本文關(guān)鍵詞：中國針茅屬植物分子系統(tǒng)學(xué)及遺傳多樣性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：針茅屬(Stipa Linn.),隸屬于禾本科(Poaceae)針茅族(Stipeae Dumort),分布生境多樣,種間差異較小,具有明顯的大尺度地理替代與小尺度的生境替代。但基于傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)分析,很難揭示其系統(tǒng)演化與區(qū)域分化。DNA序列分析及分子標(biāo)記是揭示物種演化與區(qū)域分化的有效手段。本文以分布于青藏高原、蒙古高原和黃土高原的針茅屬植物為實驗材料,同時使用了3個基因序列(rbcL、 trnL-F、ITS)對針茅屬植物及其近緣種進(jìn)行分子系統(tǒng)發(fā)育分析,對中國針茅屬的屬下分類、系統(tǒng)演化關(guān)系以及區(qū)域分化特征進(jìn)行了探討。主要結(jié)論如下：1.針茅屬葉綠體rbcL、trnL-F基因及其聯(lián)合序列構(gòu)建的最大簡約發(fā)育樹(Maximum-Parsimony)基本一致,針茅屬植物分為2個單系分支,一支包括光芒組(Sect. Leiostipa Dum.)、羽針組(Sect. Smirnovia Tzvel.)、羽芒組(Sect. Stipa)以及一部分須芒組(Sect. Barbatae Junge)等,另一支以擬細(xì)柄茅組(Sect. Pseudoptilagrostis Tzvel.)為主,還包括部分須芒組針茅。須芒組針茅沒有聚為單系群體。其中,在針茅屬的幾組中,羽芒組的長舌針茅(S. macroglossa)、擬長舌針茅(S. stapfii)與光芒組針茅親緣關(guān)系最近。2.ITS序列構(gòu)建的MP樹與葉綠體基因拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一致,針茅屬分為2個單系分支,羽針組、羽芒組、光芒組聚為一支,另一支以擬細(xì)柄茅組針茅為主。須芒組針茅沒有聚為單系群體。3. rbcL, trnL-F以及ITS分析均表明,傳統(tǒng)分類光芒組中的甘青針茅(S. przewalskyi Roshev.)、本氏針茅(S. bungeana Trin.)以及絲穎針茅(S. capillacea Keng)與光芒組其它物種遺傳距離較大,聚類分析中并沒有聚為單系類群,應(yīng)把這3種針茅從光芒組中分離出來,各自劃為一個獨立的組,即本氏針茅、絲穎針茅(S. capillacea Keng)為絲芒組(Sect. Bungeana Z. Y. Chu, C. Z. Liang et J.T. Peng);甘青針茅劃分為硬毛組(Sect. Przewalskyiana Z. Y. Chu, C. Z. Liang et J. T.Peng)。4. rbcL, trnL-F以及ITS聚類分析中,傳統(tǒng)分類須芒組針茅中,紫花針茅(S. purpurea Griseb.)、短花針茅(S. breviflora Griseb.),東方針茅(S. orientalis Trin.)和昆侖針茅(S. roborowskyi Roshev.)并沒有聚為單系群體,而是呈現(xiàn)較為復(fù)雜的復(fù)系群體。東方針茅、昆侖針茅與高寒草原的擬細(xì)柄茅組的針茅聚為一類,構(gòu)成一個單系類群。所有的羽針組的針茅都是一個穩(wěn)定的單系群體。5.在區(qū)域尺度上,針茅屬植物具有豐富的遺傳多樣性。8條ISSR隨機引物共擴增出301條清晰條帶,其中296條為多態(tài)性片段,多態(tài)位點比率高達(dá)98.30%。Nei's指數(shù)與Shannon's指數(shù)在須芒組中最高,在硬毛組中最低。針茅屬各種間多樣性DST=0.2760,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于種內(nèi)基因多樣度(HS),且分化系數(shù)(GST)高達(dá)0.8296。針茅屬高的基因多樣性歸因于豐富的種間變異。AMOVA分析表明,針茅屬85.51%的變異來源于種群之間。針茅屬光芒組、須芒組、羽針組、硬毛組、絲芒組各組內(nèi)種群間變異比較小,為14.47%,甚至小于針茅屬各種群內(nèi)變異(15.6%)。6.針茅屬各組的遺傳多樣性排列順序為：須芒組擬細(xì)柄茅組羽針組光芒組絲芒組硬毛組。光芒組的遺傳一致度最高,平均值為0.9615,其次為羽針組,平均值為0.9585,擬細(xì)柄茅組為0.9366。針茅屬各組內(nèi)高度的相似性,可能與針茅屬各組中物種種間雜交有關(guān)。7.光芒組針茅的遺傳多樣性與經(jīng)度、海拔有顯著的相關(guān)性,擬細(xì)柄茅組針茅的遺傳多樣性與年降水量、年平均溫度、緯度、經(jīng)度均有顯著相關(guān)關(guān)系。針茅屬ISSR聚類分析與rbcL、trnL-F、ITS所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹相一致,有著明顯的區(qū)域分化,其演化主要沿著兩個方向進(jìn)行,一是適應(yīng)干旱氣候條件,二是適應(yīng)高寒氣候條件。羽芒組、光芒組、須芒組和羽針組屬于前者,擬細(xì)柄茅組屬于后者。8.小尺度的人為干擾改變了大針茅、克氏針茅種群的遺傳多樣性與遺傳格局。在連續(xù)5年的放牧實驗基礎(chǔ)上,利用ISSR對不同放牧梯度大針茅、克氏針茅種群遺傳多樣性與遺傳格局進(jìn)行了檢測。擴增結(jié)果表明,在不同的放牧壓力下,大針茅、克氏針茅種群的遺傳多樣性均有所改變。2種針茅的遺傳多樣性在輕度放牧中最大,在重度放牧?xí)r遺傳多樣性減小。在不同的放牧樣地中,大針茅、克氏種群的遺傳分化系數(shù)(GST)分別為16.82%、21.00%。AMOVA分析顯示,大針茅和克氏針茅的遺傳分化在總變異中占據(jù)顯著的比例,這一結(jié)果表明針茅屬植物對環(huán)境的變化異常的敏感,空間異質(zhì)性是導(dǎo)致其分化與區(qū)域分異的重要原因。
【關(guān)鍵詞】：針茅屬 序列分析 系統(tǒng)發(fā)育 ISSR 遺傳多樣性 空間異質(zhì)性
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q949
【目錄】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-14
• 第一章 緒論——針茅屬植物研究概況14-26
• 1.1 針茅屬植物的分類與分布研究14-20
• 1.1.1 針茅屬植物的生物學(xué)特征及系統(tǒng)位置14-15
• 1.1.2 針茅屬的屬下分類系統(tǒng)15-16
• 1.1.3 中國針茅屬及針茅草原的分布16-20
• 1.2 針茅屬系統(tǒng)發(fā)育研究的現(xiàn)狀及問題20-23
• 1.2.1 植物系統(tǒng)發(fā)育研究概況20-22
• 1.2.2 針茅屬植物系統(tǒng)發(fā)育分析概況22-23
• 1.3 針茅屬植物遺傳多樣性及其與空間分布格局研究23-24
• 1.4 科學(xué)問題及研究內(nèi)容24
• 1.4.1 科學(xué)問題24
• 1.4.2 研究內(nèi)容24
• 1.5 技術(shù)路線24-26
• 第二章 基于葉綠體基因組(cpDNA)的針茅屬系統(tǒng)發(fā)育分析26-44
• 2.1 研究方法26-32
• 2.1.1 實驗材料26-31
• 2.1.2 總DNA提取31
• 2.1.3 引物設(shè)計31
• 2.1.4 PCR反應(yīng)體系31-32
• 2.1.5 數(shù)據(jù)處理32
• 2.2 結(jié)果與分析32-40
• 2.2.1 DNA樣品的濃度與純度32-33
• 2.2.2 rbcL與trnL-F的擴增結(jié)果33-34
• 2.2.3 序列的一致性分析與替代飽和分析34
• 2.2.4 rbcL序列分析34-37
• 2.2.5 trnL-F序列分析37-38
• 2.2.6 rbcL與trnL-F序列聯(lián)合分析38-40
• 2.3 結(jié)論與討論40-44
• 2.3.1 序列替代飽和分析40-41
• 2.3.2 針茅屬植物屬下分組41-44
• 第三章 針茅屬植物nrDNAITS序列分析及系統(tǒng)發(fā)育44-51
• 3.1 材料與方法44-45
• 3.1.1 研究材料44
• 3.1.2 總DNA提取44
• 3.1.3 nrDNA ITS片段的擴增44
• 3.1.4 數(shù)據(jù)處理44-45
• 3.2 結(jié)果與分析45-47
• 3.2.1 ITS基因擴增結(jié)果及序列分析45
• 3.2.2 ITS數(shù)據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育分析45-47
• 3.3 結(jié)論與討論47-51
• 3.3.1 針茅屬的單系性和范圍界定47-49
• 3.3.2 基于ITS序列分析針茅屬的屬下分類49-51
• 第四章 針茅屬植物遺傳多樣性的ISSR分析51-76
• 4.1 材料與方法51-53
• 4.1.1 材料51-52
• 4.1.2 ISSR測定方法52
• 4.1.3 數(shù)據(jù)記錄與分析52-53
• 4.2 結(jié)果與分析53-72
• 4.2.1 PCR擴增及針茅屬遺傳多樣性54-61
• 4.2.2 針茅屬植物的遺傳結(jié)構(gòu)61-63
• 4.2.3 ISSR標(biāo)記的針茅屬各種群間的遺傳關(guān)系63-72
• 4.3 結(jié)論與討論72-76
• 4.3.1 針茅屬遺傳多樣性72-73
• 4.3.2 針茅屬遺傳結(jié)構(gòu)73-74
• 4.3.3 ISSR標(biāo)記的針茅屬屬下各種群的親緣關(guān)系74-76
• 第五章 針茅屬植物的系統(tǒng)演化與區(qū)域分化76-80
• 5.1 針茅屬植物的系統(tǒng)發(fā)育76-77
• 5.2 針茅屬植物的區(qū)域分化及與環(huán)境因子的作用77-80
• 第六章 放牧干擾對大針茅和克氏針茅種群遺傳多樣性的影響80-95
• 6.1 材料與方法81-84
• 6.1.1 研究地概況81
• 6.1.2 實驗設(shè)計81-82
• 6.1.3 ISSR測定方法82
• 6.1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析82-84
• 6.2 結(jié)果與分析84-92
• 6.2.1 不同放牧梯度下大針茅、克氏針茅的遺傳多樣性84-88
• 6.2.2 不同放牧梯度下大針茅、克氏針茅種群的遺傳分化88
• 6.2.3 不同放牧梯度下各樣地間大針茅、克氏針茅的聚類分析88-92
• 6.3 結(jié)論與討論92-95
• 6.3.1 針茅屬豐富的遺傳多樣性92
• 6.3.2 小尺度的放牧擾動改變了針茅屬的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)92-93
• 6.3.3 適度放牧增加了針茅屬植物的遺傳多樣性93-95
• 第七章 結(jié)論與展望95-98
• 7.1 研究結(jié)論95-97
• 7.2 創(chuàng)新與不足97
• 7.3 展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-107
• 致謝107-108
• 攻讀博士研究生期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文108

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉鍾齡;;內(nèi)蒙古的針茅草原[J];植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)叢刊;1963年Z1期

2 李博;雍世鵬;劉鐘齡;孫鴻良;曾泗弟;;松遼平原的針茅草原及其生態(tài)地理規(guī)律[J];Journal of Integrative Plant Biology;1980年03期

3 陳桂香;邵立業(yè);王周龍;陸福根;;紫花針茅與立地因子關(guān)系的數(shù)量化分析[J];中國草原;1988年01期

4 韓冰;王艷芳;楊R，

本文編號：270930