长江中下游江湖体系中三种水生植物的遗传结构及基因流研究

来源 :中国科学院武汉植物园 | 被引量 : 0次 | 上传用户:khalista7
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长江中下游地区的中国湖泊湿地最为集中,河湖一体的生态系统为众多物种赖以生存的生境系统。近一个世纪来,由于污染、富营养化和江湖分隔的日益加重,这一区域的生态环境和生物多样性遭到了严重的破坏。遗传多样性是生物多样性的基础,物种的生活史和繁育方式对其具有重要影响。经过广泛的野外调查,本文选取长江中下游区域三种不同生活史和繁育方式的植物(水车前、竹叶眼子菜和粗梗水蕨)进行了遗传多样性和基因流的研究,主要结果如下:   1.水车前(Ottelia alismoides(L.)Pers.)在我国是易危沉水植物,不能进行克隆生长,种群延续仅依靠种子繁殖,在长江中下游区域为一年生。利用ISSR标记对来源于长江中下游湖泊中的11个水车前种群进行了遗传变异和居群结构分析。11条引物共产生130条清晰可辨的条带,其中57条(43.9%)是多态的。在居群水平上水车前展示出很低的遗传多样性(Pp=13.0%,HE=0.042,I=0.063),这主要是由该物种短的生活史及繁育系统中高水平的自交造成的。通过几种不同方法所计算的F-统计量都一致的表明居群之间有大的遗传分化(大于总遗传变异的55%),这主要是由高的自交、受限的基因流和遗传漂变造成。从贝叶斯方法的FST和共祖模拟分析的F值所计算的基因流都表明居群之间的基因交流很小(Nm=0.180,M=0.190)。由于生境的隔离及受环境变化的巨大影响,在水车前居群中遗传漂变比基因流对遗传结构的影响更大。依据以上结果,作者探讨了该物种的原地及迁地保护策略。   2.竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus Miq.)多年生沉水草本,是长江中下游许多湖泊中沉水植被中的优势种和建群种,种群的扩大主要依靠匍匐枝的克隆繁殖,同时可以进行种子繁殖。使用ISSR标记对来源于长江中下游10个湖泊中的10个竹叶眼子菜居群进行了遗传变异分析。12条引物共得到166条清晰条带,其中117条(70.5%)为多态带。与相同生境及分布范围的水生植物相比,竹叶眼子菜显示出中等物种水平的遗传多样性(PP=70.5%,HE=0.163,I=0.255),这主要是由其既可以进行有性又可以进行无性生殖的繁育方式及其生境历史上的连续性所致。通过几种不同方法所计算的F-统计量都一致的表明居群之间约有20%的遗传变异。通过贝叶斯方法FST和共祖模拟分析的F值所估算的基因流都表明基因流比遗传漂变对目前居群结构的形成起到更重要的作用(Nm=1.131,M=1.098)。对居群之间基因流迁移模式进行检测发现,竹叶眼子菜的居群内的遗传多样性没有表现出往长江下游增加的趋势。在整个物种水平上高的连锁不平衡说明meta.居群模式可能对其遗传结构起到影响。还发现两维脚踏石模式很适合竹叶眼子菜居群之间迁移,这暗示了鸟类可能对不同湖泊间基因交流有重要的媒介作用。   3.粗梗水蕨(Ceratopteris pteridoides(Hook.)Hieron),一年生漂浮蕨类,也可以固着生长,可以进行有性孢子繁殖和无性克隆繁殖,为濒危植物。利用AFLP标记对来自于长江中下游区域湖泊、池塘和稻田三种生境的共八个粗梗水蕨居群做了遗传变异和克隆多样性分析。结果显示粗梗水蕨具有较低的遗传多样性水平(在居群水平上,Pp=17.4%,HE=0.039和I=0.063;物种水平上,Pp=44.5%,HE=0.133和I=0.199),其中稻田中的居群遗传多样性普遍偏低,可能是由于其环境中多次的瓶颈效应引起。粗梗水蕨的克隆多样性比较高(PD=0.753;D=0.992),与其它两种生境相比,分布于鱼塘中的居群均表现出较小的克隆多样性。居群之间具有高的遗传分化(GST=0.707),AMOVA分析表明有72.30%的遗传变异分布于居群间。UPGMA聚类分析和PCA分析进一步展示了这种高的遗传分化主要来源于两个来自于稻田的居群与其它六个居群之间。这种居群间高的遗传分化可能是由于粗梗水蕨可以进行近交及其后的奠基者效应所引起。   综合以上研究,相比多年生植物,一年生水生植物表现出低的居群内遗传多样性和高的居群间遗传分化,这暗示长江中下游区域的生态环境恶化及人为干扰已经导致一年生物种的生境片断化并产生了遗传侵蚀。
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