全 文 ：生物多样性 2013, 21 (5): 601–609 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2013.09098
Biodiversity Science http: //www.biodiversity-science.net

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收稿日期: 2013-04-18; 接受日期: 2013-07-01
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(31170317)和安徽高校省级科学研究重点项目(KJ2011A132)
∗ 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: shaojw@mail.ahnu.edu.cn
毛茛叶报春的遗传多样性及遗传结构
王德元1 彭 婕1 陈雅静1 吕国胜1 张小平1, 2 邵剑文1, 3*
1 (安徽师范大学生命科学学院, 安徽芜湖 241000)
2 (生物环境与生态安全安徽省高校重点实验室, 安徽芜湖 241000)
3 (安徽省重要生物资源保护与利用研究重点实验室, 安徽芜湖 241000)
摘要: 毛茛叶报春(Primula ranunculoides)是我国特有的珍稀濒危花卉, 具较好的园艺开发潜力, 其野生种群已十
分稀少。本文利用9对微卫星引物对7个自然种群共222个个体的遗传多样性和遗传结构进行了研究。结果表明, 与
近缘种相比, 毛茛叶报春具较低的遗传多样性, 种群间分化明显。种群的平均观察杂合度为0.286, 期望杂合度为
0.330, 种群遗传多样性与植株密度有显著的正相关性, 而与种群大小和面积无显著相关性。种群间的平均基因流
Nm = 0.730。AMOVA分析表明毛茛叶报春有48.08%的变异存在于种群间, 51.92%出现在种群内。毛茛叶报春种下
的遗传结构与地形关系密切, 山脉间的两湖平原(江汉平原和洞庭湖平原)及武宁和修水低洼农耕区等异质生境
是其主要的基因流屏障。建议将毛茛叶报春划分为九岭山、幕阜山、七姊妹山和银炉4个单元进行遗传多样性管
理。
关键词: Primula ranunculoides, 遗传多样性, 遗传结构, 微卫星, 保护建议
Genetic diversity and genetic structure of the rare and endangered
species, Primula ranunculoides
Deyun Wang1, Jie Peng1, Yajing Chen1, Guosheng Lü1, Xiaoping Zhang1,2, Jianwen Shao1,3*
1 College of Life Science, Anhui Normal University, Wuhu, Anhui 241000
2 Key Laboratory of Biotic Environment and Ecological Safety in Anhui Province, Anhui Normal University, Wuhu, Anhui
241000
3 Key Laboratory of Conservation and Employment of Biological Resources of Anhui, Wuhu, Anhui 241000
Abstract: The rare and endangered species Primula ranunculoides is endemic to China and is of reasonably
high potential horticultural value. The genetic diversity and structure of the species was examined by
surveying variation at nine microsatellite loci across 222 individuals sampled from seven natural populations.
The results indicated that there was relatively low genetic diversity present within populations (He = 0.330,
Ho = 0.286) and high genetic differentiation among populations. Levels of population genetic diversity and
effective population size were both correlated with plant density, rather than population census size or popu-
lation area. Gene flow between populations was low (Nm = 0.730) and an AMOVA analysis showed that
48.08% of the total genetic diversity was attributable to among populations and the rest (51.92%) to variation
within populations. Bayesian assignment and principal coordinate analyses supported clustering of the seven
populations into four groups, which were correlated with topographical features. This suggested that Lianghu
Plain (Dongtinghu Plain and Jianghan Plain) and the farming area of Xiushui and Wuning counties were ma-
jor barriers to gene flow, causing high divergence between different mountain populations. Based on the ge-
netic structure of P. ranunculoides, four management units for conservation purposes are proposed, i.e. the
Jiulingshan, Mufushan, Qizimeishan and Yinlu units.
Key words: Primula ranunculoides, genetic diversity, genetic structure, microsatellites, conservation pro-
posal
602 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 21 卷
报春花属(Primula)植物因花多艳丽和花期长,
是 众 多 名 花 异 卉 中 的 佼 佼 者 , 与 杜 鹃
(Rhododendron ssp.)、龙胆(Gentiana ssp.)并称为中
国高山三大名花(陈封怀和胡启明, 1990)。报春花属
是报春花科中最大的属, 全世界大约有 500 种, 我
国的报春花资源异常丰富, 约有 300 种, 占全球总
种数的 3/5 以上 , 且大多为中国特有 (Richards,
2003)。由于该属植物绝大多数为阴生草本, 具异型
花柱, 对生境变化特别敏感, 受到人类活动的影响,
很多种类的野生种质资源急剧下降, 现有近 50 种
植 物 处 于 濒 危 状 态 , 野 生 资 源 亟 待 保 护
(http://jky.qzedu.cn/zhsj/zxzw/pwwz.htm)。
毛茛叶报春(Primula ranunculoides)为二年生草
本, 羽状复叶基生, 具数枚淡红色花朵, 花期长(2
月底至4月下旬), 低海拔分布, 是一种极具园艺开
发价值的野生花卉(Shao et al., 2012)。它是陈封怀先
生根据江西武宁银炉采到的标本(现藏于江西庐山
植物园)描述发表的(Chen, 1948)。但由于其分布区
非常狭窄, 加上早春开花, 所以标本的采集严重不
足, 被错误地归并到分布相对较广的堇叶报春(P.
cicutariifolia)中, 多年来没有引起足够的关注(陈封
怀和胡启明, 1990; Hu & Kelso, 1996; Hao et al.,
2002)。Shao等(2012)通过野外观察和实验室栽培研
究发现, 毛茛叶报春具大头羽状复叶, 羽片3–9枚,
幼时外围具1–5枚单叶, 尤其是开花后期花葶顶部
会变态形成芽体进行无性繁殖, 与堇叶报春有明显
的区别; 而且分子序列、花粉形态及杂交实验的结
果均支持毛茛叶报春为一个独立的“好种”。该种现
仅分布于湖北的恩施及湖北和江西的交界处, 分布
区面积不足500 km2, 而且多分布于常绿、落叶阔叶
林下溪边或路边, 随着公路的拓宽和阔叶林的砍
伐, 其生境破碎化明显, 生存状况令人担忧(Shao et
al., 2012)。然而, 从物种保护以及人工驯化的角度,
有关毛茛叶报春的基础资料, 如其野生种群的资源
状况、遗传多样性的高低以及种群间的基因流等,
至今仍不清楚。
微卫星标记具有共显性、重复性好、多态性丰
富等优点, 已被认为是目前种群遗传结构分析或种
质资源鉴定和评价最有效的工具之一 (Zhang &
Hewitt, 2003)。本文通过微卫星遗传标记研究了毛茛
叶报春现有野生种群的遗传多样性及遗传结构, 以
期为该物种的保护和人工栽培利用提供借鉴。
1 材料和方法
1.1 样品的采集和总DNA的提取
分别于2010年和2011年4月对毛茛叶报春可能的
分布区进行了较深入的调查, 仅发现7个自然种群,
种群地点、分布面积、植株数和花型等参数见表1

表1 本研究中毛茛叶报春种群取样信息
Table 1 Locality and information of studied populations of Primula ranunculoides
种群
Population
地点
Locality
生境
Habitat
地理位置
Geographical
location
海拔
Altitude
(m)
面积
Area (m2)
花朵类型
Flower type
种群大小
Population
size
杨家坪A
YJPA

江西省修水县杨家坪
Yangjiaping, Xiushui County,
Jiangxi
林下溪边或路边
Brook-side or roadside
under forests
28°4745N,
114°4356E
300–375 720 两型花
Distyle
~2,000
杨家坪B
YJPB

江西省修水县杨家坪
Yangjiaping, Xiushui County,
Jiangxi
林下溪边或路边
Brook-side or roadside,
under forest
28°4704N,
114°4413E
350–360 1,060 两型花
Distyle
~6,000
毛竹山
MZS

江西省修水县毛竹山
Maozhushan, Xiushui County,
Jiangxi
林下溪边或路边
Brook-side or roadside,
under forest
28°5031N,
114°5200E
390–410 1,650 两型花
Distyle
~1,500
三界A
SJA

湖北省通山县三界
Sanjie, Tongshan County,
Hubei
林下溪边或路边
Brook-side or roadside,
under forest
29°2416N,
114°2715E
255–285 545 两型花
Distyle
~1,000
三界B
SJB
湖北省通山县三界
Sanjie, Tongshan County,
Hubei
林下溪边或路边
Brook-side or roadside,
under forest
29°2257N,
114°2708E
265–280 385 两型花
Distyle
~700
七姊妹山
JPT
湖北省宣恩县七姊妹山
Qizimei Mount, Xuanen Coun-
ty, Hubei
林下溪边
Brook-side, under forest
30°0209N,
109°4357E
1,310–1,365 1,200 同型花
Monostyle
~600
银炉
YL
江西省武宁县银炉
Yinlu, Wuning County, Jiangxi
溪边石壁
Rock near brook-side
28°5931N,
114°4939E
420 50 两型花
Distyle
~200


第 5 期 王德元等: 毛茛叶报春的遗传多样性及遗传结构 603
和图1。每个种群随机选取尽可能分散的植株30–33
个, 每个植株剪取2枚幼嫩叶片放入硅胶中迅速干
燥备用。总基因组DNA的提取采用高盐低pH值法
(Guillernsut & Drouard, 1992)。
1.2 引物来源及PCR扩增和分型
从近缘种安徽羽叶报春(P. merrilliana)的微卫
星引物中筛选出9对具多态性的引物(表2)用于本实
验(Peng et al., 2009), 其中Pm16、Pm17是从其微卫
星文库中筛选的。每对的上游引物5′末端委托上海
生工进行荧光修饰(FAM、HEX或TAMRA, 见表2)。
PCR扩增反应在Bio-Rad iCycler PCR仪上进行, 反
应总体积为15 μL, 包括: 5 ng DNA模板, 1.5 μL
Buffer, 2 mM MgCl2, 0.2 mM dNTP, 0.4 U Taq聚合
酶, 0.4 μM引物。PCR扩增程序为: 95°C预变性5
min; 95°C变性30 s, 50–55°C退火30 s(表2), 72°C延
伸30 s, 40个循环; 72°C延伸8 min。PCR产物使用
fluorescence-based基因电泳系统(ABI3730)进行数
据自动化分析, 用GeneScan 3.7分析软件(Applied
Biosystems, USA)对微卫星基因型进行判读。
1.3 数据分析
利用Micro-Checker 2.2.3 (van Oosterhout et al.,
2004)软件检验微卫星位点是否存在无效等位基因,



表2 本研究使用的微卫星位点及引物序列
Table 2 The sequences of microsatellite loci and primers in this study
位点
Locus
序列
Repeat motif
引物
Primer (5–3)
退火温度(℃)
Annealing temperature
荧光标记
Fluorescent label
等位基因数
No. of alleles
Pm1 (TC)10(CT)3 F:ATCTTTGAGGTCCTTTTA 50 FAM 7
R: ATCGCCCAATGGAGTGAA
Pm2 (AG)14 F: CGCCTACAGTGTTTGGGA 55 FAM 2
R: CTATCTCACCTGCGTTCT
Pm7 (AG)3GG(AG)8 F: TTGTTCACCGACGCATAC 54 HEX 18
R: TTACACGCACCAAATCAT
Pm9 (TTTC)2(TC)6 F: AGACTCACGAGGAATACG 50 HEX 6
R: AGAAAAGGAGGAGACAAA
Pm12 (TC)10(CT)3 F: TAAAACTCCTGGAGGGGTAC 51 TAMRA 10
R: ATCGCCCAATGGAGTGAA
Pm13 (GATAGG)2GAT(AG)7 F: GAGGACAGGCACCACAGA 54 TAMRA 6
R: TCCCCAACTTCATGCTCTT
Pm14 (AG)3(GA)12 F: TCGCCCAATGGAGTGAAC 50 TAMRA 9
R: TCTTTGAGGTCCTTTTAT
Pm16 (GAGGGA)3(GA)3 F: AACCACTCGTCGTCCTAA 51 FAM 5
R: CGATAGATTGCCTTACCC
Pm17 (GA)9 F: TAAATCAAGGTAGCAACT 51 HEX 9
R: TACCTACCATTACTCCC
图1 采样点分布图及BARRIER软
件分析的第一(a)和第二(b)基因流
屏障(种群代号同表1)
Fig. 1 Geographic location of the
studied populations and the first two
boundaries (a to b) detected using
BARRIER. Population codes see
Table 1.

604 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 21 卷
用GENEPOP 4.0(Rousset, 2008)软件检验位点间是
否存在连锁不平衡(LD)及各种群是否偏离Hardy-
Weinberg平衡。通过GenAlEx 6 (Peakall & Smouse,
2006)统计等位基因数(A)、稀有等位基因数(NR, 即
频率<5%的等位基因)、期望杂合度(He)、观察杂合
度(Ho)、近交系数(Fis)等遗传参数。利用GENETIX
软件(Belkhir et al., 2004)计算种群间的基因分化系
数(Fst)、遗传距离(D)和基因流(Nm); 利用MIGR-
ATE 3.0(Beerli, 2008)计算θ值, 再利用公式Ne =
θ/(4 × 10 –3) (其中4 × 10 –3为微卫星每代的平均变
异率, Yuan et al., 2012)计算有效种群大小(Ne); 利
用TFPGA软件(Miller, 1997)进行Mantel统计学检验
地理距离与遗传距离的相关性(Mantel, 1967), 利
用SPSS11.0软件(Chicago, IL)检验遗传多样性参数
及有效种群大小与种群大小、种群面积、植株密度
之间的相关性是否显著, 其中种群大小、种群面积
和植株密度进行了lg10转换, 以使这些数据更接近
正态分布。
在遗传结构上, 用Arlequin 3.0软件(Excoffier et
al., 2005)进行种群间和种群内的分子变异分析
(AMOVA)。使用Structure 2.2 (Pritchard et al., 2000)
中贝叶斯聚类法对所有个体单独聚类, K值设为8, 6
个重复, 使用混合模型(admixture model)、burn-in为
100,000 和 run-length 为 1,000,000, 参照 Evanno 等
(2005)计算△K值 , 分析可能的遗传结构。用
CLUMPP 1.1.2软件(Jakobsson & Rosenberg, 2007)
对特定K值的6次重复运算结果进行综合, 再利用
Distruct 1.1软件(Rosenberg, 2004)作图。考虑到毛茛
叶报春的基因频率型已明显偏离Hardy-Weinberg平
衡, 我们还采用不基于遗传平衡原理的GenAlEx 6
(Peakall & Smouse, 2006)软件进行基于个体的主成
分分析 , 并采用GENELAND 3.1.5(Guillot et al.,
2005)进行遗传结构分析, 后者选择无关联基因频
率(uncorrelated allele frequencies)和地理参数不确定
模型, MCMC重复值设为100,000, K = 8, burn-in设
为200进行遗传结构的K值分析和作图。上述分析均
在R软件平台上进行。此外 , 还利用BARRIER
2.2(Manni & Guérard, 2004)软件根据遗传距离分析
种群间可能存在的主要基因流屏障。
2 结果
对7个自然种群(图1, 表1)调查统计发现, 毛茛
叶报春不同自然种群的植株数及种群面积差异较
大, 其中修水县的3个种群(杨家坪A、B和毛竹山,
即YJPA、YJPB和MZS)规模相对较大、长势较好, 也
是本次调查首次发现的。但模式标本产地的银炉
(YL)种群现仅有约200株, 面积不足50 m2。所有种
群均分布于朝北的常绿、落叶阔叶林下, 坡度>65°
的溪边石壁上。
从近缘种筛选出的9对引物在毛茛叶报春7个
自然种群222个植株样本中共检测到72个等位基因,
其中Pm7位点的等位基因最多(18个), Pm2位点最少
(2个), 位点平均等位基因数为8个(表2)。Micro-联
Checker和GENEPOP软件仅检出少量位点在个别种
群可能存在无效等位基因和连锁现象, 而未见任何
位点在3个以上的种群中出现无效等位基因或与其
他位点连锁。可见, 这9对引物可以用于毛茛叶报春
的遗传多样性分析。
毛茛叶报春7个种群的平均观察杂合度(Ho)为
0.286, 期望杂合度(He)为0.330, 稀有等位基因数为
2.4个, 除杨家坪A(YJPA)种群外所有种群均明显偏
离Hardy-Weinberg平衡(表3)。其中YJPA和YJPB种
群的遗传多样性较高(He分别为0.430和0.412, Ho分
别为0.424和0.399), 而与其生境相似、相距不远的
毛竹山(MZS)种群遗传多样性却较低(He = 0.297,
Ho = 0.155), 遗传多样性最低的是七姊妹山(JPT)种
群(He = 0.203, Ho = 0.132)。种群的遗传多样性与种
群大小(r = 0.369, P = 0.415)和面积(r = –0.290, P =
0.529)无显著相关性, 而与种群内植株密度有显著
的正相关(r = 0.867, P = 0.011)。7个自然种群有效种
群大小平均值为157.1, 最小的为毛竹山(MZS)种群
(105), 最大的为杨家坪B(YJPB)种群(231), 有效种
群的大小与种群大小(r = 0.563, P = 0.189)、种群面
积(r = –0.062, P = 0.895)无明显的相关性, 与种群
的植株密度有明显的正相关性 (r = 0.796, P =
0.032)。各种群的近交系数(Fis)从0.014–0.484不等,
其中毛竹山(MZS)和七姊妹山(JPT)两个种群近交
明显, 分别为0.484和0.350。
毛茛叶报春两两种群间的遗传分化系数Fst平
均值为0.392(表4), 其中最大值出现在JPT和MZS种
群间(Fst = 0.645), 最小值出现在SJA和SJB种群间
(Fst = 0.047)。两两种群的平均遗传距离为0.498, 最
大值出现在JPT和SJB种群间(D = 0.929), 最小值出
现在SJA和SJB种群间(D = 0.030), 种群间的遗传距
第 5 期 王德元等: 毛茛叶报春的遗传多样性及遗传结构 605
表3 毛茛叶报春各个种群的遗传参数
Table 3 Genetic characteristics of Primula ranunculoides populations
种群
Population
取样数
Sample size
有效种群大小
Effective population size
期望杂合度(He)
Expected heterozygosity
观察杂合度(Ho)
Observed heterozygosity
稀有等位基因
Rare alleles
近交系数(Fis)
Inbreeding coefficient
YJPA 32 166 0.430 0.424 2 0.014 ns
YJPB 31 231 0.412 0.399 4 0.032**
MZS 30 105 0.297 0.155 2 0.484***
SJA 33 169 0.348 0.330 4 0.055***
SJB 31 149 0.281 0.230 1 0.184***
JPT 33 127 0.203 0.132 2 0.350***
YL 32 153 0.340 0.328 2 0.037**
平均 Mean 31.7 157.1 0.330 0.286 2.4
显著偏离Hardy-Weinberg平衡(** P<0.01; *** P<0.001), ns表示不显著(P>0.05)。种群代号见表1。
Significant departure from Hardy-Weinberg equilibrium at ** P<0.01, *** P<0.001; ns Not significant. Population codes see Table 1.



表4 毛茛叶报春种群间的遗传分化系数(Fst, 对角线下)和
遗传距离(D, 对角线上)
Table 4 Pairwise population differentiation (below diagonal)
and genetic distances (above diagonal) among Primula ranun-
culoides populations
YJPA YJPB MZS SJA SJB JPT YL
YJPA – 0.091 0.208 0.420 0.528 0.875 0.702
YJPB 0.096 – 0.167 0.311 0.363 0.793 0.588
MZS 0.256 0.222 – 0.336 0.378 0.827 0.742
SJA 0.301 0.262 0.399 – 0.030 0.921 0.473
SJB 0.385 0.332 0.476 0.047 – 0.929 0.467
JPT 0.510 0.526 0.645 0.569 0.599 – 0.318
YL 0.445 0.424 0.536 0.392 0.428 0.367 –
种群代号见表1。Population codes see Table 1.



离与地理距离有显著的正相关性(Mantel test: r =
0.716, P<0.01)。种群间的平均基因流为Nm = 0.730。
AMOVA方差分析表明(表5), 毛茛叶报春种群间存
在显著差异(P<0.001), 48.08%的变异存在于种群间,
51.92%发生在种群内。
用3种软件分析毛茛叶报春遗传结构的结果基
本一致。主成分分析结果见图2。7个自然种群聚为
4组, 修水县的3个种群(YJPA、YJPB和MZS)聚在一
组, 通山县的2个种群(SJA和SJB)聚为一组, JPT和
YL各自聚为一组。Structure分析的△K峰值出现在K
= 2, 但K = 3或4时值也较高(图3), 分为2组(K = 2)
时JPT和YL聚为一组, 其余种群(YJPA、YJPB、
MZS、SJA和SJB)聚为一组; 分为3组(K = 3)时修水
县的3个种群与通山县的2个种群进一步分开; 分为
4组(K = 4)时MZS种群与修水县的另2个种群(YJPA
和YJPB)进一步分开。GENELAND软件分析显示毛
茛叶报春应分为4组或5组, 4组时与主成分分析的



图2 毛茛叶报春7个种群的主成分分析结果。Axis1和Axis2
分别代表40.0%和26.9%的总变异。种群代号同表1。
Fig. 2 The result of Principal coordinates (PCO) analysis of
Primula ranunculoides populations. The first and second axis
extracted 40.0% and 26.9% of the total genetic variance, re-
spectively. Population codes see Table 1.


结果一致, 5组时MZS种群与修水县的另2个种群
(YJPA和YJPB)分开。BARRIE软件分析显示第一基
因流屏障落在JPT与其他种群间, 第二基因流屏障
落在YJPA、YJPB、MZS 3个种群与SJA、SJB 2个
种群间并将YL种群分开(图1)。
3 讨论
报春花属植物由于具有两型花和异交繁育系
统, 因此遗传多样性主要存在于种群内, 种群间分
化较小(Nybom & Bartish, 2000; Honjo et al., 2009)。
但本文研究显示, 毛茛叶报春种群内遗传多样性较
低, 期望杂合度为0.330, 平均观察杂合度为0.286,
606 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 21 卷
表5 毛茛叶报春分子变异的AMOVA分析结果
Table 5 Analysis of molecular variance (AMOVA) within/among Primula ranunculoides populations
变异来源
Source
自由度
d.f.
方差和
Sum of squares
变异组分
Variance components
占总变异比例%
Percentage of variation
显著性检验
Significance tests
种群间 Among populations 6 225.635 0.6596 48.08 P<0.001
种群内 Within populations 215 310.851 0.7124 51.92 P<0.001
总和 Total 222 536.486 1.3720 100%




图3 STRUCTURE对遗传结构的分析结果。(a)不同K值运算的lnP(D)平均值; (b)依据Evanno等(2005)计算的△K值; (c) K =
2–4时的个体分配柱形图。
Fig. 3 The results of genetic structure analyses by STRUCTURE soft. (a) Plot of mean posterior probability lnP(D) values of each
K; (b) The corresponding △K statistics calculated according to Evanno et al. (2005); (c) Histogram of the structure analysis for the
model with K = 2–4. Population codes see Table 1.


明显低于同属的安徽羽叶报春(He = 0.671, Ho =
0.518) (Peng et al., 2009)、鄂报春(P. obconica, He =
0.543, Ho = 0.376) (Yan et al., 2010)、紫晶报春(P.
amethystine, He = 0.442, Ho = 0.508) (Long et al.,
2010)、樱草(P. sieboldii, He = 0.647) (Honjo et al.,
2009)。种群间分化特别明显, 与安徽羽叶报春接近
(Shao et al., 2009), 明显高于本属其他种(van Ros-
sum & Triest, 2003; Jacquemyn et al., 2004; Xue et
al., 2004; van Rossum et al., 2004; Honjo et al.,
2009)。影响物种的遗传多样性和种群间遗传分化的
因素包括种群历史、繁育系统、基因突变、遗传漂
变、基因流、自然选择等(Nybom & Bartish, 2000),
对毛茛叶报春而言, 片断化和异质性的生境、兼无
性和自交的繁育系统及遗传漂变可能是导致其遗
传多样性较低且种群间分化明显的主要原因。
在生境上, 毛茛叶报春现仅分布于湖北西部的
七姊妹山(属武陵山脉)、湖北和江西交界的幕阜山
脉及位于江西西北部的九岭山脉, 3个山系被两湖
平原(江汉平原和洞庭湖平原)及武宁和修水的低
洼农耕区隔离。在遗传结构上, 用 3 种软件分析毛
茛叶报春种下的遗传结构的结果基本一致(图2–3),
主要区别在于Structure软件分组数明显少于另2个
软件分析的结果, 且没有将JPT和YL分开。考虑到
Structure软件进行遗传结构聚类时, 要求群体的基
因 型 频 率 没 有 明 显 偏 离 Hardy-Weinberg 平 衡
(Kaeuffer et al., 2007), 而本文研究的毛茛叶报春的
绝大多数种群 (除YJPA种群外 )均显著偏离了
Hardy-Weinberg平衡(表3), 因此, 不基于遗传平衡
原理的主成分分析和GENELAND软件分析的结果
可能更准确。综合分析结果来看, 毛茛叶报春的7
个种群可以明显地分为4组, 即修水县的3个种群
(YJPA、YJPB和MZS)属九岭山脉聚为一组, 通山县
第 5 期 王德元等: 毛茛叶报春的遗传多样性及遗传结构 607
的2个种群(SJA和SJB)属幕阜山脉聚为一组, JPT种
群属武陵山脉单独聚为一组, YL种群属武宁和修
水的低洼农耕区, 也单独聚为一组。不难看出, 毛
茛叶报春种下的遗传结构与山脉的关系密切, 不同
的山脉间基因流很小, 说明生境的异质性(平原及
低洼农耕区)已成了该种主要的基因流屏障, 这一
结论也得到了BARRIER软件分析结果的支持(图
1)。因此推断, 片断化和异质性的生境可能是导致
毛茛叶报春种群间分化明显的主要原因。
在繁育系统上, 毛茛叶报春的繁殖方式与其他
报春花属植物可存在明显不同, 具体表现在: 首先,
毛茛叶报春开花后期花葶顶部会变态形成芽体而
进行无性繁殖, 这在报春花属其他植物中未见报
道; 其次, 毛茛叶报春不同种群的繁育系统可能差
别很大。虽然已有文献报道毛茛叶报春的SJB种群
具两型花和严格自交不亲和的繁育系统, 有效传粉
限于两型花间(Shao et al., 2012)。但从表3中可以看
出, 7个自然种群中, MZS和JPT种群的近交系数分
别为0.484和0.350, 明显高于其他5个种群, 这暗示
着这2个种群可能出现了明显的自交。MZS种群虽
然为两型花, 考虑到其近缘种安徽羽叶报春部分种
群(为两型花)存在很多自交亲和的植株(Shao et al.,
2012), 而且这种自交不亲和性在自然种群中丢失
的现象在植物中也是时有发生的(Foxe et al., 2010;
Ness et al., 2010), 因此, 我们推测MZS种群的部分
植株也可能已具有了自交亲和或部分自交亲和的
繁育系统, 这也许是导致MZS种群自交率较高的主
要原因, 进而导致它与同山脉的YJPA和YJPB种群
出现了一定分化。而JPT种群在我们野外调查时仅
有不到5%的植株开花, 但均为同型花, 即花粉囊和
雌蕊柱头等高, 花朵开放时即已完成自花传粉。虽
然整个种群是否均为同型花还有待于进一步调查
确认, 但JPT种群已明显存在自交为主的植株是可
以肯定的。已有研究显示, 繁育系统是影响物种的
遗传多样性和遗传结构的重要因素, 自花传粉的植
物种群内的遗传多样性低, 种群间分化明显; 异花
传粉的植物种群内的遗传多样性高, 种群间分化小
(Nybom & Bartish, 2000)。因此, 毛茛叶报春这种兼
有无性繁殖和部分种群自交亲和性的繁育系统也
可能是导致其遗传多样性较低、种群间分化明显的
主要因素。此外, Slatkin(1985)认为, 当Nm<1时, 基
因流就不足以抵制种群内因遗传漂变而引起的分
化。而毛茛叶报春种群间的Nm仅为0.730, 再加上其
有效种群较小(105–231, 平均值为157.1, 表3), 明
显小于具有相似生活型的金毛耳草(Hedyotis chry-
sotricha, 有效种群424–720, 平均值为504)(Yuan et
al., 2012), 因此遗传漂变也可能是引起种群间分化
的因素之一。
研究表明, 遗传多样性的高低与种群大小存在
一定的正相关性(Ellstrand & Elam, 1993; Lienert &
Fischer, 2003)。但本文研究却显示, 毛茛叶报春的
遗传多样性及有效种群大小与植株的密度有着明
显的正相关性(r = 0.867, P = 0.011和r = 0.796, P =
0.032), 而与种群大小和种群面积没有明显的相关
性, 说明植株的密度对维持其遗传多样性的高低和
有效种群的大小具有重要的作用。很多研究表明,
较低植株(花朵)密度会降低传粉昆虫的区系组成、
被访花朵数与总花朵数的比例以及昆虫的每次访
花数等, 从而导致生殖力明显下降(Ishihama et al.,
2006; Shao et al., 2008a)。虽然高密度的种群可能会
加剧资源竞争, 导致近交衰退(van Rossum & Triest,
2006), 毛茛叶报春的部分种群(如JPT和MZS种群)
还可能存在较高的自交率, 但人工授粉实验表明
SJB种群的植株具严格自交不亲和的繁育系统, 自
花和同型花授粉均不能结籽(Shao et al., 2012), 而
且毛茛叶报春的大多数种群(如YJPA、YJPB、SJA
和YL种群)的近交系数均较低, 说明它们仍维持着
绝大多数报春花属植物所具有的严格的自交不亲
和系统, 这就削弱了近交的负面影响。而且高密度
的花朵能增加其显著度, 吸引传粉昆虫来访, 大大
增加了其繁殖成功的概率(Ishihama et al., 2006,
Shao et al., 2008a, b)。这种种子散布能力弱的生活
习性, 使植株较高密度地生长, 对于具严格自交不
亲和系统的报春花属植物维持较大的有效种群和
较高的遗传多样性可能具有重要意义(van Rossum
et al., 2004; Ishihama et al., 2006)。
由于对其分类地位认识不足, 毛茛叶报春一直
没有引起足够的关注。本文调查显示毛茛叶报春生
长对生境要求比较严格, 现仅发现7个自然种群,
局限分布于湖北西部的七姊妹山、湖北和江西交界
的幕阜山脉和位于江西西北部的九岭山脉, 喜生
长在坡度>65°的阴坡林下溪边或林缘路边石壁上,
呈明显的斑块状分布。由于原生阔叶林的砍伐和公
路的拓宽, 其种群规模波动很大, 如模式标本产地
608 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 21 卷
的YL种群现仅有约200株, 分布于面积不足50 m2
的石壁上; SJB种群中2005年发现的分布在路边的
个体由于公路拓宽已不复存在, 其野生资源亟待保
护。根据本文的研究结果, 在保护时应注意: (1)由
于毛茛叶报春野生种群稀少, 而且种群内遗传多样
性较低、种群间分化明显, 要尽可能保护现有的所
有种群及其生境, 尤其注意保护现位于保护区外的
YL、SJA和SJB种群, 最大限度地保存该种的遗传多
样性和基因资源。(2)鉴于种群在不同山脉间的遗传
差异显著, 建议将其划分为4个保护单元, 即九岭
山(含YJPA、YJPB和MZS 3个种群)、幕阜山(含SJA
和SJB 2个种群)、七姊妹山(JPT)和银炉(YL)4个单
元。在人工种群建立和野生种群的复壮时, 为避免
远交衰退的发生, 要避免不同单元的个体混种在一
起, 还要适当提高栽培密度以提高其有性生殖的能
力。(3)还可以在花期时对密度稀疏的个体补授异型
花粉, 以提高其有性生殖的能力, 进而提高其种群
内的遗传多样性。
致谢: 感谢胡启明研究员和郝刚教授在野生资源调
查过程中提供的指导与帮助。
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(责任编委: 葛学军 责任编辑: 时意专)