中國野生板栗(Castanea mollissim Blume)群體遺傳結(jié)構(gòu)和核心種質(zhì)構(gòu)建方法.pdf

1、板栗(Castanea mollissim Blume)起源于中國大陸，種質(zhì)資源極為豐富。在長期的生態(tài)適應(yīng)過程中，中國板栗在各地迥異的地理氣候條件下形成了不同的生態(tài)群，分為長江流域、華北、西北、東南、西南生態(tài)群。其中中國野生板栗被認為是世界栽培板栗的原生起源種，曾在世界栽培板栗的馴化過程中起過決定性的作用，并且蘊藏著大量的優(yōu)良珍稀類型。但是，近二十年來，由于國內(nèi)外市場的巨大需求，板栗良種產(chǎn)業(yè)化進程加快，從野生和半野生種質(zhì)向良種集約化栽培

2、邁進，野生資源遭到嚴重破壞，致使一些珍貴的種質(zhì)消失。本文利用分子系統(tǒng)學的原理和方法，結(jié)合傳統(tǒng)的表型研究體系，采用熒光AFLP標記對中國野生板栗群體遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳變異進行分析，并應(yīng)用分子標記和表型數(shù)據(jù)，分別探討了中國野生板栗核心種質(zhì)構(gòu)建方法，研究結(jié)果將對這一珍貴資源的科學保護和有效利用以及豐富生物進化理論有重要意義。主要研究結(jié)果如下： 1.對中國板栗秦嶺山脈生態(tài)區(qū)、泰沂山脈生態(tài)區(qū)和燕山山脈生態(tài)區(qū)的3個種下居群118個野生株系的葉片

3、、果實形態(tài)和堅果主要營養(yǎng)成分進行了調(diào)查研究，結(jié)果表明，3個居群的葉片大小、葉柄長度和粗度以及果實形狀、大小等形態(tài)性狀的變異系數(shù)均在10％以上，表現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性，其中以葉面積及單粒重變異幅度和變異系數(shù)最大；而果形指數(shù)變異幅度和變異系數(shù)最小，是較穩(wěn)定的植物學性狀，3個居群的變異趨勢基本一致；3個居群118個野生株系果肉中水分、總糖、淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分和維生素C等各種主要營養(yǎng)成分的含量在單株間差異顯著，變異系數(shù)6.2％-28.3％

4、，其中以堅果蛋白質(zhì)含量的變異幅度和變異系數(shù)最大，遺傳多樣性豐富，3個居群的變異趨勢基本一致； 2.對中國野生板栗的同一性狀在秦嶺山脈、泰沂山脈和燕山山脈的3個不同生態(tài)區(qū)下的遺傳變異研究表明：同一性狀在不同居群間大都存在顯著或極顯著差異，其中單葉面積和單粒重以秦嶺山脈居群最小，分別為56.34cm2和2.95g，而維生素C含量最高(96.7mg/100g鮮果)，分別是燕山山脈和泰沂山脈居群的2.29倍和2.22倍。相關(guān)分析結(jié)果顯示

5、，單粒重和單葉面積與降雨量和經(jīng)度顯著正相關(guān)，與海拔高度顯著負相關(guān)，而維生素C含量與降雨量顯著負相關(guān)，與海拔高度正相關(guān)，表明環(huán)境對板栗表型性狀的遺傳變異具有較大影響； 3.以長江流域生態(tài)群、華北生態(tài)群、西北生態(tài)群、東南生態(tài)群和西南生態(tài)群的120個中國板栗株系為試材，利用熒光AFLP標記對中國野生板栗五個生態(tài)群的群體遺傳結(jié)構(gòu)進行了研究，結(jié)果表明：8對EcoR I/Mse I引物(其中Mse I引物為FAM熒光標記物)平均擴增多態(tài)位點

6、數(shù)為180.88，平均多態(tài)位點百分比為83.31％。五個生態(tài)群的多態(tài)位點數(shù)和多態(tài)位點百分比比較表明：長江流域生態(tài)群(A=150.38；P=73.80％)>華北生態(tài)群(A=147.75；P=71.93％)>西北生態(tài)群(A=137.88；P=68.00％)>東南生態(tài)群(A=90.50；P=50.32％)>西南生態(tài)群(A=86.00；P=48.29％)；中國板栗在種級水平Nei's基因多樣度(H=0.206)和Shannon信息指數(shù)(I=0.

7、326)顯著或極顯著高于群體水平。在群體水平上，長江流域生態(tài)群的Nei's基因多樣度和Shannon信息指數(shù)(H=0.191；I=0.302)高于華北生態(tài)群(H=0.185；I=0.295)和西北生態(tài)群(H=0.182；I=0.289)，但無顯著性差異，顯著高于東南(H=0.142；I=0.229)和西南生態(tài)群(H=0.139；I=0.218)；對中國野生板栗5個生態(tài)群的群體遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)分析認為，長江流域生態(tài)群的遺傳多樣性最

8、為豐富，揭示了長江流域為中國板栗遺傳多樣性中心的可能性； 4.本研究對中國野生板栗群體遺傳結(jié)構(gòu)的參數(shù)---遺傳分化系數(shù)和基因流進行了分析。中國野生板栗5個生態(tài)群的遺傳分化系數(shù)(Gst=0.0952)顯示，中國野生板栗的遺傳變異主要存在于群體內(nèi)，占總變異的90.48％，而群體間的遺傳變異僅占總變異的9.52％。通過遺傳分化系數(shù)計算得Gst基因流Nm=4.752，說明中國野生板栗5個生態(tài)群存在適度的基因交流，這種遺傳變異空間結(jié)構(gòu)模式

9、的形成可能是長距離基因流、自然氣候、地理距離隔離等諸因素綜合作用的結(jié)果； 5.中國野生板栗5個生態(tài)群的Nei's群體遺傳一致度在0.8876-0.9665之間，遺傳距離在0.0341-0.1193之間，說明群體間的相似程度較高，遺傳距離較小。對5個生態(tài)群用UPGMA法進行聚類分析發(fā)現(xiàn)，西南和東南生態(tài)群首先聚在一起，之后華北和西北生態(tài)群聚在一起，最后長江流域生態(tài)群同西北和華北生態(tài)群聚在一起，此聚類圖從直觀上表明西南生態(tài)群和東南生態(tài)

10、群相似性最高，遺傳關(guān)系最近； 6.以297個中國野生板栗株系的19個表型性狀的遺傳多樣性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，探討了采用表型性狀構(gòu)建中國野生板栗核心種質(zhì)的方法，結(jié)果表明，采用馬氏距離聚類優(yōu)于歐氏距離，5種聚類方法比較，類平均法、離差平法和法和最長距離法優(yōu)于最短距離法和中間距離法，偏離度取樣策略優(yōu)于隨機和優(yōu)先取樣策略。對構(gòu)建的核心種質(zhì)采用主成分分析(PCA)對其進一步的確認，分布圖顯示核心種質(zhì)遍布整個主成分圖，并且遠離中心的，具有特異性狀的

11、株系都入選為核心株系，確保了核心種質(zhì)的代表性。本研究顯示，當取樣比例為20％時，采用馬氏距離，利用離差平法和法進行多次聚類，結(jié)合偏離度取樣策略構(gòu)建的核心種質(zhì)最有代表性，是采用形態(tài)學數(shù)據(jù)構(gòu)建中國野生板栗核心種質(zhì)的最佳的方法； 7.采用熒光AFLP分子標記，以120個中國板栗野生株系為材料，研究了利用分子標記構(gòu)建中國野生板栗核心種質(zhì)的方法。同對照隨機取樣策略比較，位點優(yōu)先取樣策略能構(gòu)建一個更有代表性的核心種質(zhì)。采用主坐標對位點優(yōu)先取