油松遺傳多樣性與光合生理生態(tài)特性研究.pdf

1、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)是我國(guó)特有針葉樹(shù)種和北方重要的造林樹(shù)種。其自然分布廣泛,在整個(gè)自然分布區(qū)內(nèi),呈非連續(xù)或島嶼狀分布。由于氣候、生境、自然選擇壓力等因素的差異,加上其漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷史,油松種內(nèi)存在較高的遺傳分化,不同種源油松在形態(tài)、生理、抗性等方面亦出現(xiàn)了明顯分化。本研究以油松為研究對(duì)象,采用擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記(AFLP)和線粒體DNA(mtDNA)序列標(biāo)記技術(shù)對(duì)天然油松種群的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)

2、和種群間的遺傳關(guān)系進(jìn)行了研究,揭示了油松遺傳變異的分布特征及其形成原因,以期為油松天然種質(zhì)資源有效保護(hù)提供科學(xué)依據(jù);采用Li-6400光合測(cè)定系統(tǒng)對(duì)油松種源的光響應(yīng)、CO2響應(yīng)及水分響應(yīng)特性進(jìn)行了研究,揭示了其對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性,篩選出3個(gè)優(yōu)良的油松種源。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)利用8對(duì)引物(EcoRⅠ/MseⅠ型)對(duì)20個(gè)種群480個(gè)個(gè)體進(jìn)行了AFLP分析,共檢測(cè)到445個(gè)位點(diǎn),其中379個(gè)多態(tài)位點(diǎn)。從物種水平上看,油松的

3、遺傳多樣性較高(多態(tài)位點(diǎn)百分率PPB=85.17％,Shannon’s信息指數(shù)I=0.356,Nei’s基因多樣性HE=0.271)。從種群水平上看,油松的PPB、I和HE分別為41.90%、0.219和0.206,其中青?；ブN群的遺傳多樣性最高(I=0.271,HE=0.254)、四川理縣種群的遺傳多樣性最低(I=0.175,HE=0.165)。AMOVA分析表明,種群間遺傳分化顯著(Fst=0.304,p<0.001)。這可能與其

4、片斷化分布導(dǎo)致的低基因流(Nm=0.572)有關(guān)。Mantel檢驗(yàn)表明,種群間的Nei’s遺傳距離與地理距離顯著相關(guān)(r=0.455,p<0.001)。20個(gè)種群可分為2大組:第1組僅包括開(kāi)原種群,在地理分布上位于我國(guó)的東北部,分布海拔最低;第2組包括其余19個(gè)種群,可進(jìn)一步分成4個(gè)亞組。其中霧靈山種群、太岳山種群、五臺(tái)山種群、蘆芽山種群、中條山種群、黃陵種群、關(guān)帝山種群7個(gè)中心分布區(qū)種群為同一亞組。
　　(2)采用線粒體Nad1

5、 intron b/c和matR引物對(duì)8個(gè)油松天然種群遺傳多樣性研究表明,Nad1 intron b/c和matR片段共獲得25個(gè)單倍型,118個(gè)多態(tài)位點(diǎn),其中簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)25個(gè),單變位點(diǎn)93個(gè)。物種水平上的單倍型多態(tài)性(h)和核苷酸多樣性(Pi)分別為0.844和0.0050。種群水平上的h和Pi分別為0.681和0.0036。寧夏賀蘭山種群具有最高的單倍型多樣性(h=0.911),而寧陜種群具有最低的單倍型多樣性(h=0)。單倍型H

6、1為所有種群的公共單倍型,8個(gè)種群中的7個(gè)種群具有1~4個(gè)特有單倍型。種群的遺傳變異主要存在于種群內(nèi)(Fst=0.1479),秦嶺組和賀蘭山組分化很小(Fst分別為0.000,-0.0264),說(shuō)明秦嶺和賀蘭山的隔離與油松遺傳結(jié)構(gòu)形成沒(méi)有明顯關(guān)系。
　　(3)對(duì)自然條件下12個(gè)油松種源光響應(yīng)和CO2響應(yīng)特性的研究表明,直角雙曲線修正模型對(duì)油松光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線的擬合精確較高。12個(gè)種源光飽和點(diǎn)的凈光合速率 Pmax(μmo

7、l·m-2·s-1)由大到小依次為:河北平泉(PQ,17.72)>河北霧靈山(WL,16.95)>山西中條山(ZT,15.74)>遼寧千山(QN,15.42)>山西蘆芽山(LY,15.25)>呂梁山(LL,14.30)>關(guān)帝山(GD,12.68)>太行山(TH,12.41)>黑茶山(HC,12.29)>太岳山(TY,9.57)>洛南(LN,4.57)>黃陵(HL,4.20),其Pmax基本呈北部種源>中部種源>南部種源的規(guī)律;12個(gè)種源

8、光飽和點(diǎn)(LSP,范圍為1629~2811μmol·m-2·s-1)和光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP,54.70~230.72μmol·m-2·s-1)均較高,且存在較大差異。LSP和LCP呈南部種源>北部種源>中部種源的規(guī)律,且北部和中部種源的AQY較南部種源高,表明南部種源耐陰能力和對(duì)弱光的利用能力最低,強(qiáng)光下光合能力亦較弱。種源LN、HL的LCP高于一般C3植物(50~150μmol·m-2·s-1)。12個(gè)種源的CO2補(bǔ)償點(diǎn)(CCP,110~

9、145μmol·mol-1)和CO2飽和點(diǎn)(CSP,1461~4565μmol·mol-1)均比較高,且種源間差異較大。北部種源(LY、QN、PQ、WL)多具有較高的 CCP,光合效率較高。各種源 CO2飽和條件下的凈光合速率Jmax(mol·m-2·s-1)由大到小依次為:種源LL(39.47)>GD(32.24)>HL(31.75)>HC(31.67)>WL(31.65)>QN(31.21)>LY(30.19)>ZT(28.71)>

10、LN(28.26)>TY(26.88)>TH(25.69)>PQ(22.32),在一定范圍內(nèi)提高CO2濃度可提高油松的光合能力。各種源羧化效率由大到小依次為:種源ZT(0.042)>WL(0.040)>GD(0.039)>HL(0.038)>TH(0.037)>TY(0.033)= HC(0.033)=PQ(0.033)>LY(0.031)>QN(0.030)>LN(0.029)>LL(0.018),種源ZT具有最強(qiáng)的CO2同化能力。聚

11、類結(jié)果顯示,12個(gè)油松種源對(duì)光照和CO2濃度變化的適應(yīng)性可分為4組:第1組以北部種源為主,包括種源QN、HC、GD、WL、PQ、LY,適應(yīng)性最強(qiáng);第2組以中部種源為主,包括種源TH、TY、ZT,適應(yīng)性中等;第3組以南部種源為主,包括種源HL、LN,適應(yīng)性最弱;第4組包括1個(gè)中部種源LL,適應(yīng)性比較強(qiáng)。油松種源適應(yīng)能力呈明顯的南北分化的特征。
　　(4)盆栽水分處理實(shí)驗(yàn)研究表明,與正常水分(T1)比較,重度脅迫(T3)下,各種源油松

12、的光合參數(shù)均受到一定影響,多數(shù)種源的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、原初光能轉(zhuǎn)換效率(Fv/Fm)、PSⅡ潛在活性(Fv/Fo)、實(shí)際光量子效率(ФPSⅡ)、光化學(xué)猝滅(qP)、電子傳遞速率(ETR)下降,而水分利用效率(WUE)和初始熒光(Fo)上升。在T3下,8個(gè)種源間的Pn、Tr、Gs和WUE差異顯著,其Pn(μmol·m-2·s-1)排序?yàn)?種源LY(4.83)>QN(4.43)>ZT(4.28)>LL(

13、3.84)>HL(3.54)>WL(3.30)>LN(2.64)≈TY(2.63),種源LY、QN、ZT的Pn顯著高于種源LN、TY;8個(gè)種源的WUE(mmol?mol-1)排序?yàn)?種源TY(9.17)>ZT(7.96)>QN(5.34)≈LY(5.04)>HL(4.79)≈WL(4.45)>LN(3.71)>LL(3.19)。同時(shí),在T3下,各種源的ФPSⅡ、qP和ETR差異顯著(p<0.05)。種源QN、LY、ZT的Pn、ФPSⅡ、