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云杉(Picea asperata Mast.)是中国西部亚高山特有乡土树种和重要的工业用材树种。历史上天然林遭受过强度破坏,有的遗传资源已经丢失。现保留天然林呈现不连续“岛式”分布,要对现有天然群体进行科学保护和合理利用,必须首先弄清其种内遗传多样性和遗传分化,为种质资源保存和该树种的遗传改良提供理论依据和基础资料。 在分析有关云杉天然资源、前研究和进行现场勘查的基础上,随机分层抽取了云杉10个天然群体,每群体采集拟似无亲缘关系30个个体为实验材料。在国内外首次对云杉10个群体共300个个体(同一套试材)对应进行表型、同工酶和DNA(SSR)分子标记的遗传多样性研究,据揭示的遗传多样性的现状和规律,进行遗传多样性参数的耦合研究,构建了云杉的核心种质保存的样本方案,提出了云杉遗传多样性的保护措施,完成云杉天然群体产区的初步区划。主要研究结果如下: (1) 表型多样性的研究结果 云杉种内表型性状在群体间和群体内存在丰富的遗传变异。云杉球果,针叶,种鳞,种翅和种子5类表型性状的变异系数分别为19.14%,26.46%,13.58%,19.78%和17.40%,种鳞性状稳定性高于其它性状。群体间表型分化系数(VST)的变幅为2.09%~42.66%,均值为30.99%。群体间变异(30.99%)小于群体内变异(69.01%)。群体内表型变异系数由大到小的排序为:铁布(19.51%)>卓尼(18.87%)>阿坝(17.30%)>林坡(17.11%)>小金(16.75%)>巴西(16.65%)>热务沟(16.30%)>川盘(16.19%)>大录(15.34%)>黑水(15.06%)。表型性状的种内变异趋势大体是自然分布区的西北部卓尼、铁布和阿坝等群体的群体内变异高于群体总的变异。球果、针叶、种鳞、种翅和种子表型性状重复力分别为0.570、0.619、0.490、0.389和0.260,10个群体表型性状重复力的均值从高到低的排序为:铁布>卓尼>热务沟>川盘>阿坝>巴西>小金>大录>林坡>黑水。17个表型性状间多数呈极显著或显著的正相关,球果长度、球果宽、种鳞长度、种翅长度、种子长度和种子千粒重为云杉易测定和重要的表型性状。初步发现云杉表型变异的分布中心位于自然分布区的西北部。云杉种内群体表型变异在空间分布上呈现以纬度为主摘要的单向变异模式,利用群体间欧氏距离进行UPGMA聚类分析。(2)遗传多样性同工酶标记研究结果 云杉具有中等偏低的遗传变异水平,种级水平的遗传多样性(Ps=4 1.18%,As=1 .2,He二0.138),群体水平的遗传多样性(p户29.41%一41.18%,A厂1.41.6,刀碑尸二0.06一0.131),综合评价出卓尼、铁布、巴西和川盘为云杉同工酶变异的富集区;群体遗传结构的分析表明,10个群体的随机交配偏差为凡s=0.005,表明少数群体存在轻微的纯合子过量现象,但总体符合Hardy一weinberg平衡;群体间分化度Fs片0.311,表明云杉群体间分化很高,基因流水平很低(灿刀=0.5539);月刃2一2一B基因与综合生态梯度值呈显著的负相关(:=一0.6611’);期望杂合度(He)与经度呈显著负相关(r=一0.683’)。各位点基因的抽样误差检验结果表明,抽样误差均小于限制误差,说明试验样本足够大,抽样分析结果可信;根据群体间的遗传一致度对10个群体进行上UPGMA聚类分析。(3)遗传多样性DNA(SSR)分子标记研究结果 国内外首先采用7对SSR引物对云杉天然群体进行遗传多样性标记,共扩增出143条谱带,每个群体等位基因数量为96一125(均值为110.70),每位点的等位基因数为14一25之间(均值为20.4个),多态位点比率P为67.13%一87.41%(均值为77.41),每位点有效的等位基因数为1.2696一1.4854之间(均值为1.3712个);基因多样性指数为0.1 751一0.2932(平均0.23 10), Shinnon信息指数为0.2792一0.4445(均值为0.3575);综合评价10个样本群体中,热务沟群体的DNA水平遗传多样性最高,其次是黑水、小金和川盘,而铁布群体拥有最低DNA水平的遗传多样性,云杉在总群体水平上拥有中等至较高水平的遗传多样性。 遗传分化及遗传距离的遗传多样性参数为:基因分化系数Gs:为0.1210.532 (均值为0.3616);群体间基因流灿n为0.274一3.647(均值为0.8826);群体间、遗传距离D为0.1345一0.2784(均值为0‘2093);群体间遗传一致度I为0.7570一0.8742(均值为0.8116);SSR谱带频率方差分析(AMOVA)表明,遗传多样性主要分布在群体内,群体内方差分量的贡献率占“.18%,而群体间方差分量的贡献率占33.82%,群体间分化指数的尸HIs,(衡t)值为0.338,表明云杉群体间的遗传分化很高;根据群体间的遗传距离进行UPGMA聚类分析。(4)表型测定、同工酶和SSR的藕合研究 表型、同工酶和SSR分子标记揭示的遗传多样性水平有一定差异;从实验样本、遗传多样性参数、遗传多样性的梯度变异、遗传多样性分布中心和遗传多样摘要性评价的应用等方面进行云杉天然群体表型、同工酶和DNA分子标记三个层次的祸合研究。SSR标记要比同工酶标记多态性高;三种方法揭示种内遗传多样性水平排序为:SSR>同工酶>表型;群体分化以SSR分子标记最大(36.16%),同工酶次之(31 .78%),表型的分化水平最小(30.99%);3种方法揭示的群体遗传结构和分化及聚类结果较一致