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小叶锦鸡儿是豆科锦鸡儿属的一种多年生落叶灌木,在我国主要分布于内蒙古高原典型草原区,是最具代表性的景观植物。近20年来,过度放牧和气候的干暖化引起小叶锦鸡儿分布区之一—内蒙古锡林郭勒草原的严重退化甚至荒漠化,导致小叶锦鸡儿灌丛化及分布面积的不断扩大。小叶锦鸡儿在退化草原群落中作为优势种或建群种出现,对其遗传多样性和遗传结构展开研究对于阐明该物种的生态适应和进化机制、制定科学的草原保护利用策略是十分重要的。
本研究以内蒙古锡林郭勒草原区为研究区域,在典型地段设置样地,从形态学水平和DNA分子水平分别研究了小叶锦鸡儿自然种群的遗传多样性和遗传结构特征,同时调查研究了对植物种群遗传结构起重要作用的繁育系统类型和主要环境因子,以期对小叶锦鸡儿种群遗传多样性和遗传结构形成机制的阐明提供直接证据。
1.对小叶锦鸡儿5个自然种群的枝条与叶、花、果实和种子的形态多样性和形态变异进行了详细观测,对其形态变异与环境因子的相关性进行了分析。结果表明,小叶锦鸡儿形态性状的变异性在种群内和种群间均较高,种群内的形态变异是小叶锦鸡儿的主要变异来源。形态变异和形态分化主要发生于营养器官性状中,繁殖器官性状稳定性相对较高。形态性状受采样地的部分土壤理化因子的影响显著,但不同环境因子对形态性状的影响力不同,推测多种环境因子的共同作用是导致小叶锦鸡儿形态变异发生的最终原因。主成份分析显示复叶鲜重、当年生枝鲜重、复叶数、托叶长这4个性状是造成小叶锦鸡儿形态变异的主要性状。
2.首次建立了小叶锦鸡儿AFLP反应体系,并筛选出5对引物对5个自然种群共90个个体的基因组DNA进行了扩增。遗传多样性分析结果表明,小叶锦鸡儿在种水平和种群水平均表现出较高的遗传多样性,种水平的多态位点百分率为76%,种群水平为63%。环境因子对遗传多样性水平具有一定的选择作用,随着土壤氮磷比升高,小叶锦鸡儿遗传多样性呈现逐渐降低的趋势。Nei遗传多样性和分子方差分析都表明,种群内的遗传变异是小叶锦鸡儿遗传多样性的主要来源,种群间的遗传分化程度小,种群间有较强的基因流。聚类分析和Mantels检验结果显示,小叶锦鸡几种群间遗传距离与地理距离和土壤理化因子的分异之间均不存在显著相关性,推测其它环境因素或人类活动介导的基因流对小叶锦鸡儿遗传格局的形成有一定影响。
3.利用光学显微技术和扫描电子显微技术,对小叶锦鸡儿雌雄蕊的发育和结构进行了细致观察。小孢子为多孢原起源,腺质绒毡层,小孢子胞质分裂同时型,四分体正四面体型,成熟花粉粒二细胞型,具三孔沟。大孢子为单孢原起源,双珠被,厚珠心,弯生胚珠,合点端大孢子发育成为功能大孢子。同一朵花中,雄配子体的发生及发育略早于雌配子体,但开花前雌雄配子体均发育成熟,产生正常可育花粉和充分发育的胚囊。雌、雄配子体的发生及发育过程中无异常发育,为后续的授粉受精提供了良好的物质保障。
4.对小叶锦鸡儿种群的花部特征和繁育系统进行了详细观测。结果显示,小叶锦鸡儿蝶形花,花部特征决定了它虫媒传粉的特性。6月初开花,开花主要分布于植株上一年生和两年生枝条,三年生枝条较少开花,四年生及更老的枝条基本没有花芽。昼夜开花,白天的开花强度远大于夜间,一天内的开花高峰集中在12:00-16:00之间。种群内有短花柱型花和长花柱型花两种类型,长花柱型占比例较大。通过杂交指数的估算判断繁育系统属于异交,部分自交亲和,需要传粉者类型。通过花粉-胚珠比的分类标准,繁育系统属于专性异交类型。花粉在散粉4天左右均能保持相对较高的生活力,花粉生活力基本不受温度和湿度的影响。柱头从开花当天至第3~4天一直具有较强的可授性。膜翅目的蜜蜂类是有效的传粉者,传粉昆虫的活动受天气状况影响较大。