基于ISSR和RAPD标记的4个夏蜡梅种群的遗传多样性研究

利用ISSR和RAPD技术对4个夏蜡梅种群25个单株的遗传多样性进行研究。从60条简单重复序列引物中筛选出了10条引物在25个个体中共检测到62个可重复的位点,其中多态位点为41个,总的多态位点百分率为65.60%;从60条寡居核苷酸引物中筛选出了10条引物共扩增出52个位点,其中多态性位点31个,多态性位点的百分率为57.50%。Shannon指数估算的夏蜡梅群体总遗传多样性为0.3737,各群体平均遗传多样性为0.1645。Nei’s指数估算的夏蜡梅群体总遗传多样性为0.2528,各群体平均遗传多样性为01117;物种水平的有效等位基因数为1.4473,平均值为1.1972。4个自然群体的基因分化系数Gst=05297,即总的变异中有52.97%的变异存在于群体间,而群体内的遗传变异占总变异的47.03%,群体间遗传距离平均值0.2187。也表明了夏蜡梅4个群体间出现了遗传分化。夏蜡梅群体间的基因流较低,Nm=04450。聚类分析将4个种群聚为2支,且聚类结果表现出明显的地域性特征。作为狭域分布种,夏蜡梅各群体间存在遗传分化和多样性程度不高,对夏蜡梅种群多样性的就地和迁地保护势在必行。     

云锦杜鹃ISSR扩增条件的优化

以云锦杜鹃基因组DNA为研究对象,对影响ISSR-PCR扩增效果的一些因素,包括镁离子浓度、dNTP浓度、模板DNA含量、TaqDNA聚合酶量、BSA浓度、引物用量以及退火温度等进行筛选和优化,建立了稳定、可重复的最佳反应体系:10μLPCR反应体积中,1×Taq酶配套缓冲液(10mmol/LTris.HClpH9.0,50mmol/LKCl,0.1%TritonX-100),1.5mmol/LMgCl2,0.15mmol/LdNTP,0.45UTaqDNA聚合酶,2mg/mLBSA,12pmol引物,16ng模板DNA。利用所建立的优化反应体系从100个ISSR引物中共筛选出12个稳定性好、重复性高的引物,对5个居群共100个云锦杜鹃个体的DNA进行扩增,检测到170个位点,其中多态位点150个,多态位点百分率88.24%,5个居群的多态位点百分率平均为48.23%。云锦杜鹃ISSR反应体系的建立为利用ISSR分子标记技术研究云锦杜鹃的遗传多样性奠定了良好的基础。     

蜡梅种质资源遗传多样性的ISSR分析

利用ISSR分子标记技术,对蜡梅种质资源7个野生种群和2个栽培种群的遗传多样性进行了研究。用11条引物,共扩增出124条谱带,其中110条多态带,多态位点占88.70％。用POPEGEN1.31版软件对数据进行分析,结果显示：种群总的Nei’s基因多样性指数为0.272 6,Shannon信息多态性指数为0.411 7,蜡梅总的遗传多样性水平较高。蜡梅不同种群遗传多样性水平差异较大,种群多态位点百分率在52.94％~90.00％之间,Nei’s基因多样性指数为0.143 4~0.378 2,Shannon信息多态性指数为0.232 2~0.546 6。神农架种群（SN）和保康种群（BK）的遗传多样性水平较高。种群间的基因分化系数为0.353 6,种群内的遗传变异大于种群间的遗传变异。用NTSYS2.01版软件对样品进行UPGMA聚类分析,结果9个种群并没有按地理距离进行聚类。种群间的地理距离和遗传距离之间没有显著的相关性(r＝0.437 1,P＝0.921 3)。     

濒危植物夏蜡梅营养器官的解剖结构特征

采用石蜡切片法观察了濒危植物夏蜡梅(Calycanthus chinensis W. C. Cheng et S. Y. Chang)营养器官(根、茎、叶和芽)的解剖结构特征,探讨了这些结构特征与夏蜡梅生态适应性的关系.观察结果显示,夏蜡梅的芽没有芽鳞,为柄下芽.夏蜡梅根初生木质部为三原型或四原型,导管数量多、口径大,皮层和木质化薄壁细胞内均存有大量簇晶.幼茎木质部含有较多的导管,四周的厚壁细胞小,茎中韧皮纤维和髓部发达;老茎有突起的皮孔并具表皮毛,茎的每个突起部位都有成团的韧皮纤维.夏蜡梅的叶片为典型的异面叶,具有以下解剖特征:叶表皮角质膜较厚;表皮及叶肉细胞内含有较多的晶体;气孔多集中在下表皮,气孔极区T形加厚;栅栏组织由1层细胞组成;主脉维管束呈径向排列,且叶脉维管束鞘细胞有加厚现象.研究结果表明,夏蜡梅营养器官具有一定的原始和耐旱结构特征,同时,与其生活的溪沟两旁及林下的湿润环境相适应,夏蜡梅营养器官具有耐阴植物的解剖结构特征.     

中国特有濒危植物夏蜡梅的交配系统

夏蜡梅Sinocalycanthus chinensis具有局限的地理分布、片断化的生境、较小的种群规模和特殊的遗传结构,研究其交配系统,将为评估造成其目前这种遗传结构的内因、明确夏蜡梅遗传衰退机制和制定保护策略提供重要依据。通过野外观察、实验室检测和人工控制交配实验等研究,结果表明:夏蜡梅从开花到散粉雄蕊和退化雄蕊呈直立到平展再到合拢状的动态变化,当花药处于最平展状态时,柱头成熟具有粘性,可授性最强;说明夏蜡梅雌蕊先熟,雌雄配子存在一定的时空隔离,仅发育后期可遇。花粉胚珠比(P/O)、杂交指数(OCI)和人工控制交配实验的结果较为一致,表明夏蜡梅的交配系统为以异交为主的混合交配系统,部分自交亲和,完成授粉需要传粉者。综合种群结构、遗传结构和交配系统,夏蜡梅种群内遗传多样性降低而种群间遗传分化加剧最重要和直接的原因是生境的破坏、种群规模变小而导致的近交或自交比例增加。人工控制交配实验结果进一步表明,远交和混合授粉即用含有天台种群的花粉进行授粉具有显著的远交优势,远交结实率高达79.6％,平均每果实结实9.1粒种子,平均每胚珠结实0.75粒。因此,人为地促进2种群间的基因流将有利于夏蜡梅自然种群的恢复和遗传多样性的增加,对夏蜡梅保护策略的制定有重要参考价值。     

珍稀濒危植物夏蜡梅的减数分裂观察

首次研究了夏蜡梅小孢子母细胞的减数分裂过程,并观察了花粉粒育性. 后期Ⅰ,末期Ⅰ和后期Ⅱ均观察到少量染色体异常行为的发生,但整个过程基本正常.花粉粒活性也大都正常.人为的因素可能是夏蜡梅濒危狭域的原因.     

基于形态及分子标记的濒危植物夏蜡梅自然居群的遗传变异研究

比较了濒危植物夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)大明山、大雷山、龙须山3个居群的果实与种子的形态变异,采用ISSR分子标记技术分析DNA序列的变异,综合评价夏蜡梅3个居群的遗传变异。结果如下:果实性状中,果柄长、果实长、果实重、每果种子数等指标均以大明山居群最大、大雷山居群次之、龙须山居群最小,它们之间差异显著(P<0.05)。种子重、种子长、种子宽、种子厚等指标均以大雷山居群最大,与大明山居群和龙须山居群差异显著(P<0.05)。基于果实形态特征的表型分化系数(VST)在0.5518—0.9750之间,平均为0.8930,所有果实形态指标的变异大部分存在于居群间。基于种子形态特征的VST在0.1669—0.8678之间,平均为0.6240,除种子长外,其他种子形态指标的变异也大部分存在于居群间。ISSR分析表明,3个居群的多态位点百分率、Shannon信息指数、Nei基因多样性均是大明山居群最高、龙须山居群次之、大雷山居群最低。居群间的遗传分化系数(GST)为0.6050。基于ISSR分子标记数据的聚类结果显示大明山居群先与龙须山居群聚在一起,再与大雷山居群相聚,这与基于种子性状特征的聚类结果相似,而与基于果实性状特征的聚类结果不同。3个居群的种子形态特征变异系数与遗传多样性水平具有显著的正相关,且基于果实形态特征估算的VST要高于GST,而基于种子形态特征估算的VST仅略高于GST,表明夏蜡梅不同居群间的种子形态变异主要由遗传变异所造成的,而环境因子在果实形态变异中起了重要作用。Mantel检验显示3个居群基于分子标记数据的遗传距离矩阵和基于果实及种子形态特征的欧氏距离矩阵之间的相关性不显著,表明果实与种子在居群间出现的表型分化除了受遗传因素影响外,还受到其它环境因子的强烈影响。     

濒危植物夏蜡梅及其伴生植物的光合日进程

用LCA4型便携式全自动光合测定仪,在自然条件下,于7月下旬的晴朗天气测定了群落冠层和林下两种不同光环境下夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)的净光合速率（Pn）、胞间CO₂浓度(Ci)、呼吸速率（Rd）、气孔阻力（rs）的日进程,并与其伴生植物悬铃叶苎麻(Boehmeria platanifolia)、盐肤木(Rhus chinensis)、水马桑(Weigela japonica var. sinica)的光合日进程相比较。结果表明：夏蜡梅冠层的光合速率日进程呈“双峰”曲线,有明显的“午休”现象,经分析其“午休”的原因主要是由非气孔因素引起的;林下夏蜡梅则表现为“单峰”曲线,净光合速率较低,最大净光合速率不及冠层的1/2,相关分析结果表明其最重要的影响因子是光合有效辐射（p=0.001）;与其它伴生植物相比,夏蜡梅的日均光合速率、最大光合速率、水分利用效率和光合速率/呼吸速率都明显偏低,在群落竞争中处于不利地位。     

濒危植物夏蜡梅黄酮化合物薄层色谱分析

采用薄层层析法对不同居群夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)叶、同一居群夏蜡梅不同营养器官中的黄酮化合物进行分离,并以芦丁为标准品通过双波长锯齿扫描作定量分析。结果表明:不同居群夏蜡梅叶片中黄酮化合物含量以鸡窝坪居群最高,中坪居群次之,龙塘山居群最低,除双石边和白水坞两个居群差异不显著外,其它各居群间差异均达到显著水平;同一居群夏蜡梅黄酮化合物在不同营养器官中含量不同,叶片中含量显著高于其它营养器官,根、茎、一年生枝和二年生枝等4个营养器官中黄酮化合物含量差异不显著。薄层层析法分离黄酮化合物组分结果显示,除大明山居群叶片黄酮化合物为5种组分外,其它居群叶片均为7种组分;大明山居群夏蜡梅的根、茎、一年生枝和二年生枝等营养器官黄酮化合物均为6种组分,叶片中缺少Rf值为0.66的化合物。     

濒危植物山白树遗传多样性及亲缘关系的ISSR分析

利用ISSR分子标记,对我国特有种金缕梅科(Hamamelidaceae)濒危植物山白树(Sinowilsonia fienryi Hemsl)6个野生居群和2个栽培居群75份试验材料的遗传多样性进行研究,以期为该物种种质资源的保护和合理利用提供科学依据。试验结果显示:(1)10条引物共检测到89条清晰的谱带,其中多态性条带85条,多态位点百分率(PPB)为95.5%,说明山白树在物种水平上遗传多样性较高;(2)Nei's基因多样度指数(H)为0.283 3,Shannon's多样性信息指数(I)为0.4034;Nei's遗传分化系数(G_(st))为0.3507,居群间与居群内变异百分率分别是25.49%,74.51%,说明山白树居群内与居群间都存在遗传分化,且主要遗传分化来自居群内部;(3)聚类分析(UPGMA法)得到,在阈值0.87处,山白树8个调查居群分为三类,分类结果与其地域分布存在一定规律。     

珍稀濒危植物夏蜡梅遗传多样性的ISSR分析

利用ISSR分子标记技术,对濒危植物夏蜡梅10个居群的遗传多样性进行了分析.结果表明:夏蜡梅种的遗传多样性较高,多态位点百分率为73.08%,Shannon指数为0.3097,Nei指数为0.1987;而居群水平的遗传多样性较低,多态位点百分率平均为23.65%,Shannon指数平均为0.1251,Nei指数平均为0.0839.AMOVA分子差异分析显示:居群间遗传分化程度高,57.11%的变异存在于居群间,42.89%存在于居群内,基因分化系数(G_st)为0.5779;居群间的基因流为0.3651.生境的片断化使居群间的基因流受阻,可能是导致居群间高遗传分化和居群水平低遗传多样性的主要原因.10个居群间的平均遗传距离为0.1471.利用UPG-MA法对10个居群进行聚类,结果是天台县内的2个居群、临安市内的8个居群各组成一大类群.     

濒危植物夏蜡梅花的形态变异

研究了不同地理位置的3个夏蜡梅自然种群间以及种群内花部形态变异,并对3个种群进行聚类分析。结果表明：夏蜡梅花部表型性状在种群间和种群内都存在一定程度的变异;各性状总的平均变异系数在6.293（内瓣长）~46.90（花柄长）之间,种群间总的平均变异系数在13.430（DMS）~15.720 8（DLS）,因此认为夏蜡梅花的表型性状无论是在物种水平还是在种群水平都具有较丰富的表型多样性,其中又以大雷山种群最高;单因素方差分析显示：部分指标分化显著或极显著,13个指标在种群内的变异占了总变异的82.9%,这说明夏蜡梅种群内变异是表型变异的主要来源,由此可以推测遗传上的多样性是形成夏蜡梅花部形态变异的主导因素;种群间平均变异组分占了17.1%,表明花部形态在种群间存在一定程度的表型分化;聚类分析显示距离较近的大明山种群和龙须山种群先聚在一起,表型差异与地理距离之间存在显著正相关,经分析认为微生境的异质性和种群隔离以及遗传漂变均可能导致夏蜡梅种群间的表型分化;相关性分析显示部分性状之间存在显著的相关性。     

黄连ISSR反应条件优化的研究

以黄连(味连,Coptis Chinensis Franch.)基因组DNA为模板,通过单因子、双因子实验研究了ISSR反应体系中主要成分（Mg²⁺、dNTP、引物、模板、Taq DNA聚合酶）以及热循环参数（退火温度、循环数、变性时间、退火时间、延伸时间）对扩增结果的影响,并找出各自的最适条件,建立了适合黄连ISSR分析的反应体系和扩增程序,即在25μL反应体系中,内含1×PCR buffer、1.5mmol·L^-1 Mg²⁺、200μmol·L^-1 dNTP、0.3 μmol·L^-1引物、40 ng模板、1 U TaqDNA聚合酶。扩增程序为94℃预变性5 min,然后进行35个循环：94℃变性30 s,（据不同引物的退火温度）复性1 min,72℃延伸1.5 min,循环结束后72℃延伸7 min,-4℃保存。这一优化系统的建立为今后利用ISSR标记技术进行黄连鉴定及种质遗传多样性分析提供了一个标准化程序。     

简单重复序列区间(ISSR)引物反应条件优化与筛选

以豆科沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus)的基因组DNA制备ISSR-PCR模板。通过对聚合酶链式反应（PCR）体系中模板DNA浓度,Mg^2 浓度,dNTP的用量,Taq酶的含量以及退火温度梯度进行试验。探讨筛选出清晰,多态性高,可重复性好的ISSR引物的PCR反应条件,用100个ISSR引物进行了PCR扩增,筛选出效果较好的15个引物,得到121个位点,其中43个多态位点,多态位点比例为36%。     

利用ISSR分子标记构建濒危植物水青树核心种质

基于全国26个居群的174份水青树Tetracentron sinense种质,利用14条ISSR引物,采用UPGMA聚类法进行多次逐步聚类,利用三种取样策略(随机取样策略、位点优先取样策略和偏离度取样策略)构建初始核心种质,并将各遗传多样性指标进行比较分析,从而确定构建水青树核心种质的最佳方法。利用14条ISSR引物扩增出180个条带,其观测等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Nei’s基因多样性指数(H)与Shannon信息指数(I)分别为1.6944、1.3912、0.2321和0.3509,说明水青树具有较低的遗传多样性。采用位点优先取样策略构建的核心种质各遗传多样性指数均大于随机取样策略和偏离度取样策略。利用位点优先取样策略构建了78 份核心种质资源,保留了44.83%原种质样品,遗传多样性指数Na、Ne、H和I的保留率分别为98.69%、100.01%、99.27%和98.67%,比较完好地保留了原种质的遗传多样性和遗传变异。因此,位点优先取样策略是构建水青树核心种质的最佳取样策略。     

三角梅ISSR反应体系的建立和优化

对影响三角梅ISSR-PCR扩增反应的各个参数进行优化,建立适合三角梅的ISSR反应体系:PCR反应体积为20μL,其中10×buffer(含Mg2+)2.0μL,dNTP250μmol/L,Taq酶1.0U,引物0.3μmol/L,模板DNA20ng。扩增程序:94℃预变性5min;94℃变性1min,51.6℃退火1min,72℃延伸2min,34个循环;最后72℃延伸7min。该反应体系标记点位清晰、稳定、重复性好,适宜三角梅ISSR分析,为应用ISSR技术鉴定三角梅种质资源、分子标记辅助选择育种及其遗传多样性研究奠定了基础。     

濒危植物毛瓣金花茶遗传多样性的ISSR分析

采用ISSR分子标记对毛瓣金花茶6个自然居群的遗传多样性进行了分析。利用11个引物对150个个体进行了扩增,共扩增出92条条带,其中多态性条带74条。毛瓣金花茶在物种水平和居群水平都表现出相对较高的遗传多样性,在物种水平上,多态位点百分率(PPB)为80.43%,Nei’s基因多样性指数(h)为0.245 1,Shannon多样性指数(I)为0.377 6;在居群水平上,PPB为58.70%~66.30%,h为0.199 7~0.229 3,I为0.300 9~0.343 8。Nei’s遗传多样性分析和AMOVA分析表明,毛瓣金花茶的遗传变异主要存在于居群内,居群间的遗传分化程度较低(Gst=0.126 6,Φst=11.37%),基因流(Nm)为3.448 0。Mantel检测表明,居群间的遗传距离和地理距离之间存在显著的相关关系(r=0.755 1,P0.05)。研究认为,毛瓣金花茶较高的遗传多样性和较低的遗传分化可能与其异交型繁育系统和鸟类传粉有关。     

珍稀濒危植物长叶红砂种群遗传多样性的ISSR分析

采用ISSR分子标记技术,对濒危小灌木长叶红砂(Reaumuria trigyna) 集中分布的5个种群的遗传多样性水平和遗传结构进行了研究。14条引物共检测到114个位点,其中99个为多态位点,多态位点比率为86.84％,长叶红砂种群具有较高的遗传多样性。物种水平上Shannon多样性指数(I)为0.468 8,Nei基因多样性指数(H)为0.308 4;种群水平上,多态位点比率P为77.89%,I为0.410 6,H为0.260 9,基因分化系数Gst为0.106 9,揭示了长叶红砂种群遗传变异多存在于种群内,种群间的遗传分化较小,占10.69%。 基因流(Nm)为4.178 7＞1,说明种群间的基因交流,防止了由于遗传漂变导致的遗传分化。聚类分析表明长叶红砂种群遗传距离与地理距离之间无显著的相关性。研究结果说明遗传多样性水平与物种本身特性和所处不同群落有关,濒危植物并不一定表现为遗传变异水平的降低。