孑遗植物水杉的遗传多样性研究

采用随机扩增多态DNA(RAPD)方法对孑遗植物水杉 (Metasequoiaglyptostroboides)的 8个居群 (包括 6个孑遗居群和 2个人工栽培居群 )的 48个个体进行了遗传多样性研究。用 16个随机引物共扩增出清晰谱带 5 7条。孑遗居群平均多态位点百分率为 38.6 %。各居群多态位点百分率差异显著 ( 10 .5 3%～ 33 .33 % ) :湖北利川的小河和桂花 2个居群较高 ,分别是 33 .33%和 31.5 8% ;湖南龙山洛塔居群较低 ,为 10 .5 3 %。人工栽培居群中 ,美国密西根州和湖北武汉 2个居群的多态位点百分率也较低 ,仅分别为 10 .5 3 %和 8.77%。用POPGENE 1.31版软件进行数据处理后结果如下 :孑遗居群的平均Nei’s基因多样性为 0 .130 5 ,Shannon’s遗传多样性信息指数为 0 .192 1,水杉孑遗居群遗传距离与地理距离的相关系数r =0 .2 346 6 (P =73 .2 7% ) ,基因分化系数Gst=0 .10 82 ,表明居群间有一定分化。用UPGMA方法聚类可知 ,2个人工居群与湖北利川居群优先聚类。鉴于目前水杉孑遗居群生境人为破坏严重、遗传多样性较低和原生母树分布分散 ,建议在湖北利川小河和桂花野生水杉最适生境建立水杉遗传多样性保护点 ,将现有的 2 5 0多株原生母树分别采种育苗定植于保护点 ,以达到最大限度地保存现有水杉遗传多样性的目的。     

植物居群遗传变异的空间自相关分析

本文介绍了植物遗传变异空间自相关分析的理论、方法与应用 ,包括将基因型作为绝对型数据与等位基因频率作为连续型数据进行自相关分析的基本方法等。并对影响植物居群遗传变异空间结构的因素以及研究居群内遗传结构的重要意义作了评述     

植物居群遗传变异的空间自相关分析

本文介绍了植物遗传变异空间自相关分析的理论、方法与应用,包括将基因型作为绝对型数据与等位基因频率作为连续型数据进行自相关分析的基本方法等。并对影响植物居群遗传变异空间结构的因素以及研究居群内遗传结构的重要意义作了评述。     

准噶尔无叶豆5个自然居群ISSR遗传变异的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum)5个居群遗传变异的空间结构进行了研究。根据8对ISSR引物扩增的多态性位点,选择了基因频率在30–70%的ISSR位点,运用GenAlEx6和SAAP4.3软件以及地理距离间隔方法分别计算了5个居群的空间自相关系数。结果表明:准噶尔无叶豆居群具有明显的空间遗传结构,绝大多数ISSR位点变异呈非随机分布。位于沙漠腹地的B、D居群和位于沙漠东缘的F居群的遗传变异呈现渐变模式,分别在7m,7m及9m范围内个体呈现显著正相关,推测与克隆繁殖占绝对优势、有性更新罕见发生有关,而克隆大小的差别则主要由微生境差异所引起。位于沙漠北缘的G居群的遗传变异呈现双向渐变模式,在3m内个体呈现显著正相关,这与该居群实生幼苗增补密切相关,但花粉和种子的有限散布所导致的距离隔离对该居群空间遗传结构产生了重要影响。而沙漠腹地的A居群呈现衰退模式,是因为小居群增加了近交的几率,并引起了遗传漂变。     

水杉栽培居群的遗传多样性研究

利用RAPD技术,对9个水杉(Metasequoiaglyptostroboides)栽培居群的遗传多样性进行了初步研究。用10bp的随机引物16条,共扩增出103个位点,其中37个为多态位点,占35.92%。各居群的多态位点百分率在16.50%~33.01%之间。POPGENEversion1.31软件处理结果如下:居群的Shannon’s信息指数为0.1930。遗传距离在0.0130~0.0650之间,遗传一致度在0.9370~0.9871之间。AMOVA分析结果显示遗传变异主要存在于居群内,占89.05%,居群之间有一定的分化。上述结果表明水杉栽培居群的遗传多样性略低于自然居群,涵盖了自然居群近80%的遗传多样性。由此可以确认栽培水杉的种源是经过混合的,它们在相当程度上代表了自然居群的遗传多样性水平。采自潜江的9株丛枝水杉(Metasequoiaglyptostroboidesvar.caespitosa)没有扩增出特有位点,将其视为一个居群根据遗传一致度作UPGMA聚类分析时,该居群和湖北的3个居群及南京(NJ)、成都(CD)居群聚在一起;单株聚类时丛枝水杉也没有聚成独立的一支,而是比较分散,因此不支持将丛枝水杉作为水杉的一个变种的分类处理。从亲缘关系上看,丛枝水杉应当归属于湖北潜江蚌湖种子园(BH)和湖北潜江广华(GH)居群,这与其分布现状也是吻合的。     

采用空间自相关分析研究两种兰科植物的群体遗传结构

采用空间自相关分析方法对硬叶兜兰（Paphiopedilum micranthum)和独花兰（Changnienia amoena)4个天然群体的小尺度空间遗传结构进行了研究,以探讨两种兰科植物群体内遗传变异的分布特征及其形成机制。根据来自12个（硬叶兜兰）和16个（独花兰）RAPD引物所提供的多态位点,计算出每个群体的空间自相关系数Moran I值。结果表明,在2个硬叶兜兰群体中,遗传变异在短距离（3－4m)内表现出显著的正相关,在较大的距离内表现出显著的负相关,说明其遗传变异在群体内形成一定的空间结构。而对独花兰的空间自相关分析则显示,其遗传变异在参与计算的2个群体内不存在明显的空间结构。造成上述两种兰科植物具有不同空间分布特性的原因可能与其不同的繁殖方式有关。上述研究结果有助于进一步了解物种的进化历程和濒危机制,并为制定有效的保护策略和措施提供科学依据。     

濒危物种——巴东木莲等位酶遗传变异的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对巴东木莲目前残留的两个最大居群,小溪居群的40个个体和桑植居群的28个个体等位酶遗传变异的空间结构进行了研究,以揭示两居群遗传变异的空间模式,并探讨其形成机制及与巴东木莲致濒原因、过程之间的关系。根据检测出来的8个酶系统的19个酶位点,选择基因频率大于01小于09的等位基因,运用等样本频率和等地理距离间隔两种方法分别计算两居群不同距离等级下的Moran''s I空间自相关系数。结果表明：小尺度的小溪居群等位基因的遗传变异缺乏空间结构,为随机分布模式。巴东木莲生境片断化的桑植居群则是相反的结果,遗传变异存在明显的空间结构,遗传变异空间分布为斑块状。造成这种差别的原因可能是桑植居群片断化和地理隔离造成的基因流的限制。上述结果为进一步制定有效的巴东木莲的保育措施提供科学的理论依据。     

濒危物种--巴东木莲等位酶遗传变异的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对巴东木莲目前残留的两个最大居群, 小溪居群的40个个体和桑植居群的28个个体等位酶遗传变异的空间结构进行了研究, 以揭示两居群遗传变异的空间模式, 并探讨其形成机制及与巴东木莲致濒原因、过程之间的关系。根据检测出来的8个酶系统的19个酶位点, 选择基因频率大于0 1小于0 9的等位基因, 运用等样本频率和等地理距离间隔两种方法分别计算两居群不同距离等级下的Moran’sI空间自相关系数。结果表明: 小尺度的小溪居群等位基因的遗传变异缺乏空间结构, 为随机分布模式。巴东木莲生境片断化的桑植居群则是相反的结果, 遗传变异存在明显的空间结构, 遗传变异空间分布为斑块状。造成这种差别的原因可能是桑植居群片断化和地理隔离造成的基因流的限制。上述结果为进一步制定有效的巴东木莲的保育措施提供科学的理论依据。     

猕猴桃自然居群SSR遗传变异的空间自相关分析

本研究采用空间自相关分析方法对同域分布的中华猕猴桃(Actinidiachinensis)和美味猕猴桃(A.deliciosa)自然居群SSR遗传变异的空间结构进行了研究,以探讨猕猴桃自然居群遗传变异的分布特征。选用的9对SSR引物在两物种中共扩增出104个等位基因。选择频率在20–80%的SSR等位基因,运用等样本对频率方法分别对同域分布的中华猕猴桃和美味猕猴桃各1个居群及其中华/美味猕猴桃复合居群进行了空间自相关系数Moran’sI值计算。结果表明:中华猕猴桃和美味猕猴桃的遗传变异在居群内均存在着一定程度的空间结构,尽管近半数或半数以上的等位基因在居群内表现为随机分布的空间模式,但也有相当比例(29.6–48.0%)的等位基因在种内居群中和复合居群中(河南西峡51.0%,陕西商南44.7%)呈现渐变、衰退、双向衰退或侵扰模式。而且其居群内遗传变异的空间分布规律,不论是在种内还是复合居群中都基本一致:相距在100m以内,特别是30m范围内的个体间的等位基因表现出显著性的正相关,但随着地理距离的增大逐渐显示出负相关,说明猕猴桃属植物的有效传粉距离可能在100m左右,种子散播主要集中在30m的近距离内。猕猴桃自然居群遗传变异的空间结构是其传粉和种子散播等生物学特性与生境共同作用的结果,其中种子近距离的散播、花粉传播的有限距离及人为干扰是最主要的因素。本研究结果揭示了这两个近缘物种居群遗传变异的空间分布特征及相互关系,有助于进一步探讨猕猴桃属植物的遗传变异、居群扩散及其地理系统发育进化等方面的规律,并为制定相应的保育策略和措施提供基础数据和科学依据。     

水杉原生种群结构及空间分布格局

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有濒危极小种群物种, 其种群的状态一直被国内外学者广泛关注。分析现存水杉原生种群结构和空间分布格局及其空间关联性, 可以从空间格局角度深入认识水杉原生种群结构和分布格局及可能的形成机理。本文基于湖北利川境内水杉原生种群的野外调查数据, 分析其径级和高度级结构, 同时运用点格局分析中的成对相关函数g(r)以及3个零模型(完全空间随机模型、异质泊松模型、先决条件模型)分析水杉原生种群空间分布格局、各龄级空间分布格局及空间关联性。结果表明: (1)分布于研究区域内的水杉原生种群个体数共5,663株, 已死亡33株, 现存活5,630株, 其中40株濒临死亡, 465株处于衰弱状态, 部分个体呈现不同的形态特征和生长状况, 断梢和蚁害最为常见, 雷击是最致命的危害。(2)水杉原生种群结构分析显示, 其径级结构和高度级结构均呈纺锤型, 自然更新不良。(3)基于完全空间随机模型, 水杉原生种群在各尺度下均呈现聚集分布, 中龄树在较小尺度(r < 3,300 m)上呈现聚集分布, 成年树和老龄树在较大尺度(r < 4,700 m)上呈现聚集分布; 排除生境异质性影响后, 聚集尺度均减小, 所以种群及不同龄级的聚集尺度分别为0-3,000 m、0-2,100 m、0-2,900 m和0-2,500 m, 随后呈现为微弱的随机分布和均匀分布。(4)基于完全空间随机模型, 3个龄级之间在所有尺度均为正关联; 在排除生境异质性影响后, 不同龄级的正关联尺度减小, 均在0-2,800 m呈正关联。综上, 水杉原生种群个体数量正呈现逐步减少的趋势, 种群主要呈聚集分布, 各个龄级间具有正向的关系, 从现有的空间格局来看, 生境异质性、扩散限制和种内竞争是导致该格局的主要原因。     

8个栽培水杉居群遗传多样性的等位酶分析

水杉(Metasequoia glyptostroboides)是我国特有的活化石植物,有50多年的栽培历史。栽培水杉在多大程度上涵盖了野生水杉的遗传多样性,是评价水杉保育策略成功与否的关键所在。为了评估水杉栽培居群的遗传变异水平,作者采用超薄平板微型聚丙烯酰胺等电聚焦电泳方法对水杉的8个人工栽培居群的等位酶变异和遗传多样性进行了研究。对9个酶系统23个酶位点的检测结果表明: 有8个酶位点的等位基因频率分布差异非常显著, 在2个居群中存在稀有等位基因;平均等位基因数Ａ=1.375,多态位点百分率PPL=33.15,平均预期杂合度H_e=0.161。与孑遗居群相比,　栽培水杉的遗传变异水平偏低,表明栽培居群的遗传多样性不能完全涵盖孑遗居群。将采于潜江的9个丛枝水杉（Metasequoia glyptostroboides var.caespitosa）样品与分别采自潜江、武汉和上海的各9个水杉样品的等位酶资料进行了UPGMA单株聚类分析,并将丛枝水杉作为一个居群与其他8个水杉居群作UPGMA聚类分析,其结果不支持将丛枝水杉作为水杉的一个变种的分类处理。     

Effects of multiple founder populations on spatial genetic structure of reintroduced American martens

Reintroductions and translocations are increasingly used to repatriate or increase probabilities of persistence for animal and plant species. Genetic and demographic characteristics of founding individuals and suitability of habitat at release sites are commonly believed to affect the success of these conservation programs. Genetic divergence among multiple source populations of American martens (Martes americana) and well documented introduction histories permitted analyses of post‐introduction dispersion from release sites and development of genetic clusters in the Upper Peninsula (UP) of Michigan <50 years following release. Location and size of spatial genetic clusters and measures of individual‐based autocorrelation were inferred using 11 microsatellite loci. We identified three genetic clusters in geographic proximity to original release locations. Estimated distances of effective gene flow based on spatial autocorrelation varied greatly among genetic clusters (30–90 km). Spatial contiguity of genetic clusters has been largely maintained with evidence for admixture primarily in localized regions, suggesting recent contact or locally retarded rates of gene flow. Data provide guidance for future studies of the effects of permeabilities of different land‐cover and land‐use features to dispersal and of other biotic and environmental factors that may contribute to the colonization process and development of spatial genetic associations.     

水杉愈伤组织诱导及植株再生

通过愈伤组织诱导器官发生途径,建立了水杉（Metasequoia glyptostroboides）的植株再生体系,探讨了不同外植体（种胚、幼叶切块、茎段、根段）和植物生长调节剂对不定芽直接再生和愈伤组织诱导器官发生的影响。结果表明：以种胚、无菌苗叶片、茎段和根作为外植体,在MS补加2,4-D、NAA和6-BA不同组合的培养基上都能诱导得到愈伤组织,其中种胚诱导愈伤组织效果最好,诱导率可达100%,茎诱导效果次之,诱导率为97.1%。诱导愈伤组织效果较好的培养基有：MS＋1.0mg·L-12,4-D＋0.5mg·L-16-BA、MS＋0.1mg·L-16-BA＋1.0mg·L-1NAA、MS＋0.5mg·L-16-BA＋1.0mg·L-1NAA、MS＋1.0mg·L-16-BA＋1.0mg·L-1NAA、MS＋0.5mg·L-16-BA＋2.0mg·L-1NAA、MS＋1.0mg·L-16-BA＋2.0mg·L-1NAA和MS＋0.5mg·L-12,4-D＋0.5mg·L-1NAA。以愈伤组织在MS培养基上植株再生效果最好,再生率为62.5%。     

水杉引种及迁地保护进展

对1947年以来发表的有关活化石——水杉(MetasequoiaglyptostrobodiesHu&Cheng)在世界范围内的引种及迁地保护文献进行了系统评述。从1947年开始,水杉已在我国以及亚洲、欧洲、大洋洲、非洲、北美洲、南美洲六大洲的53个国家引种和得到迁地保护,已成为其中一些国家重要的植物研究材料和著名的风景观赏树种和造林绿化树种,并且成为一种国际关系的纽带。国际自然保护联盟(IUCN)已在1999年选出水杉等9个针叶树作为世界范围内保护的植物,同时由于水杉对酸沉降污染的敏感性和在世界范围内的广泛适应性,因此可作为世界范围内酸沉降污染共同的生物监测指示种和重要研究材料。引种为水杉的保护提供了有效的途径,但引种的质量已成为一个今后值得研究和解决的重要问题。     

水杉的保护历程和存在的问题

水杉(Metasequoia glyptostroboides)的保护过程在某种程度上可以说是新中国成立50年来中国珍稀植物保护过程的一个缩影。2003年,以保护水杉为主要目的而建设的湖北省国家级星斗山自然保护区是我国水杉保护和发展中的里程碑,对于这一过程的了解有助于今后正确地制订就地和迁地保护计划和采取有效的行动。本文对水杉保护历程进行了全面回顾,针对水杉原产地的保护现状和存在的问题,提出四条具体的保护措施：(1)加强以水杉保护为主要目的的国家级自然保护区建设,建设重点应放在对水杉原生母树及其生境的保护。保护水杉原生母树及其生境要有长远的规划,机构的设置和功能以及人员的素质和经费要能支持水杉原生母树及其生境保护和发展的需要;(2)要把有关水杉保护的法规和措施落到实处;(3)建立基因保存林,对现有水杉原生母树基因进行全面保存;(4)积极协调环保、林业、科学院以及其他教育科研单位的关系,加强在这一领域的分工协作,开展科学研究,加强学术交流,共同促进水杉的保护和利用。