【摘 要】
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全球气候变化以及人类干扰改变了各个空间尺度上生物群落的组成,引发了一系列生态连锁效应,导致生态系统功能受到严重影响。因此,生物多样性与生态系统功能关系的研究逐渐成为生态学研究的热点之一,并在过去的20年中取得累累硕果,证实了生物多样性的丧失不仅会严重影响生态系统的资源与能量利用效率,还会影响群落或者生态系统的稳定性,并且这种影响远远超过其他环境因素的影响。但以往的研究大多集中在物种多样性水平,忽略
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全球气候变化以及人类干扰改变了各个空间尺度上生物群落的组成,引发了一系列生态连锁效应,导致生态系统功能受到严重影响。因此,生物多样性与生态系统功能关系的研究逐渐成为生态学研究的热点之一,并在过去的20年中取得累累硕果,证实了生物多样性的丧失不仅会严重影响生态系统的资源与能量利用效率,还会影响群落或者生态系统的稳定性,并且这种影响远远超过其他环境因素的影响。但以往的研究大多集中在物种多样性水平,忽略了基于遗传的个体间差异对生态系统功能的影响,而群落的优势种或关键种的遗传多样性对生态系统功能的影响可能是决定性的。物种多样性与遗传多样性对生态系统功能的影响并不总是平行的,二者并不能相互取代,其作用机制也并不一定完全一致。因此,遗传多样性与生态系统功能的研究不容忽视。本研究以崇明东滩本土优势种芦苇为研究对象,首先通过分子标记了解其遗传多样性以及空间遗传结构,探究芦苇种群的更新以及维持机制。同时通过野外控制实验,了解芦苇克隆多样性(基因型丰富度)对其生态系统功能的影响,为芦苇种群的恢复提供参考和借鉴。主要研究结果与结论如下:1、采用生物素链霉亲和捕获法开发芦苇微卫星引物,成功筛选出6个多态性位点。采用生物素链霉亲和捕获法建立芦苇微卫星文库,共设计38对引物,经筛选有6对引物具有较高的多态性。将这6对多态性引物应用于3个芦苇种群进行遗传多样性分析,共发现等位基因4-22个,平均每个位点的等位基因数为11.6,等位基因表型多态为5-42,观察杂合度为0.208-1.000,期望杂合度为0.490-0.881。2、分布于崇明东滩高潮位的芦苇具有较高的遗传多样性。本研究采用8对芦苇微卫星序列,对827个分布于崇明东滩高潮位的芦苇分株进行遗传分析,共发现80个等位基因,单位点等位基因数为6-15个,平均每个位点等位基因数为10,平均观察杂合度为0.837,平均期望杂合度为0.776。3、从北到南,分布于崇明东滩高潮位的芦苇具有不同的克隆丰富度及克隆结构。在崇明东滩高潮位,从北到南间隔设置了 7个20m × 20m的样方,样方内间隔2m采集一个分株,采用微卫星分子标记分析比较各个釆样点芦苇的克隆丰富度以及克隆结构。结果共发现104个芦苇克隆基株,并且采样点之间克隆多样性差异较大。最北部A点克隆多样性最低,只有4个克隆,平均每个克隆有30.25个分株;最南部的G点最高,有43个克隆,平均每个克隆有2.97个分株。处于放牧区的E、F点分别有11和9个克隆,均由大克隆占据。芦苇克隆多样性与土壤N含量负相关,这可能是由于土壤N含量越高,芦苇克隆越大,导致在一定范围内仅有几个大克隆分布,间接导致该区域内克隆多样性降低。芦苇的克隆生长影响了其空间遗传结构,在分株水平上均存在显著的空间自相关,克隆丰富度最高的G点相关系数最低。在基株水平上,最南部的G点存在显著空间自相关,4m范围内的基株遗传相关性大于期望值。4、不同采样点间的芦苇基株遗传分化小,发现共享克隆,说明采样点之间有克隆片段的扩散。不同采样点之间的遗传分化系数(FST)较小,为0.005-0.028。基于个体间遗传距离的主坐标分析(Principal Coordinate Analysis)发现,同一个采样点的个体并不聚集在一起,不同样点的个体混杂分布,说明它们之间遗传分化较小。不同采样点之间有克隆片段的扩散,其中C-4与D-3为相同克隆,B-15、C-7以及E-1为相同克隆。5、基因型以及基因型丰富度均对芦苇地上生物量以及密度产生显著影响,整个实验过程中特定基因型的作用显著,基因型丰富度仅在第二年作用显著。2011年6月至2012年6月期间,基因型丰富度对地上生物量以及密度影响均不显著,基因型A、C和E作用显著,为取样效应(Sampling effect);而在2012年8月至2012年12月,基因型丰富度开始对芦苇地上生物量以及密度产生显著作用。2012年8月地上生物量出现超产效应,2012年10月密度出现超产效应,说明基因型之间出现互补效应(Complementary effect)。在第3年,基因型丰富度影响不再显著,可能是由于基因型间的竞争激烈,竞争能力强的基因型在实验后期起主要作用。基因型丰富度对开花数量、开花率以及地下生物量(30cm)影响均不显著,基因型对这些指标影响显著。时间以及时间与基因型的互作对地上生物量、密度影响显著,时间与基因型丰富度的互作对各个生态指标均没有影响。
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