竹亚科各属命名种遗传多样性的ISSR分析及园林应用研究

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本研究以福建农林大学百竹园中竹亚科的30个属命名种为研究对象,从DNA多态性分析的ISSR分子标记方法着手,利用DNA分子标记技术系统的研究遗传背景十分复杂的竹子种质资源,对其遗传多样性、亲缘关系进行研究,开展种质资源的分子鉴定,并建立有效的DNA指纹图谱,同时研究竹子在园林上的应用。采用ISSR分子标记技术,对我国竹亚科30个属的命名种即:绿竹、短穗竹、业平竹、箬竹、寒竹、慈竹、牡竹、大节竹、瓜多竹、唐竹、酸竹、巨竹、矢竹、少穗竹、簕竹、刚竹、茶秆竹、梨竹、思劳竹、泰竹、泡竹、单枝竹、空竹、巴山木竹、镰序竹、倭竹、大明竹、箭竹、玉山竹、赤竹进行遗传多样性分析。实验研究竹亚科植物的DNA提取方法,研究竹类植物普遍适用的ISSR-PCR反应体系进行优化,筛选出18条条带清晰和稳定性较好的引物,使用Popgene32软件进行遗传多样性分析,获得遗传相似度和遗传距离的信息。用SPSS13.0软件,得出了30个竹种的ISSR树状聚类图。本实验得到结论如下:(1)采用单因素多水平梯度筛选法进行实验设计,对Mg2+、模板DNA、TaqDNA聚合酶、dNTPs、引物这5种因素进行体系优化,建立竹亚科30个属命名种的ISSR-PCR扩增体系,即20μl反应体系中模板DNA40ng,引物0.6μmol·L-1,TaqDNA聚合酶1.0U,Mg2+2.5mmol/L,dNTPs0.25mmol·L-1,1×buffer;并通过实验筛选得出相应引物的最佳退火温度。(2)从100条的ISSR随机引物中筛选出18条能够扩增出清晰的特异性条带的引物,对30个命名种进行遗传多样性的分析,一共扩增出253个清晰的位点,其中多态性位点有253个,占总位点的100%;每个引物平均扩增出14个位点,而多态性位点百分比都为100%。(3)30个竹种的多态性百分比变化范围在23.72%~44.27%之间。PPB最大的是箭竹,PPB最小的是绿竹,说明这两个群体间的适应能力差异性较大。其它竹种的多态性也都较高,30个竹种的遗传基础范围广,遗传多样性较丰富。(4)30个竹种的观测等位基因数(Na)为2.0000个,有效等位基因数(Ne)为1.5756个,Nei’s基因多样性指数(h)为0.3437,Shannon多样性指数(I)为0.5178,多态位点百分率(PPB,%)为100%,多态位点有253个,同时30个竹种间的遗传多样性Ht=0.3463。说明30个竹种的遗传多样性还是相当丰富,这为竹类植物多样性提供了分子基础。(5)利用软件Popgene32软件,分析30个命名种的遗传距离在之间0.104~0.6207,平均为0.4414,遗传距离最大0.6207,在9号瓜多竹和27号大明竹之间;遗传距离最小的是0.104,在28号箭竹和29玉山竹之间。(6)采用的DNA聚类分析结果和传统的分类很多地方比较吻合,在这次试验研究的竹种中,如传统分类中的刚竹亚族的竹种大节竹、唐竹、短穗竹、刚竹,具有较近亲缘关系,都聚集在第六组分类中;而且牡竹族的倭竹、业平竹、寒竹也都集中于第六组分类中;而遗传传距离最小的箭竹、玉山竹种也同时出现在第五组中;传统分类中的倭竹亚族:业平竹和寒竹也在实验结果出现于倭竹亚族中;梨竹族的竹种也集中在第二和第五组。该实验结果和传统分类结果基本吻合,由此可见,DNA分子标记用于分析竹种间的亲缘关系和遗传多样性,具有较高的精确性和可靠性,同时可以作为竹子分类的参考依据。(7)本实验使用的18个引物,即UBC810、UBC811、UBC825、UBC827、UBC835、UBC836、UBC841和UBC857引物都能独立构建基于ISSR-PCR30个属命名种的数字指纹识别码。(8)采用传统的方法分类,主要根据竹子外部显著的形态特征,采用二歧归类方法进行分类和命名,通俗易懂,直观,具有普遍适用性,产生时间较早。ISSR分子标记是一种完全不同于传统分类的方法,揭示30个竹种的内在联系,全面反映了竹种间遗传多样性。而且学术性强,针对性强,适用群体单一,分类的可靠性和准确性较高。ISSR分子标记分类法是一种新的识别技术手段,为竹子的研究开辟了新的道路。(9)本实验通过对竹子在园林造景方面的研究,从遗传多样性、美学特征、空间关系、运用形式、角色扮演、城市绿地等方面进行分析,将传统的造园“因地制宜,师法自然”的思想和现代的“生态、低碳”的设计理念巧妙的结合,注重因境置竹和生物多样性保护,扩宽竹子造景的视野,为竹子的园林运用开辟了新的途径。但是当前还需积极探索新的设计思想和造景手法,竹子造景要进一步发展,还是任重而道远的。
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