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。     

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。     

水杉孑遗居群AFLP遗传变异的空间分布

本研究采用空间自相关分析方法对水杉 (Metasequoiaglyptostroboides)孑遗居群AFLP遗传变异的空间结构进行了研究 ,以探讨水杉孑遗居群遗传变异的分布特征及其形成机制。根据 6对AFLP选择性引物扩增的 46个多态性位点 ,选择了其表型频率在 2 5 %～ 75 %的 2 7个AFLP标记 ,运用等样本频率方法和等地理距离间隔方法分别对 3 9株和 3 7株原生母树进行了空间自相关系数Moran’sI值计算。结果表明 :水杉孑遗居群缺乏空间结构 ,绝大多数AFLP位点变异为随机分布的空间模式 ,但也有少数位点存在显著性随机相关 ,在 4～ 8km地理距离间隔显示负相关 ,说明该间隔可能是水杉孑遗居群的部分基因交流的有效屏障。水杉原生母树分布存在 12～ 2 8km的明显距离间隔空挡 ,说明人类从迁入该区域起就影响着水杉孑遗居群的原始生境 ,导致其生境片断化、景观破碎 ,进而形成岛屿状分布格局 ,并引起了水杉残留居群的随机遗传漂变。根据本研究结果 ,结合水杉孑遗居群较低的遗传多样性 ,分析探讨了水杉孑遗居群濒危的机理 ,并提出了相应的保育策略 ,为水杉的有效保育提供了科学依据     

准噶尔无叶豆片断化居群的遗传变异及克隆多样性

准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum)是豆科无叶豆属小半灌木, 既能开花结实进行有性繁殖, 又可以靠根茎进行无性克隆繁殖, 为国家三级保护植物, 在中国仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠局部区域。本文采用ISSR分子标记对采自古尔班通古特沙漠腹地及边缘的7个准噶尔无叶豆自然居群共148个个体进行了遗传变异和克隆多样性分析。8个引物共扩增出84个位点, 其中77个为多态性位点, 物种水平上的多态位点百分比PPB为91.67％, Nei's基因多样性指数I为0.3192, Shannon信息指数H为0.3540; 居群水平上的多态位点百分比PPB为58.45％, Nei's基因多样性指数I为0.2248, Shannon信息指数H为0.3270。居群间的遗传分化系数G_ST为0.2978。AMOVA分析表明, 有31.88%的遗传变异存在于居群间, 表明居群间存在显著的遗传分化。克隆多样性分析表明, 居群水平上, 居群G的Simpson多样性指数和均匀度指数最高, 分别为0.9400和0.9885; 居群E最低, 分别为0.8457和0.9021。物种水平上, Simpson多样性指数为0.9858, 均匀度指数为0.9673。本研究结果表明, 和其他荒漠植物相比, 准噶尔无叶豆表现出较高的遗传变异水平和克隆多样性, 这主要与该物种兼性生殖的繁育方式及多克隆起源有关; 而居群间产生了显著的遗传分化则主要由于人为干扰引起的生境片断化和居群减小而导致的基因交流障碍所致。遗传变异水平和遗传结构的研究将为分析准噶尔无叶豆致濒原因及进化潜力提供重要资料, 对该物种保护具有指导意义。     

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。     

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。     

长白山阔叶红松林稠李居群遗传结构的空间自相关分析

以长白山阔叶红松林25 hm²样地为平台,选取样地中胸径≥1 cm的稠李个体共计396株,将其分为1～3、3～10和>10 cm 3个径级,通过微卫星标记对这些个体进行了空间遗传结构的空间自相关分析.结果表明: 样地中的稠李种群总体上具有一定的空间特征,在70 m范围内呈显著正相关, 110 m外则呈负相关.不同年龄级的个体空间遗传结构相似, 且主要源于有限的花粉和种子扩散距离.该稠李居群未出现明显的自疏现象.     

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。     

浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析

采用空间自相关分析方法对浙江天台山亚热带常绿阔叶林优势种甜槠种群全部个体及不同年龄级个体的小尺度空间遗传结构进行了分析,以探讨甜槠种群内遗传变异的分布特征及其形成机制。根据11个ISSR引物所提供的多态位点,经GenAlEx 6软件计算地理坐标和遗传距离矩阵在10个距离等级下的空间自相关系数。在样地内,甜槠种群内个体在空间距离小于10 m时存在显著的正空间遗传结构,其X-轴截矩为9.945。甜槠种群的空间遗传结构与其种子短距离传播和广泛的花粉传播有关。Ⅰ年龄级、Ⅱ年龄级和III年龄级个体在空间距离小于10 m时存在显著的正空间遗传结构,其X-轴截矩分别为11.820、9.746和9.792。当距离等级为5 m时,其空间自相关系数r分别为0.068、0.054和0.070。Ⅳ年龄级个体在所有空间距离等级中均不存在显著的空间遗传结构。甜槠是多年生、长寿命植物,自疏作用是导致IV年龄级个体空间遗传结构消失的主要原因。     

准噶尔无叶豆的引种栽培

准噶尔无叶豆的引种栽培刘生龙王理德高志海仲述军（甘肃省治沙研究所,武威７３３０００）ＴｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＥｒｅｍｏｓｐａｒｔｏｎｓｏｎｇｏｒｉｃｕｍ（Ｌｉｔｖ．）ＶａｓｓＬｉｕＳｈｅｎｇ－Ｌｏｎｇ,ＷａｎｇＬｉ－Ｄｅ...     

沙丘坡面异质性小生境中准噶尔无叶豆对水分条件变化的响应

以多年生克隆植物准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum(Litv.)Vass.)为材料,选择河边(A种群)和沙漠腹地(B种群)两个沙丘,研究从沙丘底部至顶部,沿着水分条件连续变化的梯度,准噶尔无叶豆在分株种群和克隆片段水平的形态变化特征,以期能揭示其在异质性小生境内利用水分资源的对策,并为准噶尔无叶豆的资源保护、培育和利用提供有意义的参考.研究发现:①在分株种群水平,A种群分株高度及地上部生物量显著高于B种群,而B种群地下部(根)的生物量则显著高于A种群;②在克隆片段水平,随着沙丘底部至顶部,A种群与B种群克隆片段高度和地上生物量都减小,而分株密度都增加,但升高或降低的强度不同;A种群根的生物量和长度增加,主要是水平的位于地下0～10 cm层面的直径10mm以下的根长度增加,而B种群根的生物量减小,但长度却在增加,主要是水平的位于地下0～10 cm层面的直径6mm以下的细根长度增加.水平细根的长度增加,更利于无性系进行广泛觅食,同时促进无性系尽快越过不利生境斑块和提高分株在有利生境中的生长概率.结果表明,准噶尔无叶豆对沙丘坡面水分条件连续变化的异质性小生境存在分株种群及克隆片段两个等级的可塑性响应,并通过可塑性变化适应了沙丘坡面水分条件的分异.     

不同水分下准噶尔无叶豆分株种群特征和生物量分配差异

准噶尔无叶豆是豆科无叶豆属小半灌木,在中国仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠局部区域.该种自然种群种子萌发率极低(<3%),主要靠克隆繁殖维持种群.为研究克隆生长在异质性生境中的可塑性特征及其生态适应意义,对生境土壤含水量存在差异的两个准噶尔无叶豆自然种群(河边种群,沙漠种群)的分株种群特征、生物量及其分配比重进行了比较,研究发现:①在分株种群特征上,河边种群的分株显著高于沙漠种群,分株间距也显著大于沙漠种群.沙漠种群分株密度和根的密度显著大于河边种群,但每一分株拥有根的概率显著小于河边种群;②在生物量分配方面,河边种群具有比沙漠种群大的根生物量,但根茎生物量则要显著的小于沙漠种群;③在植株各部分生物量比重随植株大小的变化趋势上,河边种群各部分的比重随植株大小变化的趋势平缓,而沙漠种群各部分的比重变化趋势则较为急剧,表明河边准噶尔无叶豆分株种群随着植株的大小变化,资源分配比例并没有发生很明显的变化,而沙漠种群变化较大.结果表明,准噶尔无叶豆种群对所处生境水分条件存在可塑性响应,并通过分株种群特征变化和生物量分配差异应对水分条件的变化,形成自身的适应对策.     

Seed development in the rare cold desert sand dune shrub Eremosparton songoricum and a comparison with other papilionoid legumes

No study has yet been carried out on seed development in a cold desert sand dune papilionoid legume. Thus, our primary aims were to (i) monitor seed development in the cold desert sand dune species Eremosparton songoricum from the time of pollination to seed maturity, and (ii) compare seed development in this species with that in other species of papilionoid legumes. Fruit and seed size, mass and seed moisture content, and seed imbibition, germination, desiccation tolerance and water retention during development (pollination to seed maturity) were monitored in the papilionaceous shrub E. songoricum in the Gurbantunggut Desert of northwest China. The duration of seed development was 40 days. Seeds reached physiological maturity 28 days after pollination (DAP), at which time 58% of them germinated and they had developed desiccation tolerance. Seeds became impermeable 36–40 DAP, when their moisture content was about 10%. The final stage of maturation drying occurred via loss of water through the hilum. The developmental stages and their timing (DAP) in seeds of E. songoricum are generally similar to those reported for other papilionaceous legumes with a water‐impermeable seed coat (physical dormancy). In general, the developmental features of seeds with water‐impermeable coats at maturity do not appear to be specific to habitat or phylogeny.     

锥栗自然居群遗传多样性的ISSR分析

采用20条ISSR分子标记对栗属中国特有种-锥栗(Castanea henryi)的16个自然居群进行了遗传多样性与遗传关系分析。在449份试材上共扩增得到379个位点,其中多态性位点378个,多态性位点百分率(PPL)达99.74%,平均期望杂合度(He)为0.2950,Shannon信息指数(I)为0.4522;居群水平遗传多样性为46.09%,且不同居群遗传多样性水平有较大差异,16个自然居群中以湘西居群的遗传多样性水平最高(PPL=53.30%,He=0.1861,I=0.2781),其次为靖州、庆元、昭通及都江堰居群,南平居群最低(PPL=36.94%,He=0.1202,I=0.1817)。Nei’s遗传多样性和AMOVA分析表明,居群间产生了较大的遗传分化(Gst=0.4466),锥栗自然居群内的遗传变异稍占优势(52.51%)。UPGMA聚类分析将16个锥栗居群分为2大类5亚类。湘西地区可能是锥栗的次生分布中心和现代遗传多样性分布中心,是锥栗研究的资源中心,也是最有价值的基因库,需要重点保护。     

Genetic diversity and structure among natural populations of Sindora glabra in Hainan Island,China as revealed by ISSR markers

Sindora glabra, one of the second-class national protective plants in China, has important ecological and commercial values. To understand the genetic diversity and structure of S. glabra, eleven natural populations from four areas of Hainan Island in China were analyzed by inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Thirteen primers were screened out and used to amplify 157 DNA samples. A total of 122 bands were obtained, among which 114 (93.4%) bands were polymorphic. Genetic parameters including average number of effective alleles (1.547), Nei's gene diversity (0.321), Shannon's information index (0.482), and gene differentiation coefficient (0.1944) revealed a high level of genetic diversity maintained in S. glabra populations. The variation within populations accounted for 85.6% of total variation based on analysis of molecular variance. Genetic distance analysis showed that 11 populations could be divided into three groups and populations from the same areas were classified as one group, suggesting that high genetic diversity of S. glabra was attributable to geographic isolation. Together, introduction of germplasm from distant natural distribution areas would be a sound strategy for germplasm resource conservation of S. glabra and selection of elite individuals from populations of far relationship for hybridization is of great importance for breeding improvement programs in future.     

不同居群准噶尔无叶豆果实和种子特性及种子萌发差异

研究准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum) 6个居群间果实和种子特性及种子萌发差异, 以揭示异质生境下准噶尔无叶豆果实和种子的生态适应机制。结果显示: 居群间准噶尔无叶豆的植株距离(F = 2.34, p = 0.03)和植株冠幅(F = 8.49, p < 0.01)存在显著差异, 沙漠北缘E、F居群和沙漠腹地C居群(受人类干扰剧烈)的植株距离和植株冠幅高于沙漠腹地A、B、D居群; 居群间准噶尔无叶豆果实和种子的长度、宽度、厚度、重量存在显著差异, 居群E、F和C的大部分参数显著高于其他沙漠腹地居群; 居群间果实多子性(F = 6.96, p < 0.01)也存在显著差异, 居群C的果实多子性最高((32.50 ± 4.79)%); 萌发结果表明, 居群间新鲜的成熟种子萌发不存在显著差异, 且萌发率都低于15%; 所有居群的大部分种子都存在物理性休眠现象, 人为划破种皮能显著提高种子萌发率, 但在低温(15/5 ℃)条件下, 所有居群的种子萌发率都较低, 说明低温抑制了种子萌发; 经人为划破种皮解除物理休眠后, 种子的休眠没有完全释放, 居群C、E和F (大种子居群)的种子萌发率显著高于居群A、B和D (小种子居群) (F = 30.77, p < 0.01), 说明准噶尔无叶豆种子不仅存在物理性休眠现象, 也可能存在生理休眠现象。不同程度的种子复合休眠可能是准噶尔无叶豆不同居群适应古尔班通古特沙漠的重要生存策略。     

Genetic diversity of natural Miscanthus sinensis populations in China revealed by ISSR markers

Miscanthus sinensis is a typical perennial C₄ grass in Asia. In the present study, ISSR markers were used to evaluate the genetic variation within and among grass populations that were sampled from the Zhejiang and Guangdong Provinces of China. Based on nine ISSR primers, 206 clear and reproducible DNA fragments were generated. Relatively low levels of genetic diversity were determined among the populations. The coefficient of genetic differentiation among the populations was 0.52, which indicates that 52.3% of the total molecular variance exists among the populations. Such a high level of divergence present among the populations might be caused by the complex topography and variable climatic conditions present in the two provinces. AMOVA revealed that the majority of the genetic variation was within the populations (50.6%). The application of a novel method, which combines geographical coordinates and genetic differentiation to detect barriers for gene flow, allowed us to identify two zones of lowered gene flow.