全 文 ：林业科学研究!"#$%!"&""#$""" "")
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!!文章编号!$##$($)&""#$%##"(#"""(#&
新疆额尔齐斯河流域白杨派植物居群
遗传多样性分析
郑书星$!"! 张建国$!! 何彩云$! 保尔江V! 段爱国$!
曾艳飞$! 刘爱民
"$.中国林业科学研究院林业研究所!林木遗传育种国家重点实验室!国家林业局林木培育重点实验室!北京!$###)$+
".中国林业科学研究院资源昆虫研究所!云南 昆明!:%#""+ V.阿勒泰地区林业科学研究所!新疆 阿勒泰!&V:%##+
.阿勒泰地区哈巴河县林业局!新疆 哈巴河!&V:*###
收稿日期$ "#$V($$("*
基金项目$ 中央公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目额尔齐斯河天然杨树种群遗传多样性研究(""#$###V%#
作者简介$ 郑书星"$)*)*#!男"土家族#!助理研究员!主要从事植物分子生态研究)
!
通讯作者$研究员!博士生导师
摘要!应用 >>+标记技术!对新疆齐斯河流域河谷分布的白杨派树种银白杨%银灰杨和欧洲山杨天然居群的克隆结
构%克隆多样性和遗传多样性进行研究) 结果表明$欧洲山杨%银白杨和银灰杨均有很强的克隆繁殖特性) 欧洲山
杨%银白杨居群的克隆多样性均比较高!>,0QA75指数分别为 #h)&* 和 #.)&V) 与欧洲山杨相比较!银白杨居群具有
较低的遗传多样性!>415575信息指数分别为 $.#:& ) 和#hV" )!c@,多样性指数平均为 #.%#% : 和 #."$$ ") 欧洲山
杨和银白杨居群间的遗传一致度均较高!变幅分别为#.**& $ #.)% 和 #.)*% $ #.)) :!反映出其超长距离的
基因流特性!超强的基因流阻止了银白杨和欧洲山杨居群的遗传分化) 研究发现!银白杨和欧洲山杨分别有 )%=
和 &).)&=的遗传变异存在于居群内)
关键词!银白杨+欧洲山杨+克隆结构+克隆多样性+遗传多样性
中图分类号!>*$&h: 文献标识码!?
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5@D,;H,-@B@5D,1D,75 10756FE(:S( 15H FE&#$C9:( Q7Q<21D,75.C5 1HH,D,75! 6@5@D,;H,N@BA,DF,5H,;1D@H D41DD4@6@(
第 " 期 郑书星等$新疆额尔齐斯河流域白杨派植物居群遗传多样性分析
5@D,;N1B,1D,75 7;;
式) 对于以无性繁殖为主的植物!研究其种群的克
隆结构及克隆多样性是了解克隆植物居群的形成%
维持和衰退机制的重要内容!同时对研究植物定居%
侵殖和演替的机理也有重要意义,$- ) 克隆结构是指
克隆植物种群内基株和各克隆分株在空间上的分布
模式) 而克隆多样性是指一个克隆植物居群由多少
个遗传基因型不同的个体组成) 克隆多样性在很大
程度上决定了克隆植物的遗传多样性!同时又能指
示该种群的有性繁殖程度和种群建立初期的个体
数) I@0Q@B015曾报道美洲山杨的一个雄性克隆占
据了 V.V 41面积!包含有 * ### 个分株,"- !而对欧
洲山杨克隆尺寸的研究表明其小于美洲山杨,V W- )
有学者用同工酶,%-和+?UP标记,:-方法用于美洲山
杨的克隆鉴定!但这些方法有一定的缺陷!而微卫星
标记是研究群体遗传结构和克隆鉴定的最合适的方
法) >
能更有效的鉴定克隆基株!平均每个基株包含 ".V
个分株!大多数克隆系只含有一个分株!认为有性繁
殖在其生命史中要比以往所认为的更为普遍)
c10B7
一个分株构成!空间遗传结构反映了美洲山杨在不
同演替阶段中各个离散斑块的重建模式)
额尔齐斯河流域分布的白杨派树种有银白杨
"F"P9:9%(:S(#!银灰杨"F"P9:9%)(0$%)$0%#和欧洲山
杨"F"P9:9%&#$C9:(#) 一般银白杨和银灰杨相伴分
布在低海拔"## %## 0#的河谷流域!而欧洲山杨
则分布在 *## 0以上的山地) 白杨派树种天然林分
结构比较单一!由于其独特的克隆繁殖特性!常呈雌
雄独立斑块状镶嵌分布) 本章我们使用 >>+标记!
对额尔齐斯河流域河谷分布的白杨派树种的天然居
群的克隆结构%克隆多样性和遗传多样性进行研究!
以揭示白杨派居群的繁殖策略和斑块状分布模式的
成因!为本区域白杨派物种的保护提供基础遗传学
依据)
$!材料与方法
=.=>试验材料
实验材料是采自新疆阿尔泰地区额尔齐斯河流
域"*a"$bc &a##bc!&%a"b/ &*a&b/#!采
样地点见图 $) 采样采用两种策略$
(
为破解一个
独立分布斑块的克隆结构!对欧洲山杨%银白杨%银
灰杨每一个雌雄独立分布斑块进行全部采样!共采
集了 * 个斑块 "&% 个单株样本!具体的采样情况和
样本编号见表 $)
)
为分析不同斑块间的遗传关
系!在基于采样策略一的研究基础上!在每个独立分
布的斑块内采一个样!共在 * 个地点采集了欧洲山
杨">号#%% 个斑块样本%银白杨"l号#)# 个斑块样
本!斑块间隔 $## 米以上!具体的采样情况和样本编
号见表 $)
表 =>白杨派天然居群样本采集点及生境条件
树种 居群 采样地点 经度_/ 纬度_c 海拔_0 样本数 生境
欧洲山杨 >$ 阿尔泰 小东沟 &&a#*bV#w *a%&b#&w $ V#% $ 山地
欧洲山杨 >" 哈巴河 俄得克 &%a%:bV%w &a""b:w * "$ 山地
欧洲山杨 >V 哈巴河 奎屯岭 &:aV:b"*w &a$*b%w $ $% "# 山地
银白杨! l$ 北屯 哈拉西里克 &*a&b$)w *a"$b%#w %## "# 路边草地
银白杨! l" 北屯 克孜勒哈英 &*a$%bVVw *aVVb":w *% "# 路边草地
银白杨! lV 布尔津 平原林场 &*a#Vb":w *aVb%)w *$ "% 草地
银白杨! l 哈巴河 比列兹河口 &%a"b$$w &a##b#Vw " "% 河滩
=.?>试验方法
$.".$!Pc?提取及 >>+扩增!采集的样本枝条于
室内水培!选取萌发的幼嫩叶片!用天根生化科技
"北京#有限公司的植物基因组 Pc?提取试剂盒提
取样本的基因组 Pc?) >>+扩增所用的引物来自
4DQ$__RRR.7B52.67N_A;,_,Q6;_AABB@A7
对引物序列!从中筛选了 $" 对扩增条带清晰%重复
V""
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
性好的引物用于实验分析"见表 V#)
>>+扩增体系为 "%
"
J$%# 56基因组Pc?!UG+
M<-@B,$# 0072/J
W$
LB,AWjG2" Qj &.V#! %#
0072/J
W$
IG2! $.% 0072/J
W$
e6G2
"
-!#." 0072
/J
W$
HcLU!#." "072/J
W$反应引物!$^L18 酶
"L1I1+1M,7C5;.! kDA总体积) 扩增程序设定为$)d预变性 V 0,5+ V: 个
循环")d变性 V# A!% %%d退火 V# A! *"d 延伸
$#% A#+*"d延伸 $# 0,5) 扩增反应用 T@5@?0Q*
UG+AFAD@0)*## 型扩增仪进行) 扩增产物用 =变
性聚丙烯酰胺凝胶"U?#电泳!使用 il%### 型多功
能电泳仪和il(GS"G型测序电泳槽!银染方法检测
结果)
$."."!变性聚丙烯酰胺凝胶电泳
$#玻璃板处理!用洗涤灵把玻璃板反复擦洗!
然后用去离子水和无水乙醇冲洗干净晾干) 在凹板
涂上 "=剥离硅烷!平板上涂上 #.%=的亲和硅烷!
晾干后组装玻璃板) 操作过程中注意防止两块玻璃
板互相污染)
"#制胶!在 :# 0J%=U?胶中加入 L/e/P:#
"
J!$#= ?QA"##
"
J!迅速颠倒混匀)
V#灌胶!将板倾斜成 $%a!把溶液从玻璃板的
一边灌入!边灌边轻敲!以避免出现气泡!直至灌满!
并插入梳子) 让胶凝固 " 4)
#电泳!安装好玻璃板后!在电泳槽上下层各
加入 &## 0J的 $ ZLM/!预电泳 V# 0,5后!用梳子清
除点样孔残胶和气泡!插入梳子) 样品于 )d变性
% 0,5!取 :
"
J样品上样!在 &# f恒功率下电泳至
前沿染料至玻璃板未端为止)
$.".V!银染 !电泳完毕后!小心分开玻璃板!将平
板用银染方法显现清晰条带) 具体步骤是$
$#固定$配制 $#=的冰醋酸固定液"$## 0J冰
醋酸与 )## 0J去离子水混合#!将平板放置于其中!
震荡 "#0,5至指示剂的颜色消失)
"#水洗$将固定后的胶板用双蒸水洗涤 % 0,5
左右!重复两次)
V#银染$将玻璃板放入新配制的染色液"$ 6
?6ck
V
!$.% 0J的甲醛!$ ### 0J去离子水#中!轻
轻摇动 "# 0,5)
#水洗$将染色后的胶板用双蒸水洗涤 % A左
右) 迅速取出并竖起控水)
%#显影$将冲洗后的玻璃板迅速放入 d预冷
的显影液"V# 6c1
"
Gk
V
!$ ### 0J去离子水#中!用
前加入 $.% 0J甲醛!"##
"
J硫代硫酸钠"$# 06/
0J
W$
#!摇床上轻摇至清晰条带出现)
:#定影$将胶板放入第一步用过的固定液中!终
止显影)
*#干燥$用去离子水洗胶板 % 0,5 后取出在室
温下自然干燥)
=.A>数据分析
>>+是共显性标记!根据传统方法!以二进制记
录电泳结果!判读带型时在相同迁移位置有带赋值
$(!无带赋值#(!构建所有引物扩增结果数据库)
分析中将在各扩增位点的 >>+谱带完全相同的个体
视为同一克隆系"即基因型相同#) 为了解不同克
隆之间的遗传关系!用 UjlJCUV.:*@"4DQ$__@N72<(
D,75.6@5@D,;A.R1A4,56D75.@H<_Q4F2,Q.4D02#和 cL>l>
软件分析 >>+数据!根据遗传距离做聚类分析+用
UkUT/c/软件计算居群的遗传多样性参数) 为分
析克隆居群的克隆结构和克隆多样性!采用如下几
种常用的度量指标,) W$$- $
$#居群中基株数目"/#$将全部位点基因型相
同的植株视为来自同一基株!/即为居群中基株
总数)
"#平均克隆大小".\/#$即每个基株平均含有
的克隆分株数!.是分析样本数)
V#不同基因型比率"FB#$以 /\.估算!.是所
分析样本数)
#>,0QA75多样性指数"B#$>,0QA75 指数最初
是用于测定种的多样性和均匀度的!现在用于度量
居群内的克隆多样性) 公式为$
B;$
#$
,0
4
"0
4
?$#- \,.".
#
$#- "$#
!!公式中!0
4
是第 4个基因型的分株数!.是样本
大小) B值变动范围是 # $!# 表示居群所有样本
是同一种基因型!$ 表示所有的样本都是不同的基
因型)
%#基因型分布均匀度 E16@B指数"H#$
H;"B
#
B
0,5
# \"B
01X
#
B
0,5
#+
B
0,5
;,"/
#
$#"".
#
/#-\,.".
#
$#-+
B
01X
;,."/
#
$#-\,/".
#
$#- ""#
E16@B指数"H#表示了居群内基因型分布的均
匀度!HY# 表示居群内所有个体的基因型都不同!
或有一个基因型占据绝对优势而其它基因型都只有
一个个体!HY$ 表示居群内所有基因型都有相同的
个体数)
""
第 " 期 郑书星等$新疆额尔齐斯河流域白杨派植物居群遗传多样性分析
"!结果与分析
?.=>白杨派 A 个树种斑块克隆格局及多样性
依据 >>+指纹图谱!详细确定了 * 个斑块内无
性系分株的位置图!如图 $ 所示) 最为明显的是发
现欧洲山杨雌斑块"UDC#中有来自欧洲山杨雄斑块
"UDC#的一个基因型!可见在哈巴河山前沙丘地上
欧洲山杨的克隆斑块的扩展至少在 %# 0以上) 表 "
所示的是 * 个斑块的基株%平均克隆大小%基因型比
率%>,0QA75 多样性指数等统计指标) 由表 " 可知!
银灰杨 V 个斑块"U;C%U;C%U;CC#与银白杨 " 个斑块
"U1C%U1C#均只有一个基株!>,0QA75 多样性指数 P
值为 #!表明斑块内所有样本是同一种基因型+欧洲
山杨斑块UDC内有 %: 个雌株和 V 个雄株!雌雄样本
各含有一个基株!整个斑块的 >,0QA75 多样性 P值
为 #.#)&+欧洲山杨雄斑块 UDC有两个基株!一个基
株含有 $" 个分株!另一个基株含有 个分株!
>,0QA75多样性指数B值为 #.VV)
表 ?>银白杨$欧洲山杨和银灰杨不同斑块的克隆多样性
树种 斑块 样本大小".# 基株"/# 平均克隆大小".\/# 基因型比率"FB# >,0QA75多样性指数"B# 均匀度"H#
欧洲山杨
UDC"
*
_
+
# %:_V " ").% #.#V #.#)& #.$V%
UDC"
+
# %: " "& #.#V: #.VV #.:)
U;C"
+
# VV $ VV #.#V# #
银灰杨! U;C"
*
# V$ $ V$ #.#V" #
U;CC"
*
# V: $ V: #.#"& #
银白杨!
U1C"
+
# V" $ V" #.#V$ #
U1C"
*
# V& $ V& #.#": #
每个斑块内所有来自同一基株的无性系分株用相同的图形和颜
色表示)
图 $!白杨派 V 个树种 * 个斑块样本 >>+指纹确定的位置图
?.?>欧洲山杨居群的克隆多样性
表 V 是欧洲山杨 V 个居群斑块的基株%平均克
隆大小%基因型比率%>,0QA75 多样性指数和均匀度
统计值) 表 V 表明!欧洲山杨居群平均基株数目为
$ 个!平均克隆大小为 $.")&!变幅为 $.$$$
$h:$%!其中 >" 居群最高!为 $.:$%!>V 居群最低为
$.$$$) 基因型比率平均为 #.*)""#.:$) #.)###)
>,0QA75多样性指数显示!>V 居群最高"#.)&)#!>"
居群最低"#.)V&#!平均为 #.):&) 在欧洲山杨居群
中!物种水平上的B和H值分别为 #.)&* 和 #.*$!
高于,)-对于 "$ 种克隆植物的比较结果"BY#E:"#!
HY#.:&##) 很明显!具有克隆繁殖特性的欧洲山
杨 V 个居群都是由多基因型构成!V 个居群共 %% 个
样本!检测到 V 个基因型"克隆基株#!表明欧洲山
杨居群的克隆多样性水平比较高)
表 A>欧洲山杨居群的克隆多样性
居群
样本大
小".#
基株
"/#
平均克隆
大小".\/#
基因型比
率"FB#
>,0QA75多样
性指数"B#
均匀度
"H#
>$ $ $" $.$:* #.&%* #.)*& #.%%
>" "$ $V $.:$% #.:$) #.)V& #.**&
>V "# $& $.$$$ #.)## #.)&) #.%#
平均值 $ $.")& #.*)" #.):& #.:"$
物种水平 %% V $.""" #.&$& #.)&* #.*$
?.A>欧洲山杨居群的克隆结构和聚类分析
V 个居群的克隆系数目"基株数目#大小不同
"$" $& 个#!而从整个流域大尺度分析可知总群
体的克隆数目"基株数目#为 % 个!其中 : 个基株具
有多个无性系分株!另有 V) 个基株只有一个无性系
分株) 所有由不同斑块组成的 V 个居群都是多克隆
居群!没有发现单克隆居群!主要原因是我们采样的
斑块间大都在 $## 0以上!由于立地条件的限制和
环境的异质性!一个单克隆斑块的扩展范围一定存
在最大的边界)
聚类分析表明"图 "#!V 个居群样本可分为三大
%""
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
类!第一大类包括 ) 个 >$ 居群样本和 $$ 个 >V 居群
样本!第二大类包括 $& 个 >" 居群样本和 % 个 >V 居
群样本!第三大类包括 % 个 >$ 居群样本%V 个 >" 居
群样本和 个 >V 居群样本) 相比较!>" 居群位于
山前沙丘地!环境的异质相差较小!导致欧洲山杨的
克隆斑块的扩展更为容易) 一般居群内相邻斑块植
株属于同一克隆系的可能性较大) 从 >" 居群内克
隆系的空间分布看!如 >"($&_$)_"$!>"($_"_$!>"(
%_"#!>"(_)_$%_""!这些相邻的不同斑块植株本来
是属于同一个大斑块的同一克隆系!但由于人为活
动和环境恶化的影响!使得生境碎片化!一个大的斑
块就形成了相邻的多个小斑块) 此外!这些同一居
群内空间上相邻或不相邻的斑块为单克隆斑块!单
空间分布的跨度如此巨大!表明在山前沙丘地上欧
洲山杨有相当的克隆扩展!这与前面 " 个斑块全部
采样分析的结果是一致的!很可能一个欧洲山杨克
隆繁殖扩展的范围要超过 $## 0以上) >$ 居群也
存在 >" 类似的情况!如 >$(V_%!>$($"_$V) 有趣的
是 >V 居群未发现类似的特性!尽管 >V 居群更为接
近 >" 居群) 其原因可能与 >$ 和 >" 居群位于山地
的克隆斑块间高度的异质立地限制有关) 此外!我
们还发现!阿勒泰小东沟的居群 >$ 的样本与远在
$## 千米以外的 >" 和 >V 居群样本分别有更高的遗
传相似性!这在相当程度上表明了欧洲山杨具有超
长距离的基因流特性)
图 "!欧洲山杨居群聚类图
?.B>欧洲山杨居群遗传多样性分析
表 所示!欧洲山杨 V 个居群的 %% 个样本共检
测出 *# 个等位基因!多态位点比例为 $##=) 平均
位点等位基因数".
(
#为 %.&VV V 个!有效等位基因
数".
$
#平均为 ".&V# ) 观察杂合度",
"
#平均为
#.:% "!期望杂合度",
$
#平均为 #.%$# V) >415575
信息指数"6#平均为 $.#:& )!c@,多样性指数"*#平
均为 #.%#% :) 很明显!欧洲山杨居群具有较高的遗
传多样性) 不同居群间的遗传多样性水平有一定差
异!以检测到的期望杂合度",
$
#为标准!V 个居群按
照遗传多样性高低次序为 >$ s>V s>") >$ 和 >V 居
群遗传多样性比 >" 高!与 >$ 和 >" 居群克隆的基株
数量是一致的)
:""
第 " 期 郑书星等$新疆额尔齐斯河流域白杨派植物居群遗传多样性分析
表 B>欧洲山杨居群遗传多样性
居群
样本数量 平均等位基因数 有效等位基因 >415575信息指数 多态位点比率 观察杂合度 期望杂合度 c@,多样性指数
"c#
".
(
# ".
$
#
"6# "F_=#
",
"
# ",
$
#
"*#
>$ $ .$:: * ".&%$ & $.#$V & &V.VV #.# % #.%"* : #.%#& *
>" "$ V.%## # $.))V & #.*:* # $##.## #.%"* & #."& & #.$& :
>V "# .### # ".** : #.&)* % &V.VV #.$: * #.:V % #.%$ )
平均 V.&&& ) ".$ $ #.&)" & &&.&) #.:$ * #.*V V #.%) *
物种水平 %% %.&VV V ".&V# $.#:& ) $##.## #.:% " #.%$# V #.%#% :
欧洲山杨居群间遗传分化系数"!%&#为 #.$## "!
即有 $#.#"=的遗传变异存在居群之间!&).)&=的
遗传变异存在于居群内!居群内变异是其遗传变异
的主要来源) 居群间的基因流".
C
#为 "." &!基
因流阻止了遗传漂变所引起的居群遗传分化) 欧洲
山杨各个居群间的遗传一致度较高!变幅为 #.**& $
#.)% !而遗传距离变化范围为 #.#: *
#."%# )!其中 >$ 和 >V 居群间的遗传一致度最高"6
Y#.)% #!遗传距离最小"BY#.#: *#+而 >$ 和
>" 居群间的遗传一致度最低"6Y#.**& $#!遗传距
离最大"BY#."%# )#) 欧洲山杨居群高度的遗传一
致性!也反映出其超长的基因流特性) 根据遗传距
离进行 U^Te?聚类分析"图 V#!欧洲山杨 V 个居群
可分为两大类!第一大类包括 >$ 和 >V 居群+第二大
类包括 >" 居群) 很明显跨越距离超过 $## g0的 >$
和 >V 居群遗传相似性明显高于相邻的 >" 和 >V!这
进一步暗示欧洲山杨很可能具有超长距离的基因流
机制)
图 V!欧洲山杨居群遗传距离 U^Te?聚类图
?.@>银白杨居群的克隆多样性
表 % 所示银白杨 个居群的基株%平均克隆大
小%基因型比率%>,0QA75 多样性指数等统计值) 表
% 表明银白杨居群平均基株数目为 $V."%# 个!平均
克隆大小为 $."&)!变幅为 $.#&* $.")!其中 l"
居群最高!为 $.")!lV 居群最低为 $.#&*) 基因型
比率平均为 #.&$# "#.*## #.)"##) lV 居群的
>,0QA75多样性指数最高 "#.))V#!l" 居群最低
"#h)%&#!平均为 #.)*#) 银白杨居群物种水平上的
B和H值分别为 #.)&V 和 #.)*!显著高于/2ADB15H
和+77A@,)-对于 "$ 种克隆植物的比较总结结果"B
Y#E:"#!HY#.:&##!很明显银白杨 个居群都是由
多基因型构成!但基因型个数在各居群中分布不均!
个居群共 )# 个样本!检测到 %V 个基因型!其中lV
居群样本数 "%!基株数就达 "V 个!自然 lV 居群的
>,0QA75多样性指数也就最高) 总的来看!银白杨居
群均具有较高的克隆多样性水平)
表 @>银白杨居群的克隆多样性
居群
样本大
小".#
基株
"/#
平均克隆
大小".\/#
基因型比
率"FB#
>,0QA75多样
性指数"B#
均匀度
"H#
l$ "# $: ! $."%# #.&## #.):V #.#$
l" "# $ ! $.") #.*## #.)%& #.**&
lV "% "V ! $.#&* #.)"# #.))V #.%$:
l "% $& ! $.V&) #.*"# #.):* #.**&
平均值 $V."%# $."&) #.&$# #.)*# #.:$&
物种 )# %V ! $.:)& #.%&) #.)&V #.)*
?.O>银白杨居群的克隆结构和聚类分析
图 为银白杨l" 居群的聚类结果) 可以看出!
l" 居群 "# 个样本可聚为 % 分支!其中个体l"($_"_
V!l"(%_:!l"(*_&!l"($$_$"_$) 分别属于同一克隆
系!其余的个体都是一个单独的克隆!具有独有的基
因型) 从居群内克隆系空间分布看!很明显居群内
相邻斑块同一克隆系由于人为活动和环境恶化的影
响!生境的碎片化造成了单克隆斑块的片段化) 此
外!由于同一居群内空间上不相邻的斑块 l"($) 与
l"($$ 和 l"($" 为同一克隆系!也表明银白杨也有
超长的克隆分布空间)
?.R>银白杨居群遗传多样性分析
表 :显示!银白杨 个居群 )# 个样本共检测出
"V个等位基因!多态位点比例为 ::.:*=!平均位点
等位基因数".
(
#为 $E)$: *个!有效等位基因数".
$
#
平均为 $.V&) %) 观察杂合度",
"
#平均为#E"% !期
望杂合度",$#平均为 #."$" ) >415575信息指数"6#
平均为 #.V" )!c@,多样性指数"*#平均为 #."$$ ")
*""
林!业!科!学!研!究 第 "& 卷
图 !银白杨l" 居群样本聚类图
与欧洲山杨相比较!银白杨居群具有较低的遗传多样
性水平) 同样不同居群间的遗传多样性水平也有差
异!以检测到的期望杂合度",
$
#为标准! 个居群遗
传多样性高低次序为l slV sl$ sl")
!!银白杨居群间遗传分化系数"!%&#为 #.#%# #!
即有 %=的遗传变异存在居群之间!)%=的遗传变
异存在于居群内!居群内变异是其遗传变异的主要
来源) 居群间的基因流".
C
Y#E"%"$ W!
UN
#\!
UN
#
为 .** &!是欧洲山杨的 " 倍""." &#!很明显超
强的基因流阻止了银白杨遗传漂变所引起的居群遗
传分化) 银白杨各个居群间的遗传一致度很高!变
幅为 #.)*% $ #.)) :!遗传距离变化范围为
#.##% #.#"% ") 相比较!l$ 和l" 居群间的遗传
一致度最高 "6Y#.)) :#!遗传距离最小 "BY
#.##% #!而l$ 和l 居群间的遗传一致度最低"6
Y#.)*% $#!遗传距离最大"BY#.#"% "#) U^Te?
聚类分析显示"图 %#!银白杨 个居群可分为三大
类!第一大类包括 l$ 和 lV 居群!第二大类包括 lV
居群!第三大类包括l 居群)
表 O>银白杨居群遗传多样性
居群
样本数量 平均等位基因数 有效等位基因 >415575信息指数 多态位点比率 观察杂合度 期望杂合度 c@,多样性指数
"U#
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平均 $.:"% # $.V:: % #.V## " %#.#& #."V " #."# #.$)) &
物种水平 )# $.)$: * $.V&) % #.V" ) ::.:* #."% #."$" #."$$ "
图 %!银白杨 个居群遗传距离 U^Te?聚类图
V!讨论
A.=>白杨派居群斑块状分布模式的成因
杨树是雌雄异株植物!可产生种子来繁殖后代)
但白杨派的欧洲山杨%银白杨均有很强的克隆繁殖
特性) 最初当一个基因型定居某一生态位后!便迅
速开始克隆繁殖!形成克隆斑块!这是一种非常有效
的物种保存生存对策!对物种的繁衍具有重要意义)
当克隆斑块形成后!如果再有其他基因型侵入斑块
内!由于生态条件的限制!入侵的新基因型一般很难
有存活的生态机会!这就是为什么现有斑块内的林
下没有更新的幼苗的可能原因!也是我们对克隆斑
块形成的一种推测) 通过对哈巴河欧洲山杨独立斑
块"小尺度#的实地调查和 >>+实验分析!我们发现
克隆斑块间可能存在一定的排斥效应!相邻的斑块
间其界限比较分明!即使有侵入的现象!最多也就到
达斑块的边缘和斑块外缘的空旷处!如哈巴河俄得
克沙丘上下缘 " 个欧洲山杨斑块"UDC和 UDC#分布
关系就是最好的例证)
A.?>白杨派居群的克隆多样性
一般认为!克隆繁殖会导致居群内遗传变异下
降,$"- !但近年来的研究表明克隆植物居群也具有较
高的遗传多样性) 如在对一年或多年生草本植物矮
慈姑,$V- %珠芽蓼%鹅绒委陵菜,$ W$%- %块茎堇菜,$:- %黄
花杓兰,$*- !华山新麦草,$&- %高山苔草,$)- !灌木如冬青
属植物6:$Y:$9)"):(Q(,"#- %丁香,"$- %仙女木%矮柳和越
桔,$)- !乔木如欧洲山杨,*-和美洲山杨,""-的研究中发
现!各种克隆植物居群具有较高的遗传多样性!度量
居群内克隆多样性的 >,0QA75多样性指数"B#具有较
大的数值) 本研究中!从流域大尺度的角度分析结果
显示!欧洲山杨和银白杨天然居群的 >,0QA75 指数
&""
第 " 期 郑书星等$新疆额尔齐斯河流域白杨派植物居群遗传多样性分析
"B#分别为 #.)&* 和 #.)&V!这表明白杨派物种天然
居群具有较高的克隆多样性) 影响植物的克隆多样
性的因素包括有实生苗补充%环境异质性%体细胞突
变%基因流等) 克隆植物在不同的环境中可能面临着
不同的选择压力!环境异质性能促进植物不同基因型
的固定,"#- ) 对额尔齐斯河流域白杨派物种天然居群
的研究发现!分布在低海拔额河河谷地区的银白杨居
群没有明显的环境异质性!而分布在高海拔山地的欧
洲山杨具有明显的空间环境异质性) 但是由于人为
活动及自然环境的影响!目前天然居群实生苗补充比
较困难!特别是低海拔的河谷地带!现有的居群主要
以根孽方式克隆繁殖新的个体) 那么!额河流域的白
杨派天然居群具有较高的克隆多样性!其原因何在7
我们推测其原因是在最初的白杨派树种建群过程中!
由多个基因型不同的基株占据不同地点的生境!然后
通过根孽方式来繁殖后代!现在的居群植株很可能是
最初的基株的克隆后代或者克隆后代的后代) i@2,5A(
g,和G4@2,1g ,"V-在研究美洲山杨也曾提出过类似的
观点)
额尔齐斯河流域河谷和阿尔泰山山地分布的白
杨派天然林分!目前基本呈雌雄独立斑块状分布!以
克隆方式繁殖后代) 如果有性繁殖更新受阻!随着
时间的推移!居群内的克隆多样性最终会消失) 因
此!为了防止本区域白杨派这一有价值的遗传基因
资源的快速流失!目前急需要进行封育保护和实施
禁牧) 同时!应加强天然林种质基因资源的收集%保
护和利用研究)
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