全 文 ：生物多样性 2014, 22 (4): 476–484 Doi: 10.3724/SP.J.1003.2014.14017
Biodiversity Science http: //www.biodiversity-science.net

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收稿日期: 2014-01-21; 接受日期: 2014-05-20
基金项目: 江西省自然科学基金(2009GZN0016)、中科院植物所系统与进化植物学国家重点实验室开放课题、江西省教育厅落地计划项目
(KJLD12062)、国家科技支撑计划(2012BAC11B02)
∗ 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: pinus-rubus@163.com
华木莲居群遗传结构与保护单元
熊 敏1,2 田 双1 张志荣3 范邓妹1 张志勇1,4*
1 (江西农业大学亚热带生物多样性实验室, 南昌 330045)
2 (南昌师范学院理学院, 南昌 330000)
3 (中国科学院昆明植物研究所, 中国西南野生生物种质资源库, 昆明 650201)
4 (中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室, 北京 100093)
摘要: 华木莲(Sinomanglietia glauca)仅分布于江西宜春和湖南永顺, 是我国一级重点保护植物。前人采用RAPD、
ISSR以及叶绿体SSCP(single-stranded conformation polymorphism)标记对华木莲进行了居群遗传学研究, 但未包括
后发现的湖南居群或未检出居群内遗传变异。为了全面检测华木莲遗传多样性及其空间分布格局, 并据此确定保
护单元, 本研究采用细胞核微卫星标记对华木莲所有4个居群共77个个体进行了居群遗传学分析。结果表明, 华木
莲具有较低的遗传多样性(平均等位基因数A = 2.604, 平均期望杂合度HE = 0.423)和较高的遗传分化(FST = 0.425)。
STRUCTURE和主成分分析(Principal Coordinated Analysis, PCA)将4个居群首先分为江西、湖南两组, 江西的2个居
群实际上是同一个自然繁育居群, 而湖南的2个居群则为2个分化明显的自然繁育居群。研究还发现湖南居群存在
明显的杂合子过剩现象, 可能是小居群内随机因素造成的。研究结果表明华木莲可能在近期历史上遭受过强烈的
瓶颈效应, 导致种群缩小、遗传多样性丧失和居群分化加剧, 需要加强对其进化潜力的保护。在制定保护措施时,
需要考虑其较高的遗传分化水平, 根据遗传结构可以将其划分为3个保护单元, 即湖南居群和江西居群分别为2个
进化显著单元, 湖南居群进一步划分为2个管理单元(分别为朗溪乡云盘村和小溪乡鲁家村居群)。
关键词: Sinomanglietia glauca, 微卫星, 遗传多样性, 遗传结构, 保护单元
Population genetic structure and conservation units of Sinomanglietia
glauca (Magnoliaceae)
Min Xiong1,2, Shuang Tian1, Zhirong Zhang3, Dengmei Fan1, Zhiyong Zhang1,4*
1 Laboratory of Subtropical Biodiversity, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045
2 College of Sciences, Nanchang Normal University, Nanchang 330000
3 China Germplasm Bank of Wild Species / Key Laboratory of Biodiversity and Biogeography, Kunming Institute of Bot-
any, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201
4 State Key Laboratory of Systematic and Evolutionary Botany, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100093
Abstract: Sinomanglietia glauca, a species endemic to Yichun in Jiangxi Province and Yongshun of Hunan
Province in Central China, was listed as Category I of the National Key Protected Wild Plants in 1999 (as a
synonym of Manglietia decidua). Several studies on the population genetics of this endangered species have
been reported. However, these studies either excluded Hunan populations or failed to detect any variation
within populations. In this study, all four known populations of S. glauca found were used to investigate ge-
netic diversity and genetic structure using nuclear microsatellite markers. Our results showed that S. glauca
had relatively low genetic diversity (A = 2.604, HE = 0.423) and significant population differentiation (FST =
0.425). Assignments analysis by STRUCTURE and Principal Coordinated Analysis indicated that Jiangxi and
Hunan populations formed two independent groups. Only one natural breeding population was identified in
Jiangxi whereas two were revealed in Hunan. We found a striking heterozygosity excess in the Hunan popu-
第 4 期 熊敏等: 华木莲居群遗传结构与保护单元 477
lations, a phenomenon that might be caused by allelic frequencies differing between male and female parents
by chance alone within small population. The results of this study suggest that S. glauca could have experi-
enced recent historic bottleneck(s) which resulted in reduction of population size, loss of genetic diversity
and strong population differentiation. The distribution pattern of genetic diversity clearly indicates that S.
glauca should be treated as three conservation units, i.e., two evolutionarily units (Jiangxi unit and Hunan
unit), and Hunan ESU subdivided into two management units (YPC and LJC).
Key words: Sinomanglietia glauca, microsatellite, genetic diversity, genetic structure, conservation unit

一个物种只有具备足够多的遗传变异, 才可能
适应剧烈变化的环境(Frankel & Soulé, 1981), 因此,
在全球气候变化的背景下, 如何有效保护物种的进
化潜力成为人类共同关心的问题(Frankham, 1995,
2002; Stockwell et al., 2003)。基于中性分子标记手
段, 保护生物学家们提出了诸多物种遗传多样性保
护措施, 最著名的是设立进化显著单元(evolution-
arily significant units, ESUs)和管理单元(manage-
ment units, MUs)(Ryder, 1986; Moritz, 1994)。Moritz
(1994)对进化显著单元和管理单元分别给出了比较
明确的定义。ESUs指的是在动物线粒体DNA(植物
常采用叶绿体DNA, 如Cavers et al., 2003)水平上互
为单系群(monophyletic group), 并且在核基因水平
上存在显著的基因频率差异的居群; MUs指的是在
核基因位点上基因频率差异显著的居群。虽然ESUs
和MUs(统称为保护单元conservation units, CUs)在
概念和应用上受到一些学者的质疑(如Crandall et
al., 2000), 但是它们依然是保护遗传学中应用最为
广泛的概念之一。
华木莲(Sinomanglietia glauca)最初于1994年发
表为木兰科单种属植物(俞志雄, 1994), 1995年被郑
庆衍先生处理为落叶木莲(Manglietia decidua), 此
后, Kumar(2006)将该种归入木兰属(Magnolia)。鉴
于目前木兰科分类处于不稳定的阶段, 大属与小属
的概念争论不休(孙卫邦和周俊, 2004; Xia et al.,
2008), 在尘埃落定前, 本文参照优先律原则采用最
早的名称即华木莲(Sinomanglietia glauca)。华木莲
的花部特征与木莲属相似, 但落叶的特性却与木兰
属部分种类相同, 而奇特的果实开裂方式则表明它
是一个非常特殊的类群, 这些特点决定了该种在系
统学研究上具有重要的理论意义。吴征镒等(2003)
在《中国被子植物科属综论》中专门提及该植物在
木兰科系统演化中的重要地位。华木莲在发表之初
仅在江西宜春明月山发现 , 种群数量非常有限 ,
1999年被列为我国一级保护植物(国家重点保护野
生植物名录·第一批 )(http://www.forestry.gov.cn/
portal/main/s/3094/m inglu1.htm)。另外, 华木莲的社
会影响也非常大, 江西省宜春市将它评为市花, 它
对于唤醒民众的自然保护意识, 促进江西自然保护
事业和发展生态友好型社会具有特殊意义。
华木莲发表以后, 有关学者对其进行了长期深
入的研究, 研究内容涉及细胞学、解剖学、生态学、
居群遗传学、胚胎学、系统学等内容(肖德兴等,
1998; 俞志雄等, 1999; 郭起荣等, 2003; 林新春等,
2003; 廖文芳等, 2004; 裘利洪等, 2004; 肖德兴和
俞志雄, 2004; Nie et al., 2008; Zhang et al., 2009)。在
这些研究中, 林新春等(2003)和廖文芳等(2004)分
别采用RAPD和ISSR两种分子标记对宜春明月山居
群进行了遗传学研究。但是2003年, 我国林业工作
者在湖南永顺县武陵山调查时发现了2个华木莲居
群(侯伯鑫等, 2006), 分别位于永顺县东南小溪国家
级自然保护区鲁家村和邻近的朗溪乡云盘村。由于
湖南居群发现较晚, 上述两文均未包括新发现的湖
南居群。为了探讨江西居群与湖南居群的遗传差异,
Zhang等 (2009)采用叶绿体单链构象多态 (single-
stranded conformation polymorphism, SSCP)标记对
所有华木莲居群进行了研究, 发现江西居群和湖南
居群属于不同的遗传类型, 可以划定为2个进化显
著单元。但是, 由于前人研究所选择的分子标记都
存在一些问题, 如RAPD和ISSR为显性标记且重复
性不高, 而叶绿体PCR-SSCP进化速率较低, 不能
揭示居群内的遗传变异。为了进一步揭示华木莲居
群内的遗传变异水平、居群遗传结构和可能存在的
遗传学风险等, 需要采用变异更丰富的共显性分子
标记(如微卫星标记, simple sequence repeats, SSR)。
基于以上认识, 本研究采用核基因组微卫星分子标
记对华木莲4个居群进行遗传结构研究, 以期回答
以下3个问题: (1)核基因组标记是否能检测到与叶
478 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 22 卷
绿体SSCP标记一致的居群遗传结构？(2)核基因组
在两个地区内的遗传变异有多大？(3)每个地区内
是否存在不同的保护单元？
1 材料和方法
1.1 样品采集和总DNA提取
本研究采集了湖南永顺、江西宜春两个地区的
4个华木莲野生居群, 每个居群视采样难易程度、居
群大小等情况各取14–23个个体的顶端健康叶片,
共77个样品。应用全球定位系统记录采样居群的经
度、纬度及海拔(表1)。总DNA提取方法见Zhang等
(2009)。
1.2 微卫星引物及PCR扩增和分型
本研究共采用13个微卫星位点进行居群遗传
分析, 其中7个位点(SSR1, SSR65, SSR74, SSR215,
L76, L78, L82)是前期研究中开发出来的(熊敏等,
2011), 6个位点是从日本厚朴(Magnolia obovata,
Isagi et al., 1999)和星花木兰(Magnolia steliata, Se-
tsuko et al., 2005)的微卫星引物中筛选出的(表2)。
PCR反应体系为20 μL, 包括10 μL 2×Taq PCR Mas-
terMix(Tiangen; 成分: 0.1 U/μL Taq聚合酶, 0.5 mM
dNTP, 20 mM Tris-HCl (pH = 8.3), 100 mM\ KCl以
及3 mM MgCl2), 0.5 μM 引物, 20–50 ng总DNA, 加
水至20μL。PCR扩增程序为: 94℃预变性3 min; 94℃
变性45 s, 50–66.5℃退火45 s(见表2和熊敏等, 2011),
72℃延伸45 s, 33个循环; 72℃延伸5 min, 4℃保存。
PCR扩增反应产物采用8%非变性聚丙烯酰胺凝胶
电泳检测并拍照, 并采用QIAxcel毛细管电泳系统


表1 华木莲4个野生居群的地理分布和取样数量
Table 1 Geographic locations and sample sizes of four wild populations of Sinomanglietia glauca
居群
Population
采集地点
Location
样品数
Sample size
纬度
Latitude
经度
Longitude
海拔
Alt. (m)
云盘村
YPC
湖南省永顺县朗溪乡云盘村
Yunpan Village, Langxi Town, Yongshun
County, Hunan Province
21 28°57.121′ N 110°17.398′ E 674
鲁家村
LJC
湖南省永顺县小溪乡鲁家村
Lujia Village, Xiaoxi Town, Yongshun
County, Hunan Province
19 28°52.051′ N 110°15.473′ E 660
洪江村
HJC
江西省宜春市洪江乡洪江村
Hongjiang Village, Hongjiang Town, Yi-
chun, Jiangxi Province
23 27°35.654′ N 114°21.059′ E 718
玉金山
YJS
江西省宜春市洪江乡玉金山
Mt.Yujin, Hongjiang Town, Yichun, Ji-
angxi Province
14 27°34.367′ N 114°19.276′ E 720


表2 从星花木兰和日本厚朴微卫星引物中筛选出来的6个位点
Table 2 The six microsatellite locis screened out from Magnolia steliata and Magnolia obovata
位点
Locus
重复单元
Repeat motif
引物
Primer Sequence (5’–3’)
退火温度
Ta (℃)
片段长度
Size range (bp)
STM0222* (GA)26 F: ATGGATGGACAGCGTAAA 60.0 170
R: GGCCCATCTTGTTGTATGTA
STM0246* (GA)33 F: AAGCAAAGCCTCCTAGGTC 58.0 186
R: TCTACGCCTAACAGGTCTGTC
M6D3** (CT)22 F: ACATGGATAGTCGTTGGATA 50.0 131
R: ACCCCACTGAAGACAAACAT
M6D10** (GA)14 F: AAATTGTCGTCCAACCAGTT 51.8 161
R: AAAGCAGCAAACAGGAAGAG
M10D8** (GAA)6(GA)26 F: AGCCCTCTATACACGCACACAT 52.6 297
R: CGGAGCTACAAGGAGCAGAATA
M15D5** (GA)16 F: GATCGTTGCTGGCTCGC 52.7 100
R: GCCGCCTGGATTATGAA
*引物来自星花木兰(Magnolia steliata, Setsuko et al., 2005); **引物来自日本厚朴(Magnolia obovata, Isagi et al., 1999)。
* Primers screened out from Magnolia steliata (Setsuko et al., 2005), ** Primers screened out Magnolia obovata (Isagi et al., 1999)。

第 4 期 熊敏等: 华木莲居群遗传结构与保护单元 479
(Qiagen, Irvine, USA)对部分PCR产物进行验证。
1.3 数据分析
微卫星为共显性标记, 同一引物扩增产物中电
泳迁移率一致的条带被认为具有同源性, 视每条多
态性条带为一个等位基因。根据聚丙烯酰胺凝胶电
泳图并参考毛细管电泳结果按条带大小从小到大
进行编号。利用GENEPOP V.3.4软件(Raymond &
Rousset, 1995)来计算每个位点对是否连锁不平衡
(linkage disequilibrium, LD), 并对所有值进行多重
比较(sequential bonferroni correction)来分析其调整
后的显著性水平(Rice, 1989)。利用GenALEx V.6.3
软件(Peakall & Smouse, 2006)计算平均等位基因数
(A)、有效等位基因数(Ne)、 观测杂合度(HO)、期望
杂合度(HE)、Shannon多样性指数(I)和多态位点百分
数(PPB)。利用FSTAT软件(Goudet, 1995)计算每个
居群的近交系数(FIS)及显著度。采用GenALEx V.6.3
软件(Peakall & Smouse, 2006)对居群进行主成分分
析 (principal coordinated analysis, PCA) 。 采 用
ARLEQUIN V. 3.1软件(Excoffier et al., 2005)对每个
位点的遗传分化系数(FST)及其显著度进行计算。采
用STRUCTURE V.2.2软件(Pritchard et al., 2000)对
77个个体进行居群分组聚类分析(assignment analy-
sis), 使用完整的Bayesian聚类方法来检验预先划分
的居群与按照遗传背景进行的分组相一致的程度。
因为此软件的运算前提是要符合Hardy-Weinberg平
衡和连锁平衡, 而在自然居群中, 多为同域分布、
自然杂交频繁的物种, 基本不符合Hardy-Weinberg
平衡和连锁平衡, 因此运算直接用实际居群(K)值。
采用相关等位基因频率而不含任何居群来源信息
的混合祖先模型(“admixture” model)来对华木莲居
群的遗传结构进行分析。STRUCTURE程序运行中
的参数“Length of burn-in-period”为10,000, “Number
of MCMC Reps after Burnin”为10,000, K值定义为
1–4, 每个K值运行10次 , 通过计算连续K值之间
L(K)变化率的大小(ΔK)来作折线图选择最佳K值,
即得到最佳居群分组数。采用BOTTLENECK
V.1.1.02 软件(Cornuet & Luikart., 1996)来检测基于
IAM、SMM 和TPM 3种模型下华木莲野生居群近
期是否经历了遗传瓶颈现象。
2 结果
2.1 遗传多样性
本文采用13对微卫星引物对华木莲4个野生居
群的77个样品进行扩增, 共检测到53个等位基因,
每个位点的等位基因数为2–7个, 平均每个位点4.1
个。在整体水平上, 每个微卫星位点的连锁不平衡
(LD)检测结果表明, 78个位点对呈现出显著连锁不
平衡(P＜0.05)。但是经过Bonferroni校正后, 0.05的
显著度被校正到0.00064, 78个位点对中49个表现为
连锁不平衡。
各居群的平均等位基因数 (A)从1.385(居群
YPC)至3.308(居群HJC), 平均值为2.604(表3)。期望
杂合度 (HE)从0.182(居群YPC)至0.522(居群HJC),
平均值为0.423。居群YPC的多态位点百分数最低
(PPB = 38.46%), 该居群在除STM0222位点外的其
余12个位点上都为单态, 其次是居群LJC(PPB =
69.23%), 该居群在除SSR215、L78、M6D3、M10D8、
M15D5位点外其余7个位点上均为单态。居群HJC
和居群YJS的多态位点百分数都为100%, 平均多态
性位点百分数PPB = 76.92%。每个居群的近交系数
(FIS)差异较大 , 从–0.889(居群YPC)至0.136(居群
YJS), 平均值为–0.292(表3)。从表3中可以看出, 来

表3 华木莲在野生居群水平的遗传参数统计表
Table 3 Summary of genetic statistics for Sinomanglietia glauca in wild populations
居群 Population N A Ne HO HE FIS I PPB（%）
云盘村 YPC 21 1.385 1.351 0.344 0.182 –0.889** 0.255 38.46
鲁家村 LJC 19 1.769 1.684 0.495 0.344 –0.476** 0.487 69.23
洪江乡 HJC 23 3.308 2.319 0.501 0.522 0.062 0.910 100.00
玉金山 YJS 14 2.923 2.246 0.462 0.511 0.136* 0.850 100.00
平均 Mean 19.3 2.604 1.991 0.451 0.423 –0.292 0.696 76.92
A: 平均等位基因数; Ne: 有效等位基因数; HO: 观测杂合度; HE: 期望杂合度; FIS: 居群内的近交系数; I: Shannon多样性指数; PPB: 多态位点
百分数. * 0.05 > P > 0.01, * *0.01 > P > 0.001。居群代号同表1.
A, Number of alleles; Ne, Number of effective alleles; HO, Observed heterozygosity; HE, Expected heterozygosity; FIS, Inbreeding coefficient; I,
Shannon’s information indexes; PPB, Percentage of polymorphic loci. * 0.05 > P > 0.01, * *0.01 > P > 0.001. Population codes see Table 1.

480 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 22 卷


图1 基于13个SSR标记的华木莲居群STRUCTURE分析。(A)、(B)分别表示基于10次重复的特定K值对应的概率对数值L(K)
和统计量∆K; (C) K = 2, 3时各采样居群所有个体分配情况。
Fig. 1 Results of STRUCTURE analysis based on all the individuals in four populations of Sinomanglietia glauca using 13 poly-
morphic microsatellite loci. (A) and (B) mean likelihood L(K) and ∆K value per K value with ten replications, respectively; (C) as-
signments proportion of each individuals from four sampled populations when K = 2 and 3.


自湖南永顺县朗溪乡云盘村居群(YPC)的遗传多样
性最低, 而来自江西宜春洪江乡居群(HJC)的遗传
多样性最高。
2.2 遗传结构和瓶颈效应检测
成对居群间的遗传分化系数(FST)值的显著度
都为显著。遗传分化系数(FST)在不同的位点有较大
的差异, 变化范围从0.098–0.637, 平均为0.425(数
据未列出), 说明华木莲居群间的基因流相对有限。
来自湖南的居群YPC和来自江西的居群YJS的遗传
距离最大(0.5857), 来自江西的2个居群遗传距离最
小(0.0692)(结果未列出)。采用STRUCTURE V.2.2
软件对华木莲77个个体进行分组聚类分析(assign-
ment analysis), 结果显示, 当K = 2的时候, ΔK值



图2 基于SSR数据的华木莲4个野生居群的主成分分析
(PCA)
Fig. 2 Principal coordinated analysis of four wild populations
of Sinomanglietia glauca based on SSR data

第 4 期 熊敏等: 华木莲居群遗传结构与保护单元 481
为最大值(图1B)。组I包括居群YPC和LJC, 全部来
自湖南; 组II包括居群HJC和YJS, 全部来自江西。
当K = 3时, L(K)值达到平台值(图1A), 来自湖南的2
个居群分成了2个明显的亚组, 而来自江西的2个居
群仍然在一个组 (图1C)。这一分组情况与利用
GenALEx V.6.3软件对华木莲野生居群进行的主成
分分析(PCA)结果一致。从PCA结果能看出, 所有华
木莲个体在坐标1上分为两组(即江西和湖南), 但在
坐标 2上湖南居群进一步分为 2个亚组 (LJC和
YPC)(图2)。
对华木莲野生居群的遗传瓶颈检测结果表明,
在IAM模型和TPM模型下华木莲4个居群都出现种
群统计上的遗传瓶颈(Wilcoxon统计分析P < 0.05);
基于SMM模型, 除了居群YJS外其他3个居群也显
著存在近期的瓶颈效应(表4)。


表4 基于3种模型(IAM、SMM 和 TPM)下华木莲4个居群
的瓶颈效应检验
Table 4 Probabilities from tests for population bottlenecks in
four population of Sinomanglietia glauca under the three mod-
els (IAM、SMM and TPM)
突变–漂变平衡检测模型 Mutation-drift test model 居群
Pop. 无限等位基因模型
IAM
逐步突变模型
SMM
两相模型
TPM
YPC 0.03125* 0.03125* 0.03125*
LJC 0.00195** 0.00195** 0.00195**
HJC 0.00012*** 0.04785* 0.00024**
YJS 0.00305** 0.12720 0.02148*
* 0.05 > P > 0.01, ** 0.01 > P > 0.001, *** P < 0.001. 居群代号同表1.
Population codes see Table 1.

3 讨论
3.1 华木莲的遗传多样性
华木莲是我国一级重点保护植物, 其遗传多样
性水平受到关注。林新春等(2003)和廖文芳等(2004)
分别采用RAPD和ISSR分子标记对宜春居群进行了
调查 , 发现其遗传多样性水平低于观光木
(Tsoogiodendron odorum) 、 鹅 掌 楸 (Liriodendron
chinense)、乐昌含笑(Michelia chapens)等木兰科植
物, 但是这些研究未包括湖南居群。在另一个包括
湖南居群的研究中, Zhang等(2009)发现地区内缺乏
叶绿体基因组遗传变异。本研究基于核基因组微卫
星标记对所有华木莲居群的检测结果表明, 4个居
群平均每个位点等位基因数和期望杂合度分别为
2.604和0.423, 低于采用相同标记的观光木(A = 3.8,
HE = 0.522, 王霞等 , 2012)和天女木兰(Magnoliz
sieboldii) (A = 3.74, HE = 0.427, , Kikuchi & Isagi,
2002)等木兰科濒危植物; 两个地区的上述指数相
比, 湖南居群又远远低于江西居群(表3)。以上研究
所采用的分子标记各不相同、采样策略也有所差异,
但研究结果却非常一致, 即华木莲是一个遗传多样
性较为贫乏的物种。这一结果与华木莲的濒危状况
是一致的。我们通过瓶颈效应检测发现, 4个华木莲
居群均检测到显著的近期居群衰退, 说明华木莲可
能遭受较强的自然或人为破坏, 导致居群急剧缩小
和遗传多样性丧失。
3.2 华木莲湖南居群的杂合子过剩
在隔离的小居群中, 交配往往被迫发生在有亲
缘关系的个体间, 从而导致近交系数偏高, 甚至出
现近交衰退(Frankham et al., 2002)。华木莲分布在4
个孤立的居群中, 我们预测这些居群可能出现明显
的杂合子缺失(即近交系数FIS为正值), 江西玉金山
居群的FIS为显著的正值, 与我们的预测较为一致,
说明江西玉金山居群存在不同程度的近交。但是,
湖南的2个居群都为显著的负值, 说明这2个居群存
在明显的杂合子过剩现象, 与我们的预测完全相
反。通常情况下, 造成居群内杂合子过剩的原因有
繁殖居群过小、杂种优势、无性繁殖以及采样策略
等(Keller & Waller, 2002; Stoeckel et al., 2006; Ras-
mussen & Kollmann, 2008; 王霞等, 2012)。由于缺乏
进一步的实验数据, 我们尚不能排除杂种优势这一
可能性, 但杂种优势往往造成幼年个体的杂合度高
于成年个体, 然而, 我们检测了一个人工繁育苗圃
中华木莲幼树的杂合度(来自朗溪乡云盘村居群),
其杂合度却低于野生居群(另文发表), 说明杂种优
势可能不成立。无性繁殖也是杂合子过剩的主要原
因之一(Stoeckel et al., 2006), 然而多年的野外考察
中并没有发现华木莲具备萌蘖等无性繁殖习性, 扦
插实验也屡屡失败(俞志雄, 个人观察资料), 说明
无性繁殖并不能解释湖南居群杂合子过剩现象。但
是, 目前尚不能排除华木莲无融合生殖的可能性。
杂合子过剩的另一种可能原因是有效居群小。
在小居群中, 父本与母本的等位基因频率因为偶然
因素差异明显, 从而导致后代个体出现杂合现象
(Pudovkin et al., 1996)。侯伯鑫等(2006)曾对华木莲
湖南居群进行过统计, 该报道称朗溪乡云盘村有
482 生 物 多 样 性 Biodiversity Science 第 22 卷
4,000株成年个体, 而小溪乡鲁家村有1,000余株成
年个体。但是, 本课题组3次(分别为2006年9月、
2007年5月、2013年10月)前往湖南永顺, 均未发现
有如此多的个体。在小溪居群, 我们甚至很难找到
20个个体。因此, 华木莲的2个湖南居群大小可能远
远低于侯伯鑫等(2006)报道的数字。另外, 不同位点
的连锁不平衡检验表明, 78个位点对全部为显著不
平衡(P＜0.05), 即使经过Bonferroni校正后, 78个位
点对中仍有49个表现为连锁不平衡。高度的连锁不
平衡往往是经历近期瓶颈效应后小居群的特征
(Hayes et al., 2003), 因此, 华木莲的2个湖南居群可
能均为遭受瓶颈后的小居群, 由于随机事件导致2
个居群出现杂合子过剩。
另外 , 采样策略也有可能造成杂合子过剩
(Keller & Waller , 2002)。由于华木莲分布范围非常
狭窄, 而且种子传播距离较近, 有明显的集群现象
(个人观察), 为了得到符合居群遗传学要求的样品,
采集到同一亲本来源植株的可能性大大增加。这一
点以云盘村最为明显, 该居群植株较为密集且年龄
相仿(从树的胸径来判断), 推测可能来源于某一个
结实大年的少数几棵母树, 从而造成该居群强烈的
杂合子过剩。
3.3 华木莲遗传结构与保护单元
Zhang等(2009)采用叶绿体标记发现华木莲江
西居群与湖南居群分化强烈, 是两个完全不同的遗
传单元(genetic units)。本研究的结果也清晰地表明,
江西居群与湖南居群在STRUCTURE和PCA分析中
首先分为2组(图1和图2), 应该视为2个不同的进化
显著单元(ESUs)。本研究结果还显示江西的两个居
群没有遗传分化, 构成一个自然繁育居群, 应该视
为一个管理单元。而湖南的2个居群则出现明显的
遗传分化, 构成2个自然繁育居群, 说明应该视为
单独的管理单元加以保护。
华木莲的遗传结构可能是历史和生态因素综
合影响的结果。近年来植物谱系学研究表明, 第四
纪气候变化过程中, 中国亚热带植物经历了复杂的
分布区变迁, 但总体呈现多个冰期避难所和有限的
冰后期(或间冰期)扩张格局(Qiu et al., 2011; Liu et
al., 2012; Lei et al., 2012; Zhang et al., 2013)。因此,
华木莲江西–湖南间断分布格局有可能是第四纪冰
期避难的结果。相反, 湖南2个居群的遗传分化则有
可能是山体隔离造成的。永顺地处武陵山区, 山势
陡峭, 2个华木莲湖南居群的遗传分化可能是生态
隔离产生的。另外, 人为破坏也可能对遗传分化造
成影响。野外调查中发现2个湖南居群附近森林砍
伐都非常严重, 处于小溪国家级自然保护区外的朗
溪乡居群至今还受到人为破坏的影响。江西的2个
居群在STRUCTURE和PCA分析中聚在一起, 其原
因是2个居群生长在同一个山体上, 两者之间存在
频繁的基因流, 两个居群的界定是人为的。
3.4 华木莲的保护措施
从本文和前人的研究结果可以看出, 华木莲遗
传多样性较低且遗传分化较大 , 与银杉(Cathaya
argyrophylla)等植物一样(Ge et al., 1998), 具有典型
的孑遗类群遗传特征, 因此, 在制定保护措施时首
先要考虑的是扩大有效居群大小(Ne), 保存其现有
的遗传多样性(金燕和卢宝荣, 2003)。由于华木莲种
子萌发率较高(俞志雄, 个人观察资料), 收集野生
华木莲种子进行人工繁殖和回归, 可有效提高其居
群大小。但是, 在进行人工增强回归工作时, 应尽
量避免湖南与江西居群的混杂, 因为它们属于不同
的显著进化单元。另外, 本研究也检测到强烈的近
期瓶颈效应, 说明人类活动对华木莲及其生境的破
坏比较严重。目前, 江西居群和湖南云盘村居群没
有纳入自然保护区范围内, 采种、砍伐、森林抚育
等人为干扰非常严重, 建议相关部门尽快制定措
施, 设立自然保护区或保护小区, 使华木莲及其生
境得到有效保护。
致谢: 本研究野外调查得到江西省宜春市森工局张
津平、湖南省小溪国家级自然保护区田永祥和鲁成
贵等同志的协助。
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(责任编委: 高连明 责任编辑: 时意专)