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香合欢(Albizia odoratissia(Linn.f)Benth)为豆科(Leguminosae)含羞草亚科(Mimosaceae)合欢属(Albizia Durazz)常绿大乔木,在中国福建、广东、广西、贵州、云南、四川、海南等省(自治区)均有分布,其生长迅速,材质优良,天然更新能力强,是具有良好发展潜力的高价值造林树种。本研究以广西和海南的香合欢天然群体为材料,利用自主开发的香合欢EST-SSR分子标记,分析估算各群体的遗传多样性参数。在此基础上,对不同地理模式下香合欢的遗传多样性和遗传结构进行评价;结合天然群体子代材料对其遗传多样性动态变化趋势进行了研究,同时通过对比天然群体材料与无性系种子园建园材料,探讨遗传改良的选择过程对遗传多样性的影响。主要研究结果如下:
1.在物种水平上,用16对引物对广西和海南2个群体的10个亚群体共280份香合欢天然群体材料进行扩增,共检测出52个等位基因,平均每对引物扩增出3.25条等位基因,多态性位点比率为100%。平均有效等位基因数(Ne)为2.36,平均Shannon信息指数(I)为0.91,平均Neis基因多样性(H)为0.54。表明香合欢天然群体具有较高的遗传多样性。
2.在群体水平上,广西香合欢群体(I=0.87,He=0.51)的遗传多样性高于海南群体(I=0.73,He=0.45)。在亚群体水平上,10个香合欢天然亚群体的有效等位基因(Ne)数在1.70~2.12之间,观测杂合度(Ho)的值在0.17~0.37之间,期望杂合度(He)的值在0.38~0.49之间,说明不同亚群体间的遗传多样性水平有所差异。其中,西林县亚群体(I=0.79,He=0.49)的遗传多样性最高,三亚亚群体(I=0.61,He=0.38)的遗传多样性最低。10个亚群体的固定指数(FIT)均大于0,表明各亚群体内均存在纯合体过剩,杂合体不足的现象。且每个亚群体均偏离Hardy-Weinberg平衡,其中澄碧湖亚群体(FIT=0.50)偏离平衡最远,西林县亚群体(FIT=0.31)最接近平衡。
3.香合欢总群体16个位点的基因分化系数(FST)的变化范围在0.04~0.32之间,平均值为0.20,表明有20%的遗传变异存在于不同的香合欢亚群体之间,80%的变异发生于亚群体内。不同位点的基因流(Nm)差异较大,其范围在0.53~6.48之间,平均为1.00。广西香合欢群体的基因流(Nm=2.07)高于海南香合欢群体(Nm=1.75),而基因差异分化系数(GST=0.16)低于海南香合欢群体(GST=0.05)说明海岛地理模式会对亚群体间的基因交流产生一定的阻碍。
4.对各亚群体体间的Neis遗传距离进行分析并以此为基础进行UPGMA聚类分析,发现10个香合欢亚群体间的遗传距离在0.07~0.43之间,其中遗传距离最短的为澄碧湖亚群体和田东县亚群体,最远的为田东县亚群体和鹦哥岭亚群体。10个亚群体可被分为2大类4小类,其中来自广西澄碧湖、田东县、田林县、西林县、隆林县和乐业县6个亚群体与来自海南尖峰岭、鹦哥岭、霸王岭、三亚的4个亚群体分别聚为一类。海南群体中霸王岭和尖峰岭亚群体聚为一类,鹦哥岭和三亚亚群体聚为一类,广西群体中澄碧湖亚群体和田东县亚群体首先聚为一支,然后依次与田林县亚群体、隆林县亚群体、西林县亚群体相聚,最后与乐业县亚群体相聚。
5.对香合欢亲本和子代的遗传多样性进行比较,结果表明广西子代的遗传多样性低于亲本,海南子代的遗传多样性略高于亲本。遗传多样性动态传递结果显示,香合欢天然群体在世代间表现出遗传多样性略有下降,遗传分化有所增强的趋势。对不同种源的子代个体的分子变异和表型变异进行分析,发现其变异主要发生在个体间。
6.对乐业县50株香合欢天然更新林材料的遗传多样性和遗传结构进行研究,结果表明,乐业县香合欢亚群体具有较高的遗传多样性(I=0.79,He=0.47),不同的香合欢个体间存在较高的遗传分化。对遗传距离进行聚类分析,发现50株香合欢材料可被分成2大类,说明50株个体很有可能是两株母树的后代,表明香合欢天然群体在林地更新过程中具有较强的扩张能力。
综上可以看出,不同地理模型下香合欢天然群体的遗传多样性有所差异,总体上陆地模型下香合欢的遗传多样性高于海岛模型,而亚群体间的遗传分化低于海岛模型。天然群体在世代间表现为遗传多样性降低遗传分化增强的趋势。
1.在物种水平上,用16对引物对广西和海南2个群体的10个亚群体共280份香合欢天然群体材料进行扩增,共检测出52个等位基因,平均每对引物扩增出3.25条等位基因,多态性位点比率为100%。平均有效等位基因数(Ne)为2.36,平均Shannon信息指数(I)为0.91,平均Neis基因多样性(H)为0.54。表明香合欢天然群体具有较高的遗传多样性。
2.在群体水平上,广西香合欢群体(I=0.87,He=0.51)的遗传多样性高于海南群体(I=0.73,He=0.45)。在亚群体水平上,10个香合欢天然亚群体的有效等位基因(Ne)数在1.70~2.12之间,观测杂合度(Ho)的值在0.17~0.37之间,期望杂合度(He)的值在0.38~0.49之间,说明不同亚群体间的遗传多样性水平有所差异。其中,西林县亚群体(I=0.79,He=0.49)的遗传多样性最高,三亚亚群体(I=0.61,He=0.38)的遗传多样性最低。10个亚群体的固定指数(FIT)均大于0,表明各亚群体内均存在纯合体过剩,杂合体不足的现象。且每个亚群体均偏离Hardy-Weinberg平衡,其中澄碧湖亚群体(FIT=0.50)偏离平衡最远,西林县亚群体(FIT=0.31)最接近平衡。
3.香合欢总群体16个位点的基因分化系数(FST)的变化范围在0.04~0.32之间,平均值为0.20,表明有20%的遗传变异存在于不同的香合欢亚群体之间,80%的变异发生于亚群体内。不同位点的基因流(Nm)差异较大,其范围在0.53~6.48之间,平均为1.00。广西香合欢群体的基因流(Nm=2.07)高于海南香合欢群体(Nm=1.75),而基因差异分化系数(GST=0.16)低于海南香合欢群体(GST=0.05)说明海岛地理模式会对亚群体间的基因交流产生一定的阻碍。
4.对各亚群体体间的Neis遗传距离进行分析并以此为基础进行UPGMA聚类分析,发现10个香合欢亚群体间的遗传距离在0.07~0.43之间,其中遗传距离最短的为澄碧湖亚群体和田东县亚群体,最远的为田东县亚群体和鹦哥岭亚群体。10个亚群体可被分为2大类4小类,其中来自广西澄碧湖、田东县、田林县、西林县、隆林县和乐业县6个亚群体与来自海南尖峰岭、鹦哥岭、霸王岭、三亚的4个亚群体分别聚为一类。海南群体中霸王岭和尖峰岭亚群体聚为一类,鹦哥岭和三亚亚群体聚为一类,广西群体中澄碧湖亚群体和田东县亚群体首先聚为一支,然后依次与田林县亚群体、隆林县亚群体、西林县亚群体相聚,最后与乐业县亚群体相聚。
5.对香合欢亲本和子代的遗传多样性进行比较,结果表明广西子代的遗传多样性低于亲本,海南子代的遗传多样性略高于亲本。遗传多样性动态传递结果显示,香合欢天然群体在世代间表现出遗传多样性略有下降,遗传分化有所增强的趋势。对不同种源的子代个体的分子变异和表型变异进行分析,发现其变异主要发生在个体间。
6.对乐业县50株香合欢天然更新林材料的遗传多样性和遗传结构进行研究,结果表明,乐业县香合欢亚群体具有较高的遗传多样性(I=0.79,He=0.47),不同的香合欢个体间存在较高的遗传分化。对遗传距离进行聚类分析,发现50株香合欢材料可被分成2大类,说明50株个体很有可能是两株母树的后代,表明香合欢天然群体在林地更新过程中具有较强的扩张能力。
综上可以看出,不同地理模型下香合欢天然群体的遗传多样性有所差异,总体上陆地模型下香合欢的遗传多样性高于海岛模型,而亚群体间的遗传分化低于海岛模型。天然群体在世代间表现为遗传多样性降低遗传分化增强的趋势。