红萼杜鹃保护生物学研究

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红萼杜鹃(Rhododendron meddianum)系杜鹃属(Rhododendron)、常绿杜鹃亚属(Subgen.Hymenanthes)、常绿杜鹃组(Sect.Ponticum)、蜜腺杜鹃亚组(Subsect.Thomsonia)的常绿灌木,分布于中国云南西北部与缅甸东北部地区。该物种株形优美,大型钟状花冠簇生枝头,花色深红鲜艳,具有较好的观赏价值,目前对其开展的研究仅见播种育苗。本研究通过广泛野外调查,利用SNP分子标记,对红萼杜鹃的遗传多样性与遗传结构进行研究,从野生资源状况、种子生理生态和繁育系统探讨红萼杜鹃的濒危机制,并提出了相应的保护和管理措施。利用SNP分析揭示红萼杜鹃和近缘种蓝果杜鹃(R.cyanocarpum)的进化历史。主要结果如下:1.红萼杜鹃的生境及野生资源状况结合资料记载和野外调查,仅在我国发现3个分布狭窄的野生种群,生长于海拔3 000m以上的杜鹃灌木丛和杜鹃箭竹林中。所有调查种群均受到人为干扰影响,野生成熟个体总量不足5 000株,总的分布面积约为1 929 km~2,且种群内老年植株多,中年植株少,林下实生苗很少,种群更新能力弱,已处于濒危状态。2.红萼杜鹃的花部特征和繁育系统红萼杜鹃花期主要在4月下旬至5月下旬,花序开花持续12~14 d,单花花期8~10 d,花部形态具有吸引传粉者的特性。红萼杜鹃雌蕊先熟,开花期间花柱和花药存在空间隔离,通过杂交指数和人工授粉实验发现,红萼杜鹃的繁育系统为异交,部分自交亲和,需要传粉者。3.红萼杜鹃的种子生理生态分析红萼杜鹃种子为需光型,种子萌发适宜的温度是25℃,种子萌发率极低,仅为4.01±0.31%。低浓度的GA3对红萼杜鹃种子的萌发没有影响,GA3浓度为1 000 mg/L时其种子的萌发率最高,可达21.33±6.54%。红萼杜鹃种子可抵御轻度干旱胁迫,随着PEG-6 000浓度的提高,红萼杜鹃的萌发率提高,PEG-6 000浓度为10%萌发率可达49.33±1.17%,而PEG-6 000浓度为13%时抑制种子的萌发。因此,可以通过一定的GA3和PEG-6 000胁迫处理来提高红萼杜鹃种子的萌发率,有助于其种子的繁育。4.红萼杜鹃的遗传多样性分析利用dd RAD筛选得到的3 377个中性SNP位点对红萼杜鹃进行遗传多样性和遗传结构分析发现,红萼杜鹃具有较高的遗传多样性(HE=0.0 713±0.0 021,π=0.0 741±0.0022)。种群间遗传分化较大,在总的遗传变异中,19.88%的遗传变异发生发生在种群间,80.12%的遗传变异发生在种群中。STRUCTURE、PCA以及NJ邻接树分析表明,红萼杜鹃的3个种群被分为3个不同的遗传分支,对应3个地理种群。红萼杜鹃较高的遗传多样性水平和遗传分化可以通过生活史特征、花粉传播限制和距离隔离来解释。基于Stairway Plot的历史动态分析揭示红萼杜鹃种群在历史上经历过收缩事件。5.红萼杜鹃和近缘种蓝果杜鹃的进化历史采用经dd RAD筛选出的1 495个SNP位点,进行STRUCTURE、PCA和NJ邻接树分析等表明,两个物种间存在显著的遗传结构,7个野生种群可分为红萼杜鹃和蓝果杜鹃两个遗传分组。Fastsimcoal2模型分析揭示了两个物种之间的分化时间大约在3.05百万年前(Ma),可能与横断山脉在3.4 Ma发生的强烈隆升以及上新世晚期亚洲冬季风加剧的干旱气候有关。6.致危机制与保护策略综合本研究结果,红萼杜鹃种子萌发率低,自然更新能力弱,加上各个种群受到道路建设、风电场修建以及放牧带来的一系列人为干扰,其野生种群及生境受到严重破坏,急需对该濒危种进行保护。建议建立保护小区来保护红萼杜鹃的自然栖息地。同时,由于3个种群遗传分化较大,各种群应分别设置相应的保护管理单元。最后,通过适当浓度的GA3和PEG-6 000处理促进其种子萌发,开展相应人工繁育技术,为红萼杜鹃的迁地保护、种群回归自然驯化和园林利用创造条件。
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