全 文 ：岛屿地理隔离对红楠种群遗传结构的影响*
冷　欣1 ,王中生1 ,安树青1* ,王国明2 ,郑建伟1 ,冯　珏2
(1.南京大学生命科学学院 ,江苏　南京　210093;2. 浙江舟山市林业科学研究所 ,浙江　舟山　316000)
摘　要:利用简单重复序列间扩增(ISSR)分子标记对舟山群岛红楠(Machilus thunbergii)8 个种群 91 个个体
进行了遗传结构分析 , 9 条随机引物扩增出可分析条带 75 条 , 多态位点百分比(PPL)为 61. 3%。 POPGENE
分析结果表明:红楠种群平均水平多态位点百分比(PPL)为 52. 3%, Nei′s 基因多样度(HE)为 0. 186 , 较台湾
岛红楠种群(PP L为 71. 1%)具有偏低的遗传多样性;而种群间遗传分化程度较高(GST=0. 311)。地理距离与
遗传距离具有显著相关性(r=0. 655 , P=96. 1%),岛屿地理隔离对红楠种群间遗传分化产生显著影响 。 UP-
GMA 聚类分析表明:朱家尖岛与普陀岛红楠种群间遗传相似度较高 , 桃花岛与大猫岛可能存在较近的亲缘
关系。基于舟山群岛红楠种群遗传结构分析 ,建议在其自然生长地实施就地保护的同时 , 建立红楠种质资源
库 ,促进基因交流。
关键词:岛屿;红楠;ISSR;遗传多样性;遗传结构
中图分类号:S722　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000 - 2006(2006)02 - 0020 - 05
The Influence of Insular Geographical Isolation on Population
Genetic Structure of Machilus thunbergii
LENG Xin1 ,WANG Zhong-sheng1 , AN Shu-qing1 , WANG Guo-ming2 , ZHENG Jian-wei1 , FENG Jue2
(1. S chool of Life S cience Nanjing Universi ty , Nanjing 210093 , China;2. Zh ou shan Forest ry Inst iute of
Zhejiang Province , Zhoushan 316000 ,C hina)
Abstract:Ninty-one individuals of eight populations of Machi lus thunbergi i co llected f rom
Zhoushan archipelag o w ere exam ined by inter-simple sequence repeat (ISSR)markers to de-
termine the gene tic structure. A to tal o f 75 discernible loci w ere obtained using 9 prime rs , of
w hich 61. 3%were polymorphic (PPL =61. 3%). A s analyzed by POPOGENE , ave rage values
of precintage o f bo lymo rphic loci (PPL =52. 3%)indicted that M. thunbergii had a reduction
in genet ic diversi ty compared wi th Taiw an populat ions. The value of dif ferentiation(GST =
0. 311)aff irmed that M. thunberg ii had high genetic dif ferentiation among populations. The
ef fect of geographical isolat ion had great inf luences and signif icant co rrela tion w as found be-
tw een genetic distance and geog raphic distance (r=0. 655 , P =96. 1%). UPGMA indicated
that Putuo Island population show ed a clo se relationship w ith Zhujiajian Island populations ,
Damao Island population and Taohua Island populations clustered in a clade. In order to
maintain genet ic diversi ty and resource ut ili zation of M. thunbergii , management strateg ies
were proposed that natural population should be protected in situ f rom human disturbance to
facilitate i ts na tural gene ra tion. Constructing ge rmplasm resources and cultivating plants
mutually co llected f rom dif ferent populations are necessary to enhance the gene f low .
Key words:Island;Machi lus thunbergi i;ISSR;Genetic diversity;Genet ic st ructure
遗传多样性作为生物多样性的重要组分 ,影响物种长期生存与进化的潜力 ,已成为进化生物学和生
—20—
　第 30 卷第 2 期
2006 年 3 月 　
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
Journal of Nanjing Forest ry University(N atural Sciences Edition) 　
Vo l. 30 , No. 2　
Mar. , 2006　
* 收稿日期:2005 - 01 - 01　　　　修回日期:2005 - 06 - 27
资金项目:国家自然科学基金资助项目(30430570;30010134)
作者简介:冷　欣(1981 -),女 ,硕士生。
*通讯作者(Corresponding Author ):安树青 ,男 ,教授 ,博士生导师。
物多样性保育研究的热点内容[ 1] 。物种的繁育系统 、基因流 、遗传漂变和自然选择等被认为是影响物种
遗传多样性的重要因子[ 2] 。各种分子标记技术的发展与完善将有助于了解种群的遗传结构 ,包括遗传
多样性 、遗传分化等[ 3] 。岛屿物种因具有地理隔离 、基因流阻隔及种群规模较小等特点已成为种群遗传
分化研究的模式物种[ 4] 。研究发现 ,岛屿物种较陆地物种遗传多样性偏低 ,且存在较高的灭绝风险[ 5] ,
17世纪至 20世纪地球上灭绝的维管植物共计 384种 ,其中岛屿植物达 139种 ,约占 36%;渐危或濒危
维管植物中岛屿分布种类约占 40%[ 6] ,人为干扰如生境破坏 、外来种引入等被认为是岛屿物种主要的
致濒因子[ 7] 。
红楠(Machi lus thunergi i Sieb. et Zucc. )隶属樟科(Lauraceae)润楠属 ,为雌雄同株 、虫媒传粉的常
绿乔木树种 ,具有较高的园林观赏价值 ,在我国主要分布于长江以南地区[ 8-9] 。舟山群岛红楠为该群岛
地带性植被常绿阔叶林及常绿落叶阔叶混交林中的重要指示种或伴生种 ,但由于人为干扰如红楠种子
采摘 、林下幼苗移植等致使其岛屿生境破坏严重 ,自然种群日趋萎缩 ,被列为渐危种[ 10] 。目前国内有关
红楠的研究多集中于群落或种群生态学方面[ 11-12] ,笔者利用 ISS R标记分析舟山群岛红楠自然种群的
遗传结构 ,旨在揭示种群遗传多样性水平和遗传分化程度以及岛屿地理隔 、人为因素等对其遗传结构的
影响 ,为该物种种质资源的合理保护和利用提供科学依据。
1　材料与方法
1. 1　样地自然概况及样品采集
舟山群岛位于长江口以南 ,杭州湾外缘的东海海域 ,系天台山脉向东北方向的延伸部分 ,在第三纪
浙东地层沉降时与大陆分离 ,由 1 339个岛屿组成 ,距离大陆最近不足 5 km 。舟山群岛属中亚热带北缘
季风气候 ,地带性植被属中亚热带常绿阔叶林北部亚地带的浙闽山丘甜槠 、木荷林区[ 13] 。由于群岛的
人居历史悠久 ,人为活动严重干扰岛屿植被演替 ,原生植被已消失殆尽 ,目前仅有少量次生常绿阔叶林
分布于桃花岛 、普陀岛和朱家尖岛等人迹稀少的沟谷地带[ 14] 。
通过对舟山群岛红楠的种群调查 ,选择 4个主要分布岛屿进行种群采样 ,分别为:朱家尖岛(ZJ)里
岙种群(LA)、东沙种群(DS)、将军山种群(JS);普陀岛(PT)佛顶山种群(FD);桃花岛(TH)顶首庵种群
(DA)、大佛岩种群(DF)、茶山岙种群(CH);大猫岛(DM)长坑种群(CD),共 8个种群。根据红楠分布
范围进行种群的随机取样 ,并挂牌编号 ,样本采集后经硅胶干燥保存 。
1. 2　总 DNA提取与 PCR扩增
采用改良的 SDS 法[ 15] 提取总 DNA ,模板 DNA 经紫外分光光度计测定 OD260及 OD280值以检测
DNA 纯度和浓度 。PCR扩增反应条件及反应体系参见文献[ 16] ,PCR产物在含有 EB的 1. 5%琼脂糖
凝胶中电泳 ,以 100bp Marker(GeneRuler100 ladde r , MBI公司)作为标准分子量对照 , EPSON 紫外自
动成像仪照相。
1. 3　引物筛选
表 1　红楠 8 个种群 91 个个体扩增的 ISSR 引物
Table 1　ISSR primers used for generating ISSR markers
from 91 individuals of M. thunbergii
引物编号
Primers
序列
Sequ ences
统计条带数
Analyzed b ands
多态性条带数
Polymorphism bands
UBC802 (AT)8G5 8 4
UBC803 (AT)8C 9 6
UBC804 (TA)8A 10 5
UBC805 (TA)8C 7 6
UBC825 (AC)8 T 8 4
UBC826 (AC)8C 8 7
UBC846 (CA)8RT 9 5
UBC847 (CA)8RC 7 6
UBC874 (CCCT)4 9 3
　　注:R=A / T
每个种群选取 2 个植株的 DNA 模板 ,以灭菌
双蒸水为对照 ,对 80 条 ISSR 引物进行筛选(加拿
大哥伦比亚大学公布的序列设计 ,上海生工公司合
成),从中选取扩增条带清晰 、重复性较好的 9 条引
物用于 PCR扩增(表 1),变性温度根据引物的 Tm
值调整 1 ～ 2℃。
1. 4　数据处理
统计条带时认为电泳迁移率相同的条带是扩增
基因组上相同的 DNA 片段产物 ,将扩增条带转化
为 0 /1(无 /有)矩阵 。用 POPGENE Version1. 31
软件[ 17] 分别进行多态性位点百分比(PPL)、观测等
位基因数(AO)、有效等位基因数(AE)、Nei′s 基因多
—21—
　2006 年　总第 122 期　　　　　　　冷　欣等:岛屿地理隔离对红楠种群遗传结构的影响
样性(HE)、Shannon’ s多态性信息指数(H)、种群总基因多样度(H T)、种群内基因多样度(H S)、种群间
遗传分化指数(GST)、Nei′s遗传距离(D)和遗传一致度(I)的参数分析。同时以岛屿为分析单位(即同
一岛屿的所有红楠个体构成一个种群),分析种群遗传距离与地理的相关性(Mantel检验)。利用 N T-
SYSpc Version 2. 10软件[ 18] 以种群为单位进行 U PGMA 聚类图的构建 。
2　结果与分析
2. 1　红楠种群及物种水平的遗传多样性
9条 ISSR引物扩增出的条带数目为 7 ～ 10条不等 ,条带片段大小分布在 200 ～ 2 500 bp ,共扩增出
75个可统计条带(表 1),其中具多态性的条带 46个 ,占 61. 3%。种群水平的多态位点百分比(PPL)的
变化范围为 50. 7%～ 54. 7%(表 2)。Nei′s遗传多样性(H E)和 Shannon’ s多态性信息指数(H)与 PPL
在各种群中变化趋势一致 ,均为朱家尖东沙种群最高 ,桃花岛顶首庵种群与朱家尖里岙种群最低。8个
种群平均水平 的遗传多样性参数(P PL , AO , AE , H E , H)均低于物种水平。
表 2　红楠 8个种群的遗传多态性
Table 2　Genetic diversity for eight populations of M. thunbergii
种　群
Population
个体数
Num ber
P PL AO A E HE H
ZJLA 8 50. 7 1. 507(0. 503) 1. 312(0. 386) 0. 179(0. 205) 0. 266(0. 291)
ZJDS 16 54. 7 1. 547(0. 501) 1. 352(0. 392) 0. 202(0. 207) 0. 299(0. 295)
ZJJS 11 53. 3 1. 533(0. 502) 1. 327(0. 380) 0. 189(0. 204) 0. 282(0. 291)
PT FD 10 52. 0 1. 520(0. 503) 1. 336(0. 404) 0. 189(0. 211) 0. 280(0. 298)
T HDA 10 50. 7 1. 507(0. 503) 1. 292(0. 362) 0. 173(0. 195) 0. 260(0. 218)
T HDF 13 53. 3 1. 533(0. 502) 1. 308(0. 359) 0. 183(0. 195) 0. 277(0. 281)
T HCH 12 52. 0 1. 520(0. 503) 1. 308(0. 376) 0. 179(0. 199) 0. 269(0. 286)
DM CD 11 52. 0 1. 520(0. 503) 1. 332(0. 391) 0. 189(0. 222) 0. 281(0. 295)
种群水平 11. 4 52. 3 1. 523 1. 320 0. 186 0. 277
物种水平 91 61. 3 1. 613(0. 490) 1. 493(0. 418) 0. 269(0. 222) 0. 385(0. 315)
　　　　　　注:括号内数值为标准差。
2. 2　红楠种群遗传分化
表 3　红楠种群间的遗传分化
Table 3　Genetic differentiation for populations of M. thunbergii
种　　群
Population
H T HS GST NM
朱家尖岛 3个种群
桃花岛 3个种群
4岛屿 8个种群
0. 197(0. 040)*
0. 196(0. 039)
0. 269(0. 049)
0. 188(0. 037)
0. 179(0. 034)
0. 186(0. 025)
0. 045
0. 087
0. 311
5. 27
2. 64
0. 55
　　　注:括号内数值为标准差 NM =(1 /GST - 1) /4。
分布于 4个岛屿的 8个红楠种群总基因多
样度(H T)为 0. 269 ,种群内基因多样度(H S)为
0. 186 ,种群间遗传分化指数 GST =0. 311(表 3),
即 31. 1%的变异存在于种群之间 ,种群内变异
占 68. 9%。以岛屿为分析单位 ,朱家尖岛和桃
花岛岛内种群间的遗传分化指数 GST 分别为
0. 045和 0. 087 ,表明岛内仅有约 5%～ 9%的遗
传多样性由种群间的差异产生 ,岛屿内种群间存在较高的基因流 。
2. 3　红楠种群遗传距离和岛屿间地理距离的相关性
表 4　4 个岛屿红楠种群的地理距离与 Nei′s遗传距离
　Table 4　Geographical distance and genetic distance for four
populations
种群
Population
ZJ PT T H DM
ZJ
PT
TH
DM
-
0. 029
0. 156
0. 209
4
-
0. 155
0. 196
9
18
-
0. 094
11
16
13
-
　　　注:右上角为地理距离(km),左下角为遗传距离。
以岛屿作为一个种群单位统计 ,则以普陀种群
(PT)与朱家尖岛种群(ZJ)之间遗传距离最小(D =
0. 029),地理距离最近(4 km);大猫岛种群(DM)与
朱家尖岛种群(ZJ)遗传距离最大(D =0. 209),地理
间隔较远(11 km)(表 4)。经 Mantel检验 ,地理距
离与遗传距离之间存在正相关性 , 相关系数 r =
0. 655 ,P =96. 1%(P(random Z
95%为显著相关 , P>90%呈弱相关)。
2. 4　红楠种群聚类分析
在种群 UPGMA 聚类图中 ,朱家尖岛中 3个种群聚为一支 ,其中东沙种群与将军山种群遗传一致
度较高 ,而普陀岛种群与朱家尖岛种群聚为一大支 。大猫岛种群则与桃花岛种群构成另一大分支 ,其中
—22—
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 30 卷　第 2 期　
图 1　红楠种群 Nei′s 遗传距离的 UPGMA 聚类图
　Fig . 1　UPGMA dendrog ram fo r eight popula tions of
M. thunbergii based on Nei′s genetic distance
桃花岛内 3个种群聚为一小支(图 1)。
3　讨　论
3. 1　岛屿地理格局对红楠种群遗传多样性的影响
舟山群岛红楠种群的遗传多样性 (P PL =
52. 33%, ISSR标记)低于台湾岛种群的遗传多样性
(PPL =71. 10%, RAPD标记)[ 20] 。台湾岛红楠分别
迁自于大陆与菲律宾岛屿 ,顺利经历冰河期而成为一
避难种[ 21] ,并在突破种群瓶颈后大量繁衍 ,成为台湾
岛常绿阔叶林的重要指示种。舟山群岛为浙江天台
山东北之余脉 ,该群岛分布的红楠源于天台山脉 ,种
群遗传基础(genetic base)相对狭窄。其次 ,台湾岛
红楠分布于海拔200 ～ 1 800 m ,而舟山群岛的海拔在
200 ～ 500 m ,岛屿生境较为单一 ,种群遗传背景(ge-
netic backg round)较为相似。此外 ,片断状分布的舟山群岛红楠种群长期维持在较小规模 ,近交频度增
加 ,遗传漂变可能导致种群内等位基因的流失 ,遗传多样性降低[ 19] 。
3. 2　岛屿地理格局对红楠种群遗传分化的影响
岛屿物种的种群遗传结构特征及其影响因素是制定其有效保护策略的一个重要依据 [ 22] 。朱家尖
岛(ZJLA 、ZJDS 、ZJJS)与桃花岛(T HDA 、THDF 、THCH)岛内的红楠种群遗传分化程度较低(GST分别
为0. 045和0. 087),在 UPGMA聚类图中来自同一岛屿的种群聚为一支 ,可能与岛屿范围较小 、生境单
一 、短距离种群间基因交流频繁有关[ 23] 。
岛屿间红楠 8个种群遗传分化系数(GST =0. 311)高于朱家尖岛等岛屿内的种群间遗传分化系数。
Manel等认为岛屿地理隔离阻碍基因交流[ 24] ,成为海岛中物种种群遗传分化程度较高的重要原因 。红
楠作为典型的两性完全花植物 ,其开花分两期 ,雌花期时花药不开裂 ,雄花期时 ,花药开裂但柱头已衰
老 ,需以异花传粉[ 25] 。而红楠的传粉昆虫很难逾越宽阔的海面(>4 km)进行岛屿间花粉传播 ,已有研
究发现红楠父本与母本间的基因流动平均为 163 m ,最大仅为 348 m[ 2 0] ;其次 ,鸟类对红楠种子的传播
行为由于受到一次捕食量 、种子消化和排泄等因素限制 ,最大传播范围仅为 480 ～ 680 m[ 26] ,亦低于分布
岛屿的最短海域距离 ,而在附近岛屿中均未发现红楠植株的存在 ,均说明了岛屿间红楠种子传播的局限
性。经 Mantel检验 ,岛屿间地理距离与遗传距离间存在正相关性 ,进一步证实岛屿地理隔离显著影响
红楠种群间的遗传分化。
3. 3　红楠种群的遗传多样性保护
基于舟山群岛红楠种群的遗传结构特征 ,建议加强自然种群的就地保护 ,避免加剧对现有岛屿生境
的破坏与侵占;增强岛屿居民的生态保护意识 ,禁止挖掘红楠幼苗及采摘种子 ,以维护种群的自然更新。
其次 ,在舟山群岛建立红楠种质资源库 ,最大限度地保护各岛屿种群的遗传资源 。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1] Ellst re N C , Elam D R. Popu lation genetic con sequences of sm all population siz e:im plication for plant conservation[ J] . Annual Re-
view of Ecology Journal , 1993 , 8:238- 244.
[ 2] S chaal B A , Hay wo rth D A , Olsen K M , et al . Phylogeog raphic s tu dies in p lan ts:problems and prospects[ J] . Molecular Ecology ,
1998 , 7:465 - 474.
[ 3] Em ers on B C . Evolut ion on oceanic is lan ds:m olecu lar phylogenetic approaches to u nders tanding pattern and p roces s[ J] . M olecular
Ecology , 2002 , 11:951 - 966.
[ 4] Carlos J , Emerson B C , Oromi P , et al. Coloniz at ion and diversif ication:t owards a phylogeog raphics synthesis for the Canary
Islands[ J] . T ree , 2000 , 15(3):104 - 109.
[ 5] Raven P H . Plant conservat ion in a changing w orld[ J] . A liso , 1998 , 16:121- 126.
[ 6] Reid W V , Miller K R. Keeping Options Alive:T he Scient ifi c Basi s for Conserving Biodiversi ty[ R] . Washington D C:World Re-
—23—
　2006 年　总第 122 期　　　　　　　冷　欣等:岛屿地理隔离对红楠种群遗传结构的影响
sources Inst itute , 1989.
[ 7] Wolf A , Harri son S P. Ef fects of habitat size and patch isolation on reproductive success of the Serpen tine M orning Glory[ J] . C on-
servat ion Biology , 2001 , 15:111- 121.
[ 8] Su H J , Wang L J. Fores t vegetat ion in the upper Nanshihchi w atersh ed of northern Taiw an[ J] . Quarterly J ou rnal of the Experi-
men tal Fores t of Nation al T aiw an University , 1998 , 2(4):89- 100.
[ 9] 王景祥. 试论浙江省森林植物区系[ J] . 植物分类学报 , 1986 , 24(3):165- 176.
[ 10] 江香梅 , 俞　湘. 红楠及其研究进展[ J] . 江西农业大学学报 , 2001 , 23(2):231 - 235.
[ 11] Tsan P L , Chen M H . Biochemical characterist ics associated w ith the development of the desiccation - sensit ive seed s of Machi lus
thunbergi i[ J] . Annals of Botany , 1995 , 76:381- 387.
[ 12] Cho H J , Bae S W , Bae K H . Forest vegetation in Ulreung Island FRI[ J] . Journal of Forest Science Seou l , 1996 , 53:78 - 88.
[ 13] 吴征溢. 中国植被[ M] . 北京:科学出版社 , 1980.
[ 14] 王定耀. 舟山群岛森林植物区系资料[ J] . 浙江林业学院学报 , 1990 , 7(4):334 - 342.
[ 15] 姜　玲 , 蔡礼鸿. 一种提取银杏中 DNA 的方法[ J] . 植物生理学通讯 , 2000 , 36(4):340 - 342.
[ 16] 李海生 , 陈桂珠. 海南岛红树植物海桑遗传多样性的 IS SR分析[ J] . 生态学报 , 24(8):1657 - 1663.
[ 17] Yeh F C , Yang R C , Boyle T. POPGENE the user f riendly shareware for popu lat ion genetic analysi s[ R] . Edmonton C anada:M o-
lecular Biology and Biotechnology Cen tre , Universi ty of Alb erta , 1997.
[ 18] Rohlf F J. NTSYS-PC Version 2. 10[ R] . New York:Appllied Bios tati st ics Inc , 1994.
[ 19] Emerson B C . Evolut ion on oceanic is lan ds:m olecu lar phylogenetic approaches to u nders tanding pattern and p roces s[ J] . M olecular
Ecology , 2002 , 11:951 - 966.
[ 20] 陈怡秀. RAPD应用于红楠种群父本排除与异交率之研究[ D] .台北:国立台湾大学 , 2000.
[ 21] 陈玉玲.红楠线粒体 DNA 之亲缘地理[ R] .台北:中国中文大学生物技术研究所 , 2000.
[ 22] Leberg P L. Genet ic considerations in th e desig n of in t rodu ction p rog rams t ransact ions of the north American W ildlif e[ J] . Natural
Resou rce Conference , 1990 , 55:609 - 619.
[ 23] Francisco-Ortega J , S an tos-Guerra A , Kim S C , et al . Plant genetic diversity in the Canary Island s:a conservat ion respect ive[ J] .
American Journal of Botany , 2000 , 87(7):909 - 919.
[ 24] M anel S. Landscape genetics:combining landscape ecology and populat ion genet ics[ J] . T rend s in Ecology and Evolution , 2003 ,
18(4):189- 197.
[ 25] I - H siu C. Paterni ty exclusion and ou tcross rate of Machi lus th unberg ii S ieb . Zu cc. u sing random amplif ied polymorphic DNA
markers[ D] . T aipei:Department of Fores try National Taiw an Universi ty , 1984.
[ 26] Chung G C , Chung M Y , Oh G S , et al . Spatial genetic s t ru cture in a Neoli tsea ser icea popu lation (Lau raceae)[ J] . H eredity , 2002 ,
85:490- 497.
(责任编辑　郑琰炎炎)
—24—
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)　　　　　　第 30 卷　第 2 期