本文關(guān)鍵詞：青藏高原特有屬固沙草屬的物種界定與遺傳多樣性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：青藏高原被譽為“世界屋脊”和“地球第三極”,其與毗鄰地區(qū)一起構(gòu)成全球物種多樣性中心之一。該地區(qū)植物種類豐富,特有植物物種比例高,一直是物種界定、物種進化和生物多樣性研究的熱點地區(qū)之一。固沙草屬Orinus Hitchcock(禾本科Poaceae)是青藏高原及其鄰近地區(qū)的一個高山特有屬,是在該地區(qū)極端沙地環(huán)境下生長的關(guān)鍵或唯一類群,作為野生牧草和適應(yīng)極端環(huán)境植物資源,具有重要的生態(tài)價值。自該屬確立以來,先后發(fā)表了固沙草(O.thoroldii)、雞爪草(O.anomala)、青海固沙草(O.kokonorica)、西藏固沙草(O.tibeticus)、高稈固沙草(O.alticulmus)和長穎固沙草(O. longiglumis)6個物種,但這些物種的形態(tài)變異復(fù)雜多樣,種間界限模糊,能否作為獨立的分類學(xué)物種至今未見任何報道。因此,固沙草屬為研究高原極端沙地環(huán)境下植物物種界定、物種分化和新物種形成提供了理想模型。另一方面,固沙草屬植物遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)和種內(nèi)遺傳分化的研究目前尚屬空白。本文在全面野外調(diào)查基礎(chǔ)上,綜合利用形態(tài)統(tǒng)計和DNA條形碼分子標記在居群水平上對固沙草屬所有物種進行物種界定和分類研究,以期為今后研究青藏高原地區(qū)植物物種界定和物種形成提供一個好的典型范例。同時,采用AFLP分子標記檢測了該屬的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)和種內(nèi)遺傳分化,旨在為固沙草屬種質(zhì)資源的保護和利用提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下：(1)固沙草屬植物形態(tài)變異與物種界定外稃、穎片、葉鞘和葉片被毛狀況,小穗顏色,以及根狀莖鱗片的有無是固沙草屬物種劃分的最主要依據(jù)。這些外部形態(tài)特征在先前確認的雞爪草、青海固沙草和高稈固沙草3個物種的居群內(nèi)和居群間均存在廣泛變異；同樣,在先前確認的固沙草、西藏固沙草和長穎固沙草3個物種的居群內(nèi)和居群間也均存在廣泛變異,但在這兩組類群間的變異則比較穩(wěn)定。通過對先前確認的固沙草屬6個物種90個居群673個個體的植株高度、旗葉長寬比、葉片和葉鞘被毛狀況、圓錐花序長度、小穗長度、小穗顏色、每小穗小花數(shù)、穎體長度、穎體被毛狀況、外稃長度、外稃被毛狀況、根狀莖有無鱗片等13個具有較大分類價值的形態(tài)性狀特征構(gòu)成的矩陣進行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),發(fā)現(xiàn)所有檢測個體在PCA分析中明顯聚為3組：第1組包括雞爪草、青海固沙草和高稈固沙草的33個居群216個個體,組內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)以種或居群為單元的亞組；第2組包括固沙草、西藏固沙草和長穎固沙草的41個居群362個個體,也沒有形成亞組；而第3組則由雞爪草和固沙草剩余的16個居群95個個體組成,以根狀莖無鱗片、每小穗常含5-9小花顯著不同于前2組。基于這些研究結(jié)果,本文支持將固沙草屬原劃分的6個物種重新界定為固沙草(O.thoroldii)、雞爪草(O.anomala)和居間固沙草(O.intermedia)3個物種。即青海固沙草和高稈固沙草均歸并到雞爪草中,作為雞爪草的異名；西藏固沙草和長穎固沙草也均歸并到固沙草中,同樣作為固沙草的異名；第3組類群作為單獨的一新物種(居間固沙草)處理。(2)DNA條形碼與固沙草屬植物物種界定本文用不同類型的DNA條形碼片段(matK、rbcL、trnH-psbA、nITS)對固沙草屬植物進行了物種界定,結(jié)果顯示無論單個cpDNA條形碼片段或3個cpDNA條形碼組合的片段對固沙草屬物種的鑒別率較低；而nrITS條形碼片段對固沙草屬物種的鑒別率較高,其結(jié)果與固沙草屬的形態(tài)學(xué)分類結(jié)果一致,支持將該屬劃分為3個物種,說明nrITS可作為界定近緣物種的一個關(guān)鍵條形碼片段；而單一cpDNA條形碼片段與nrITS片段的組合可以顯著提高固沙草屬物種鑒定的分辨率,尤其是trnH-psbA+nrITS和rbcL+nrITS兩個組合片段對固沙草屬物種的鑒別率高達100%。基于cpDNA數(shù)據(jù)和nrITS數(shù)據(jù)分別構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹和NETWORK圖顯示,固沙草屬所有物種為一單系群。基于cpDNA數(shù)據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示,先前確認的6個固沙草屬物種聚成兩個穩(wěn)定、高支持率的分支Ⅰ、Ⅱ,分支Ⅰ是由分布于青藏高原東部的雞爪草、青海固沙草和高稈固沙草以及東南部的雞爪草和固沙草構(gòu)成,分支Ⅱ則是由來源于青藏高原西部的固沙草、西藏固沙草和長穎固沙草組成；而基于nrlTS序列數(shù)據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹則顯示,6個先前確認的固沙草屬物種嚴格地形成四個穩(wěn)定且高支持率的分支(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ),其中分支Ⅳ與基于cpDNA數(shù)據(jù)劃分出的分支Ⅰ物種構(gòu)成完全相同,分支Ⅰ主要由青藏高原東部的雞爪草、青海固沙草和高稈固沙草構(gòu)成,分支Ⅱ主要是由源于四川西部的雞爪草和固沙草組成,分支Ⅲ則主要由西藏昌都地區(qū)的兩個固沙草居群所構(gòu)成；分支Ⅱ和Ⅲ的DNA序列與分支Ⅰ和Ⅳ的序列具有明顯疊加位點,分支Ⅱ和Ⅲ與分支Ⅰ之間共享7個突變核苷酸,與分支Ⅳ間僅共享2個突變核苷酸,并且分支Ⅲ與分支Ⅳ之間有5個特有共享突變核苷酸,同時結(jié)合形態(tài)學(xué)研究結(jié)果,認為分支Ⅱ和Ⅲ應(yīng)該作為一單系群而非并系群看待。DNA條形碼對固沙草屬物種界定的結(jié)果與基于形態(tài)學(xué)分類獲得的結(jié)論是一致的。(3)固沙草屬植物的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)本文從64對AFLP引物組合中篩選8對多態(tài)性較高的選擇性引物,分別對基于形態(tài)和DNA條形碼重新界定后的固沙草20個居群98個個體、雞爪草19個居群94個個體以及居間固沙草9個居群39個個體,共計48個居群231個個體進行AFLP擴增分析。結(jié)果顯示：固沙草屬3個物種中,居間固沙草的遺傳多樣性最高,固沙草的遺傳多樣性最低,雞爪草的遺傳多樣性居于兩者之間；固沙草和雞爪草問的遺傳分化系數(shù)FST值為0.45657,固沙草和居間固沙草間的遺傳分化系數(shù)FST值為0.44090,雞爪草與居間固沙草間的遺傳分化系數(shù)FST值為0.34960,表明3個物種間存在顯著的遺傳分化。同時,分子方差分析(AMOVA)表明,3個物種間的遺傳變異為30.04%,居群間的遺傳變異為13.31%,居群內(nèi)的遺傳變異為56.65%,居群內(nèi)遺傳變異高于居群間遺傳變異。STRUCTURE結(jié)果表明,三個物種之間存在顯著的遺傳分化。此外,UPGMA聚類分析結(jié)果顯示,當(dāng)Simple Matching相似系數(shù)為0.776時,可將固沙草屬48個參試居群分成3個大分支,這進一步支持了前面以形態(tài)學(xué)和DNA條形碼為依據(jù)對固沙草屬所作的物種界定的正確性和準確性。
【關(guān)鍵詞】：青藏高原 固沙草屬 物種界定 DNA條形碼 遺傳多樣性
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q949;Q943
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 第1章 引言12-32
• 1.1 經(jīng)典植物分類學(xué)與物種界定12-15
• 1.2 DNA條形碼與物種界定15-17
• 1.3 基因流與物種界定17-18
• 1.4 遺傳多樣性18-25
• 1.4.1 遺傳多樣性概念及研究意義18-19
• 1.4.2 遺傳多樣性檢測方法及應(yīng)用19-25
• 1.4.3 遺傳多樣性分析方法25
• 1.5 研究對象—固沙草屬簡介25-29
• 1.5.1 固沙草屬分類學(xué)研究現(xiàn)狀26-27
• 1.5.2 固沙草屬植物研究中存在的問題27-29
• 1.6 本研究的目的和意義29-32
• 第2章 固沙草屬的形態(tài)變異與物種界定32-50
• 2.1 野外考察與居群采樣32-38
• 2.2 形態(tài)學(xué)性狀的觀察、測量和分析38
• 2.3 種內(nèi)和種間的形態(tài)變異38-44
• 2.4 形態(tài)分化與物種界定44-50
• 第3章 DNA條形碼與固沙草屬物種界定50-80
• 3.1 材料和方法51-62
• 3.1.1 固沙草屬樣品采集51-57
• 3.1.2 實驗試劑、器材及溶液配置57-58
• 3.1.3 總DNA提取、PCR擴增和測序58-60
• 3.1.4 數(shù)據(jù)分析60-62
• 3.2 分析結(jié)果62-72
• 3.2.1 DNA條形碼對固沙草屬物種的鑒別能力62-65
• 3.2.2 基于DNA條形碼的固沙草屬物種界定65-72
• 3.3 討論72-80
• 3.3.1 DNA條形碼對固沙草屬物種界定的貢獻72-76
• 3.3.2 固沙草屬的物種界定和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系76-80
• 第4章 基于AFLP分子標記的固沙草屬遺傳多樣性研究80-106
• 4.1 材料與方法80-88
• 4.1.1 材料80-83
• 4.1.2 相關(guān)試劑與儀器83
• 4.1.3 主要試劑配置83-84
• 4.1.4 實驗方法84-87
• 4.1.5 數(shù)據(jù)處理與分析87-88
• 4.2 結(jié)果與分析88-101
• 4.2.1 DNA提取質(zhì)量88-90
• 4.2.2 酶切與預(yù)擴增效果90-91
• 4.2.3 選擇性擴增91-94
• 4.2.4 AFLP擴增產(chǎn)物的多態(tài)性94-96
• 4.2.5 遺傳多樣性分析96-97
• 4.2.6 遺傳結(jié)構(gòu)與分化97-99
• 4.2.7 聚類分析99-101
• 4.3 討論101-106
• 4.3.1 影響AFLP實驗成功的主要因素101-103
• 4.3.2 AFLP分子標記用于固沙草屬遺傳多樣性研究的可行性103
• 4.3.3 固沙草屬的遺傳多樣性103-104
• 4.3.4 種內(nèi)和種間遺傳分化104-106
• 第5章 結(jié)論與展望106-108
• 5.1 主要結(jié)論106-107
• 5.2 展望107-108
• 參考文獻108-130
• 致謝130-132
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果132

【共引文獻】

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