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观光木(TsoongidendronodorumChun)是木兰科单种属植物,同时也是我国的特有物种,其分布范围广泛,但居群通常都非常小,加之近年来人类干扰的影响,其分布区的生态环境受到了较大的破坏,已处于濒危状态,并被列为国家Ⅱ级重点保护植物。本研究采用8个微卫星分子标记研究了广东南昆山观光木一个复合居群的交配系统和基因流。通过对该复合居群(5个片断化小居群)的61个成株和15个家系共780个子代进的基因分型,调查了在生境片断化条件下5个空间隔离的斑块中观光木的两代遗传多样性、各个层次(居群、斑块、个体及果实)的交配系统参数以及居群的历史基因流水平和斑块间的当代花粉流,以期探讨生境片断化对观光木居群的交配系统和基因流的影响。主要结果如下:
片断化生境下观光木成株遗传多样性水平适中(HE=0.522),子代遗传多样性比成株稍低(HE=0.499),但没有显著的差异,近交系数在子代中也没有显著的升高,表明生境片断化并没有侵蚀观光木的遗传多样性。斑块间存在较低的遗传分化(FST=0.048),表明该片断化居群存在较高水平的历史基因流(Nm=4.96),暗示生境隔离对斑块间的历史遗传连通性没有产生负面影响。居群内700米内的个体呈现显著的空间遗传结构,与类似生活史特征的物种比较表明,观光木在南昆山片断化生境中具有较强的空间遗传结构(Sp=0.024)。
多位点交配系统分析(MLTR)结果表明该片断化生境中观光木为极端远交树种(tm=1.000),只有较少的双亲近交(biparentalinbreeding)和相关性交配(correlatedmating)事件发生,但有效花粉供体(effectivepollendonor)数目较少(Nep=3.7-5.4)。5个斑块间异交率差异不明显,但小的斑块有效花粉供体相对较多;另外,观光木个体之间的异交率存在明显差异,少数个体存在自交现象,可能是因为观光木个体间的自交不亲和水平存在一定差别;同样,观光木果实间异交率差异也很明显,并且果实内父本相关性(rp=0.718)是果实间父本相关性(rp=0.060)的12倍,暗示一个果实内种子的父本可能只是有限的花粉供体(Nep=1.4),大多数果实内都含有全同胞。
父本分析结果显示尽管该观光木居群中各斑块间具有高度的空间隔离以及极低的成株分布密度(0.05株/ha),观光木却具有长距离花粉传播的传粉特征,平均有效花粉传播距离(δ)约为2969.608米,大约80%的花粉来自1100米以外。每个斑块的外源花粉迁入率高达60%-95%,而且外源花粉迁入率与居群大小存在负相关性,最小的斑块NKS1(N=5)外源花粉迁入率最高(95%),暗示着尽管遭受了严重的生境片断化,观光木斑块间仍然维持着有效的遗传联系。该居群内存在一定的邻近交配(near-neighbormating),Spearman相关性检测平均有效花粉传播距离(6)与母本和雄树平均距离(d2)之间具有显著的相关性(6vs.d2:r=0.571,P=0.026),说明片断化生境内观光木的居群空间结构对花粉传播式样有一定的影响,空间隔离可以促进花粉传播距离。TWOGENER分析结果表明尽管观光木片断化居群具有中等的遗传多样性,但是该居群可能只是有限的个体繁殖产生的后代,有效花粉供体少,花粉遗传库多样性较低(ΦFT=0.135)。加之居群数量少,且存在自交不亲和机制,其后代居群可能会出现近交衰退现象,影响观光木的长期生存和发展。
以上这些结果为观光木这一濒危物种的长期保护提供了重要的遗传学信息,同时为制定类似生境片断化条件下其他植物的遗传保育提供一些借鉴。