中國白刺屬植物微觀結(jié)構(gòu)與分子系統(tǒng)研究.pdf

1、白刺屬植物是荒漠生態(tài)系統(tǒng)中的重要建群樹種，具有顯著的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。我國蘊(yùn)藏著豐富的白刺種質(zhì)資源，也是現(xiàn)代白刺分布和演化的中心之一。白刺屬植物在生態(tài)建設(shè)和科學(xué)研究等方面的重要價值日益受到人們的關(guān)注和重視。
　　本研究從甘肅、青海、新疆等地共采集到我國分布的白刺屬7種植物，包括：唐古特白刺（N.tangutorum Bobr）、齒葉白刺（N.roborowskii Kom）、西伯利亞白刺（N.sibirica Pall）、泡果白

2、刺（N.sphaerocarpa Maxim）、毛瓣白刺（N.praevisa Bobr）、鹽生白刺（N.schoberi）和帕米爾白刺（N.pamirica Vas），并對這7種白刺植物進(jìn)行了葉部和莖部的超微結(jié)構(gòu)觀察分析、主要次生代謝產(chǎn)物的測定和比較分析、基于AFLP分子標(biāo)記的種間遺傳多樣性和親緣關(guān)系分析，以及基于葉綠體和核基因ITS片斷的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究。經(jīng)過全面的采樣和合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作，對所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，得出結(jié)論

3、如下：
　　1.從電鏡觀察結(jié)果看，白刺屬植物具有典型的旱生特性。
　　從葉部掃描電鏡觀察結(jié)果可以看出，7種白刺在結(jié)構(gòu)上總體體現(xiàn)了旱生植物的特點(diǎn)，但各個種之間某些特征又相對比較獨(dú)特。它們的共同特點(diǎn)是：具有較厚的角質(zhì)層，葉片正反面有或多或少的臘質(zhì)表皮毛；葉表面氣孔密度較大，向內(nèi)凹陷成孔下室，且周圍有蠟質(zhì)顆粒；有較發(fā)達(dá)的柵欄組織和維管束；葉肉細(xì)胞內(nèi)有白色晶體狀物質(zhì)。從莖端超微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果可以看出，這7種白刺都表現(xiàn)出明顯的旱生特征。

4、如莖表皮上有皮孔和表皮毛。薄壁組織發(fā)達(dá)，細(xì)胞腔較大，細(xì)胞壁較厚，細(xì)胞內(nèi)有蠟質(zhì)晶體顆?；蚪z狀填充物出現(xiàn)。細(xì)胞內(nèi)含有大量晶體填充物，對增強(qiáng)其抗萎焉能力、發(fā)揮支撐作用有重要意義。
　　對唐古特白刺、齒葉白刺、西伯利亞白刺、泡果白刺、毛瓣白刺等5種白刺的葉或莖部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了透射電鏡觀察分析，其共同特征為：葉綠體內(nèi)基粒完整，液泡膨大，多為雙層膜結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)多高密度電子致密物質(zhì)，并含有較多的鋨酸滴。莖部透射電鏡觀察結(jié)果表明，白刺莖表皮細(xì)胞內(nèi)都含

5、有數(shù)目較多的葉綠體，葉綠體片層結(jié)構(gòu)明顯，嗜鋨滴較多。表皮中大薄壁細(xì)胞中有高電子密度物質(zhì)存在，不同細(xì)胞中電子密度不同，與葉片類似。
　　2.從主要次生代謝產(chǎn)物成分測定結(jié)果看，白刺屬植物這些成分之間差異明顯，有較好的開發(fā)利用前景。
　　從測定結(jié)果上看，7種白刺屬植物葉片中脯氨酸含量是霸王的4～16倍，依據(jù)脯氨酸含量多少的排列順序是：唐古特白刺>鹽生白刺>泡果白刺>西伯利亞白刺>齒葉白刺>毛瓣白刺>帕米爾白刺。葉片中生物堿含量是霸

6、王的4～6倍，從總生物堿的含量上看，7種白刺之間的差異不顯著。依據(jù)生物堿含量多少的排列順序是：唐古特白刺>泡果白刺>鹽生白刺>西伯利亞白刺>帕米爾白刺>毛瓣白刺>齒葉白刺。白刺屬植物葉片中黃酮的含量相對較高，顯著高于另外幾種成分的含量。從數(shù)量上比較而言，泡果白刺的黃酮含量最高，唐古特白刺的次之，而毛瓣白刺的含量最低。
　　3.鹽生白刺葉部和莖部無機(jī)元素的含量分析
　　一般而言，不同種之間不同營養(yǎng)成分含量差異顯著。在鹽生白刺葉

7、片橫斷面中，其無機(jī)離子以氧的含量最高，最低的為Mg，其余元素含量高低順序?yàn)镺>Na> Ca> P>Cl>Si>Mg。葉片細(xì)胞中絲狀物元素中含量最高的是O，最低的為 Mg，其余元素含量高低順序?yàn)镃a> C>K Na>Si，其中Ca離子、K離子和Na離子含量大幅度提高。在莖斷面韌皮部薄壁細(xì)胞元素含量高低順序?yàn)镺>C> K>Na> Cl>Ca> Si>Mg，其中C、O含量較高，K離子和Na離子含量大幅度提高。
　　4.利用AFLP分子標(biāo)

8、記技術(shù)成功地將白刺屬7個種分為三個分支
　　本研究采用AFLP技術(shù)對21份白刺屬植物進(jìn)行分子標(biāo)記分析，并獲得了數(shù)目較多的有效多態(tài)性條帶，通過AFLP圖譜分析可以獲得較為理想的分辨效果，能較好地把7個種予以區(qū)分開來。共用8對引物組合對白刺屬的7個種各3份樣本共21份植物樣本和1份霸王樣本進(jìn)行了AFLP分析，共獲得清晰可靠的DNA譜帶6245條，其中多態(tài)性條帶1327條，多態(tài)位點(diǎn)百分比為21.24％，結(jié)果表明白刺屬內(nèi)種間存在較為豐富的

9、遺傳多樣性。計(jì)算了22個樣本間的相似系數(shù)F，其變化范圍在0.31~0.74之間，平均相似系數(shù)為0.57。UPGMA方法對8個種（7種白刺加1種霸王）相似系數(shù)進(jìn)行聚類分析。得到聚類結(jié)果。聚類結(jié)果顯示唐古特白刺和齒葉白刺、西伯利亞白刺和鹽生白刺分別較好地聚在一起，表明他們之間的親緣關(guān)系相對較近。而泡果白刺和帕米爾白刺分別聚在系統(tǒng)樹的較遠(yuǎn)的位置，說明它們與其他種的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。
　　5.用于構(gòu)建白刺屬種間系統(tǒng)發(fā)育樹的序列psbA-trn

10、 H、trnS-trnG和核ITS
　　經(jīng)過前期試驗(yàn)和篩選，最后確定以psbA-trn H（GUG）間隔序列、trnS-trnG（GUG）間隔序列、核基因組的ITS P1-P4間隔區(qū)等3個片斷序列作為分析序列，除psbA-trn H（GUG）間隔序列只在7種白刺共21個樣本中測定外，另外兩個片斷共還在作為外類群的同屬蒺藜科的霸王屬霸王（Zygophyllumanthoxylon）中進(jìn)行了測定。psbA-trn H（GUG）間隔序列

11、的比對長度約559bp，包含34個變異位點(diǎn)（5.8%），其中信息位點(diǎn)19個（3.3%），基于psbA-trn H序列7種白刺間遺傳距離為0.0025~0.021，與其近緣屬霸王之間的遺傳距離為0.032～0.0409。trn S- trn G（GUG）間隔序列比對后的序列長度約832bp，它在白刺屬內(nèi)的長度變異為725~902bp，包含48個變異位點(diǎn)（5.7%），其中信息位點(diǎn)面結(jié)31個（3.72%）?；谠撔蛄凶儺惖陌状虒俜N間遺傳距離為

12、0.0012～0.0217，與其近緣屬霸王之間的遺傳距離為0.0235~0.0389。核基因ITS P1-P4間隔區(qū)的序列長度約550-620bp，比對后的長度為557bp，其中包含76個變異位點(diǎn)（13.6%），其中信息位點(diǎn)面結(jié)47個（8.4%）。基于該序列變異的白刺屬種間遺傳距離為0.0102～0.1482，與其近緣屬霸王之間的遺傳距離為0.0295~0.2357。對于上述3段基因片段進(jìn)行了整合歸并處理。合并后的數(shù)據(jù)矩陣包含白刺屬7個

13、種和霸王共22份樣本的序列，合并后的序列總比對長度為1792bp，含變異位點(diǎn)95個（5.3%）和信息位點(diǎn)67個（3.7%），基于合并序列變異的白刺種間遺傳距離為0.0011~0.0373，而與霸王之間的遺傳距離則位于0.014～0.1977之間。
　　6.基于葉綠體psbA-trn H等間隔片段的系統(tǒng)發(fā)育樹重建
　　分別構(gòu)建了基于psbA-trn H、trnS-trnG、ITS P1-P4間隔區(qū)和聯(lián)合序列的最大簡約樹和鄰接歸

14、并樹，從結(jié)果上看，雖然基于不同片斷的各系統(tǒng)發(fā)育樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還是有所差異，但各樹所反映的種間系統(tǒng)發(fā)育規(guī)律還是基本一致。
　　從psbA-trn H的最大簡約樹和NJ樹的大體歸類效果來看，基本將這7種白刺歸納為三個分支，第一分支主要包括毛瓣白刺、齒葉白刺和唐古特白刺，第二分支包括鹽生白刺、西伯利亞白刺和帕米爾白刺；第三分支只有泡果白刺一種。
　　在trn S- trn G最大簡約一致樹中和NJ樹中,鹽生白刺、泡果白刺、西伯利亞白

15、刺和毛瓣白刺的基本排在樹的基部，而唐古特白刺和齒葉白刺的系統(tǒng)位置則較為接近。它們只是在鹽生白刺和毛瓣白刺的具體位置上有細(xì)微差別。
　　在從 ITS所構(gòu)建的兩棵樹中，泡果白刺基本獨(dú)立出來為一類，而鹽生白刺、帕米爾白刺和西伯利亞白刺較好地聚在一起，唐古特白刺、齒葉白刺和毛瓣白刺相對聚在一起，也就是說，從基于ITS的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系樹上看，可以把我國白刺屬的7種白刺大致聚為3類。
　　基于合并序列的系統(tǒng)重建：從結(jié)果上看，西伯利亞白刺和