斑块化对克氏针茅种群间的遗传分化影响显著。
8.利用形态学标记和RAPD标记对克氏针茅种群遗传结构进行分析,均得出多数变异存在于种群之内,而只有少数变异存在于种群之间的结果。克氏针茅种群间的遗传分化是显著的。尽管环境选择对克氏针茅各自种群间的分化起主导作用,但对于形态分化和RAPD遗传分化两个方面而言,对它们起决定作用的选择力是不同的,也可以说同种选择力对它们作用的程度是不同的。
9.同质栽培实验表明,部分生态生理性状的差异主要受遗传控制,表明克氏针茅种群间存在较大的遗传分化。
结合当前草原利用现状,及时掌握克氏针茅的遗传信息不仅为这个重要建群种的保护措施的合理制定提供科学证据,同时也为内蒙古中东部草原的合理利用以及保护措施的制定提供重要信息。