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(rèn)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(yùn)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(chǎng)的巨大需求，板栗良種產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快，從野生和半野生種質(zhì)向良種集約化栽培

2、邁進(jìn)，野生資源遭到嚴(yán)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(xué)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(biāo)記對(duì)中國野生板栗群體遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳變異進(jìn)行分析，并應(yīng)用分子標(biāo)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(duì)這一珍貴資源的科學(xué)保護(hù)和有效利用以及豐富生物進(jìn)化理論有重要意義。主要研究結(jié)果如下： 1.對(duì)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(gè)種下居群118個(gè)野生株系的葉片

3、、果實(shí)形態(tài)和堅(jiān)果主要營養(yǎng)成分進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果表明，3個(gè)居群的葉片大小、葉柄長度和粗度以及果實(shí)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(xué)性狀，3個(gè)居群的變異趨勢(shì)基本一致；3個(gè)居群118個(gè)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(jiān)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(gè)居群的變異趨勢(shì)基本一致； 2.對(duì)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(gè)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(fù)相關(guān)，而維生素C含量與降雨量顯著負(fù)相關(guān)，與海拔高度正相關(guān)，表明環(huán)境對(duì)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(gè)中國板栗株系為試材，利用熒光AFLP標(biāo)記對(duì)中國野生板栗五個(gè)生態(tài)群的群體遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：8對(duì)EcoR I/Mse I引物(其中Mse I引物為FAM熒光標(biāo)記物)平均擴(kuò)增多態(tài)位點(diǎn)

6、數(shù)為180.88，平均多態(tài)位點(diǎn)百分比為83.31％。五個(gè)生態(tài)群的多態(tài)位點(diǎn)數(shù)和多態(tài)位點(diǎn)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(jí)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(duì)中國野生板栗5個(gè)生態(tài)群的群體遺傳多樣性和群體遺傳結(jié)構(gòu)分析認(rèn)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?yàn)橹袊謇踹z傳多樣性中心的可能性； 4.本研究對(duì)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(jìn)行了分析。中國野生板栗5個(gè)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(jì)算得Gst基因流Nm=4.752，說明中國野生板栗5個(gè)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(gè)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(duì)5個(gè)生態(tài)群用UPGMA法進(jìn)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(gè)中國野生板栗株系的19個(gè)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(jī)和優(yōu)先取樣策略。對(duì)構(gòu)建的核心種質(zhì)采用主成分分析(PCA)對(duì)其進(jìn)一步的確認(rèn)，分布圖顯示核心種質(zhì)遍布整個(gè)主成分圖，并且遠(yuǎn)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(dāng)取樣比例為20％時(shí)，采用馬氏距離，利用離差平法和法進(jìn)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(xué)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(biāo)記，以120個(gè)中國板栗野生株系為材料，研究了利用分子標(biāo)記構(gòu)建中國野生板栗核心種質(zhì)的方法。同對(duì)照隨機(jī)取樣策略比較，位點(diǎn)優(yōu)先取樣策略能構(gòu)建一個(gè)更有代表性的核心種質(zhì)。采用主坐標(biāo)對(duì)位點(diǎn)優(yōu)先取