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濒危植物三棱栎的[Trigonobalanus doichangensis
(Camus)Forman]遗传多样性研究
摘要
三棱栎[Trigonobalanus doichangensis (Camus)Forman]是壳斗科三棱栎属
(Trigonobalanus Forman)三个种中唯一分布在中国的种类,是受国家二级重点
保护的、具有重要科学研究价值和园林观赏功能的珍稀濒危植物。本研究结合种
群生态学、生殖生物学和种子生理学的部分研究结果,采用分子生物学和细胞学
的有关原理和研究方法,从分子(DNA)和细胞两个层次上对三棱栎的遗传多样性
进行综合研究,检测了 5 个居群的遗传多样性水平和遗传结构,首次报道了三棱
栎的染色体数目及 4 个居群的染色体核型,探讨了三棱栎致濒的内外因素及历史
地理因素,提出了如何保护和丰富三棱栎遗传多样性的措施。
1. 分子水平的遗传多样性研究
用随机扩增多态 DNA(RAPD)标记对 5 个三棱栎居群共 99 个个体进行遗
传多样性和居群遗传结构分析。16 个引物共检测到 157 个位点,其中多态位点
83 个,占 %。三棱栎物种水平 Shannon 多样性指数 I = ,Shannon
多样性指数平均居群内遗传多样性值为 ,在总的遗传变异中,居群间遗传
多样性占 %,居群内遗传多样性占 %;也就是说根据 Shannon 指数得
出的遗传分化值为。三棱栎物种水平 Nei 基因多样度 h = ,种内总
遗传变异量 Ht = ,居群内遗传变异量 Hs = ,遗传分化系数 Gst =
,说明居群间的遗传变异占 %。
Shannon 指数和 Nei 指数所得的三棱栎遗传分化值极为接近(分别为
和 ),居群间变异量大于居群内变异量,因此三棱栎的遗传变异主要存在
于居群之间,居群间已出现强烈的遗传分化。与大多数同科植物相比,三棱栎遗
传多样性水平较低,基因流 Nm 只有 ,即居群间每代迁移数 Nm 远远不足
1,三棱栎居群间的基因交流极为有限,低水平的基因流明显不能防止由于遗传
漂变引起的居群之间的遗传分化。澜沧居群的遗传多样性水平明显低于其它居
群,聚类分析也发现其处于一个独特的分支,澜沧居群是一个比较独特的居群。
三棱栎偏低的遗传多样性和强烈的遗传分化,一方面说明在三棱栎演化过程
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濒危植物三棱栎的遗传多样性研究
中可能因遭受强烈的地史变化而使其居群数量大规模减少,从而丢失部分遗传多
样性;同时也说明人类的强烈干扰造成的三棱栎生境破碎化和居群隔离,导致了
三棱栎由于遗传漂变、自交衰退等原因,加速了遗传多样性的进一步丧失。
2. 三棱栎的细胞生物学研究
通过对三棱栎澜沧、沧源、西盟、孟连 4 个居群染色体的观察,发现三棱栎
体细胞染色体数目为 2n=14,4 个居群的核型公式均为 2n=14=10m+2sm+2st,
核型类型均为 2A。染色体组平均总长为 µm,染色体平均长度为 µm,
最长染色体平均长度为 µm,最短染色体平均长度为 µm。
对三棱栎四个居群的染色体,在常规染色体水平上进行核型分析发现,三棱
栎居群间核型变异不显著。各居群仅在染色体相对长度比(最长/最短)、平均臂
比、.(%)值上有小的变化,在染色体臂上分布的次缢痕的数目和分布也
比较稳定。综合各项数据来看,三棱栎各居群间核型变异很小,核型分析难以反
映三棱栎的遗传变异水平。
3. 三棱栎的致濒因子分析及其遗传多样性保护策略
三棱栎是壳斗科中的原始类群,有着古老的地史,目前仅分布于云南南部和
泰国北部的狭小地区。有关研究表明,三棱栎在云南的生境极度破碎化,群体相
互孤立,同时由于不合理的薪炭利用使群体数量快速下降,外来入侵物种威胁着
群体的扩增和群体的形成;三棱栎结实率低,在自然条件从种子萌发、幼苗生长
至成年的转化率低。本研究显示三棱栎的遗传多样性水平比其它壳斗科植物低,
且居群间遗传分化强烈、基因流小。因此,三棱栎的致濒因子不是单一的,从现
象上看可能更多的是人类活动对生境的破坏、当地人群的直接砍伐利用及生殖障
碍,而从本质上讲应是其演化过程中可能的地史灾难、生态、遗传和生理等因素
的综合。
该物种的解濒和遗传多样性的有效保护是一个复杂的系统工程,应采取综合
措施。不但要考虑栖息地的有效保护和适生生境的人工恢复,还应根据遗传多样
的研究结果,在进行大量的科学采种育苗的基础上,开