全 文 ：第 24卷　第 2 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2004年　4月
Vol.24　No.2　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH April 　2004
天然红松遗传多样性在时间尺度上变化的 RAPD分析
张恒庆　刘德利　金荣一　吕建洲　王　青
(辽宁师范大学生命科学学院 ,大连　116029)
摘　要　应用 RAPD技术对凉水国家自然保护区的天然红松(Pinus koraiensis)种群在时间尺度上的
遗传多样性变化和遗传分化进行了分析。选择树龄为 1 ～ 100 a的红松个体 ,每 10 a为 1个龄级 ,共
采集样本 245个。10个随机引物共检测到 61个位点 , 其中多态位点 50个 , 多态位点比率为 81.
97%。Shannon指数龄级间遗传多样性占总多样性的16.43%, Nei指数龄级间遗传分化为 13.64%,
两种指数都表明 ,红松在时间尺度上的遗传分化比空间尺度的低 ,红松的遗传变异主要存在于龄级
内。本研究结果证实 ,凉水保护区内的红松遗传多样性在近 100 a的时间内出现过大小两次波动 ,目
前该地区的红松遗传多样性正处于上升时期;历史上小规模的采伐虽然暂时降低了红松的遗传多样
性 ,但由于保护区的及时建立 ,红松的遗传多样性得到了有效的恢复。
关键词　红松;RAPD;遗传多样性;时间尺度
RAPD analysis on variation of genetic diversity of natural
Pinus koraiensis in temporal dimension
ZHANG Heng-Qing　LIU De-Li　JIN Rong-Yi　L Jian-Zhou　WANG Qing
(College of Life Science, Liaoning Normal University , Dalian　116029)
Abstract　With RAPD method , the paper studied genetic diversity and differentiation in temporal dimension
of natural population of Pinus koraiensis in Liangshui National Nature Reserve.Total 245 P.Koraiensis
samples aged from 1 to 100 years were grouped 10 age classes every 10 years.61 repeatable loci in which 50
were polymophic were obtained from 10 random primers and percentage of polymophic loci was 81.97%.In
age class level , genetic differentiation of Shannon diversity index and Nei index was 16.43%and 13.64%.
Two indexes showed genetic differentiation in temporal dimension is lower than in space and genetic variation
existed within age class.Result showed that genetic diversity of P .koraiensis in Liangshui national nature re-
serve fluctuated twice in 100 years and is ascending at present.Though genetic diversity of P.koraiensis de-
creased temporarily after some small fellings , it has restored effectively because of establishment of the nature
reserve.
Key words　Pinus koraiensis;RAPD;genetic diversity;temporal dimension
红松(Pinus koraiensis Seib.et Zucc.)为松科松
属的主要森林树种。在我国红松主要分布于东北地
区的长白山 、张广才岭 、完达山和小兴安岭;在国外 ,
红松分布于朝鲜半岛 、俄罗斯远东南部 ,在日本的本
基金项目:国家自然科学基金(30170176)资助项目。
第一作者简介:张恒庆(1963—),男 ,副教授 ,主要从事保护生物学研究。
收稿日期:2003-11-17
州 、四国也有间断分布[ 1] 。红松干形圆满通直 ,材质
优良 ,是主要的用材树种之一 ,其种子 、树脂和树皮
等也有很高经济价值。近 100年来 ,由于人为的干
扰和大规模的采伐作业 ,红松的天然分布区急剧缩
小。而以红松为建群种的顶级植被类型在这一地区
的稳定存在与红松的种群规模 、个体数量是密切相
关的 。伴随着分布区面积和个体数量的减少 ,红松
的遗传多样性发生了怎样的变化 ,这个问题不仅涉
及到红松种质资源的保护 ,而且关系到红松在该地
区适应潜力和种群恢复策略的问题。因此对天然红
松种群进行深入的遗传分析 ,研究其遗传多样性与
分布区缩小和人类干扰的关系 ,是保护和恢复天然
红松种群的基本前提。
1990年 Williams[ 2]和Welsh[ 3] 领导的两个研究
小组同时提出 RAPD技术 ,它是运用单个或多个随
机引物(通常为 10 bp ),经 PCR扩增特异 DNA 片
段得到多态性标记。目前 , RAPD技术已经被广泛
地应用于木本植物遗传多样性 、遗传结构和遗传图
谱的研究中 ,现已对红松(Pinus koraiensis)[ 4 ,5] ,银杉
(Cathaya argyrophylla)[ 6] ,短柄五加(Acanthopanax
brachypus)[ 7] ,欧洲赤松 (Pinus sylvestris)[ 8～ 10 ] ,多
脂松(Pinus resinosa)和黑云杉(Pinus mariana)[ 11] ,
白云杉(Picea glauca)和恩氏云杉 (P.engelmanni-
i)[ 12] ,墨西哥丁香 (Gliricidia sepium)[ 13 ] ,辐射松
(Pinus radiata)[ 14]等树种进行了报道。
本研究选用凉水国家自然保护区的天然红松种
群 ,该地区是红松现代地理分布中心。用 RAPD技
术对红松的遗传多样性在时间尺度上的动态变化过
程进行了研究 ,探讨具有长寿命 、风媒传粉特征的森
林树种的遗传多样性与环境变迁之间的关系;为制
定红松种群的保护策略和恢复红松种群提供可靠的
科学依据。
1　材料和方法
1.1　实验材料
所有样品均于 2002年 6月采自黑龙江凉水国
家自然保护区。该保护区的保护对象是以红松为主
的温带针阔叶混交林生态系统。区内森林类型多
样 ,既有处于演替顶级阶段的原始红松林 、兴安落叶
松林和云冷杉林 ,又有处于不同演替阶段的次生林 ,
几乎囊括了小兴安岭山脉的所有森林类型 , 它既能
为人类提供小兴安岭阔叶红松林生态系统的原始本
底资料 ,是小兴安岭开发前的真实缩影 ,也能反映开
发后红松天然更新的状况 ,因此具有较高的科学研
究价值 。选择树龄在 1 ～ 100 a时间段天然更新的红
松个体采样 ,样品数量245个 ,样品间距大于 100 m。
采用生长锥法并结合形态学方法综合确定树龄 ,按
树龄差异每10 a分为 1个龄级 ,共 10个龄级 ,各龄
级样品数量见表 1。采样时取当年生的幼叶于 0 ～
4℃条件下带回实验室 , -20℃保存备用。
1.2　实验方法
1.2.1　DNA的提取　红松样品采用张恒庆等的方
法[ 15]提取总 DNA。DNA溶于 0.1×TE缓冲液 ,琼
脂糖凝胶电泳后 ,用美国冷泉港 P41G 型凝胶成像
系统照相 ,采用 Gel Pro1.1软件对比样品条带与
DL2000分子量标准的含量测定 DNA 浓度 , 用于
PCR反应的模板用双蒸水稀释后备用。
1.2.2　引物的筛选　随机引物采用 UBC的 Conifer
Kit Primers试剂盒 ,经预备试验选择扩增产物稳定 、
重复性好的引物对所有个体的总 DNA进行扩增 ,从
50个检测引物中共筛选出 10 个引物 ,引物的序列
见表 2。
1.2.3　PCR扩增　参照张恒庆等的方法[ 15] ,经 5
次重复实验优化后确定反应体系如下:总体积20μL ,
包括 30ng 基因组 DNA , 15 pmol/ L 随机引物 ,
125μmol/ L dNTP 混合物 ,1 U Taq DNA 聚合酶 ,
2.0 mmol/ L MgCl2 。反应程序为:94℃预变性
5 min;35 次热循环 , 条件为 94℃、1 min , 36℃、
1 min ,72℃、2 min;最后在 72℃下延伸 7 min。PCR
扩增试剂购自宝生物工程(大连)有限公司 ,反应在
Thermo Elect ron Corporation 公 司 生 产 的 Px2
热循环仪中进行。每次反应均设一空白对照 ,以无
表 1　各龄级红松的样本数
Table 1　Sample size of different age classes of P.Koraiensis
龄级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
树龄(年) 1～ 10 11～ 20 21～ 30 31～ 40 41～ 50 51～ 60 61～ 70 71～ 80 81～ 90 91～ 100
年代 1993～ 2002 1983～ 1992 1973～ 1982 1963～ 1972 1953～ 1962 1943～ 1952 1933～ 1942 1923～ 1932 1913～ 1922 1903～ 1912
样本数 25 26 27 22 24 23 26 24 23 25
2052期　　　　　　　　　　　张恒庆等:天然红松遗传多样性在时间尺度上变化的 RAPD分析
表 2　用于红松 RAPD分析的随机引物及序列
Table 2　Random primers and sequences for
P.koraiensis RAPD
引物编号
Primers
引物序列
Sequences(5′※3′)
引物编号
Primers
引物序列
Sequences(5′※3′)
184 CAA ACG GCA C 213 CAG CGA ACT A
225 CGA CTC ACA G 295 CGC GTT CCT G
370 TCA GCC AGC G 429 AAA CCT GGA C
504 ACC GTG CGT C 519 ACC GGA CAC T
570 GGC CGC TAA T 600 GAA GAA CCG C
表 3　红松种群内及各龄级内多态位点比率
Table 3　Percentage of polymorphic loci within populations
and age classes of P.Koraiensis
龄级
Age classes
样本数
Sample size
位点数
Total loci
多态位点数
Polymorphic
loci
多态位点比率
Percentage of
polymorphic loci
1 25 59 42 0.711 9
2 26 53 34 0.641 5
3 27 56 32 0.571 4
4 22 56 32 0.571 4
5 24 54 28 0.518 5
6 23 59 41 0.694 9
7 26 60 46 0.766 7
8 24 57 35 0.614 0
9 23 57 34 0.596 5
10 25 56 32 0.571 4
总计 245 61 50 0.819 7
菌 dd H2O代替模板 , 以排除系统误差。
1.2.4　扩增产物的检测
采用水平板琼脂糖凝胶电泳技术 , 检测 PCR扩
增结果。在 0.5 x TBE 电泳缓冲液中 , 凝胶浓度为
1.2%, 以 DL2000 作为分子量标准 , 进行稳压电泳 ,
电压3 V/cm , 电泳时间为 3 h 。电泳结束后 ,用美国
冷泉港 P41G型凝胶成像系统照相 , 记录实验结果。
记录时只记那些电泳谱带清晰 , 并能在重复实验中
稳定出现的位点。根据各条带的迁移率及带的有
无 ,记 录位点带的出现与否 ,有带的记为 1 ,无带的
记为0 ,与对照反应产物具有相同迁移率的带子作为
污染带 ,不予记录 。
1.2.5　数据统计分析
在 RAPD分析中 , 电泳图谱中的每一条带作为
一个分子标记 (molecular marker),它代表了模板上
与引物互补的一对结合位点(locus),在本实验条件
下 ,迁移率相同的谱带视为同源位点。个体间多态
性主要是由于模板上两个或其中一个与引物结合的
位点发生碱基序列变异 ,表现为某一特定扩增带的
有或无;另一个产生多态的原因是模板上与引物互
补位点之间插入或缺失部分 DNA序列 ,导致位点间
距离发生变化 ,表现为扩增产物分子量的差异。本
研究采用 POPGENE VERSION 1.31 软件[ 16] ,对实
验结果进行统计分析 ,计算了各龄级多态位点比率
(P);Nei基因多样性指数(H);Shannon 多样性指数
(I)。分析了各龄级红松的遗传多样性 、遗传分化和
遗传一致度。
表 4　由 Shannon多样性指数估算的红松龄级内遗传多样性
Table 4　Genetic diversity within age classes of P.koraiensis estimated by Shannon diversity index
引物/龄级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
184 0.184 0 0.148 7 0.392 0 0.121 9 0.203 6 0.350 5 0.195 4 0.426 6 0.357 3 0.399 2
213 0.350 7 0.331 0 0.083 5 0.120 5 0.041 7 0.267 1 0.254 1 0.267 3 0.219 8 0.358 6
225 0.180 5 0.405 4 0.277 6 0.194 9 0.314 0 0.160 2 0.416 2 0.308 7 0.363 9 0.308 7
295 0.402 9 0.377 0 0.393 1 0.415 5 0.362 3 0.438 4 0.412 8 0.372 6 0.393 6 0.281 4
370 0.288 2 0.191 7 0.276 5 0.231 4 0.146 1 0.404 5 0.384 2 0.248 6 0.223 6 0.354 8
429 0.346 6 0.331 6 0.339 7 0.000 0 0.334 9 0.346 4 0.342 8 0.000 0 0.346 4 0.318 3
504 0.592 3 0.208 4 0.302 1 0.505 2 0.214 4 0.300 9 0.444 6 0.281 8 0.212 0 0.123 8
519 0.161 9 0.441 4 0.123 0 0.171 4 0.149 8 0.405 2 0.404 9 0.171 6 0.185 4 0.163 2
570 0.347 2 0.325 0 0.204 4 0.167 1 0.369 6 0.434 6 0.339 8 0.296 3 0.255 5 0.042 3
600 0.516 9 0.334 7 0.375 4 0.313 1 0.436 5 0.497 5 0.540 7 0.498 1 0.434 7 0.379 7
Ave. 0.337 1 0.309 5 0.276 7 0.224 1 0.257 3 0.360 5 0.373 5 0.287 2 0.299 2 0.273 0
2　实验结果
本实验对分别属于 10个红松龄级的 245个个
体的基因组 DNA进行了 RAPD分析 ,每个引物检测
到的位点数在 2 ～ 11个之间 ,各位点的 DNA片段长
度介于 250 ～ 2 100 bp之间 ,共检测到 61个位点 ,平
均每个引物检测到6.1个位点 。
2.1　多态位点比率
在全部 245个个体中检测到的位点总数为 61
个 ,其中多态位点为 50个 ,种群内多态位点比率为
206 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　24卷
81.97%,各龄级位点数及多态位点数目见表 3。多
态位点数在各个龄级中分布不均 ,其中 ,第 7龄级的
位点数为 60个 ,多态位点 46个 ,多态位点比率为
76.67%;位点数 、多态位点数和多态位点比率都是
最大。第 5龄级的位点数为 54个 ,多态位点 28个 ,
多态位点比率为51.58%,多态位点数和多态位点比
率都是最小。以多态位点比率排序:7龄级 >1龄
级 >6龄级 >2龄级 >8龄级 >9龄级 >3龄
级 >4龄级 >10龄级 >5龄级。
2.2　用 Shannon多样性指数计算红松遗传多样性
根据统计结果 ,按各个引物所估计的遗传多样
性有较大的差异 ,变化幅度从 0 ～ 0.592 3。红松各
龄级内的平均遗传多样性中 , 第 4 龄级最低
(0.224 1),第7龄级最高(0.373 5),按顺序排列为:7
龄级 >6龄级 >1龄级 >2龄级 >9龄级 >8
龄级 >3龄级 >10龄级 >5龄级 >4龄级 ,见表
4。
按各个引物所估计的红松龄级间遗传分化差异
也很大 ,从引物295的0.032 9到引物 504的0.291 7。
平均看来 ,红松龄级内遗传多样性值为0.299 8 ,种群
内遗传多样性值为0.358 7。遗传变异有83.57%存
在于龄级内 ,龄级间遗传变异只有16.43%,即红松
龄级间的遗传分化为16.43%,见表 5。
2.3　用 Nei指数估算红松基因多样性
各个引物所估计的基因多样性值有较大的差
表 5　由 Shannon 多样性指数估计的红松龄级内、
龄级间遗传多样性及分化
Table 5　Par tition of the genetic diversity among and within age
classes of P .koraiensis estimated by Shannon diversity index
引物
Primers
龄级内遗
传多样
性 Hac
种群总遗
传多样
性Hpop
龄级内遗传多
样性所占比率
Hpop/ Hac
龄级间遗传
多样性所占比率
(Hpop-Hac)/ Hpop
184 0.277 9 0.323 9 0.858 1 0.141 9
213 0.229 4 0.293 0 0.783 1 0.216 9
225 0.293 0 0.361 8 0.809 9 0.190 1
295 0.385 0 0.398 1 0.967 1 0.032 9
370 0.275 0 0.317 6 0.865 7 0.134 3
429 0.270 6 0.330 2 0.819 6 0.180 4
504 0.318 6 0.449 7 0.708 3 0.291 7
519 0.237 8 0.298 8 0.795 9 0.204 1
570 0.278 2 0.335 8 0.828 3 0.171 7
600 0.432 7 0.478 7 0.904 0 0.096 0
Ave. 0.299 8 0.358 7 0.835 7 0.164 3
异 ,变化幅度为 0 ～ 0.412 9。红松各龄级内平均基
因多样性中 ,第 4龄级最低(0.146 6),第 7龄级最高
(0.252 9), 按顺序排列为:7龄级 >6龄级 >1龄
级 >2龄级 >9龄级 >8龄级 >3龄级 >10龄
级 >5龄级>4龄级 ,与Shannon多样性指数的排序
结果一致 ,见表 6。
由 Nei指数按不同引物检测的红松遗传分化的
程度相差较大 , 295 引物检测位点所显示的分化
仅有0.0363 ,而504引物检测位点反映出的差异
表 6　用 Nei指数估算的红松龄级内基因多样性
Table 6　Gene diversity within age classes of P .koraiensis estimated by Nei s index
引物/龄级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
184 0.117 2 0.095 9 0.258 8 0.076 6 0.140 6 0.233 5 0.125 2 0.287 9 0.228 8 0.263 7
213 0.231 4 0.217 3 0.048 6 0.071 1 0.019 3 0.173 4 0.159 3 0.172 4 0.150 8 0.234 9
225 0.119 0 0.279 9 0.185 0 0.132 2 0.218 6 0.101 2 0.289 5 0.213 9 0.240 6 0.214 8
295 0.275 9 0.253 3 0.266 8 0.288 9 0.244 0 0.309 9 0.285 3 0.248 4 0.268 6 0.178 3
370 0.181 9 0.124 4 0.178 0 0.144 7 0.087 7 0.262 0 0.243 6 0.155 1 0.134 2 0.230 9
429 0.250 0 0.235 1 0.243 1 0.000 0 0.238 4 0.249 8 0.246 2 0.000 0 0.249 8 0.222 2
504 0.412 9 0.140 6 0.214 6 0.347 1 0.146 5 0.202 3 0.296 3 0.195 6 0.140 3 0.079 3
519 0.097 8 0.293 2 0.071 6 0.105 5 0.091 2 0.265 8 0.278 4 0.112 6 0.118 8 0.110 3
570 0.233 4 0.212 5 0.129 7 0.100 1 0.246 5 0.299 0 0.224 0 0.195 6 0.166 1 0.022 7
600 0.359 0 0.219 5 0.255 5 0.199 7 0.308 7 0.340 3 0.380 9 0.342 8 0.307 1 0.257 7
Ave. 0.227 9 0.207 2 0.185 2 0.146 6 0.174 1 0.243 7 0.252 9 0.192 4 0.200 5 0.181 5
达到 0.255 2 ,表明遗传变异在基因组中分布很不
均一 。平均看来 , 红松龄级内基因多样性为
0.201 2 ,种群内基因多样性为0.233 0 ,龄级间基因
多样性为0.031 8 , 各龄级间的遗传分化系数为
0.136 4 ,见表 7 。由 Nei指数估计的红松龄级内 、
龄级间基因多样性及遗传分化比 Shannon 指数的
估计值稍低 。
2.4　遗传距离和遗传一致度 [ 17]
从表 8中可见 , 2龄级与 3 龄级的遗传相似度
最低 0.920 4 ,遗传距离最大 0.082 9;6龄级与 7龄
级的遗传相似度最高 0.985 6 , 遗传距离最小
0.014 5。
2072期　　　　　　　　　　　张恒庆等:天然红松遗传多样性在时间尺度上变化的 RAPD分析
表 7　由 Nei指数估计的红松龄级内 、龄级间基因多样性及遗传分化
Table 7　Genetic differentiation and gene diversity within and among age classes of P.koraiensis estima ted by Nei s index
引物 Primers 龄级内基因多样性 HAC 总基因多样性 HT 龄级间基因多样性 DST 遗传分化系数 GST
184 0.182 8 0.205 1 0.022 2 0.108 5
213 0.147 8 0.174 6 0.026 8 0.153 5
225 0.199 5 0.240 3 0.040 9 0.170 1
295 0.262 0 0.271 8 0.009 9 0.036 3
370 0.174 2 0.190 9 0.016 7 0.087 4
429 0.193 5 0.233 8 0.040 3 0.172 6
504 0.217 6 0.292 1 0.074 6 0.255 2
519 0.154 5 0.179 8 0.025 3 0.140 8
570 0.183 0 0.213 1 0.030 2 0.141 5
600 0.297 1 0.328 1 0.030 9 0.094 3
Ave. 0.201 2 0.233 0 0.031 8 0.136 4
3　讨论
对裸子植物所做的 RAPD 分析表明各个物种
间的多态状况差异较大。张恒庆等[ 4] 对凉水国家
自然保护区 8个样地 72个红松个体进行了 RAPD
分析 ,多态位点比率为 58.51%。夏铭等[ 5] 采用
RAPD技术分析了中国东北 3个天然红松种群 60
个个体 ,多态位点比率为 57.68%。汪小全等[ 6]对
银杉的 RAPD 分析结果显示多态位点比率为
32%。 Szmidt 等[ 8 ～ 10] 对 欧 洲 赤 松 (Pinus
sylvestris)的两个群体的 RAPD 分析中 ,多态位点
比率达到 88.65%。Mosseler 等 [ 11]对纽芬兰岛多脂
松(Pinus resinosa)群体进行 RAPD分析 ,发现所有
位点均为单态 ,在同时进行的白云杉(Picea glau-
ca)和黑云杉(Pinus mariana)RAPD 分析中 ,多态
位点百分率分别为 45.28%和 55.80%。Khasa 和
Dancik等[ 12]对白云杉和恩氏云杉(P .engelman-
ni i)的 RAPD分析表明 ,多态位点分别占总位点的
74%和 70%。以上都是不同地理种群的多态状况。
本研究首次从时间尺度上对凉水天然红松遗传多
样性进行了 RAPD分析 ,各红松龄级内多态位点比
率的变化范围在 51.58%～ 76.67%之间 ,红松种群
内总的多态位点比率为 81.97%,明显高于以往研
究的结果。如此高的多态位点比率的可能原因在
于:(1)本研究的红松样品采于凉水国家自然保护
区 ,凉水的红松种群位于红松分布中心 ,大部分为
原始天然林 ,人为干扰少 ,原始林中的群落结构复
杂 ,物种丰富 ,有利于遗传变异的积累;(2)本研究
从时间尺度研究红松的遗传多样性 ,从一个地理种
群采集红松样品 245个 ,采集的样品数目比从空间
尺度研究红松多样性大很多 ,采样量的扩大增加了
位点被检到的几率;(3)本研究中的有些位点只在
各别龄级内出现或不出现 ,位点在红松各龄级内分
布不均衡 ,使各龄级内的多态位点比率明显低于种
群内多态位点比率 ,导致总的多态位点比率很高。
从图 1中可以看出 ,红松的遗传多样性在近一
百年中出现过大小两次波动 。1903 ～ 1912年间的
凉水红松种群平均遗传多样性仅处于的中等水平 ,
在随后的 1913 ～ 1922 年间 ,红松遗传多样性呈现
出增加的趋势 ,随后的十年间红松的遗传多样性略
有下降 。1933 ～ 1942年的十年间 ,红松遗传多样性
快速增长 ,达到近一百年中的最高水平。从 1943 ～
表 8　10 个红松龄级间的遗传一致度(上三角值)和遗传距离(下三角值)
Table 8　Genetic identity(above diagonal)and genetic distance(below diagonal)o f 10 age classes of P .koraiensis
龄级Age classes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 ＊＊＊ 0.950 2 0.956 5 0.968 5 0.958 0 0.960 3 0.976 0 0.964 1 0.961 6 0.946 6
2 0.051 1 ＊＊＊ 0.920 4 0.961 1 0.976 0 0.955 6 0.976 6 0.965 6 0.973 5 0.972 7
3 0.044 5 0.082 9 ＊＊＊ 0.964 0 0.939 4 0.931 0 0.938 8 0.936 6 0.934 9 0.931 1
4 0.032 0 0.039 7 0.036 6 ＊＊＊ 0.970 2 0.960 7 0.968 4 0.966 0 0.965 6 0.963 2
5 0.042 9 0.024 3 0.062 5 0.030 3 ＊＊＊ 0.965 7 0.973 1 0.980 4 0.981 0 0.968 1
6 0.040 5 0.045 4 0.071 5 0.040 1 0.034 9 ＊＊＊ 0.985 6 0.965 3 0.968 7 0.948 5
7 0.024 3 0.023 7 0.063 1 0.032 1 0.027 2 0.014 5 ＊＊＊ 0.972 6 0.973 3 0.966 1
8 0.036 5 0.035 0 0.065 5 0.034 6 0.019 7 0.035 3 0.027 8 ＊＊＊ 0.975 1 0.975 3
9 0.039 1 0.026 9 0.067 3 0.035 0 0.019 1 0.031 8 0.027 1 0.025 2 ＊＊＊ 0.981 9
10 0.054 9 0.027 6 0.071 4 0.037 5 0.032 4 0.052 8 0.034 5 0.025 0 0.018 2 ＊＊＊
208 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　24卷
1972年的 30年间 ,红松遗传多样性呈现出急剧减
少的趋势 ,至 1963 ～ 1972年间达到近一百年来的
最低水平;1973年以来的 30年 ,红松遗传多样性又
呈现出稳定增加的趋势 ,至 2002 年已接近近 100
年来的最高水平 。
凉水自然保护区在日本军国主义侵占东北期
间 ,森林铁路并未深入该地区 。1946年在保护区的
南端发生过一次大火 ,300公顷森林被毁。1952年
森林铁路延伸至凉水沟 , 1953 年开始森林采伐作
业。当时主要进行的是全国首次主伐试点工作 ,
1953 ～ 1957年间皆伐森林近千公顷 ,并相继进行过
不同皆伐宽度的带状皆伐以及小块皆发和择伐等
实验 。1958年建立了凉水试验林场 ,生产性采伐停
止;1979年建立保护区 ,每年只进行少量的抚育采
伐。
红松是异花风媒传粉树种 ,其生活史对策是 K
对策[ 18] 。它具有发育缓慢 、生殖迟缓 、大种子 、小
收获量和寿命长的特点。红松球果成熟后 ,不能自
行散出种子 ,需要依赖动物将种子从球果中取出再
传播。红松的天然更新对土壤和光照条件有特殊
的要求 ,幼年时期具有一定的耐荫性 ,对土壤的 pH
值也有要求 。因此 ,红松的天然更新大多是在发育
至一定程度的阔叶林内进行的[ 19] 。从本文的研究
结果结合红松的生物学特性和凉水地区天然红松
林受人类活动干扰的历史过程分析 ,我们认为红松
遗传多样性在近 100年时间尺度上的变化过程与
红松种群天然更新的生物学特点和人类干扰的强
度有关。从上个世纪初开始到 1932年 ,红松遗传
多样性发生过一次小的波动 ,但基本处于稳定状
态。1923 ～ 1932年期间红松多样性略有下降 ,由于
缺乏详细的历史资料 ,我们无法判断这个时期该地
区红松遗传多样性降低的原因 ,可能与当时东北地
区的森林开发有关 ,但这一时期凉水的红松阔叶林
基本没有受到破坏。此后 ,在 1933 ～ 1942年期间 ,
该地区红松的遗传多样性曾有过一定程度的上升 。
在 1943年以后的 30年期间 ,红松的遗传多样性连
续下降 ,这一时期的变化与该地区红松林遭受的破
坏有直接的关系 。1963 ～ 1972年期间 ,虽然生产性
采伐作业已经停止 ,但红松的遗传多样性仍然呈下
降状态 ,说明遗传多样性的恢复需要一段缓冲的时
间;1973年以后 ,红松的遗传多样性逐渐得到恢复 ,
到 2002年已超过 1903年的水平。
从红松遗传多样性近 100年的的变化过程我
们可以看出 ,伴随着人为的干扰 ,红松的遗传多样
性呈现出先下降后上升的变化 。对于风媒异花传
粉的红松 ,产生遗传差异的子代能够有效的生存是
保持和增加遗传多样性的必要条件 ,而影响红松天
然更新的主要因素是必须有有效的种子传播途径
和适宜发育状态的阔叶林地 。采伐作业直接减少
了红松的个体数量 ,间接的降低了红松的遗传多样
性 ,但采伐同时也促进了针阔混交林的发育演替的
过程 ,使得红松新产生的变异得到了保存 。另外 ,
随着该地区人类活动的增加 ,人类也会促进红松种
子的扩散。
从本研究的结果分析 ,我们可以发现目前凉水
国家自然保护区的红松遗传多样性正处于上升阶
段 ,这个现状与上世纪 50 年代的采伐有关 。因此
我们认为适度的干扰并不会降低红松的遗传多样
性 ,干扰停止后 ,红松的遗传多样性会得到缓慢恢
复 。值得注意的是凉水地区的天然红松种群所受
的人为破坏并不严重 ,由于采伐作业停止的较早 ,
红松阔叶林生态系统没有遭受根本性的破坏;保护
区的及时建立 ,也为天然红松种群遗传多样性的恢
复创造了有利的条件 。对于东北其它受到严重干
图 1　各红松龄级的 Shannon 指数和 Nei指数的走势
Fig.1　T rend o f Shannon diversity index and Nei s index of different age classes of P.koraiensis
2092期　　　　　　　　　　　张恒庆等:天然红松遗传多样性在时间尺度上变化的 RAPD分析
扰的红松分布区遗传多样性变化还有待进一步研
究。
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