全 文 ：秦岭秀雅杜鹃野生种群遗传多样性和
遗传分化的 AFLP分析*
赵摇 冰**摇 徐摇 曼摇 司国臣摇 李厚华摇 张延龙
(西北农林科技大学林学院, 陕西杨凌 712100)
摘摇 要摇 利用 AFLP分子标记技术,对秦岭地区 7 个秀雅杜鹃野生种群的遗传多样性和遗传
分化进行研究.结果表明: M52E41、M62E46 和 M64E94 等 3 个引物组合共扩增出 182 条 DNA
片段,其中 151 条是多态的,多态位点比率为 83. 1% . 7 个秀雅杜鹃种群所检测的多态位点百
分率(PPL)、Nei的基因多样性指数(h)和 Shannon信息指数(I)的变化趋势一致,其排序为眉
县种群>柞水种群>镇安种群>户县种群>宁强种群>南郑种群>周至种群. POPGENE 分析表
明,秀雅杜鹃在物种水平(PPL=91. 22% ,I= 0. 7217,h = 0. 5095)和种群水平(PPL = 77. 56% ,
I=0. 6409,h=0. 4725)都具有较高的遗传多样性.种群间的遗传分化系数(Gst)为 7. 26% ,说
明有 92. 74%的变异存在于种群内部. AMOVA 分析表明,在总的遗传变异中,85. 3%的变异
发生在种群内,14. 7%的变异发生在种群间,说明秀雅杜鹃种群的遗传变异主要存在于种群
内部. UPGMA聚类分析表明,种群间的遗传距离与种群间的地理距离没有明显的相关性.最
后提出了秦岭地区秀雅杜鹃种质资源的保护策略.
关键词摇 秀雅杜鹃摇 AFLP摇 多态位点摇 遗传变异摇 资源保护
文章编号摇 1001-9332(2012)11-2983-08摇 中图分类号摇 Q948摇 文献标识码摇 A
Genetic diversity and genetic differentiation of Rhododendron concinnum wild populations in
Qinling Mountains of Northwest China: An AFLP analysis. ZHAO Bing, XU Man, SI Guo鄄
chen, LI Hou鄄hua, ZHANG Yan鄄long (College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling
712100, Shaanxi, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(11): 2983-2990.
Abstract: By using amplified fragment length polymorphism (AFLP) technique, an investigation
was made on the genetic diversity and genetic differentiation of seven wild populations of Rhododen鄄
dron concinnum in Qinling Mountains of Northwest China. A total of 182 amplification products were
generated from three AFLP selective primer combinations, of which, 151 were polymorphic. The
percentage of polymorphism was 83. 1% . The change trends showed by the percentage of polymor鄄
phic loci (PPL), Nei爷s gene diversity (h), and Shannon爷s information index ( I) were uniform,
and the order of the populations was Meixian > Zhashui > Zhen爷 an > Huxian > Ningqiang >
Nanzheng > Zhouzhi. The POPGENE analysis showed that the R. concinnum had higher genetic di鄄
versity at both species level (PPL=91. 22% ,I=0. 7217,h=0. 5095) and population level (PPL=
77. 56% ,I = 0. 6409,h = 0. 4725). The coefficient of gene differentiation among the populations
(Gst) was 0. 0726, indicating that 92. 74% of genetic variation occurred within the populations.
The analysis of molecular variance (AMOVA) showed that 85. 3% of the genetic variation was
within the populations, and 14. 7% of it was among the populations. The unweighted pair group
method with arithmeticmean (UPGMA) indicated that there was no significant correlation between
the genetic distance and the geographic distance among the R. concinnum populations. The conser鄄
vation strategies for R. concinnum germplasm resources were put forward.
Key words: Rhododendron concinnum; AFLP; polymorphism locus; genetic variation; germplasm
conservation.
*国家自然科学基金项目(K305021110)、陕西省自然科学基金项目(2012JQ3008)、西北农林科技大学基本科研业务费项目(Z109021002)和陕
西省林业厅课题(陕林计字[2011]70 号)资助.
**通讯作者. E鄄mail: bingbing2003915@ 163. com
2012鄄05鄄11 收稿,2012鄄09鄄05 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 11 月摇 第 23 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2012,23(11): 2983-2990
摇 摇 杜鹃花属植物具有极高的观赏价值,多数杜鹃
花种类也是构成高山、亚高山灌丛生态系统的关键
种群,为亚高山针叶林、针阔混交林下层优势种或主
要伴生种,具有极为重要的生态价值,在水土保持、
维护生态系统稳定等方面起重要作用[1] . 秦岭野生
杜鹃单种蕴藏量大,观赏价值高的种类较多,优势明
显,成为这一地区最具开发潜力的野生植物资源之
一[2] .
秀雅杜鹃(Rhododendron concinnum)属于杜鹃
花科杜鹃花属,花紫色,具有较高的观赏价值和育种
价值,也是秦岭地区的广布种. 目前,该地区对秀雅
杜鹃资源滥采滥挖的现象随处可见,这种人为采集
和干扰使杜鹃花的生境遭到严重破坏,种群数量急
剧减少,秀雅杜鹃资源流失严重,必须立即采取必要
的保护措施.
不同物种的多样性水平和群体遗传结构有很大
的不同,因此,对一个物种采取什么样的保护策略和
措施,必须建立在对该物种群体遗传学研究的前提
下.尤其是针对稀有和濒危的物种以及受人类直接
干扰和破坏的物种,在缺乏基本遗传学信息的情况
下,很难制定科学合理的保护和抢救措施.在对物种
实施保护的过程中,原位保护地点的选择和迁地保
护策略都需要遗传学资料作为基础[3] . 物种的遗传
多样性既是维持其繁殖活力和适应环境变化的基
础,也是其他一切多样性的基础和最重要部分,由于
种群的遗传多样性水平在相当程度上制约了其对环
境的适应能力,因此可预测这个种群的发展趋
势[4] .了解物种的遗传多样性和群体的遗传结构,
可为物种的保护和利用提供重要的理论依据.
通过开展杜鹃花资源的遗传多样性研究来实施
种质资源的保护逐渐成为各国杜鹃花资源研究的一
个热点.目前,国内对杜鹃花遗传多样性和遗传分化
的研究很少,2005 年在文献中始见相关报道[5] . 所
采用的技术主要有水平淀粉凝胶电泳技术[6]、随机
扩增多态性 DNA 技术(RAPD) [7-11]、ITS 技术[12-13]
和内部简单重复序列技术(ISSR) [14] .与其他植物相
比,所涉及的分子标记类型比较少,在研究的广度和
深度上都有较大差距[15] .由于 RAPD 技术重现性较
差,同工酶技术测得的遗传多样性偏低,ISSR 分子
标记无法区分杂合体和纯合体,不能从带型数据直
接估算等位分子标记频率,因此,在物种基因组信息
未知时,AFLP 分子标记技术成为目前研究群体遗
传和亲缘关系最好的分子标记技术之一[16-17] .很多
观赏植物,如蜡梅(Chimonanthus praecox) [18]、牡丹
( Paeonia suffruticosa ) [19]、 红 花 玉 兰 ( Magnolia
wufengensis) [20]等都利用该技术开展了相应的遗传
多样性研究.在国外,AFLP 分子标记技术也已经被
用于对杜鹃花属植物同种不同环境的种群分析和不
同种的遗传分化分析[21-25] .由于杜鹃花种质资源的
来源不同,其遗传关系也可能不同.目前,国外对杜鹃
花资源已开展了 AFLP研究,但对于我国的杜鹃花种
质资源尚未见 AFLP 研究的报道. 为此,本文利用
AFLP分子标记技术对秦岭地区的秀雅杜鹃种质资源
进行遗传多样性分析,旨在从分子水平上研究秀雅杜
鹃种内不同种群间的遗传多样性和遗传分化,从而提
出秀雅杜鹃种质资源的保护策略,为杜鹃花属其他物
种遗传多样性研究和资源保护提供参考.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
试验于 2011 年 3—8 月在西北农林科技大学旱
区作物逆境生物学省级重点实验室进行. 供试的秀
雅杜鹃叶片采集于秦岭山区陕西段的宝鸡、西安、汉
中和商洛等 4 个市的 7 个县,具体位置见图 1.各秀
雅杜鹃种群名称、样品数量、气候因子和地理因子等
见表 1.采样时不同植株个体间隔海拔距离>5 m,每
个种群选取 10 ~ 25 株个体,选取新鲜的幼嫩叶片,
用自封袋装好,尽快带回实验室于-70 益冰箱中保
存,备用.
1郾 2摇 基因组 DNA的提取
采用北京天根生化科技有限公司提供的植物基
因组 DNA试剂盒提取总 DNA,用 1郾 5%的琼脂糖凝
胶电泳检测 DNA 质量,选取带型清晰、无拖尾的
DNA样品,用超纯水(ddH2O)稀释到 50 ng·滋L-1,
于-20 益冰箱中保存备用.
图 1摇 秦岭秀雅杜鹃采样地点
Fig. 1摇 Sampling locations of Rhododendron concinnum popula鄄
tions in Qinling Mountains郾
4892 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 秀雅杜鹃 7 个野生种群的地理和生态因子
Table 1摇 Geographical and ecological factors of 7 wild populations of Rhododendron concinnum
种群
Population
样品数
Sample
number
海拔
Altitude
(m)
经度
Longitude
纬度
Latitude
年均温
Mean annual
temperature (益)
年降水量
Annual precipitation
(mm)
柞水 Zhashui 20 2299 ~ 2501 108毅59忆 33毅52忆 6郾 0 900
眉县 Meixian 25 2250 ~ 3200 107毅78忆 33毅99忆 8郾 5 850
镇安 Zhen爷an 25 1700 ~ 2180 108毅37忆 33毅24忆 12郾 2 1100
宁强 Ningqiang 18 1743 ~ 1812 106毅25忆 32毅37忆 12郾 9 1178
南郑 Nanzheng 22 1458 ~ 1507 106毅39忆 32毅48忆 7郾 4 950
周至 Zhouzhi 13 1920 ~ 2250 107毅48忆 33毅53忆 5郾 4 983
户县 Huxian 11 1722 ~ 1960 108毅62忆 33毅82忆 13郾 0 1000
1郾 3摇 AFLP试验
参照 Vos 等[26]的方法进行 AFLP 试验,略有修
改.试验所需 MseI和 EcoRI 接头及引物由北京奥科
生物科技有限公司合成,所需的限制性内切酶 MseI
和 EcoRI以及连接酶 T4DNA 由 NEB(New England
BioLabs) 公司提供. DNA 电泳分子量标准为
PBC19DNA / MspI (HPaII) marker 23 (34 ~ 501 bp),
由沃尔森公司提供.
1郾 3郾 1 酶切与连接 摇 25 滋L 的酶切连接体系为
5郾 0 滋L DNA (100 ~ 500 ng)、0郾 25 滋L EcoRI (10
u·滋L-1)、0郾 25 滋L MseI (10 u·滋L-1 )、0郾 5 滋L
EcoRI接头(5 pmol·滋L-1 )、0郾 5 滋L MseI 接头(50
pmol·滋L-1)、0郾 5 滋L ATP (10 mmol·L-1)、2郾 5 滋L
1x NEB 缓冲液、0郾 1 滋L T4DNA (5 units·滋L-1)和
15郾 4 滋L ddH2O.在 PCR仪上 37 益反应 3 h,构建成
预扩增模板 DNA.
1郾 3郾 2 PCR扩增摇 预扩增的反应体系:20 滋L体系中
含有酶切连接后模板 5郾 0 滋L、0郾 6 滋L Ecor 引物(50
ng·滋L-1)、0郾 6 滋L Mse引物(50 ng·滋L-1)、0郾 4 滋L
dNTPs ( 10 mmol · L-1 )、 1郾 2 滋L Mg2+ ( 25
mmol·L-1)、2郾 0 滋L 10xPCR 缓冲液和 0郾 2 滋L Taq
聚合酶 (5 u·滋L-1 ). PCR 反应程序:94 益变性
30 s,56 益退火 30 s,72 益延伸 60 s,共 24 个循环.
在 20 滋L预扩增产物中加入 180 滋L ddH2O进行 10
倍稀释,作为下一步选择性扩增反应用的工作液.
选择性扩增的反应体系:20 滋L 体系中含有预
扩增产物 10 倍稀释后模板 5郾 0 滋L、1郾 0 滋L摇 Mse引
物(50 ng·滋L-1)、1郾 0 滋L Eco引物(50 ng·滋L-1)、
0郾 4 滋L dNTPs (10 mmol·L-1 )、1郾 2 滋L Mg2+ (25
mmol·L-1)、2郾 0 滋L 10x PCR缓冲液和 0郾 2 滋L Taq
聚合酶(5 u·滋L-1 ). 选择性扩增 PCR 反应程序:
94 益变性 30 s,65 ~ 56 益退火 30 s,每个循环降低
0郾 7 益,72 益延伸 60 s,共 12 个循环.然后 94 益变
性 30 s,56 益退火30 s,72 益延伸 60 s,共 24 个循
环.所有 PCR 扩增反应均在德国 Eppendorf 生产的
PCR仪上进行.
1郾 3郾 3 PCR产物检测 摇 PCR 反应结束后,在 20 滋L
反应体系中加入 8 滋L 加样缓冲液,在 PCR 仪中
95 益 8 min后迅速放冰上进行变性,然后用于电泳
检测.采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法进行检测.银染后
的板在 X 线胶片观察灯下观察. 所使用的 DXY鄄12
型电脑三恒多用电泳仪和电泳槽为北京六一仪器厂
生产.
1郾 4摇 数据处理
对扩增产物的电泳结果采用“0-1冶数据记录谱
带位置,观察电泳图谱中同一位置上 DNA 带的有
无,有记为 1,无记为 0,形成 0 / 1 数据矩阵. 在假定
种群处于 Hardy鄄Weinberg 平衡状态下,采用 POP鄄
GENE 1郾 31[27]软件计算种群遗传多样性参数:多态
位点百分率(PPL)、有效等位基因数(Ne)、Nei 的基
因多样性指数(h)、Shannon信息指数( I)、遗传分化
系数(Gst).采用 AMOVA 1郾 55 软件进行分子方差分
析,计算反映种群遗传结构及变化的平方和、均方、
方差分量等,根据计算出的各参数分析秀雅杜鹃各
种群的遗传变异规律.采用 NTSYS鄄PC2郾 1[28]软件对
种群进行非加权算术平均聚类分析,得出各种群间
的聚类分支图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 引物的筛选和 AFLP扩增片段的多态性
AFLP技术与 RAPD技术一样,用的是通用型引
物,但不是所有的引物组合都能很好地扩增并且多
态性高,不同的引物组合对扩增条带有明显的影响,
多态性和稳定性好的引物是进行全部基因组扩增成
败的关键.所以,具体到某一材料,应根据其基因组
的具体情况在大量引物中筛选才能得到理想的结
589211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 赵摇 冰等: 秦岭秀雅杜鹃野生种群遗传多样性和遗传分化的 AFLP分析摇 摇 摇 摇 摇 摇
果.由于缺乏有关秀雅杜鹃基因组信息的资料以及
相关的 AFLP 的文献,本试验以 7 个秀雅杜鹃种群
的混合样品为试材筛选引物,采用 128 对引物作为
初选引物,从中筛选出了 10 对能扩增出带型分布均
匀、多态性高且分辨能力强的引物,其引物序号分别
为:M52E41、 M52E35、 M62E46、 M64E94、 M49E41、
M64E46、M41E46、M48E35、M50E36 和 M50E40.
从选择出的 10 对分辨能力强、多态位点高的引
物中选出 3 对分别对 7 个种群 134 个个体进行扩
增,共扩增出 182 条 DNA 片段,其中 151 条是多态
的,占扩增总片段数的 83郾 1% . 每对引物扩增出的
DNA片段数为 54 ~ 67 个,平均 60郾 7 个,这些 DNA
片段大小主要集中在 67 ~ 501 bp. 不同引物扩增出
来的片段数不同,其中 64—94 号引物扩增出的
DNA片段最多,共 67 条;52—41 号引物扩增出的
DNA片段最少,只有 54 条(图 2 和表 2) .
图 2摇 户县朱雀秀雅杜鹃样品的 AFLP扩增谱带
Fig. 2 摇 AFLP fingerprinting patterns of Rhododendron concin鄄
num samples in Zhuque, Huxian using three primer combina鄄
tions郾
1 ~ 11:秀雅杜鹃单株 Rhododendron concinnum plant; A ~ C:引物组合
M52E41、M62E46 和 M64E94 Primer combinations M52E41, M62E46
and M64E94郾
表 2摇 3 对 AFLP选择性扩增引物产生的条带多态性
Table 2摇 Polymorphism of AFLP bands obtained by selec鄄
tive amplification based on the three primer pairs
引物序号
Primer
code
选择碱基
Selective nucl郾
扩增位点
Amplification
locus
多态性位点
Polymorphism
locus
多态性
位点比例
Polymorphism
locus proportion
(% )
52-41 M鄄CCC / E鄄AGG 54 46 85郾 2
62-46 M鄄CTT / E鄄ATT 61 50 82郾 0
64-94 M鄄GAC / E鄄TTT 67 55 82郾 1
总数 Total 182 151
平均 Average 61 50 83郾 1
2郾 2摇 遗传多样性分析
有效等位基因数(Ne)、Nei 的基因多样性指数
(h)、Shannon信息指数( I)、多态位点百分率(PPL)
是度量遗传多样性水平的常用指标. 对秦岭秀雅杜
鹃 7 个野生种群的群体遗传学进行分析,从表 3 可
以看出,不同种群之间多态位点百分率存在一定的
差异,秀雅杜鹃 7 个种群的多态位点百分率为
68郾 41% ~86郾 13% ,其中,眉县太白山种群多态位点
百分率最高,周至黑河种群多态位点百分率最低.
在种群水平上,Shannon 信息指数的变化趋势
与 Nei 的基因多样性指数基本保持一致,说明这 2
种指数所揭示的秀雅杜鹃遗传变异规律是一致的,
均表现为眉县太白山种群最高 ( h = 0郾 4948, I =
0郾 6878),周至黑河种群最低 ( h = 0郾 4377, I =
0郾 5957). 秦岭秀雅杜鹃 7 个野生种群的 h 在
0郾 4377 ~ 0郾 4948,I 在 0郾 5957 ~ 0郾 6878,种群间的遗
传分化系数(Gst)为 7郾 26% ,表明来自秦岭地区的 7
个秀雅杜鹃种群间均存在一定程度的遗传分化,种
群间的遗传变异为 7郾 26% ,种群内的遗传变异为
92郾 74% .秀雅杜鹃物种水平和种群水平的 I 分别为
0郾 7217 和 0郾 6409,h 分别为 0郾 5095 和 0郾 4725,同样
说明种群间遗传多样性小于种群内遗传多样性,秀
雅杜鹃遗传多样性主要存在于种群内部.
2郾 3摇 遗传分化分析
种群遗传变异的 AMOVA 分析表明,秦岭秀雅
杜鹃 7 个野生种群间存在一定程度的遗传分化,在
总的遗传变异中,85郾 3% 的变异发生在种群内,
14郾 7%的变异发生在种群间, 说明秀雅杜鹃种群
内、种群间均产生遗传变异,而种群内的变异是秀雅
杜鹃的主要变异来源(表 4). 此结果与 Nei 的基因
多样性指数和 Shannon信息指数分析结果一致.
2郾 4摇 种群间遗传关系的 UPGMA聚类分析
为了进一步分析 7 个秀雅杜鹃种群间的遗传分
化程度,利用 POPGEN 计算了 Nei 的遗传距离和遗
传一致度.从表 5 可以看出, 7 个秀雅杜鹃种群间的
遗传一致度在 0郾 7965 ~ 0郾 9274. 其中,柞水种群与
眉县种群的遗传相似度最高,柞水种群与宁强种群
最低.种群间的遗传距离在 0郾 0745 ~ 0郾 2278, 柞水
种群和宁强种群的遗传距离最大,柞水种群与眉县
种群最小.
根据各群体之间的遗传距离,采用 NTSYS鄄PC
2郾 1 软件对 7 个秀雅杜鹃种群进行 UPGMA 聚类分
析,建立遗传关系聚类树状图. 由图 3 可以看出,7
个秀雅杜鹃种群的遗传距离都>0,又能聚在一起,
6892 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 3摇 秦岭秀雅杜鹃 7 个野生种群的遗传多样性参数
Table 3摇 Genetic diversity index of 7 wild populations of Rhododendron concinnum in Qinling Mountains
种群
Population
样本大小
Sample size
多态带数
Polymorphism band
PPL
(% )
Ne h I
柞水 Zhashui 20 169 82郾 72 1郾 8494 0郾 4877 0郾 6723
眉县 Meixian 25 194 86郾 13 1郾 9046 0郾 4948 0郾 6878
镇安 Zhen爷an 25 187 78郾 09 1郾 8303 0郾 4865 0郾 6743
宁强 Ningqiang 18 175 73郾 38 1郾 8744 0郾 4391 0郾 6012
南郑 Nanzheng 22 156 76郾 55 1郾 8012 0郾 4753 0郾 6223
周至 Zhouzhi 13 173 68郾 41 1郾 7971 0郾 4377 0郾 5957
户县 Huxian 11 182 77郾 63 1郾 8206 0郾 4864 0郾 6327
种群水平 Population level 19 177 77郾 56 1郾 8397 0郾 4725 0郾 6409
物种水平 Species level 134 206 91郾 22 1郾 9226 0郾 5095 0郾 7217
PPL:多态位点百分率 Percentage of polymorphic loci; Ne:有效等位基因数 Effective number of alleles; h:Nei的基因多样性指数 Nei爷s gene diversi鄄
ty; I:Shannon信息指数 Shannon爷s information index郾
表 4摇 秦岭秀雅杜鹃种群间和种群内分子变异的方差分析
Table 4摇 Analysis of molecular variance (AMOVA) within and among wild populations of Rhododendron concinnum in Qin鄄
ling Mountains
变异来源
Source of variation
自由度
df
平方和
SS
均方
MS
变异组分
Variance component
变异率
Percentage of
variance (% )
P
种群间 Among populations 6 4郾 12 0郾 69 0郾 07 14郾 7 <0郾 001
种群内 Within population 128 27郾 14 0郾 13 0郾 41 85郾 3
表 5摇 秦岭秀雅杜鹃种群间 Nei的遗传一致度和遗传距离
Table 5摇 Nei爷s genetic identity and genetic distance of 7 wild populations of Rhododendron concinnum in Qinling Mountains
种群
Population
遗传一致度 Genetic identity
柞水
Zhashui
眉县
Meixian
镇安
Zhen爷an
宁强
Ningqiang
南郑
Nanzheng
周至
Zhouzhi
户县
Huxian
遗传距离 柞水 Zhashui 0 0郾 9274 0郾 8611 0郾 7965 0郾 8044 0郾 9102 0郾 8632
Genetic 眉县 Meixian 0郾 0745 0 0郾 9001 0郾 8237 0郾 8001 0郾 8922 0郾 9159
distance 镇安 Zhen爷an 0郾 1322 0郾 0966 0 0郾 8112 0郾 8155 0郾 8599 0郾 8796
宁强 Ningqiang 0郾 2278 0郾 1931 0郾 2044 0 0郾 8803 0郾 8284 0郾 8296
南郑 Nanzheng 0郾 2061 0郾 2164 0郾 1981 0郾 1183 0 0郾 8433 0郾 8334
周至 Zhouzhi 0郾 0947 0郾 1172 0郾 1408 0郾 1925 0郾 1567 0 0郾 8302
户县 Huxian 0郾 1264 0郾 0822 0郾 1203 0郾 1811 0郾 1769 0郾 1805 0摇 摇
图 3摇 秦岭秀雅杜鹃种群间 Nei的遗传距离的 UPGMA聚类图
Fig. 3摇 UPGMA dendrogram of 7 wild populations of Rhododen鄄
dron concinnum in Qinling Mountains based on Nei爷s genetic dis鄄
tance郾
a)柞水 Zhashui; b)眉县 Meixian; c)镇安 Zhen爷an; d)户县 Huxian;
e)周至 Zhouzhi; f)宁强 Ningqiang; g)南郑 Nanzheng郾
表明 7 个野生种群之间既有相同的遗传背景,又存
在一定的差异.其中,柞水种群和眉县种群的遗传距
离最近,说明这 2 个地区的秀雅杜鹃具有较近的遗
传距离;汉中地区的南郑种群和宁强种群相距较近,
遗传距离较小,并与其他 5 个种群保持着相对较远
的遗传距离,这与其地理分布格局基本吻合;眉县种
群和周至种群的地理距离较近,但没有优先聚在一
起,说明种群间的遗传分化程度与种群间的地理距
离并没有明显的相关性. Mantel 检验结果也表明,7
个秀雅杜鹃种群间的遗传距离和地理距离之间相关
性不显著.南郑种群和宁强种群与其他 5 个种群之
间的遗传距离相对较大,可能是因为这 2 个种群位
于陕西、四川和重庆交界处,而其他 5 个种群完全位
789211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 赵摇 冰等: 秦岭秀雅杜鹃野生种群遗传多样性和遗传分化的 AFLP分析摇 摇 摇 摇 摇 摇
于陕西秦岭山脉的主脉上,不同的气候环境可能造
成这 2 个种群与其他 5 个种群间显著的遗传分化.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 秀雅杜鹃种质资源的遗传多样性和遗传分化
扩增片段长度多态性(AFLP)是一种高效的分
子标记方法,近几年 AFLP 技术被广泛应用于植物
分类、亲缘关系探讨和遗传多样性研究等方面.该技
术不但具备其他 DNA 分子标记,如 RFLP、 SSR、
RAPD和 ISSR所具有的优点,而且一次分析可获得
基因组大量的遗传信息,特别对具亲缘关系及遗传
上区别不大的种类来说是比较合适的分子标记方
法[29] .因此,AFLP分子标记可以用于杜鹃花属植物
遗传多样性和遗传分化研究.
秦岭是我国南北气候的分界线,植物区系成分
具有明显的过渡性、混杂性和复杂多样性.杜鹃花属
是秦岭木本植物区系中比较重要的属之一,也是秦
岭地区最具开发价值的园林植物种类之一,秀雅杜
鹃是秦岭杜鹃花属中分布较广、观赏价值较高的一
个种.本文利用 AFLP 分子标记技术对秦岭秀雅杜
鹃野生资源的遗传变异进行分析,可以为杜鹃花属
其他种类的遗传多样性研究提供参考.
本研究中,利用 AFLP 技术分析发现,7 个秀雅
杜鹃种群中所检测的多态位点百分率、有效等位基
因数、Nei的基因多样性指数和 Shannon信息指数的
变化趋势一致,其排序为眉县种群>柞水种群>镇安
种群>户县种群>宁强种群>南郑种群>周至种群.这
可能与种群的地理分布区域的大小有关系. 一般来
说,地理分布范围较小,昆虫可以到达种群内部的每
个植株,种群内部的传粉比较容易进行且近交频繁,
从而降低了其遗传多样性水平,而对于比较大的种
群,昆虫不能到达所有个体,基因交流不频繁,导致
种群内产生遗传分化,出现较高的遗传多样性.调查
中发现,在眉县、柞水和镇安等地,秀雅杜鹃成片分
布,尤其是眉县种群秀雅杜鹃的分布面积最大,数量
最多;而在南郑种群和周至种群,秀雅杜鹃仅是零散
分布,分布面积和数量均较小. AFLP 分析表明,秦
岭地区秀雅杜鹃物种水平的多态位点百分率为
91郾 22% ,Shannon信息指数平均为 0郾 7217,Nei的基
因多样性指数平均为 0郾 5095;种群水平的多态位点
百分率为 77郾 56% , Shannon 信息指数平均为
0郾 6409,Nei的基因多样性指数平均为 0郾 4725,说明
秦岭地区秀雅杜鹃在物种水平和种群水平上都具有
较高的遗传多样性,这与其他 6 种产自中国香港地
区的杜鹃花属的研究结果一致[22] .
遗传结构是指遗传多样性在种群内和种群间的
分布及遗传分化.不同物种在遗传结构和遗传分化
上的差异很大.秦岭地区秀雅杜鹃在各地的有效规
模较小,导致群体之间发生遗传分化;另外由于山脉
地形的分割,导致群体之间彼此隔离,可能进一步促
使群体间的遗传分化.此外,基因流也是促使群体遗
传分化的主要因素之一,在植物中,花粉、种子的扩
散和传播是基因流的 2 种主要形式[30] .秦岭地区秀
雅杜鹃生长海拔较高,可供传粉的昆虫的种类和数
量有限,因此多依靠风媒传粉,但秀雅杜鹃植株大多
低矮,且生长于混交林的中、下层,风的驱动能力较
弱,导致花粉的传播距离受限,因此影响了不同群体
间的基因交流,导致遗传分化的出现.
POPGENE分析结果表明,秀雅杜鹃物种水平的
多态位点百分率、Nei的基因多样性指数和 Shannon
信息指数均高于种群水平,表明秀雅杜鹃种群内的
遗传多样性大于种群间,说明秀雅杜鹃遗传多样性
主要存在于种群内部. AMOVA 分析也表明,秀雅杜
鹃种群内的遗传变异大于种群间,2 种方法所得遗
传分化结果差异不大. Chappell 等[25]对美国羊踯躅
亚属的 7 种落叶杜鹃花的研究表明,7 种杜鹃花的
遗传变异主要发生在种群内,种群间的遗传变异仅
占 14% .因此,从育种的角度来看,从不同地理区域
选择单株不一定比从同一种群内部选择单株进行杂
交得到更高的等位基因多样性.
根据遗传距离对 7 个秀雅杜鹃种群进行 UPG鄄
MA聚类,结果表明,秀雅杜鹃种群间的遗传分化程
度与种群间的地理距离没有明显的相关性. 而有研
究表明,一些物种如长叶榧(Torreya jackii)种群间的
遗传距离和地理距离呈显著正相关[30] .
3郾 2摇 秀雅杜鹃种质资源的保护和利用
目前,我国秦岭地区的秀雅杜鹃资源破坏十分
严重,一方面,道路修建中大量的土石工程对沿途的
秀雅杜鹃资源造成无法挽回的损失.另外,由于秀雅
杜鹃含有单宁和芳香物质,易于燃烧,当地农民长期
挖药采樵,特别是庙会期间杜鹃植株常作为薪柴,这
也是加速杜鹃花资源受到毁灭性破坏的原因之一.
生境的人为改变和滥采滥伐,致使当地的秀雅杜鹃
资源流失严重,直接威胁到其作为品种基因库和种
质资源库的功能,因此对其种质资源保护任务极为
艰巨.
近年来,有关杜鹃花的保育研究有一定进展,但
与其他科植物相比,特别是与兰科植物的保育研究
8892 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
有较大差距[31] . 兰科植物多为珍惜濒危物种,全世
界所有兰科植物均被列入野生动植物濒危物种国际
贸易公约的保护范围,占该公约保护植物的 90%以
上,是植物保护中的旗舰类群[32] . 而杜鹃花科中被
《中国植物红皮书》 [33]列为渐危的杜鹃花仅有 8 种.
国内杜鹃花在研究和保育方面与国际先进水平存在
较大差距.一方面是保护目标的确定:杜鹃花属中还
没有确定哪些物种应该首先列入重点保育范围,而
这需要建立在对该物种全面研究的基础之上;另一
方面是保育地点的确定,目前,国内尚无杜鹃花的就
地保护基地,而杜鹃花就地保护基地的建立要求对
保护类群在种群水平上进行监测.
秀雅杜鹃在生境遭到破坏和片段化后,种群间
的基因交流变得更加困难,引起种群的分化,种群内
也因本身的遗传基础狭窄而失去进化的潜力.因此,
进一步进行就地保护与迁地保护试验对于杜鹃花属
植物的保护尤为重要.本研究表明,秀雅杜鹃物种水
平和种群水平的遗传多样性都较高,群体间存在一
定程度的遗传分化. 因此,建议就地保护时,应当对
尽可能多的种群实施保护.由于眉县、柞水和镇安这
3 个种群具有较高的遗传多样性,建议优先对这 3
个种群分别进行就地保护. 由于秀雅杜鹃种群间存
在一定程度的遗传分化,建议在迁地保护时,应当从
所有种群采集样本,尽可能多地保存该物种的遗传
资源.
致谢摇 感谢王乔春教授提供的良好实验平台和在试验过程
中的指导和帮助.
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作者简介摇 赵摇 冰,女,1980年生,讲师.主要从事园林植物与
观赏园艺种质资源研究. E鄄mail: bingbing2003915@163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
0992 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷