新疆单叶蔷薇居群表型变异及多样性研究

【目的】单叶蔷薇为蔷薇属唯一的单叶物种,是月季育种中的重要材料,在我国主要分布于新疆北部地区,但由于人为的破坏和环境的改变导致其面临濒危灭绝的风险。本研究通过分析单叶蔷薇表型多样性,探究其表型变异规律,旨在为更好地保护和利用单叶蔷薇种质资源提供理论指导。【方法】本研究以9个单叶蔷薇天然居群中270个单株为研究材料,对其19个表型性状数据进行收集,利用巢式方差分析、皮尔逊相关性分析、主成分分析和聚类分析方法,探究其表型变异规律与多样性水平。【结果】(1)9个单叶蔷薇天然居群表型多样性水平较高,19个表型性状的变异系数和香农多样性指数均值分别为15.90%和2.031;9个居群的表型变异系数在10.32%(P4)~13.19%(P8),表现出中等程度的变异,香农多样性指数在1.274(P5)~1.825(P8)之间,其中P8居群呈现出较高的多样性水平。(2)19个表型性状在居群间和居群内均存在极显著性差异(P<0.01),居群间的平均表型分化系数为41.23%,表型变异主要来源于居群内。(3)皮尔逊相关性分析发现,单叶蔷薇花径与叶面积、花瓣面积与花斑百分比等部分性状间存在显著相关性。(4)主成分分析共提炼出5个主成分,累计贡献率为80.463%,贡献率最大的2个主成分主要解释花与叶的性状。(5)聚类分析可将单叶蔷薇9个居群分为2类,第1类为大花类,包括P6、P7、P8;第2类为小花类,包括P1、P2、P3、P4、P5、P9。【结论】新疆单叶蔷薇具有较高的表型多样性和变异水平,且变异的来源主要集中在居群内。

单叶蔷薇的开花特性和繁育系统

为了解单叶蔷薇(Rosa persica)的开花特性与繁育类型,通过对野生种群进行实地观察,观测花部特征、花粉活力、柱头可授性等开花动态特征,运用杂交指数(Outcrossing index,OCI)、花粉胚珠比(Pollen-ovule ratio,P/O)等指标综合分析其繁育系统特点。本研究结果表明,单叶蔷薇种群花期为5月上旬至5月下旬,单花、单株和群体水平的开放持续时间分别为1~1.5 d,10~20 d,23 d;单花开花进程可分为6个时期(花蕾期、显色期、初开期、盛开期、衰败期、凋谢期);雌雄异位且成熟期高度重叠,柱头在显色期开始具有可授性,花粉活力最高达86.91%;P/O为13087.22,OCI为4,访花者涉及6目18科,其中主要传粉昆虫为意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica);繁育系统为混合交配系统,异交需要传粉媒介。该结果可为深入研究单叶蔷薇的生殖策略和资源保护提供理论依据。

不同潜水埋深对单叶蔷薇实生苗根系生长与构型的影响

目的:为了解单叶蔷薇干旱适应策略并为原生境植被修复提供科学依据。方法:以一年生单叶蔷薇实生苗为研究对象,设置30 cm(D30)、40 cm(D40)、50 cm(D50)、60 cm(D60)和70 cm(D70)5组潜水埋深梯度,利用根系扫描等方法分析其对蔷薇实生苗根系生长和构型的影响。结果:潜水埋深对内部连接总数(a)、外部连接总数(v_(0))、连接总数之和(Pe)、平均拓扑长度(b)和修正拓扑参数q_(a)、q_(b)有显著影响(P<0.05),对拓扑参数Ti无显著影响(P>0.05),q_(a)(0.33~0.73)、q_(b)(0.23~0.88)变化范围较大。整个试验过程根系始终维持50°~60°的低分支角度,但当地下水极端匮乏时(如D70组和对照组CK),根系分支角度有增大趋势。随着干旱胁迫加强,单叶蔷薇实生苗根系的生物量增长速度大于地上生物量增长速度;在D60组、D70组和CK组,根系积累相同生物量,v_(0)的增加速度大于a的增加速度;各组根系分支数增长速度始终小于根系连接数,随干旱程度加深差异呈缩小趋势,以上说明适度的干旱可促进根系分支。结论:单叶蔷薇实生苗根系构型及时响应环境水分变化,适应性极强。

新疆14种野生蔷薇属植物生境调查

以仅分布或主要分布于新疆的14种野生蔷薇属植物为对象，在资料查询的基础上，采用野外调查方法、生境分析法，对这些植物分布地的地形、地势、伴生植物以及气象因子等进行实地调查和分析。结果表明：腺果蔷薇和刺蔷薇生长于阴坡，其余均生长于阳坡；单叶蔷薇、小檗叶蔷薇、疏花蔷薇海拔分布低于1000 m，其余均分布在海拔1000～2000 m内。基于分布区的气候特点推断，这些植物能适应较大幅度的年温度变化和干旱环境，其中腺齿蔷薇的耐寒性最强，单叶蔷薇、小檗叶蔷薇的耐热性最强。基于伴生植物相似性分析，将这些植物分为5组，其中第5组（单叶蔷薇和小檗叶蔷薇）与其他各组差异最大。基于海拔分布相关性分析明确单叶蔷薇和小檗叶蔷薇、腺果蔷薇和刺蔷薇、伊犁蔷薇和疏刺蔷薇的海拔分布范围都分别表现为极显著相关；以其中应用价值较高但数量正在急剧减少的单叶蔷薇为对象，进行6个主要分布区共18个样地的典范对应分析（CCA），发现海拔、年降水量和7月平均温度是影响单叶蔷薇分布的主要因子。

食蚜瘿蚊对3种蚜虫捕食作用的研究

[目的]为评价和充分利用食蚜瘿蚊的控蚜作用。[方法]将甘蓝蚜、桃蚜、蔷薇长管蚜分别设置5个密度,并用甘蓝蚜作种内干扰竞争试验,研究食蚜瘿蚊对3种蚜虫的捕食作用。[结果]食蚜瘿蚊对甘蓝蚜、桃蚜、蔷薇长管蚜的捕食功能反应均符合HollingⅡ型方程。食蚜瘿蚊对甘蓝蚜、桃蚜、蔷薇长管蚜一昼夜的捕食上限分别为13、11、12头,猎物密度相同时对甘蓝蚜的寻找效应始终高于桃蚜和蔷薇长管蚜。食蚜瘿蚊幼虫有较强的种内干扰反应,平均捕食量随自身密度的增大逐渐减少。[结论]食蚜瘿蚊的捕食数量随蚜虫密度的增加而增加,寻找效应随蚜虫密度的增大而降低。食蚜瘿蚊对甘蓝蚜的捕食量最高,捕食率随自身密度的增大而降低。

单叶蔷薇的花芽形态分化

单叶蔷薇花芽分化从3月下旬开始至4月下旬完成,历时30d,其过程可分为形态分化前、苞叶原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期。其中花瓣原基的分化只进行1次,这是形成单轮花瓣的原因。各花器官原基起源于花分生组织的边缘区细胞。生殖生长锥直径和细胞数的增加在生长锥膨大期和心皮分化期较高。

单叶蔷薇NAC基因家族鉴定及干旱胁迫响应分析

NAC转录因子在植物胁迫应答中起关键作用,单叶蔷薇(Rosa persica)主要分布于我国新疆,研究其耐旱能力对治理荒漠地区生态问题具有重要意义。对单叶蔷薇NAC基因家族进行全基因组鉴定,分析基因家族特征和表达模式,利用RT-qPCR验证NAC基因在干旱胁迫下的表达情况。NAC基因家族的基因特征变化较大,而基因结构和基序相对保守。启动子分析表明RbeNAC在调节激素合成和适应环境胁迫方面具有重要作用。基于转录组数据分析发现RbeNAC基因的表达表现出组织特异性和对干旱胁迫的响应。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)结果表明,7个基因(RbeATAF、RbeSOG1、RbeNAC17、RbeNAC71、RbeNAC72、RbeNAC90和RbeNAC96)在根和叶中积极响应干旱胁迫。本研究鉴定了单叶蔷薇NAC基因,初步探究了不同基因可能发挥的功能,获得了7个响应干旱胁迫的候选基因,为后续开展单叶蔷薇抗逆性育种提供参考依据。

单叶蔷薇幼苗根系对不同潜水埋深的适应机制

地下水是影响西北地区植被分布、生长和群落演替的重要因子,通过人工装置模拟30 cm(D30)、40 cm(D40)、50 cm(D50)、60 cm(D60)、70 cm(D70)5个潜水梯度,从生长发育、根系形态、拓扑结构与分形维数以及表型可塑性四个方面来分析不同潜水埋深对单叶蔷薇幼苗的影响,力求揭示单叶蔷薇幼苗对不同水分环境的适应性策略,这将对今后开展单叶蔷薇植被恢复和保育工作具有重要价值。研究结果表明:(1)单叶蔷薇幼苗可通过增加扎根深度、总根长、根表面积、根体积、根尖数量、分支数量、地上干物质和根系干物质来应对不同潜水埋深带来的干旱胁迫,D50、D60、D70和CK处理下的幼苗还可以通过提高根冠比来适应更长久的干旱环境。(2)不同潜水埋深处理下,单叶蔷薇幼苗根系的拓扑指数基本保持在0.8—0.9之间,说明该根系属于典型的人字形分支模式,受环境影响较小。其中,短而细的密集细根(0—2 mm)构成了单叶蔷薇幼苗根系的主体。从资源分配的角度来看,该种拓扑结构相对简单、内部竞争较小、碳消耗少,有利于根系扩大土壤资源获取效率,从而保障植株生长发育的物质供需平衡,这是单叶蔷薇对环境胁迫的适应性策略。(3)适度的干旱,如50—70 cm的潜水埋深,可以促进单叶蔷薇幼苗扎根深度;而在较浅的潜水埋深(30—40 cm)环境中,单叶蔷薇幼苗能快速解除干旱,转向地上器官的生长发育,同时它通过降低垂直根系长度、增加分支和根尖数量来获取更多氧气和适应水分充足的新环境,到第75天时生长旺盛,在株高、总根长、根表面积、根体积、根尖数量、分支数量、地上干物质、根系干物质、根组织密度和分形维数10个指标上与CK组具有显著差异,说明单叶蔷薇幼苗对水分充足和严重干旱的极端环境均有较好的适应能力,表型可塑性强。

单叶蔷薇远缘杂交中花粉管生长的荧光显微观察

单叶蔷薇(Rosa persica)具花斑,抗性优良,利用远缘杂交可将其优良特性引入现代月季,培育月季新优品种。为了解蔷薇属各组植物与单叶蔷薇杂交亲和性,提高杂交育种工作效率,以单叶蔷薇与蔷薇属5组植物混合花粉开展远缘杂交试验,同时利用荧光显微镜观察比较花粉授粉后0~48 h,各组柱头萌发情况及花粉管生长动态。杂交结果显示,5组植物与单叶蔷薇杂交均产生后代,坐果率从高到低依次为芹叶组、桂味组、四倍体野生蔷薇组、合柱组、月季组;荧光观察表明,5组花粉均能在单叶蔷薇柱头附着并萌发,但各组花粉萌发情况不一致:授粉后2.5~10 h,花粉在柱头表面萌发,10~24 h花粉管快速生长,34~48 h花粉管到达花柱基部进入子房,芹叶组、桂味组花粉萌发数量与花粉管形成数量显著多于月季组,且萌发速度快于月季组。不同亲本花粉在单叶蔷薇柱头上萌发数量、花粉管伸长速度、数量及胼胝质产生情况与最终杂交坐果率存在对应关系,反映其与单叶蔷薇杂交不亲和原因。研究为高效利用单叶蔷薇培育现代月季新品种提供理论基础。

单叶蔷薇潜在适宜区预测及其渐危机制研究

基于搜集到的45个单叶蔷薇地理分布坐标和29个环境因子数据,利用GIS和MaxEnt软件分析单叶蔷薇在中国新疆的潜在适宜区,探究环境因子与单叶蔷薇分布之间的关系,确定主要影响因子及其阈值,为单叶蔷薇种群资源保护和修复提供科学依据。结果表明:(1)最干月份降水量、年平均降雨量、最冷季节平均温度是影响现代单叶蔷薇适宜区分布的主要影响因子,利于单叶蔷薇生长的上述相关阈值依次为5.56~10.90 mm、169.62~258.75 mm、-12.48~-9.86℃。(2)29个环境因子影响下的现代单叶蔷薇的适宜区总面积达19.85×10^(4) km^(2),占新疆总面积的11.96%,主要集中于80°13′~91°6′E,42°33′~48°23′N之间,高度适宜区仅0.63×10^(4) km^(2),主要分布在乌鲁木齐、阜康、昌吉、呼图壁、玛纳斯、石河子、沙湾、乌苏以及塔城地区。(3)未来气候模拟下,除2021-2040年SSPs126、SSPs245、SSPs585情景中的高度适宜区和2041-2060年SSPs126的中度适宜区面积略有扩增外,其他情景下单叶蔷薇潜在适宜区均呈现明显的缩减趋势;2041-2060年SSPs126情景下分布中心向东南移动,2021-2040年SSPs585情景下分布中心基本保持不变,其他情景下分布中心均出现向高纬度迁移的趋势。(4)加入人类足迹数据后的现代单叶蔷薇适宜区显著减少,人类足迹因子贡献率高达63.2%,表明人类活动对单叶蔷薇适宜区有显著的消极影响。

基于GIS与AHP分析法的单叶蔷薇生态适宜性评价

生态适宜性评价可了解自然资源的生态潜力和发展制约因素。根据单叶蔷薇的生物学特性,结合研究区气候资源时空分布特征,以新疆塔城4县市(塔城市、托里县、额敏县、裕民县)为研究区域,选取土地利用类型、海拔、年均温度、最冷季度平均温度、年均降雨量、最干月份降水量、土壤pH值、距道路距离、距河流距离9个因子作为生态适宜性评价指标,生态适宜性因子权重通过层次分析法(AHP)确定,基于地理信息系统(GIS)对单叶蔷薇的气候生态适宜性及空间分布进行了分析。结果表明:研究区内单叶蔷薇生态适宜性总体良好,极适宜、高适宜区域呈现以塔额盆地为分布的中心,南部山地西南坡有少数分布的特点,极、高、中、低适宜区分别占比30.7%、23.8%、36.9%、8.6%。采用这种方法,能快速有效地解构单叶蔷薇的野外分布适宜区,为保护单叶蔷薇、增加其栖息地提供依据。

单叶蔷薇GRAS转录因子家族鉴定及表达分析

【目的】对单叶蔷薇(Rosa persica)GRAS基因家族成员进行鉴定及功能分析,为单叶蔷薇GRAS基因家族功能研究及育种应用奠定理论基础。【方法】以单叶蔷薇基因组为研究对象,对单叶蔷薇GRAS基因家族进行成员鉴定、结构分析、进化分析、顺式作用元件分析、GRAS蛋白二级结构、三级结构预测,结合转录组对组织部位、不同水平干旱和低温胁迫环境中基因表达进行分析。【结果】鉴定出42个GRAS基因家族成员,分布在7条不同的染色体上;42个RbGRAS基因可分为9个亚族;基因结构分析表明RbGRAS基因具有保守的N端,而C端在结构上较多变;对基因家族成员共线性分析显示,有4对片段重复基因和4对串联重复基因;顺式作用元件分析发现,单叶蔷薇GRAS基因家族中含有丰富的激素应答元件和胁迫响应元件;RbGRAS蛋白二级预测结构以α-螺旋以及无规则卷曲为主,三级预测结果显示蛋白组成相似;组织特异性表达分析结果显示GRAS基因主要在根系和茎组织中表达,在花中表达量较低;RbGRAS基因在干旱和低温胁迫中也存在基因特异性表达。【结论】鉴定得到42个RbGRAS家族成员,均含有逆境相关作用元件,RbGRAS27和RbGRAS41分别对干旱和低温胁迫积极响应。

单叶蔷薇种群结构与结实能力

以4个单叶蔷薇种群为研究对象,对年龄结构与动态、空间分布类型、结实能力3个方面进行分析,评价生存状况,探讨单叶蔷薇致危机理。结果表明:单叶蔷薇种群第Ⅰ、Ⅵ~Ⅷ龄级个体数量较少,中间龄级个体数量较多,总体呈“中间高、两侧低”的不规则金字塔型分布。虽然4个单叶蔷薇种群整体上为增长型,但易受外部环境干扰(V_(pi)′>0,P_(max)>0),死亡率(q_(x))和消失率(K_(x))均在第Ⅴ龄级时达到最大值,植株数量锐减;期望寿命(e_(x))随龄级增加呈递减趋势,且均在第Ⅷ龄级时出现最小值,说明在此阶段植株活力最低。时间序列分析表明,未来4个单叶蔷薇种群的第Ⅰ~Ⅳ龄级个体数量缺乏,第Ⅴ~Ⅷ龄级将占主导地位,单叶蔷薇种群在未来会趋于老龄化。种群空间分布主要为聚集类型,4个种群的聚集强度大小排布为P_(4)>P_(3)>P_(1)>P_(2)。P_(3)、P_(4)种群植株结实能力优于P_(1)、P_(2)种群。百果重与株高、冠幅,种子总数量与冠幅、百果重之间呈显著正相关。

虫疫霉属新种和中国新记录

本文报道了虫疫霉属2个新种及1个中国新记录种。新种北虫疫霉(Eryniaborea Fan et Li sp.nov.)发生于西北及东北地区的丽蝇成虫体上,菜叶蜂虫疫霉(Eryniaathaliae Li et Fan sp.nov)发生于陕西杨陵的黄翅菜叶蜂幼虫;新记录种近藤虫疫霉(Erynia kondoiensis Milner)发生于福州的烟蚜虫体上。本文详细描述了新种的形态。