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云南红豆杉(Taxusyunnanensis)是红豆杉科(Taxaceae)红豆杉属(Taxus)第三纪古老物种,国家一级重点保护植物,因其含有有效天然抗癌物质“紫杉醇”而著称。近年来由于人类大肆砍伐云南红豆杉生产紫杉醇,致使极度濒危的云南红豆杉生境片断化日益严重。云南红豆杉急需有效可行的保护策略。然而,目前对云南红豆杉保护遗传学方面的研究较少。本文用11对多态性微卫星引物对云南红豆杉14个天然居群进行了谱系地理学和生境片断化对其交配系统的影响研究;对云南红豆杉2个天然居群进行了空间遗传结构研究;对云南红豆杉14个天然居群和9个人工居群进行了遗传多样性和遗传结构比较研究,基于研究结果提出了云南红豆杉的保护策略。主要研究成果如下: 1.云南红豆杉天然居群谱系地理学和生境片断化对其交配系统的影响 第三纪晚期青藏高原的隆升造成的复杂地形和生境异质化对云南红豆杉这一古老濒危物种居群间的遗传结构有何影响?人类大肆砍伐云南红豆杉生产天然有效抗癌物质紫杉醇已造成其生境片断化,导致现存居群小而孤立,那么生境片断化对云南红豆杉的遗传多样性和遗传分化有何影响?这两方面的研究目前尚未有报道。为了解濒危植物云南红豆杉的谱系地理和生境片断化对其遗传影响,我们对分布在中国的14个天然居群,共288个样本,进行了11个多态性微卫星位点的分型检测。结果表明,14个天然居群形成了2个有明显差异的分组,这可能是由于历史冰期青藏高原的隆升形成的地理分隔和生境异质化导致它们彼此隔离,独立进化;或者这两个分组代表了更新世冰期的两个避难所。此外,生境片断化导致居群发生了瓶颈效应,近亲交配(FIS=0.245)及居群间遗传分化高(FST=0.196)。因此,应对这两个显著进化单元进行就地和迁地保护,同时进行居群间的人工基因交流和对其传粉系统进行深入研究。 2.云南红豆杉2个天然居群的空间遗传结构 濒危植物云南红豆杉是雌雄异株植物,主要通过风来传播花粉。利用11个多态性微卫星标记对分布于中国的2个不同密度的云南红豆杉天然居群进行空间遗传结构研究。结果证明:两个居群都存在明显的空间遗传结构,相对较高密度居群的遗传块直径大约是27米,而相对较低密度居群的遗传块直径是58米,较低密度居群基因扩散距离大约是较高密度居群的2倍。2个居群空间遗传结构的存在可能是由于种子和花粉的扩散能力有限,导致近亲交配所致。本结果提示,对天然居群进行保护时,在同等居群面积条件下,应优先选择保护遗传块更多的居群。 3.云南红豆杉天然居群和人工居群遗传多样性和遗传结构比较分析 云南红豆杉是一种濒危植物,因含天然有效抗癌物质紫杉醇而著称。为了评估中国境内云南红豆杉迁地保护的有效性,利用11个多态性微卫星标记,对9个人工居群和14个天然居群进行了遗传多样性和遗传结构的比较研究,以探索人工居群是否完全保护了天然居群的遗传信息。14个天然居群中,3个来源于青藏高原南部,其余11个来源于横断山区。结果显示:人工居群的遗传多样性略低于天然居群,但两者不存在显著差异。然而,在人工居群和天然居群中分别检测到23个和14个特有等位基因;同时显著的遗传分化存在于人工居群和天然居群之间(GST=0.365)。STRUCTURE、AMOVA和聚类分析都支持7个人工居群和14个天然居群聚为两个不同组;只有来自于横断山区中南部的5个天然居群的遗传信息为2个人工居群所代表。人工居群与天然居群之间明显遗传分化和各自存在特有等位基因可能是由于人工居群建立时不均一采样所导致。我们的研究表明云南红豆杉人工居群没有有效地保护天然居群的遗传信息。 4.云南红豆杉保护策略 综合上述研究结果,应采取就地保护、迁地保护、回归保护等综合保护措施,对云南红豆杉进行有效保护。在就地保护时,为了最大限度保护其遗传多样性,应优先保护那些遗传多样性高的居群和具有特有等位基因型的个体,本研究中所确定的两个显著进化单元Group1和Group2,含有不同遗传块相对较多的居群Ⅰ,含有最高特有等位基因的宁蒗天然居群、含有较高等位基因丰富度和较多专有等位基因的丘北和马关人工居群,及具有23个特有等位基因人工居群中的样本应优先就地保护。采集天然居群和人工居群中不同的常见、特有、专有、罕见等位基因个体的种子进行异地繁殖和种子保藏。建立人工居群时,种子繁殖优于扦插繁殖,应注重居群中雌雄树比例,人工居群应建立在自然或半自然的环境中,并注重病虫害防治。此外,由于居群间遗传差异较大,通过人工促进不同居群间的基因交流,这将有助于避免云南红豆杉遗传多样性的进一步减少,增加分子变异,以提高云南红豆杉对未来环境变化的适应能力。