全 文 ：第 33卷 第 3期 生 态 科 学 33(3): 502−506
2014 年 5 月 Ecological Science May 2014

收稿日期: 2013-06-26; 修订日期: 2013-10-13
基金项目: 国家自然科技资源平台项目(2006DKA21003-09);浙江省科技厅重大科技攻关项目(2006C12059-3)
作者简介: 岳华峰(1979—), 男,河南泌阳人，助理研究员, 主要从事林木遗传育种工作, E-mail: yue5015@126.com
*通信作者: 姜景民, 男, 研究员, E-mail: jmjiang6001@126.com

岳华峰, 邵文豪, 井振华, 等. 浙江姥山岛苦槠天然居群的遗传多样性及未来走向[J]. 生态科学, 2014, 33(3): 502−506.
YUE Huafeng, SHAO Wenhao, JIANG Zhenhua, et al. Genetic diversity and future development of natural population of
Castanopsis sclerophylla in Laoshan Island, Zhejiang Province[J]. Ecological Science, 2014, 33(3): 502−506.

浙江姥山岛苦槠天然居群的遗传多样性及未来走向
岳华峰 1, 邵文豪 2, 井振华 2, 姜景民 2,* , 黄琳 1, 李相宽 1
1. 国家林业局泡桐研究开发中心, 河南郑州 450003
2. 中国林业科学研究亚热带林业研究所, 浙江富阳 311400

【摘要】为探索苦槠天然居群的遗传多样性, 对居群的未来发展做出评估, 对分布于浙江千岛湖姥山岛内苦槠萌蘖能力进
行了调查, 同时利用 SSR 分子标记技术对实生苗扩散格局、天然居群遗传多样性及遗传分化系数进行研究。结果显示: 苦
槠萌蘖能力很强, Re2 型分蘖最多, 占 32.4%; 林下苦槠实生苗遗传分布格局中, 84.2%实生苗是居群内自交繁殖结果; 筛选
出的 6 对 SSR 引物分辨率高, 多态位点百分率达 97.6%以上; 居群内遗传多样性水平达 88.9%以上, 并且母树(0.49)>实生苗
(0.45)。目前姥山岛苦槠自然居群采用根蘖自然更新为主的方式仍然会使居群在短期内保持高的遗传多样性水平, 使苦槠处
于稳定增长期, 并呈现出向顶级群落演替的趋势; 但母株分蘖产生的植株进一步增加了林分郁闭程度, 接受外来花粉减少,
群内自交严重, 易产生群内遗传分化, 导致群体 DNA 遗传多样性处于衰退阶段, 不利于居群未来发展, 应借助人工干预扩
大居群间交流。

关键词：苦槠; 遗传多样性; SSR 分子标记; 天然居群
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2014.03.016 中图分类号：S718.5 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)03-502-05
Genetic diversity and future development of natural population of Castanopsis
sclerophylla in Laoshan Island, Zhejiang Province
YUE Huafeng1, SHAO Wenhao2, JIANG Zhenhua2, JIANG Jingmin2,*, HUANG Lin1, LI Xiangkuan1
1 Paulownia Research & Development Center; State Forestry Administration, Zhengzhou 450003, China
2 Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, China
Abstract: To explore the genetic diversity of natural population of Castanopsis sclerophylla, and estimate the future development.
in Laoshan Island, Zhejiang Province, the root-sprout rate was investigated. Meanwhile, the mating patterns of seedlings
community, genetic diversity during stock plants and seedings, and coefficient of genetic differentiation were studied by SSR
molecular marker method. The results exhibited that the root-sprout ability of stock plants was strong, and the main type was Re2.
The mating rate of seedlings was 84.2% from selfing within community. Six pairs primer in this study had higher resolution ratio,
the P vales were over 97.6%. Genetic diversity level was over 88.9% within population, but the communities of stock plants were
over seedlings. Based on these results, we proposed that the main method of natural reproduction of root-sprouts from Laoshan
island will keep higher genetic diversity in shortly stage, and result in consistent growth stage. Ecological niche will change to the
top population, but the whole DNA genetic diversity declines because the canopy density increases with root-sprout growth and the
pollens of outer populations decrease. It was not benefit for future development, so we suggest the communication between
different location populations by human activity ought to be increased.
Key words: Castanopsis sclerophylla; genetic diversity; SSR molecular markers; natural population
3 期 岳华峰, 等. 浙江姥山岛苦槠天然居群的遗传多样性及未来走向 503
1 前言
苦槠(Castanopsis scerophylla (Lindl.)Schott.)为
雌雄同株、风媒花、常绿阔叶乔木, 广泛分布于亚
洲东部的亚热带地区[1], 在北美洲南部等地作为园
林绿化树种栽培 [2], 可作为南北方气候的“分界
树”[3]。苦槠的木材、果实具有较高的经济价值[3−4]。
近年来随着苦槠经济价值提高, 天然植被屡遭破坏,
加上生长速度较慢, 苦槠自然资源渐少, 居群生境
片段化现象严重, 天然居群被分割成斑块区域, 这
将导致苦槠遗传结构降低[5]。学者们已经开始关注
这些问题, 展开了相关研究。目前对苦槠的研究主
要集中在群落生物量[6]、繁殖方式[2]、群落结构与演
替规律[7–8]、分子标记引物开发及大尺度范围不同苦
槠居群间遗传结构的比较等方面[1,9]。
中国浙江姥山岛是目前极少的苦槠天然居群,
由于地处孤岛、交通不便和近年来人们对生态保护、
野生种质资源保护意识的增强而幸存下来。苦槠是
姥山岛的主体阔叶林, 在整个群落中的重要值可达
60%以上[10], 目前苦槠的繁殖方式主要有种子繁殖
和扦插繁殖两种[2], 但我们在姥山岛调研中发现林
下实生苗数量稀少, 这引起了我们的兴趣。为了探
索苦槠的繁育系统对居群遗传结构的影响、天然居
群的结构特点, 对苦槠天然居群的未来发展做出评
估, 本文通过 SSR 分子标记分析两个不同世代群体
(实生苗和母株)的遗传多样性, 从分子水平揭示了
实生起源苦槠群体和萌蘖为主起源的苦槠群体遗传
多样性水平, 为苦槠的开发和保护提供理论依据。
2 材料与方法
2.1 样地概况
千岛湖姥山岛位于浙江省淳安县境内, 地理位
置29°11′—30°02′N, 118°21′—119°20′E, 面积874.9 hm2,
海拔 108 m—409 m, 中亚热带季风气候北缘, 年均
气温 17 , ℃ ≥10 ℃积温 5410 , ℃ 年均无霜期 263 d,
年均降水量 1430 mm, 年降雨日平均 155 d, 年均相
对湿度 76%, 年均日照时数 1951 h, 年辐射总量
4475 MJ·m–2, 年蒸发量 1381.5 mm。土壤类型为红
壤、岩性土, 土质瘠薄。林分郁闭度在 0.7—0.9。伴生
植物中乔木层主要有马尾松(Pinus massoniana)、石栎
(Lithocarpus glaber)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)、
短柄枹(Quercus glandulifera)等; 灌木层主要有短尾


图 1 研究区域
Fig. 1 The location of study area
504 生 态 科 学 33 卷
越橘(Vaccinium carlesii)、赤楠(Syzygium buxifolium)、
格药柃 (Eurya muricata) 等 ; 草木层主要为芒萁
(Dicranopteris dichotoma); 层 间 植 物 为 土 茯 苓
(Smilax glabra)和紫藤(Wisteria sinnsis)[8,11]。
2.2 研究方法
2.2.1 取样方法
设置面积为400 m2 (20 m×20 m)样地, 并用相邻
格子样方法, 划分为 16 个 5 m×5 m 的小样方, 由于
苦槠的萌蘖力很强, 故以母株的每个分株为统计单
位, 记录每个个体的胸径, 树高。记录每一个样地内
所有萌芽母株及分株的数量、胸径、基径、盖度、
株高等, 统计母树林的分株数, 林下层实生苗的株
数, 同时分单株采集健康完整的叶片, 放自封袋内
用硅胶干燥, 用于分子标记遗传分析。
苦槠共有 34棵母树, 分株总数为 89株, 且都为
成年株, 分别采集 34 棵母树的叶片; 在其林下层共
发现了 19 株实生苗, 高度从 20 cm—200 cm 左右,
分别采集实生后代的叶片, 提取 DNA。
2.2.2 基因组 DNA 的提取
每个样本取 0.5 g—1.0 g 叶片, 放入预冷的加有
适量 PVP 的研钵中, 加入液氮迅速研磨至粉末状, 迅
速转入 5 mL 离心管中, 加入 1.5 mL 于 65 ℃预热的
CTAB提取缓冲液, 轻轻颠倒混匀, 65 ℃水浴60 min—
90 min, 其间不时颠倒混匀。12000 rpm 离心 10 min,
取上清液至新离心管中, 加入等体积的氯仿: 异戊醇
(24: 1), 轻轻颠倒混匀10 min, 10000 rpm离心 10 min,
取上清液至一个新离心管中, 重复上一步操作, 共
抽提 2 次, 取上清液加 3 mL, –20 ℃冷冻无水乙醇,
颠倒混匀, –20 ℃冰箱中放置 2 h~3 h, 从冰箱中取出
后10000 rpm离心5 min沉淀DNA, 弃上清, 收集沉淀,
加入 70%乙醇 2 mL 洗涤 2—3 次, 风干, 用 500 mL1×
TBE 缓冲液溶解 DNA, 置于–20 ℃冰箱保存备用。
提取的苦储 DNA 使用 1%琼脂糖检测结果。
2.2.3 SSR 反应体系的建立
本研究所用引物是从尖叶栲(Castanopsis cuspidata)
开发的 13 对引物中筛选出的 6 对清晰、稳定的 SSR
引物(表 1)。PCR 反应体系: 25 μL 反应体积中, 包含
2 μL 的 10×Buffer、2 μL 1.5 mmol⋅L–1 的 MgC12、2 μL
0.2 mmol⋅L–1的dNTPs和1 μL的Primer F和Primer R
及 2 μL 的 Tag DNA 聚合酶(1U⋅μL–1), 14 μL ddH2O
和 1 μL50 ng 的 DNA 模板。PCR 反应(PCT-220PCR,
表 1 本实验中使用的 SSR 引物序列
Tab. 1 Sequences of SSR primers used in the present study
引物编号 引物序列(5′-3′) 退火温度 T/℃
Cuc16H15 F:CTGCCTATCCCCCTCTACTTT R:AAGCCCGTACAATTATATGAATGA 63.5
Ccu33H25 F: GGGTTTGGGTGGAGAAGTC R:GATCGGTACAACCCCTCACT 66.5
Ccu62F15 F: TTGCATCCTCAGCTTTCTCA R:GCCCTCTCCTAACACCAATAATAC 64.5
Ccu87F23 F: CGGAACCTAACACCACTACC R: CTCCCTCCCTATCATACTTTGA 60
Ccu93H17 F: GGCAACATCAAGGTATTTC R:CTAAGCAATTTATATTGTCCAAA 53
Ccu97H18 F: GATCATAGCTAAAATAGTAACT R:CGAGGACATAGATAGAGA 55

Bio-Rad, California)程式: (1)94℃预变性 3 min, 循环
1 次; (2)94 ℃变性 30 sec, 64 ℃退火 40 sec, 72 ℃延
伸 30 sec, 34 个循环; (3)72 ℃延伸 7 min, 循环 1 次.
扩增产物在8%的聚丙烯酰胺变性胶(含100 μL 1000×
GelRed Fluorochrome)[12]上电泳(DYY-12, Liuyi, Beijing),
电压 100 V, 功率 50 W, 电泳约 50 min。用凝胶成像
系统(Gel Doc 2000, Bio-Rad, California)拍照、分析。
2.3 数据分析
采用 POPGENE1.32 软件计算不同起源方式居
群的遗传多样性和遗传分化相关系数。主要包括平
均等位基因数(The mean number of alleles, A), 多态
位点百分率(Percentage of polymorphic loci, P), 观察
杂合度(Heterozygosity, H)、期望杂合度(Expected
heterozygosity, He), 近交系数(Inbreeding coefficient,
FIS), 基因分化系数(Coefficient gene differentiation,
GST), 基因流(Estimate of gene flow from GST, Nm),
群体内遗传多样性(Gene diversity within populations,
HS), 总遗传多样性 Total gene diversity, HT), 群体间
遗传多样性(Gene diversity between populations, DST)。
3 结果与分析
3.1 苦槠萌蘖能力
苦槠萌蘖能力很强, 调查的母株均有 1~5 个不
等的分蘖类型(表 2)。在调查的母树林中, 萌蘖苗共
有 102 株, 而实生苗仅有 19 株, 每棵母株的分株胸
径一般为 15 cm—30 cm。分蘖类型中, 分蘖 5 个(Re5)
的数量最少, 占 5.9%。分蘖 2 个(Re2)的类型最多,
有 11 株, 占 32.4%; 其次为分蘖 3 个(Re3)的类型,
占 26.5%, 两种类型占全部的 58.9%; 分蘖 1个(Re1)
和 4 个(Re4)的比例相同, 均为 17.6%; 母株的平均
分株率为 2.6。
3 期 岳华峰, 等. 浙江姥山岛苦槠天然居群的遗传多样性及未来走向 505
表 2 苦槠母株分株状况表
Tab. 2 Ramets of stock plant in Castanopsis sclerophylla
population
编号 分株数 编号 分株数
1 4 18 2
2 2 19 4
3 2 20 1
4 2 21 2
5 1 22 4
6 5 23 2
7 3 24 2
8 1 25 4
9 3 26 2
10 3 27 3
11 1 28 3
12 3 29 3
13 4 30 2
14 2 31 1
15 3 32 3
16 4 33 2
17 5 34 1
3.2 实生苗扩散格局
采用遗传排除法和似然分析法[13]对苦槠幼苗的
亲本进行分析。在整个居群, 6 对 SSR 引物中有 4 对
存在多态性, 假设每个位点基因型分别为 aa、bb、
cc、dd, 采用遗传排除法仅能确定 3 株亲本。根据似
然分析法, 分析幼苗与亲本间的距离, 种子扩散距
离以 5 m—10 m 最多, 占 65.8%; 其次为 10 m—15
m, 而扩散距离为 0—5 m 的种子比例最小。种子分
布主要是以重力传播为主, 加上树冠遮荫对种子萌
发和幼苗生长的影响, 形成现有种子扩散格局。
尽管苦槠的分株较多, 但在 19棵幼苗中存在 12
种基因型, 其中 3 株幼苗来源于外部的花粉杂交结
果, 占 15.8%。其中 9 种基因型实生苗的亲本都集中
在少数亲本基因型中(7, 8, 9, 12, 13, 15, 21, 23, 24,
25, 26), 说明了苦槠居群内以近交形成的比例高。
3.3 苦槠居群不同世代的遗传多样性
筛选的 6 对 SSR 引物分辨率高、清晰度好, 能
较好的将不同样本区别开(图 2), 适合本研究使用。
经分析发现, 母株群体的平均等位基因数为 3.68,
多态位点百分率为 100%, 期望杂合度为 0.49, 观察
杂合度为 0.23; 实生苗群体的平均等位基因数为
2.83, 多态位点百分率为 97.6%, 期望杂合度为 0.42,
表 3 自然定居幼苗遗传上可能的交配格局
Tab. 3 Mating patterns of seedlings population in Castonopsis
sclerophylla
编号 基因型 交配格局
35 bbcd/bdcd
(9, 12, 13, 15, 21, 23,
24, 25, 26) ×(9, 12, 13,
15, 21, 23, 24, 25, 26)
36 bbcd/bdcd 同 35
37 bbcd/bdcd 同 35
38 bbcd/bdcd 同 35
39 bdcd/ddcb (8, 9) ×外来花粉
40 aabd/bbcd 12×(12, 14, 15)
41 abcd/bbcd (7, 8, 9) ×5
42 abcd/bbcd 同 41
43 abcd/bbcd 同 41
44 ddcb/ddcb 15×4
45 abdb/bdcd (2, 4, 6)×(7, 9, 10, 11)
46 bbcd/bdcd 同 35
47 bbcd/bdcd 同 35
48 bcbd/dbdb 17×外来花粉
49 abcd/bbcd 3×(12, 13)
50 bbcd/bccd 6×(5, 4)
51 aabd/bcbd 8×(13, 14)
52 bcdd/adbd 33×(31, 32, 30)
53 abbc/bcad 33×外来花粉
54 abcd/bbcd 同 41

图 2 部分微卫星引物(Cuc16H15, Ccu87F23)扩增结果
Fig. 2 The amplified images of partly microsatellite primer
(Cuc16H15, Ccu87F23)
观察杂合度为 0.20(表 4)。母株和实生苗的 FIS均大
于 0, 表明苦槠居群杂合子程度不高, 存在不同程度
的近亲繁殖现象。
3.4 苦槠居群不同世代的遗传分化
姥山岛苦槠母株遗传多样性高于种苗。姥山岛
苦槠母株居群总遗传多样性(HT)为 0.49, 其中群体
内遗传多样性 HS 是 0.45, 群体间遗传多样性(DST)
为 0.04(表 5), 说明母株居群遗传多样性 91.8%主要
来自居群内; 实生苗居群总遗传多样性(HT)为 0.45,
其中群体内遗传多样性 HS 是 0.40, 群体间遗传多样
性(DST)为 0.05(表 5), 说明实生苗居群遗传多样性
506 生 态 科 学 33 卷
表 4 母株和实生苗苦槠遗传多样性的比较
Tab. 4 Genetic diversity of stock plants and seedlings in Castonopsis sclerophylla population
居群 样本数 平均等位基因数 A 多态位点百分率 P% 期望杂合度 He 观察杂合度 Ho 近交系数 FIS
母树 34 3.68 100 0.49 0.23 0.53
实生苗 19 2.83 97.6 0.42 0.20 0.52
表 5 苦槠遗传分化系系数
Tab. 5 Coeffieient of genetic differentiation between seedlings and stock plants Castonopsis sclerophylla population
居群 总的群体基因多样性 HT 群体内基因多样性 HS 群体间基因多样性 DST 基因分化系数 GST 基因流 Nm
实生苗 0.45 0.4 0.05 0.11 2.02
母株 0.49 0.45 0.04 0.08 2.88

88.9%主要来自居群内。基因分化系数(GST)母株为
0.08、实生苗为 0.11, 两者的分化程度均不高, 处于
中等水平。基因流强烈的影响群体的遗传结构, 本
研究库苦槠母株和实生苗的Nm值大于 1, 表明苦槠
两个世代居群各自的基因交流较频繁, 阻止了居群
遗传分化。
4 讨论
萌蘖繁殖是姥山岛苦槠天然居群适应环境变化
的适应性策略。千岛湖姥山岛苦槠居群经过 40 多年
天然更新和次生演替, 成为该区域较重要的优势树
种之一。苦槠同壳斗科的其它植物一样, 在该区域
表现出较高的适应性, 最终造成群落内部郁闭程度
高, 林下光照不足, 导致苦槠种子萌发困难、幼苗难
以生长, 加上苦槠种子营养丰富, 是啮齿类动物的
主要食物来源[14], 这些原因是导致苦槠实生幼苗少
的根本原因。而根蘖的营养来自母树, 能量供应充
分, 因此, 萌蘖繁殖成为苦槠居群天然更新的主要
方式, 并将持续下去, 这也是很多物种自然更新的
主要方式[15–17]。
萌蘖更新不利于姥山岛苦槠天然居群的未来发
展。千岛湖姥山岛苦槠居群的母株数较多, 平均分
株达 2.6 株。在对样地实生苗遗传分散格局分析发
现, 84.2%实生苗来源于居群内交配结果, 我们认为
居群内的母株分株较多, 造成林间郁闭阻碍了外来
花粉传粉, 使居群内授粉几率增大, 致使居群内的
母株基因型配子易组合为子代基因型的个体, 从而
引起居群内的自交, 这也是造成母株遗传多样性高
于实生苗的原因。这与石苗苗[9]认为姥山岛苦槠(核
心居群)居群因受风向影响不能接受来自边缘居群
花粉的影响, 造成的群体自交结果不同。高的遗传
多样性是居群应对不良环境条件表现出的生存适应
性[18]。在姥山岛, 不管是母株还是实生苗, 群体内的
遗传多样性达到 88.9%以上, 这也使得苦槠高达
81%的遗传变异出自居群内[9]。
居群片段化显著降低了遗传结构的尺度, 但总
体上基因流在居群片段化前后未发生改变[5,19], 这
可能是随着居群的片段化, 种子传播虽然受到限制,
但增加了苦槠花粉传播的效率, 从而抵消了种子传播
受限的不足。石苗苗和 Wang 等[5,19]的研究, 针对的是
整个千岛湖大尺度范围苦槠居群遗传结构影响, 但仅
对姥山岛而言, 我们认为居群内频繁的基因交流暂时
阻止了遗传漂变的发生, 短期内造成苦槠的遗传分化
程度不高, 但长期的自交行为使居群内发生遗传漂变
的风险增大, 进而引起居群的遗传结构衰退。
5 结论
姥山岛苦槠居群天然萌蘖更新的方式, 将使居
群在一定时期仍然保持高的遗传多样性, 这是物种
应对严峻环境条件表现出的一种适应性结果。在这
种情况下, 若苦槠居群的居住环境不发生重大变化,
居群将逐渐向顶级群落结构演替, 但终究群体总的
DNA 遗传多样性处于衰退阶段, 不利于居群未来可
持续发展。因此可借助人工干预等扩大与其它居群
的交流, 提高姥山岛苦槠居群遗传多样性指数或通
过控制鼠害和移栽幼苗[19]等的策略预防姥山岛苦槠
生态恢复工作。
参考文献
[1] SHI Y S, ZHANG J, JIANG K, et al. Development and
characterization of polymorphic microsatellite markers in
Castanopsis sclerophylla (Fagaceae)[J]. American Journal
of Botany, 2011, 98(2): e19–e21.
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