側(cè)柏種源遺傳多樣性與地理變異規(guī)律研究.pdf

1、側(cè)柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)起源于中國，種質(zhì)資源極為豐富，是我國重要的荒山造林綠化樹種。針對側(cè)柏缺乏良種的現(xiàn)實，本文根據(jù)分子系統(tǒng)學、群體遺傳學的原理和方法，利用AFLP 標記結(jié)合表型性狀，從分子和形態(tài)兩個水平對側(cè)柏種源遺傳多樣性進行評價，探討其遺傳變異規(guī)律，為側(cè)柏優(yōu)良種源選擇、種源區(qū)劃分、種子調(diào)撥及遺傳改良等提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.通過對17 省（市、自治區(qū)）41個側(cè)柏

2、種源的生長性狀、21個種源的球果形態(tài)進行研究，結(jié)果表明，生長性狀的變異系數(shù)在5.41％～47.55％間，其中以分枝角的變異系數(shù)最大（28.74％），樹高的變異系數(shù)最?。?0.73％）。種子的變異范圍為4.77％～47.42％，其中單粒重的變異系數(shù)最大，為30.28％，種子厚為11.63％、種子寬為10.42％，種子長的變異最?。–V=8.67％）。生長性狀的變異系數(shù)比種子性狀的變異系數(shù)大，說明種子的遺傳穩(wěn)定性高。生長性狀、球果形態(tài)的變異

3、系數(shù)和相對極差在種源間分別存在極顯著差異，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。
　　 2.側(cè)柏種源間生長性狀表型分化最大的性狀是樹高（Vst=46.82％），分化最小的是冠幅（Vst=20.92％），生長性狀的平均表型分化系數(shù)為 30.12 ％，即生長變異的69.88％來自種源內(nèi)。種子的表型分化系數(shù)范圍為16.78 ％～27.66 ％，平均表型分化系數(shù)為22.92％，即種子的變異77.08％來自種源內(nèi)。說明側(cè)柏表型變異種源內(nèi)遠高于種源間的，

4、種源內(nèi)變異是側(cè)柏種源的主要變異來源。
　　 3.生長和種子性狀與經(jīng)緯度的灰色關(guān)聯(lián)分析表明，各性狀與緯度的關(guān)聯(lián)度大于經(jīng)度，說明側(cè)柏的表型變異是以緯向變異為主。對44個種源8個種實性狀與種源點經(jīng)緯度進行典型相關(guān)分析，揭示出側(cè)柏種源種實性狀的變異受緯度和經(jīng)度雙重控制，變異的基本模式是以緯向變異為主的類型，經(jīng)緯度可解釋種球變異量的38.48 ％。
　　 4.空間相關(guān)分析表明，不同生長性狀的全局Moran's I系數(shù)在-0.187

5、8～0.1921 間，種子的全局Moran's I 范圍為-0.4842～0.7518，自相關(guān)系數(shù)多不顯著，表現(xiàn)為近距離時呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，隨距離增大，表現(xiàn)為空間不相關(guān)或空間隨機性。胸徑的Moran's I系數(shù)多大于樹高的，說明胸徑的空間變異性大于樹高的空間變異性。各種源生長性狀的G系數(shù)在-1.097～5.6426 間，種子的G系數(shù)在-2.1899～1.9142 間，且負值多，表明側(cè)柏種源表型性狀的空間聚集不明顯，大多數(shù)種源與較小的種源

6、相鄰，即隨緯度增加，表型性狀呈變小的趨勢。部分北方、南方種源的G系數(shù)為0，與周圍種源無空間相關(guān)性，呈現(xiàn)隨機分布狀態(tài)。
　　 5.半方差函數(shù)結(jié)果說明胸徑和樹高的塊金系數(shù)分別為58.72％、47.78％，兩者均具有中等的空間相關(guān)性，分枝角的塊金系數(shù)達90.6％，其空間相關(guān)性很弱。“Krige”分析反映出側(cè)柏種源的生長性狀存在一定的空間結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出漸變、雙向漸變和不規(guī)則斑塊的非隨機分布模式。表明側(cè)柏種源間表現(xiàn)為多數(shù)生長性狀缺乏空間結(jié)構(gòu)

7、和部分生長性狀具特定空間結(jié)構(gòu)的復(fù)合模式。
　　 6.樹高和胸徑遺傳力在兩地點表現(xiàn)不同，平陰點樹高遺傳力0.7049～0.9557、胸徑遺傳力0.7007～0.8858，棗莊點樹高遺傳力0.2684～0.8102、胸徑遺傳力0.3262～0.9424，平陰點樹高遺傳力大于胸徑的遺傳力，棗莊點則是胸徑遺傳力多大于樹高的遺傳力。總體來說,23年生時胸徑、樹高的遺傳力低于幼齡林遺傳力。不同林齡生長量與經(jīng)緯度相關(guān)分析表明：隨著林齡的增大高

8、生長與經(jīng)度相關(guān)系數(shù)逐步縮小，與緯度相關(guān)系數(shù)有增大趨勢；
　　 側(cè)柏種源胸徑生長量與經(jīng)度相關(guān)系數(shù)逐步增大趨勢，與緯度相關(guān)系數(shù)有減小趨勢。
　　 7.以26個種源的254個單株為試材，利用熒光AFLP 標記對側(cè)柏種源的分子遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)進行了研究，結(jié)果表明：8 對引物擴增的平均多態(tài)位點數(shù)為100.4，多態(tài)位點百分率為46.47％。各種源擴增的多態(tài)位點數(shù)（A）差異較大，全國種源的平均多態(tài)位點數(shù)為83.6～118.5個，多

9、態(tài)位點百分率（PPA）為38.72％～54.86％。山東種源擴增的平均多態(tài)位點數(shù)為54.5個～124.8個，PPA 為25.23％～57.75％。四種源區(qū)擴增的多態(tài)位點數(shù)和多態(tài)位點百分比相比較，南部種源（A=104.5，PPA=48.35％）＞北部種源（A=104.2，PPA=48.25％）＞中部種源（A=102.1，PPA=47.28％）＞山東種源（A=95.4，PPA=44.14％）。說明南部種源的遺傳多樣性最為豐富，北部種源次之，

10、中部和山東種源的遺傳多樣性水平較低。
　　 8.不同側(cè)柏種源的遺傳多樣性有顯著差異，觀測等位基因（Na）的變幅為1.2622～1.6122，有效等位基因(Ne)變幅為1.0983～1.2519，Nei's基因多樣度(H)變幅為0.0635～0.1531，Shannon 信息指數(shù)（I）變幅為0.1025～0.2371。26個側(cè)柏種源的平均Na=1.5311、Ne=1.2022、H=0.1305、I=0.2102。側(cè)柏種源種級水平觀

11、測的等位基因數(shù)為Na=2.000，有效等位基因數(shù)為Ne=1.2406，Nei's基因多樣度為H=0.1605，Shannon信息指數(shù)為I=0.2695，四個參數(shù)在種級水平上顯著高于種源水平。
　　 在區(qū)域水平上，南部種源的Nei's基因多樣度、Shannon 信息指數(shù)（H=0.1434、I=0.2366）高于北部種源（H=0.1425、I=0.2305）和中部種源（H=0.1377、I=0.2283），但無顯著性差異，顯著高于山

12、東種源（H=0.1285、I=0.2227），說明南、北部種源的雜合體多，遺傳多樣性豐富，而山東種源的遺傳多樣性低。
　　 9.遺傳多樣性分析結(jié)果顯示：種級水平總的基因多樣度Ht 為0.1518，種源內(nèi)基因多樣度HS 為0.1106，種源間的遺傳分化系數(shù)Gst 為0.2703，也就是說總變異的27.03％來源于種源間遺傳變異,72.97％屬于種源內(nèi)的遺傳變異。分子方差（AMOVA）分析結(jié)果顯示，種源間的遺傳變異占總變異的14.0

13、2％，種源內(nèi)變異占74.86％，區(qū)域間變異占11.12％，表明側(cè)柏種源出現(xiàn)了較高程度的遺傳分化，遺傳多樣性主要存在于種源內(nèi)。
　　 10.遺傳分化系數(shù)計算得到種級水平的基因流Nm=1.3804，說明側(cè)柏4個種源區(qū)間存在適度的基因交流，但各區(qū)域的基因流顯著高于全分布區(qū)的基因流（1.3804），其中北部種源的基因流最高，達3.8442，中部種源為3.3679，南部種源為2.5390，山東種源為2.1078，說明尺度小的區(qū)域內(nèi)，側(cè)柏種

14、源的基因交流頻繁。
　　 11.26個側(cè)柏種源間的遺傳一致度介于0.8422～0.9919之間，平均為0.9380；遺傳距離為0.0086～0.1717，平均值0.0647，說明種源間具有較高的基因相似度，遺傳距離小?；趥?cè)柏樣本間的Nei 遺傳距離進行UPGMA 聚類,26種源可分為5大類，大致按地域聚在一起：第一類為南部種源，包括云南文山、福建南平、貴州貴陽3個種源；第二類為北部種源，包括北京密云、內(nèi)蒙烏拉山、遼寧朝陽和新疆

15、伊犁4個種源；第三類為西南部種源，包括四川西昌、湖北荊門和河南確山3個種源；第四類為中部的8個種源，為甘肅徽縣、江蘇銅山、陜西黃陵、山西石樓、寧夏銀川、河北易縣以及山東的棗莊、莒南8個種源；第五類為山東種源，包括費縣、曲阜、泰安、博山、安丘、平度、平陰和聊城8個種源。聚類結(jié)果顯示緯度（地理距離）相近的種源被聚到了一起，反映了側(cè)柏的遺傳分化和生境有著一定的相關(guān)性，經(jīng)Mantel 檢驗，種源的地理距離與遺傳距離之間顯示正相關(guān)，但未達到顯著性