赞比亚河流系统复杂,它拥有丰富和广泛的水体,主要有五个世界著名淡水生态区,被认为是非洲水生植物多样性最丰富的地区之一。河网系统通常会对水生植物居群遗传多样性及遗传结构产生重要影响,但在赞比亚河流系统中却缺乏相关的研究。赞比亚河流系统是非洲海菜花属(Ottelia)植物的主要分布区和物种形成中心。本研究以赞比亚境内广泛分布的水鳖科(Hydrocharitaceae)海菜花属水生植物O.ulvifolia为研究材料,采用微卫星(SSR)分子标记研究该物种的遗传多样性水平及居群遗传结构,探讨O.ulvifolia居群间的历史基因流,评估河流系统对赞比亚O.ulvifolia居群遗传分化的影响。本研究集中在赞比亚当前的三个主要淡水生态区:赞比西河上游漫滩(UZF)、Bangweulu-Mweru(BM)和Luangwa-Zambezi河中游(MLZ)。每个O.ulvifolia居群选取7-23个个体为代表,对其叶片进行了取样。利用10个SSR多态位点对18个O.ulvifolia居群的307个样品进行了基因分型。多重分析用于确定其遗传多样性,同时给出以下估计值:观察杂合度、预期杂合度、等位基因数和有效等位基因数、等位基因丰富度和私有等位基因;采用贝叶斯聚类、主成份分析(PCo A)和未加权算术平均聚类方法(UPGMA)等研究居群间的关系;本研究还进行了以下分析以评估遗传多样性的基本模式:地理距离与遗传距离的相关性、近期的瓶颈效应分析、基因流等;BARRIER软件用于检验河网和流域之间的遗传不连续性;最后,利用全新世中期和末次冰期气候资料对O.ulvifolia居群进行生态位模拟,以推断该种的冰期避难所,并预测该物种未来的适生生境。本研究的主要结果如下:(1)基于10个SSR分子标记对O.ulvifolia居群的研究结果发现其具有较高的遗传多样性水平(HE=0.425,NT=81,I=0.713,Ar=1.974),本研究认为生物因素,例如:有效的种子传播机制(水力)、居群大小(N)、寿命和繁殖策略(异交),(FIS=0.035),可能是该物种具有较高遗传多样性的主要原因。(2)STRUCTURE、UPGMA树和PCo A分析结果都显示O.ulvifolia具有两个明确的遗传簇(K=2);AMOVA结果显示73.70%的遗传分化(FST=0.263)存在于居群内部;Mantel检验显示地理距离与遗传距离没有明显的相关性(r=0.130,P=0.053)。基于这些研究结果,我们认为有限的长距离花粉传播可能是导致物种居群内部遗传变异高的主要原因。此外,性别等因素也可能会影响育种和授粉,从而导致物种的遗传分化。虽然O.ulvifolia是异交的、昆虫授粉和多年生的植物,但其不同的居群间中存在较高的分化,开花特性上的差异也可能是造成这一结果的原因之一。(3)在Bangweulu-Mweru和赞比亚中下生态区,仅有三个居群间存在基因流的潜在障碍。而对于其它居群来说,基因流相对较高(NM=0.120-1.571)。诸多因素,例如:复杂的河流系统、没有明显的物理屏障、在雨季存在广泛的易受常年洪水影响的洪泛平原等使得赞比亚FEOWs湿地间具有较大的连通性,这可能是导致流域间存在较大的基因流,从而显著减缓了遗传分化。(4)物种分布模拟(SDM)结果表明,O.ulvifolia曾在非洲广泛分布,在南北半球都具有较高的适生性。本研究的结果还表明末次冰期(LGM)之后其物种分布范围存在收缩,在非洲南部和西部有一些潜在的避难所;未来,O.ulvifolia的适生生境有可能比目前范围要大。总之,本研究揭示了O.ulvifolia在赞比亚存在较高的遗传多样性水平,为了解本物种的遗传多样性及分化提供了资料。居群间较高水平的基因流可能归因于昆虫的长距离传播种子及赞比亚漫滩地区的常年洪水;此外,花的特性对O.ulvifolia的居群遗传结构的形成起着重要的作用;然而,赞比亚的复杂的河流系统和连接给O.ulvifolia居群间的连通提供了条件,再加上足够的花粉和种子扩散,导致了居群间存在高的基因流,因此本研究中出现了中到低程度的居群遗传分化;最后,SDM的结果显示了冰川扩张的证据,并表明该种在热带非洲的基因流明显较高。据此,我们建议对这些孤立的居群给予关注,并积极探索可能导致O.ulvifolia物种形成的因素,并制定对该种的切实有效的保护和管理措施。