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Population Genetic Structure and Differentiaton of Parashorea chinensis(Dipterocarpaceae)

龙脑香科植物望天树的居群遗传结构及分化



全 文 :龙脑香科植物望天树的居群遗传结构及分化!
李巧明,许再富
(中国科学院西双版纳热带植物园,云南”勐腊 !!!#)
摘要:运用“水平切片淀粉凝胶电泳等位酶分析”方法,对国家一级珍稀濒危保护植物望天
树(!#)西个天然居群(中国科学院西双版纳热带植物园引种栽培的 % 个人工居群作为对
照),&&个酶系统 &!个等位酶位点的研究表明,望天树群体内遗传变异水平极低,多态位点比
率 !为 !’%() * &%’(#)(平均为 !’+%)),等位基因平均数 + 为 &’#! * &’&(平均为 &’#,),
平均期望杂合度 ,’为 #’#% * #’#(-(平均为 #. #(),平均观测杂合度 ,& 为 #’#!。所有居群
/01 2 &位点的基因型均为杂合体,其余位点的基因型均为纯合体。居群间存在低水平的遗传
分化,345值为 #’##,结果明显不同于其它热带植物的报道。望天树群体的遗传结构单一,一
方面反映了群体内存在大量内繁育(无融合生殖、近交),另一方面也说明了在进化过程中该
种曾经历了严重的瓶颈效应,遗传变异大量丧失。
关键词:望天树;遗传多样性;居群分化
中图分类号:6 -+,6,+ 文献标识码:7 文章编号:#%( 2 %,##(%##&)# 2 #& 2 #
!#,’.+ &)/ 0(11+.+)’(&’) 1 !#%&#’ (%)*’*)(0(#’+.,&.#&,+&+)
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DH:I MHLCIHCLD

云 南 植 物 研 究 %##&,56():& * %#
2,’& 7’&)(,& 8))&)(,& ! 收稿日期:%### 2 # 2 &-,%### 2 &# 2 &!接受发表 作者简介:李巧明(&, 2),女,云南人,在读博士研究生,主要从事热带生物多样性保护与持续发展研究。
!#(’% -.#,/0-.1 2.30.1!()4-(.%,.0 23(,*.*#5 *&6 &*# (##/’’-.1 -. --(.,72-#2 ,*0 (2* )/#2 ,(%% (& 1*.*-# +’-3-,-8 9
!# %&#’ (%)*’*);:*.*-# 0-+*’%-8;;(!/,-(. 0-&&*’*.-(.<!*’(#’!#**)柳安属(!#%&#’ (%)*’*)
不仅是热带雨林的上层优势种(关键种),还是国家一级珍稀濒危保护植物,为半特有种。
在我国仅局限分布于滇南的勐腊,滇东南的河口、马关和桂西南的田阳、那坡、龙州、巴
马等地。=个不同分布区的望天树在形态上(主要是果翅的大小和质地上)存在着生态地
理变异(陶国达等,>?@A;朱华,>??A)。滇东南和桂西南的望天树曾被定为滇南望天树
的变种(望天树协作组,>?BB;擎天树协作组,>?BB),后又把它们合并为一个种
!#)>??C+%0’(杨永康等,>??D)。但据世界龙脑香科专家 ;*E(.的意见,不赞成将
望天树归入 +%&#’ 属,望天树的学名仍应采用 !#)$ F.1 G%-*。望天树和该
科植物版纳青梅(李巧明等,ACC>)具有类似的起源和分布状况;并具有龙脑香科植物的
特性,以致于种群难于扩张(殷寿华等,>??C)。尽管对望天树的分类和分布、种群结构、
生殖生物学特点以及保护和繁殖等进行了一些研究(肖来云等,>??A;许再富等,>??A;
赵学农等,>??C;>??H),但迄今对望天树这一重要类群的遗传多样性所知甚少。本研究采
用酶电泳技术,对望天树居群进行研究,探讨其居群遗传结构及分化,为在保护研究上采
取正确措施及方法提供科学依据,在保护生物学上有较高的科学意义。此外,也可为望天
树的分类鉴定提供酶电泳佐证资料。
> 材料和方法
>I> 采样及样品处理
望天树的样品采自滇南勐腊县的补蚌一带(H个居群),滇东南的河口和马关(A个居
群),以及桂西南的田阳和那坡(A个居群),详见表 >。同时还对勐仑植物园栽培的望天
树居群进行取样(A个居群,分别来自勐腊和广西),作为比较。取样个体数量取决于居
群大小,取样时个体间距尽可能大,以避免同宗后代。考虑到望天树的种子较大,具快速
的发芽方式,绝大多数种子集中降落在离母树 >H J =C )的范围内,几乎都是在母树的树
冠之下。因此间隔 >H J =C )左右采样,并且几乎都是采集母树树冠之内的小苗,但也不
能避免一株母树的种子飞到另一株母树之下,但采取随机方式采样,可以最大限度的保证
所采小苗不是来自同一株母树。由于交通运输不方便,刚采到的同龄嫩叶于 C J D K保鲜,
迅速运往实验室后,样品于 L BC K低温冷冻箱保存。同时采集了一批小苗栽种于实验室
附近,作为新鲜样品对照。
>IA 酶电泳实验
采用“水平切片淀粉凝胶电泳等位酶分析”方法,酶电泳实验的条件与步骤与版纳青
梅的相同(李巧明等,ACC>)。用复杂磷酸提取缓冲液(!G BIH)冰镇研磨提取酶液,提
取液中含 >M的巯基乙醇,@M的聚乙烯基吡咯烷酮(;N; L DCO),>CM的二甲基亚砜
D>= 云 南 植 物 研 究 A=卷
(! #5)(607*)8等,9:45;;3<=37等,9:4:),对 94种酶系
统进行检测。获得 99种酶系统共 9>个等位酶位点(表 ?)。酶的组织化学染色方法参考
607*)8 等(9:45)和 ;3<=37等(9:4:)配方。
表 9 望天树 99个居群的居群编号、名称、产地和采集数
@2/73 9 A2-3 2<= 70B27)*C 0D 99 !0!,72*)0<8 0D ! #$%&’&(%(
居群序号
E0!’ <0’
0< !1)<*0,* ’
居群编号
F1)G)<27 !0!’ <0
居群名称
E0!,72*)0< <2-3
产地
(0B27)*C
(采样地)
采集株数
A0’ 0D *+3
82-!738
9 H8%9 白沙河片 H2)8+2+3 勐腊(H8) ?9
? C%? 灰阴河片 ,)C)<+3 勐腊(C) 94
5 A8%5 南沙河片 A2<8+2+3 勐腊(A8) I
J K!%J 景飘南杭河片 K!<+2I L-%I 阿棉洛巴片 L-)2<7,0/2 勐腊(L-) 9%
> MG%> 小南溪 N)20<2# P%# 南溪河谷 A24 @C%4 坤坪乡 Q,: A!%: 百坎村 H2)P29% H<9% 植物园 R+)S,C,2< 勐腊(H<) 9%
99 TO99 植物园 R+)S,C,2< 广西(TO) 9%
表 ? 电泳检测所用酶系统、凝胶缓冲系统和位点数目
@2/73 ? @+3 3酶系统
V缩写
L//’
酶分类编码
V’ W’ A0’
缓冲系统
T37 /,DD31
位点数目
A0’ 0D 70B)
天冬氨酸转氨酶 L8!21*2*3 2-)<0*12<8D31283 LL@ V’ W’ ? ’ > ’ 9 ’ 9 &&& 9
还原型辅酶 &心肌黄酶 ALX(E). X)2!+01283 X&L V’ W’ 9 ’ > ’ ? ’ ? & ?
果糖二磷酸酶 Y1,B*083 . /)8!+08!+2*283 YHE V’ W’ 5 ’ 9 ’ 5 ’ 99 & 9
> .磷酸葡萄糖脱氢酶 T7,B083 . > . !+08!+2*3 =3+C=10G3<283 T>EX V’ W’ 9 ’ 9 ’ 9 ’ J: && 9
异柠檬酸脱氢酶 &80B)*12*3 =3+C=10G3<283 &X V’ W’ 9 ’ 9 ’ 9 ’ J? && ?
苹果酸脱氢酶 M272*3 =3+C=10G3<283 MX V’ W’ 9 ’ 9 ’ 9 ’ 5# & ?
苹果酸酶 M27)B 3磷酸葡萄糖异构酶 E+08!+0G7,B0)80-31283 ET& V’ W’ I ’ 5 ’ 9 ’ : & ?
磷酸葡萄糖变位酶 E+08!+0G7,B0-,*283 ETM V’ W’ ? ’ # ’ I ’ 9 & ?
过氧化物酶 E310O)=283 EVZ V’ W’ 9 ’ 99 ’ 9 ’ # &&& ?
莽草酸脱氢酶 6+)P)-2*3 =3+C=10G3<283 6QX V’ W’ 9 ’ 9 ’ 9 ’ ?I && ?
95?中,其基因型频率为 8(D(!!@),E(D(!%@),G(D(@DD);在其它居群
中其基因型频率为 8(D(DDD),E(D(@DD),G(D(@DD)。此外,)6’的酶谱上出现了多条带
的现象,有 1条带(图版 ’:@),可能是出现了重复位点,也可能是由于多倍体所致。望
天树不同群体变异水平的几个指标列于表 0。由表 0可见,望天树居群的遗传多样性水平
极低。多态位点比率 ! 为 &(!@ / !(@DA(平均为 &(#!A),等位基因平均数 为 (D& /
(0(平均为 (D%),平均期望杂合度 #$ 为 D(D0! / D(D@1(平均为 D(D0@),平均观测杂合
度 #% 为 D(D&0。)*+ , 位点的固定指数 & H , ,-.位点的固定指数 & H 。各居群内所
有 )*+ , 位点均为杂合体,其余位点均为纯合体。
表 0 望天树居群的遗传变异指标
B9?I. 0 6.J.:序号
FMQ
居群
)M7NI9:-.9J O9+7I.
O EO !D(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0!
! SC #(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0!
0 FO @(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0@
1 T7 1(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0!
@ 8+ D(D (D& &(!@ D(D&0 D(D00
& -* !@(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0!
% S5 !1(D (D& &(!@ D(D&0 D(D0!
# BC !%(D (0 !(@D D(D&0 D(D@1
F7 !D(D (0 &(!@ D(D&0 D(D1D D -R(D (D& &(!@ D(D&0 D(D00
6U $(D (D& &(!@ D(D&0 D(D00
平均值 -.9J (D% &(#! D(D&0 D(D0@
! 8 IMKNO !! WJ?<9O.2 .O:<+9:.(O.. F.<,%位点的 !#和!值均为 &,表明此位 点全为纯合体。’() * &位点的 !#和 !值均为负值,且接近 * &,表明此位点杂合体严重
过量。群体间的基因分化系数 %# + ,,-,,即在总的遗传变异中,有 -,.的变异存在于 群体间。根据各居群基因频率算出各居群间的遗传一致度大小,/0,1居群、23,4居群和 其它居群间的  值为 ,445,其它居群间的  值均为 &,,,,/0,1居群和 23,4居群间的  值为 ,44-。这说明遗传分化主要存在于 /0,1居群和 23,4居群之间,以及它们和其它居 群之间。根据居群间的遗传一致度和遗传距离,按照 2%6(&451)的方法进行不加权平均 聚类分析,得出望天树 &&个居群的相似性聚类图,结果见图 &,除 /0,1居群和 23,4居群 外,其余 4个居群几乎完全一致,/0,1居群、23,4居群和其它 &,个居群略有差异。即滇 南和滇东南的望天树居群几乎没有差异,差异主要存在于它们和桂西南的居群之间,以及 桂西南的两个居群之间。此外,植物园栽培的 78&&居群也和滇南、滇东南的居群无异, 说明植物园原记录有误,其栽培的应都是从 勐腊引种来的后代。或由于采样的片面性所 致,可能完全采种于一株母树下。 表 # 望天树 !个多态位点的 9统计量 /:;<% # =>)):?0 @A ! * BC:C6BC6DB :C ! <@D6 E@D>B 9(F=) 9(F/) 9(=/)% &,,, &,,, !,G
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- 讨论
-& 繁育系统
基于等位酶资料,所有居群的 ’() * &位点均为杂合体,其固定指数(内繁育系数)
5&--期 李巧明等:龙脑香科植物望天树的居群遗传结构及分化
! ! #,可以看出,此位点上发生了杂合体的固定,可能是由于多倍体所致;也可能由
于居群内存在无融合生殖,望天树的种子存在多胚现象,也说明了这一点;而无融合生殖
往往是与多倍体植物联系在一起的(% !
:1:0* 9 :1:8=(平均为 :1:08),& ! :1:70。大大低于 234(/5&等(#)<))报告的热带物种 (包括热带草本分类群)的  值 0*16;,% 值 :1#:);热带特有种的 值 #<16;,)。植物地理研究表明,望天树可能直接和间接
地起源于马来西亚的祖先类群(朱华,!%),望天树可以认为是龙脑香科在东南亚分布
的北缘成分。在该种的进化历史上,望天树在其向北、向海拔较高地带迁移的过程中,曾
发生过群体的急剧减小,从而导致严重的瓶颈效应(&’(()*+*,- *..*,(),丢失了许多等位基
因,遗传变异大量丧失;但此后望天树的残遗群体又遇到适宜的环境条件而逐渐扩大了其
分布范围,只是其遗传多样性仍保持在极低的水平上(! / 010%#)。广布于北美的脂松 (!#% &’%#(%))也具有相似的进化历史,并得到了相似的结果(! / 01!!!)(2))*+3’4.等,
!#西!)曾用聚丙烯酰胺凝胶电泳对勐腊、河口、田阳的望天树进行了过氧化
物酶、酸性磷酸酶的研究,认为田阳和河口的样品无差异,而与勐腊样品有差异。但仅限
于生化表型的定性描述,即谱带多少和迁移率的描述,没有按 5*+3*)定律分析其谱带背
后的遗传本质。加之,多为个别取样,而不是居群取样,来自不同类群的电泳资料直接进
行比较,如简单地计算谱带数目、迁移率等等,这种做法不仅从生化角度上看是有缺陷
的,而且会丢失电泳方法中同源性比较和基因频率定量分析的许多优点(6’(()7*&,!88)。
91: 分类上的证据
稳定的形态变异是有遗传学基础的、能够反映到基因水平的检测。曾根据形态上的差
异把滇东南和桂西南的望天树做为滇南望天树( !)&)%*(&’) +*#’#%%)的变种处理( ! ,
+*#’#%% ;<4 , -)#-.’#%% 和 ! , +*#’#%% ;<4 , *’/(’#%%),后又合并为一个种 ! , +*#’#%%,
并订名为 0 , 1)#-2)#%*)019018!1000991 用同工酶定量分析林木群体变异和分化的方法〔%〕 西南林学院学报,!(!):#&—’ 葛颂,王海群,张灿明等,!( ) 八面山银杉林的遗传多样性和群体分化〔%〕) 植物学报,!(*):+,,—+(! 郭玲,许再富,!+ ) 望天树的同工酶分析及其遗传多样性鉴别 ) 见:《主要珍稀濒危树种繁殖技术》编辑委员会编,主 要珍稀濒危树种繁殖技术〔-〕) 北京:中国林业出版社,!’&—!!’ 李巧明,许再富,+’’! ) 版纳青梅居群的遗传多样性和群体分化〔%〕) 云南植物研究,#(+):+’!—+’# 擎天树协作组,!(( ) 广西珍贵树种擎天树〔%〕) 植物分类学报,%(+):++—*’
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O6J<2@FE64 B343FED=,?7335E4M @45 B343FED P3=6<7D3=〔-〕) K<45372@45,/1:KE4@<37,1==6DE@F3=,X4D),&&—,&
>6T323== / R,U@I7EDA % >,!#& ) LD626MED@2 53F37IE4@4F= 68 M343FED =F7>6T323== / R,!+ ) X=6GHI3 T@7E@FE64 E4 F76JED@2 F733=:O@FF374= 68 M343FED 67M@4EG@FE64〔%〕) 67 8*,,(:,(—&
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’+* 云 南 植 物 研 究 +*卷
孔圆,未经处理的花粉孔膜外凸,故极面观形成多角形,但花粉外壁表面的小刺与党参和
川党参花粉的刺几乎一样。风铃草属花粉粒很特殊,极面观近圆三角形,具 !孔,孔膜突
出。花粉外壁表面的刺不仅锐利而且很粗,刺长达 ! #!。在刺与刺之
间的表面具有很密集的颗粒。易于与其它属的花粉相区别。
〔参 考 文 献〕
王伏雄,钱南芬,张玉龙等,&’’( ) 中国植物花粉形态(第 %版)〔*〕) 北京:科学出版社,&&%—&&#
额尔特曼 +)(王伏雄等译),&’,% ) 花粉形态与植物分类〔*〕) 北京:科学出版社,(!—(#
-./01 2 3,&’(% ) 456670 8659/ 5: 2/;/?;50/6 2/;图版说明 !#%’+,
图版 & ! 党参 !#-&.*I6;A)(J!+/01,.*
3H;FF
图版 # &小花党参 ! + /’01*,.3H;FF2(2)(*03* K.9L);# ,桔梗 4(*,50#1#’6(1)/(M/GN))O)
E3);( J风铃草 !*/%*)(* /3#’)/ P) ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 〔上接 !%Q页〕 图版说明 图版 R 望天树的酶谱式样 &  !) %个多态位点 41 S &,*7(在 2CQJ居群中)的酶谱式样;# J) (个单态位点
(*7,41; S &,41; S %,+,FT,UVT S &,UVT S %,8=F)的酶谱式样。
!#%’+
-7B ;0 ?H7 BF7G;7B 5: 4*1*&.13* 0.’3&’&:& !) D/0T;01 F/??790B /? ?H7 % F56C59FH;G65G;41
S &,*7(;0 F5F.6/?;50 2CQJ);# J) D/0T;01 F/??790B /? ?H7 ( 50559FH;G 65G;(*7,41; S &,41; S %,+,FT,UVT S &,UVT S %,
8=F))
J!! 云 南 植 物 研 究 %!卷

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