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红树植物是一类生长在亚热带海洋潮间带的木本植物,其中白骨壤属(Avicennia)以其抗逆性较高,成为红树林生态系统中的重要类群。为评估其遗传多样性,更好的保护和开发利用白骨壤资源,本文采用ISSR和cpSSR两种分子标记手段,对14个中国东南沿海白骨壤(Avicennia marina)种群、2个美国萌芽白骨壤(Avicennia germinans)种群以及2个澳大利亚澳洲白骨壤(Avicennia marina var. australasica)种群进行种群遗传多样性的研究,主要研究工作如下:
(1)建立和优化白骨壤ISSR和cpSSR的PCR扩增体系,探讨各白骨壤和萌芽白骨壤种群的遗传多样性。对两种白骨壤317份材料进行ISSR-PCR扩增,15个引物共扩出112条带,其中109条带具有多态性,多态百分比率达97.3%。对两种白骨壤60份材料进行cpSSR-PCR扩增,5个引物共扩出11条带,其中7条具有多态性,多态百分比为63.4%。利用POPGENE软件和GenAlEx6.4软件对ISSR扩增结果进行统计分析得到:多态位点百分比(P)为97.3%,Neis遗传多样性指数(H)为0.3147,Shannons信息指数(Ⅰ)为0.4780,观察等位基因数(Na)和有效基因数(Ne)分别为1.9730和1.5306。中国白骨壤物种水平的遗传多样性分析(Ht)为0.3090,种群内遗传多样性(Hs)为0.24,白骨壤的种群间遗传分化系数(Gst)值为0.2233,基因流(Nm)为1.7391。AMOVA分析表明种群内部的遗传分化占据主要地位,遗传分化比率为78.21%。SSR标记呈现与ISSR标记相似的遗传多样性结果。以上研究表明中国白骨壤种群的遗传变异主要来自于种群内部且可维持较低的遗传变异率。
如果加入美国及澳大利亚的4个种群进行分析,种群内基因多样性有所下降(0.2212),基因流(1.1696)下降明显,说明地理的隔离降低了白骨壤属种群间的基因流动。两种分子标记结果同时显示中国白骨壤种群的遗传多样性明显高于澳大利亚的种群及美国萌芽白骨壤的种群,结合中国红树林拥有很高物种多样性的现状,推测中国东南及南部沿海地带曾是白骨壤等红树植物的“冰期避难地”。
(2)应用ISSR和cpSSR标记获得的遗传数据对各白骨壤属种群进行聚类分析,探讨各种群间的亲缘关系。通过UPGMA法获得基于Neis的无加权计算遗传距离的白骨壤各种群的聚类图,ISSR标记的结果表明,澳大利亚的两个种群之间的遗传距离(0.0104)最小,福建泉州和Port Isebel两个种群间的遗传距离(0.3127)最大,海南的几个种群基本聚为一类(除海南三亚外);广东湛江及广西的种群聚为一类;而福建省的聚类较为特殊,福建漳浦种群与澳大利亚澳洲白骨壤种群遗传距离较近,福建其他种群聚为一类;美国2个萌芽白骨壤种群聚为一类。由PCA分析的种群关系表示,各种群基本没有独立分布的情况,种群之间的位置重叠明显,基因交流频繁。在UPGMA聚类中相近的种群彼此距离也较为接近。SSR标记的聚类分析表明,中国4省的种群除福建漳浦外,与美国、澳洲种群距离较大,结果与ISSR标记下的聚类结果吻合。
(3)针对ISSR和cpSSR分别标识的个体间遗传距离矩阵的Mantel检验(相关性系数为0.237,显著性水平为0.01)表明两种分子标记结果呈显著正相关的关系。对于白骨壤植物的遗传结构分析,ISSR和cpSSR两种分子标记方法都具有较强的独立说明能力。不同的分子标记技术虽然对种群遗传结构的考察角度和方式不同,但对于生态和进化问题的解释近似。
(4)将中国、美国和澳大利亚等地的种群进行比较,探讨经纬度、盐度等环境因素与白骨壤属种群的相关性。利用SPSS软件将14个国内种群和4个国外种群的遗传多样性指标,包括观察等位基因数(Na),有效等位基因数(Ne),Neis的基因多样性(H)和Shannons信息指数(Ⅰ)与各样地的经度、纬度、盐度作相关性分析。结果发现,各样地的地理区域相距较大时,经纬度对白骨壤遗传多样性的影响才能得以体现。对我国的白骨壤种群来说,经纬度影响并不明显,这也进一步说明了白骨壤种群有较强基因流的特点。而孔隙水盐度的影响表现为较低盐度范围内种群内遗传多样性与盐度呈正相关关系,而过高的盐度则会降低多样性。将样本成熟叶片长宽比作为种群形态表型的参考指标,白骨壤在基因型和表现型上会发生一些变化。
最后从物种保护的角度看,白骨壤种群间的遗传变异水平比较低,而大部分的遗传变异发生在种群内部。局部少数种群的消减不会严重影响该物种的遗传多样性,但应注意防止长期的人为破坏造成生境改变而引起的种群衰退。