全 文 ：植 物 分 类 学 报 43 (6): 503–512(2005) doi:10.1360/aps040148
Acta Phytotaxonomica Sinica http://www.plantsystematics.com
———————————
2004-11-25收稿, 2005-06-05收修改稿。
基金项目: 中国科学院知识创新工程方向性项目(KSCX-SW-106); 国家自然科学基金重点项目(30430560); 全国优秀博
士论文作者专项基金(200327)资助(Supported by the Knowledge Innovation Project of the Chinese Academy of Sciences
(Grant No. KSCX-SW-106), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30430560) and Foundation for
Author of National Excellent Doctoral Dissertation (Grant No. 200327)。
* 通讯作者(Author for correspondence. E-mail: ljqdxy@public.xn.qh.cn; Tel.: 0971-6153387; Fax: 0971-6143282)。
基于叶绿体DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的
谱系地理学
1,3张 茜 1,3杨 瑞 2王 钦 2,1刘建全*
1(中国科学院西北高原生物研究所青藏高原生物进化与适应开放实验室 西宁 810008)
2 (兰州大学干旱与草地生态学重点实验室 兰州 730000)
3(中国科学院研究生院 北京 100039)
Phylogeography of Juniperus przewalskii (Cupressaceae)
inferred from the chloroplast DNA trnT-trnF
sequence variation
1, 3ZHANG Qian 1, 3YANG Rui 2WANG Qin 2, 1LIU Jian-Quan*
1(Qinghai-Tibet Plateau Biological Evolution and Adaptation Laboratory, Northwest Plateau Institute of Biology,
the Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China)
2(Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)
3(Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)
Abstract The topological effect of the Qinghai-Tibet Plateau during the Quaternary climatic
oscillation must have important effects on the patterns of spatial distribution and genetic
structure of organisms distributed there. To obtain a better understanding of the historical
dynamics of present-day species in this region, we examined the population structure of
chloroplast trnT-trnF sequence variation in Juniperus przewalskii, an endemic tree species
mainly distributed in the northeast plateau. Data were obtained for 392 trees from 20
populations covering the total distributional range of the species. Three cpDNA haplotypes
were recorded and were structured into two geographical areas: haplotype A was present on
the plateau platform, while all three haplotypes occurred along the plateau edge. Total genetic
diversity, HT, was 0.511, with most variation distributed among rather than within populations
(GST=0.847). Along the low altitudinal plateau edge, haplotypes A, B and C tended to be fixed
or nearly fixed in different populations, indicating that the species may have survived the last
glacial period in different refugia within this area, and the bottlenecks due to the repeated
reduction and expansion of the population size resulted in the reduction of biodiversity.
However, in one population both haplotypes occurred at intermediate frequencies, indicating
the possibility of a contact zone or less strong bottleneck effect. On the eastern plateau
platform, haplotype A was commonly fixed in the current disjunct populations, suggesting a
common postglacial recolonization and a following founder effect. Our results indicate that
there might exist in multi-glacial refugia in the plateau edge and both bottleneck and founder
effects resulting from the repeated climatic oscillation combined had played important roles in
植 物 分 类 学 报 43卷 504
shaping the current haplotype distribution pattern of this tree species.
Key word Qinghai-Tibet Plateau, Juniperus przewalskii, cpDNA, trnT-trnF, phyloge-
ography, bottleneck, founder effect.
摘要 由于青藏高原的地貌效应,第四纪冰期气候的反复变化应对现今该地区生物的地理分布及其居
群遗传结构产生重大影响。本文对这一地区特有分布物种祁连圆柏Juniperus przewalskii Kom.整个分布
区内20居群392个个体的trnT-trnF序列变化进行了研究;共发现3种单倍型(haplotype),构成两种地理区
域:高原台面上的居群主要固定Hap A,而Hap A、Hap B和Hap C在高原边缘居群均有分布。所有居群总的
遗传多样性HT = 0.511,GST= 0.847。在低海拔的高原边缘,Hap A、Hap B和Hap C高频率固定在不同的居
群中,表明可能存在多个不同的避难所,居群反复缩小和扩张的瓶颈效应造成了遗传多样性的丢失。而边
缘的一个居群含有两种相似单倍型频率则可能是冰期后迁移融合而成或者该居群在冰期经受的瓶颈作
用更弱。高原台面东部间断分布的居群只固定Hap A,表明它们可能经历了冰期后共同的回迁过程和由
此产生的奠基者效应。我们的研究结果表明祁连圆柏在冰期可能存在多个避难所,瓶颈效应和奠基者效
应造成了这些居群现在的遗传多样性分布式样。
关键词 青藏高原; 祁连圆柏; 叶绿体DNA; trnT-trnF序列; 谱系地理学; 瓶颈效应; 奠基者效应
谱系地理学(phylogeography)是以生物地理学为基础,通过分子的手段,将居群遗传变
异与宏观地理分布及孢粉学和考古学相结合,阐述物种现代居群分布形成的历史原因以
及遗传多样性分布式样的学科(Avise, 1987, 1994)。谱系地理学的研究能够深入理解物种
演化与地质、气候历史事件之间的关系,特别是在鉴别第四纪遭受冰川覆盖地区物种的避
难所以及重建它们冰期后的扩张路线方面发挥了重要作用(如Abbott et al., 2000)。第四纪
气候冰期与间冰期反复交错对原地保留居群产生的瓶颈作用(bottlenecks)和冰期后生物
回迁(recolonization)产生的奠基者效应(founder effect)使得欧洲以及北极等地区的生物物
种遗传多态性具有与冰川发育(advancement)与消退(recession)相对应的分布格局(Hewitt,
1996, 2000)。
尽管在我国没有像欧洲、北极或者北美那样发生过大规模的冰盖,但是巨大的青藏高
原在冰期产生的区域地理气候必将对该地区和周围地区分布的动植物产生重要影响。已
有的花粉化石证据表明在第四纪冰期的气候变迁中青藏高原植物发生了相应的分布变
化:在距今大约21000年的最后一次大冰期时,高原森林只存在于东南部的避难所;而在随
后的间冰期,森林又覆盖了高原除西北部以外的大部分地区(唐领余等, 1998)。青藏高原目
前的主要森林群落存在于东南部,在其东北部的青海、甘肃地区存在间断的森林群落,这些
森林岛屿之间是高寒草甸和荒漠生态系统。祁连圆柏 Juniperus przewalskii
Kom.(Cupressaceae)为这些森林群落阳坡的主要建群种(图1),分布在甘肃西南部、青海东
部和川西北部,多生长于海拔2600–4000 m的地带(郑万钧,傅立国, 1978)。由于该物种大部
分居群存在于青藏高原,并且在高原边缘和台面上均有分布,它在第四纪冰期气候变迁和
冰期后的居群变化过程,应该比其余植物经历了更为显著的对气候变迁的响应趋势。
植物叶绿体DNA(cp DNA)在一些非编码区域存在相对较高的核苷酸置换率(Taberlet
et al., 1991),从而使之在种间和种内都拥有较高的遗传变异 (Newton et al., 1999), 是迄今
用于分子系统学和谱系地理学研究最多的一类基因组。目前,针对叶绿体基因非编码区发
展了一批应用广泛的通用引物(Taberlet et al., 1991; Hamilton, 1999)。通过这些cpDNA序
列变异的研究,不仅可以建立物种之间的亲缘关系(王玉金,刘建全, 2004; 王玉金等,
6期 张 茜等: 基于叶绿体 DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的谱系地理学 505


图1 祁连圆柏地理分布及其单倍型分布图
Fig. 1. The distributional range and haplotype distribution of Juniperus przewalskii.

2004);而且还能在一些种内鉴别出多种单倍型(haplotype)(Tremblay & Schoen, 1999)。种内
叶绿体单倍型的地理分布式样与亲缘关系,已成功地用于多种植物的谱系地理学研究中,
被广泛用来探讨物种居群的形成历史、居群间的基因流状况、气候变化所导致植物居群
破碎化的时空模式和迁移路线(Newton et al., 1999; Caron et al., 2000; Petit et al., 2003)。
对于研究物种的谱系地理学,母系遗传的分子标记比其他标记具有更为明显的优势
(Hewitt, 1996),这也是cpDNA广泛用于研究被子植物居群遗传结构的主要原因,因为在绝
大多数被子植物中,多数植物的叶绿体为母系遗传(Mogensen, 1996)。但是,叶绿体和线粒
体在柏科Cupressaceae中均为父系遗传(Neale et al., 1991; Mogensen, 1996)。尽管如此,叶
绿体DNA的变异仍能较好反映柏科中物种居群在历史气候变迁中的居群遗传结构变化
(Hwang et al., 2003)。我们最近对大果圆柏Juniperus tibetica Kom.的传粉观察发现,65%以
上的花粉直接落在母树周围,只有不到10%的花粉能传播到100 m以外,传播到2 km以外的
花粉不到2.5%;由于高原上强紫外线的照射,长距离传播后的花粉生活力下降了80%以上
(Schlütz et al., 未发表)。因此,通过花粉传播产生的基因流在青藏高原的柏树中十分有
限;cpDNA标记在居群中的变化能很好反映这些物种居群建立的历史过程。本文研究了祁
连圆柏20个居群392个个体叶绿体DNA trnT-trnF区的序列变异,对单倍型的地理分布进行
了初步分析,并发现它们的分布式样与过去气候变迁可能造成的居群动态具有一定的吻
合性。
植 物 分 类 学 报 43卷 506
1 材料和方法
1.1 样品采集
青藏高原东北部地区的祁连圆柏Juniperus przewalskii Kom.原始林,以居群方法对所
有地理分布范围进行取样,每个居群内取样个体之间至少间隔100 m,按分布可以分为两
个地理区域:包括高原台面的9个居群(居群1–9)和边缘的11个居群(居群10–20)(表1;图1),
每一居群的样本量为12到24,共392个。野外采集针叶,硅胶迅速干燥后带回实验室。凭证
标本存于中国科学院西北高原生物研究所标本馆(标本号见表1)。
1.2 实验方法
1.2.1 DNA分析 依据CTAB法(Doyle & Doyle, 1987)从硅胶干燥的针叶中提取总DNA。
对cpDNA的trnT(UGU)-trnF(GAA)区段进行PCR扩增,使用通用引物a (5′-CATTACAA-
ATGCGATGCTCT)和f(5′-ATTTGAACTGGTGACACGAG)(Taberlet et al., 1991);PCR反应
体系在25 µL体积中进行,包括植物DNA 10–40 ng, Tris-HCl 50 mmol/L, MgCl2 1.5 mmol/L,
BSA 250 µg/mL, dNTPs 0.5 mmol/L,及正反引物各6.25 pmol和Taq DNA聚合酶0.75单位。
反应程序如下:先在94 ℃条件下变性3 min,接以94 ℃ 1 min, 50 ℃ 1 min, 72 ℃ 1.75
min的32个循环,最后在72 ℃条件下延伸7 min。
扩增得到的PCR产物用CASpure PCR Purification Kit纯化试剂盒(上海中科开瑞生物
芯片科技股份有限公司)按被推荐的步骤纯化;用于序列测定的引物是可以测定整个扩增
trnT(UGU)-trnF(GAA)区段的 ,与扩增引物相同 ,在中间又加了一个正链引物 trnL
(UAA)c(5′-CGGAATTGGTAGACGCTACG);用Amersham公司的DYEnamic Dye Termin-
ator Cycle Sequencing Kit试剂盒进行测序PCR扩增,条件为:94 ℃ 15 s, 50 ℃ 15 s, 60 ℃
90 s,循环25次。产物用Amersham公司Autoseq 96 Plates纯化,在MegaBACE 500 DNA
Analysis System (Amersham Biosciences)上进行测序。我们的研究分两步:(1)首先在20个居
群里选择10到15个个体进行序列测定,即保证在每个居群至少有10个个体被完整测序;(2)
通过序列排序后发现3种单倍型,其中1种与另外2种具有明显的长度变异,其余两种的长度
无变化;因此,对于无长度变异两种单倍型都发现的居群及邻近居群,对剩余的个体进行全
部测序;而对于居群中只有一种单倍型,周围出现另外一种单倍型,或者这两种单倍型共同
出现在同一个居群中,但具有明显的长度差异,剩余的个体通过比较扩增产物在2%琼脂糖
胶中的迁移率来确定应属于哪种单倍型。共对239棵树进行了PCR扩增片段的全序列测序
(每个居群测序的个体数目见表1)。用CLUSTAL W(Thompson et al., 1994)软件对测定的序
列进行对位排列,并加以手工校对。
1.2.2 数据处理 以总的单倍型数目和每个居群的单倍型数目,计算出遗传多样性系数
He(Nei, 1987);叶绿体基因的遗传多样性Hs和Ht(分别为居群内和居群间平均遗传多样
性),居群遗传分化GST(Raymond & Rousset, 1995)和NST值,依照Pons和Petit(1995)所描述的
方法,基于相同的单倍型频率,用程序PERMUT和HAPLODIV计算而得。居群间的Nst值用
1000次置换进行置换检验(Burban et al., 1999)。我们利用这些多样性计算值检验单倍型变
异的地理分布模式。
6期 张 茜等: 基于叶绿体 DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的谱系地理学 507
表1 祁连圆柏材料来源及叶绿体trnL-trnF单倍型在各居群中的频率、单倍型多样度(He)
Table 1 Origin of materials, frequency of cpDNA haplotypes and measures of haplotypic (He) in the 20 populations of
Juniperus przewalskii
居群号
Popula-
tion
code
采集地
Location
纬度
Latitude
经度
Longit-
ude
海拔
Altitude
凭证标本
Voucher1)
样本数
Sample
size2)
单倍型(频度)
Haplotype (frequency)
单倍型
多样度
(He)
1 青海格尔木
Golmud, Qinghai
36°
13.228′
94°
17.166′
3760 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1578
15 (15) A(0.933) B(0.067) C(0) 0.125
2 青海德令哈
Delingha,Qinghai
37°
26.443′
97°
45.766′
3340 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1540
14 (14) A(1.000) B(0) C(0) 0
3 青海都兰
Dulan, Qinghai
36°
20.387′
98°
14.870′
3700 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1587
21 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
4 青海香日德
Xiangride,
Qinghai
35°
55.123′
97°
46.087′
3750 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1579
20 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
5 青海祁连
Qilian, Qinghai
38°
13.685′
100°
15.279′
3200 m 刘建全
(J. Q. Liu)
0717
16 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
6 青海祁连
Qilian, Qinghai
38°
09.010′
100°
55.482′
3040 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1518
20 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
7 青海共和
Gonghe, Qinghai
36°
54.939′
99°
36.209′
3210 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1601
22 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
8 青海兴海
Xinghai, Qinghai
35°
32.376′
99°
50.996′
3700 m 刘建全
(J. Q. Liu)
0801
17 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
9 青海玛沁
Maqên, Qinghai
34°
47.888′
100°
14.123′
3520 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1765
24 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
10 青海互助
Huzhu, Qinghai
37°
01.877′
102°
15.027′
3010 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1300
23 (14) A(0.130) B(0) C(0.870) 0.226
11 青海同仁
Tongren, Qinghai
35°
31.884′
102°
14.600′
3100 m 刘建全
(J. Q. Liu)
0072
20 (10) A(0) B(0) C(1.000) 0
12 青海同仁
Tongren, Qinghai
35°
16.107′
101°
53.775′
3120 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1288
22 (12) A(0.045) B(0) C(0.955) 0.096
13 青海河南
Henan, Qinghai
34°
31.274′
101°
11.337′
3400 m 刘建全
(J. Q. Liu)
0065
18 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
14 甘肃肃南
Sunan, Gansu
38°
41.816′
99°
30.896′
3280 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1499
20 (10) A(0) B(0) C(1.000) 0
15 甘肃天祝
Tianzhu, Gansu
36°
53.161′
101°
41.269′
2500 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1451
22 (15) A(0.091) B(0) C(0.909) 0.165
16 甘肃永登
Yongdeng, Gansu
36°
41.075′
102°
45.620′
1900 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1465
18 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0

植 物 分 类 学 报 43卷 508
表 1 (续) Table 1 (continued)
居群号
Popula-
tion
code
采集地
Location
纬度
Latitude
经度
Longit-
ude
海拔
Altitude
凭证标本
Voucher1)
样本数
Sample
size2)
单倍型(频度)
Haplotype (frequency)
单倍型
多样度
(He)
17 甘肃张掖
Zhangye, Gansu
37°
23.245′
102°
32.444′
3020 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1495
21 (10) A(1.000) B(0) C(0) 0
18 甘肃碌曲
Luqu, Gansu
34°
04.705′
102°
38.094′
3480 m 刘建全
(J. Q. Liu)
LMS
24 (14) A(0.542) B(0) C(0.458) 0.496
19 四川若尔盖
Zoigê, Sichuan
33°
37.820′
103°
14.720′
3100 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1873
23 (23) A(0) B(0) C(1.000) 0
20 四川松潘
Songpan, Sichuan
32°
23.383′
103°
31.438′
2990 m 刘建全
(J. Q. Liu)
1909
12 (12) A(0) B(.750) C(0.250) 0.375
1)凭证标本存中国科学院西北高原生物研究所(HNWP)。2)括号内紧接的数目是在该居群中全部经过直接测序的个体
数.
1) Vouchers are preserved in the herbarium of Northwest Plateau Institute of Biology, the Chinese Academy of Sciences
(HNWP). 2) The following number denote the individuals being sequenced in each population.

应用ARLEQUIN软件包(version 2.0; Schneider et al., 2000)中的AMOVA (Analysis of
Molecular Variance)软件(Ecoffier et al., 1992)分析方法对居群内和两区域(高原东北部台
面/边缘)间单倍型分布做FST评价(Weir & Cockerham, 1984),以进一步揭示群体的分化程
度(1000次置换检验)。
2 结果
对20个居群220个个体(每个居群10–15个)进行了叶绿体非编码区DNA trnT-trnF片段
的全序列测定;通过排序发现,所有个体的序列长703–728 bp;碱基序列分析结果显示,共存
在3种单倍型(haplotype):Hap A、Hap B和Hap C(图2),这3种碱基序列被注册于EMBL
GenBank数据库中,其注册号为AY730342、AY730343和AY730345。Hap A(728 bp)与Hap B
和Hap C(703 bp)在长度上存在显著差异,且在第54位点处发生一个碱基的替换(T→G),在
59到84位点处有一个25个碱基的插入或者缺失;Hap B和Hap C差异不大,仅仅在625位点
处有一个碱基的替换(A→T)(图2)。由于对该物种整个分布区内的每个居群都测序了10个
以上的个体,除已发现的3种单倍型,在片段区域内出现新的单倍型几率极小。Hap B只出
现在居群1和20中,它和Hap C之间不存在长度差异。因为在其他居群10个以上的个体中均
未检测到Hap B,它可能只在居群1和20及其邻近居群中存在。因此,我们又对居群1和20以
及它们邻近的居群2和19进行了所有剩余个体的全序列测定,结果发现这一单倍型只存在
于在居群1和20中。加上最初进行全序列测定的220个个体,进行全序列测定的总个体数为
239个,在各居群中的分布见表1。对于其余居群剩余个体的单倍型,我们通过比较扩增产物
琼脂糖凝胶电泳位置鉴定。在这些居群中,每个居群10个以上的个体全序列测定只发现有

6期 张 茜等: 基于叶绿体 DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的谱系地理学 509







图2 祁连圆柏trnT-trnF三种单倍型之间的序列区别
Fig. 2. The trnT-trnF sequence difference of three haplotypes in Juniperus przewalskii.

Hap A和Hap C,二者之间相差25 bp,根据它们的迁移率与这两种已知标记序列的比较,这
些居群中剩余153个个体分别确定为Hap A或者Hap C。
每一居群单倍型的组成和频率见表1,其地理分布情况见图1。高原台面上居群(居群
1–9)是Hap A;高原边缘的3个居群(居群13、16、17)也主要固定该单倍型,但其他几个居群(如
居群10、12、15、18)也有该单倍型,但不占绝对优势。Hap C在高原台面上的任何一个居群
中都没有发现,但是却高频率地出现在高原东部和北部边缘的居群中(居群10、14、15、11、
12、19),并且以较低频率出现在另外两个东部边缘的居群中(居群18、20)。单倍型B仅仅出
现在2个居群中,即以很低的频率(0.067)发生在高原台面上的居群1中,和以较高频率
(0.750)固定在高原边缘居群20中。
在该物种所有分布区的居群,3种单倍型的频率分别是A=0.634、B=0.041和C=0.323。
居群内平均遗传多样性HS (se)是 0.078(0.034),居群间总的平均遗传多样性HT (se)为
0.511(0.075),总的居群遗传变异GST (se)值为0.847(0.057),NST (se)值0.864(0.053)。高原边缘
居群 (如图 1,居群 10–20)HS (se)是 0.130 (0.056),HT (se)为 0.574(0.083), GST (se)值为
0.774(0.097),NST (se)值0.800(0.097)。9个高原台面上居群的Pernut计算因分析过程中变异
HT为100%,所以不能得出结果 ,因此用Haplodiv计算 ,居群内平均基因差异(图1,居群
1–9)HS (Nei)为0.015,居群间总的平均遗传多样性HT(Nei)为0.015,总的居群遗传变异比例
GST (Nei)为0.012。
3 讨论
尽管叶绿体DNA在柏科中为花粉传播(Marshall & Neale, 1989; Mogensen, 1996),我们
的研究结果表明祁连圆柏居群间的遗传分化十分大,GST=0.847,表明由于花粉传播带来的
基因流较小。居群15和17都位于同一地点的不同峡谷,研究结果表明二者之间的遗传分化
十分明显(图1)。这同我们观察到的高原上柏树Juniperus sp.花粉传播距离较近的现象十分
吻合(Schlütz et al., 未发表)。高原上不同峡谷之间的高山可能也阻挡了不同居群之间花
粉的交流。
叶绿体DNA trnT–trnF鉴定出的3种单倍型在地理分布呈现两种地理区域:高原台面
上的居群主要固定Hap A,而Hap A、Hap B和Hap C在高原边缘居群均有分布。Hap B在居
群1和居群20中分布,这两个居群之间的距离超过400 km。无论是长距离的鸟类传播还是
5
4
5
9
8
4
A
A
T
6
2
5
Hap A
Hap B
Hap C
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植 物 分 类 学 报 43卷 510
趋同进化(在两个地点分别起源)都很难解释该单倍型的间断分布;此外,Hap C在边缘居群
中也呈间隔分布式样(中间隔有Hap A)。因此,本研究鉴定的3种单倍型的每一种类型都应
该是单系起源,它们在现有分布格局形成之前,已经存在于当时的居群中,是历史环境变迁
的反复变化导致了它们目前的分布格局。青藏高原东北部的森林植被在冰期可能已经大
部分消失,古孢粉检测表明这一地区没有大规模的森林花粉(施雅风等, 1998),说明高原上
的森林即使存在,在这一时期也已经严重缩减:这些连续的森林植被在冰期被分割成孤
立的小居群,并且居群规模迅速减小;而在间冰期居群又迅速扩大;如此反复使得3种单
倍型由于遗传漂泊而随机高频率固定在不同的居群中。高原边缘上3种单倍型在即使
十分临近的居群中都随机固定(如居群15、16、17等),居群间的遗传分化大(GST = 0.774),
即是这种历史过程的反映。而高原边缘居群18的遗传多样性高,两种单倍型频率都十
分接近,则可能是由于该居群由两种单倍型个体在冰期后迁移融合而成,这种从多个避
难所冰期后迁移融合形成高遗传多样性的现象在欧洲各树木的遗传群体结构中报道
较多(Petit et al., 2003)。另一种可能性是该居群受到的瓶颈作用比高原边缘的其他居
群小,可能是与居群数量大或者位于峡谷内,造成了较小的小气候环境有关。
高原台面上东部8个居群都拥有完全相同的Hap A,而不是像边缘居群随机固定不同
的单倍型则是由于森林回迁(recolonization)过程中的奠基者效应造成的。已有的古孢粉证
据表明,在全新世中期的冰期后青藏高原东北部森林面积进一步增加,而在全新世晚期森
林再次锐减,并伴随高寒草甸与灌丛的发育替代(唐领余,沈才明,1996)。由于冰期时的地理
温度效应,高原台面的温度比边缘低很多,即使在高原台面上的部分地区还存在具有不同
于Hap A的其他少量单倍型(如Hap B和Hap C)个体,在回迁入侵过程中也被大量的Hap A
个体在随后的几代中排挤。在回迁入侵过程中,奠基者效应使得所有的居群都拥有相同的
单倍型。这次冰期后的森林回迁应该是连续的,而这些居群的现代间断分布则可能是更晚
时候,由于温度下降或者人为活动影响造成的。高原台面上最西端的居群1由于距离远,没
有经历这次回迁入侵和伴随的奠基者效应,因而还保留了不同的单倍型,但由于遗传漂泊
和瓶颈作用,随机选择固定了Hap A,而Hap B只以很低的频率存在。高原边缘地区不存
在规模性的回迁入侵过程和奠基者效应,则是因为:(1)边缘存在的高山峡谷阻隔了回迁
个体的快速入侵;(2)边缘居群中在冰期原地保留相对较多的个体在冰期后温度上升过
程中迅速占领了适合该树生长的生态位,而使外来的个体无立身之地。青藏高原台面上分
布的高山松Pinus densata Mast.也发现有明显的可能由于森林回迁造成的分子奠基者效
应(Song et al., 2003)。高原台面上单倍型的这种分布式样暗示青藏高原东北部高原台面上
在冰期后经历了一次连续的森林回迁入侵、再间断的过程,这显然与古植物学全新世早中
期森林花粉增加、而在中后期再次锐减的证据相吻合(唐领余,沈才明,1996),但是否能得到
其他证据的支持仍然有待进一步研究。我们在这些森林岛屿之间的高寒草甸和荒漠地区
进行了炭屑物(charcoal)的寻找,结果发现在绝大多数挖掘的地层均能找到大量的炭屑物,
这些炭屑物经鉴定后与目前森林岛屿的种类一样,为圆柏属Juniperus L.和云杉属Picea A.
Dietr.植物,年龄测定是在5000–8000年之间(Miehe et al., 未发表)。这些结果都共同暗示青
藏高原东北部可能在全新世有一次连续的森林回迁入侵过程,从森林演变到如今以高寒
草甸和荒漠为主的生态系统可能发生在全新世离现今非常近的一段时间内。
6期 张 茜等: 基于叶绿体 DNA trnT-trnF序列研究祁连圆柏的谱系地理学 511
总之,通过对祁连圆柏所有居群cpDNA trnT-trnF序列变异研究的结果表明,该树种在
冰期可能在青藏高原边缘存在多个避难所,瓶颈效应造成了不同单倍型在边缘居群中高
频率的随机固定,而高原台面上经历了一次共同的回迁和随后的奠基者效应,从而使现代
间断分布的居群拥有共同的单倍型。但是,由于本文鉴定的3种单倍型之间的亲缘关系不
清楚,共同拥有单倍型Hap A的个体或者居群间的亲缘关系也不明朗。我们对另一套
cpDNA trnS-trnG片段进行了相应测序,发现有更多的单倍型,并能建立起各种单倍型和居
群之间的亲缘关系;这些后续的研究结果也支持本文的初步研究结论(未发表资料)。
参 考 文 献
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