樟科濒危植物思茅木姜子遗传多样性的ISSR分析

本文采用ISSR标记对中国特有且仅在云南南部狭域分布的樟科濒危植物思茅木姜子(Litseaszemaois)现存8个居群的遗传多样性进行了研究。从96条引物中筛选出了10条,对103个个体进行了扩增,共扩增出77条条带,其中多态性条带为67条。分析结果表明:(1)思茅木姜子的遗传多样性水平很高。在物种水平上,多态位点百分率PPB=87.01%,平均每个位点的有效等位基因数Ne=1.4006,Nei’s基因多样度指数H=0.2466,Shannon多样性信息指数Hsp=0.3826;在居群水平上,PPB=37.99%,Ne=1.2500,H=0.1418,Shannon多样性信息指数Hpop=0.2088。(2)居群间的遗传分化较低。基于Nei’s遗传多样性分析得出的居群间遗传分化系数Gst=0.3700;Shannon’s居群分化系数((Hsp–Hpop)/Hsp)为0.45。AMOVA分析显示:思茅木姜子的遗传变异主要存在于居群内,占总变异的72.99%,居群间的遗传变异占27.01%,表明思茅木姜子属于异交种。(3)两两居群间的Nei’s遗传一致度(I)的范围为0.8233–0.9761。经Mantel检测,居群间的遗传距离和地理距离之间不存在显著的正相关关系(r=0.0925,P=0.6931)。我们推断人类活动的干扰和生境的片断化是导致思茅木姜子濒危现状的主要因素。考虑到目前其遗传多样性水平虽然很高,但各居群个体数量很少,因此应该对思茅木姜子各居群的所有个体实施及时的就地保护;而遗传变异大部分存在于居群内的个体间,所以在迁地保护时应在各居群内大量采样。

海水胁迫下外源生长素对小麦萌发期幼苗生理特性的影响

以海水处理小麦萌发期幼苗的方式,探讨了不同浓度海水胁迫条件下外源生长素(IAA)对小麦幼苗期生理特性的影响。结果表明:与NaCl盐胁迫不同,低浓度海水处理诱导幼苗根系和胚芽中的可溶性糖、可溶性蛋白及游离脯氨酸的积累,生长素可以调节根系和胚芽中的物质合成和海水胁迫诱导的渗透调节作用。海水胁迫下在根系和胚芽中生长素对小麦萌发期生理代谢物质的影响存在差异,根冠比的变化说明生长素可以在某种程度上提高小麦萌发幼苗对海水胁迫的适应性。

极小种群野生植物海南风吹楠的遗传多样性研究

为探讨海南风吹楠(Horsfieldia hainanensis)的濒危原因,利用限制性酶切位点相关的DNA测序技术(RAD-seq)开发单核苷酸多态性(SNPs),评估居群的遗传多样性和遗传结构。结果表明,海南风吹楠的遗传多样性较低(Ho=0.167),其中BWL居群表现出最高的遗传多样性;居群间存在中等程度的遗传分化(Fst=0.120)。Structure分析表明居群的最佳聚类值为2,但个别居群的遗传结构混杂,Mantel检测结果也表明遗传距离和地理距离没有相关性(r=0.733,P<0.075)。自身更新能力低以及过度的人为活动干扰,可能是导致其濒危的主要原因。建议加强对遗传多样性高的居群(BWL和YGL)进行就地保护;对生境破坏严重的居群(EXL和DLS)进行近地或迁地保护,以增加居群间的基因交流,同时构建核心种质,防止遗传资源丢失加剧。

系统发育多样性在植物区系研究与生物多样性保护中的应用

利用系统发育关系从进化角度理解物种的组成、分布格局对可为有效保护和合理利用生物多样性提供科学依据。以支长为基础的系统发育多样性是最基本的测度指数,由此衍生出的几十个参数加大了选择难度。根据具体研究的问题选择合适的指标,是目前最为可行的方案,已经在植物系统发育区系研究和生物多样性保护中取得了一系列研究成果。DNA序列迅速积累特别是DNA条形码项目在全球的大力发展,提供了海量的标准化数据,为构建解决能力较好的宏系统发育树提供了可能。但是围绕系统发育多样性开展的相关研究还需要更多的物种分布、环境因子、气候等基础数据,同时对其在生态系统功能上的表征作用需要进一步验证。

热带雨林中的濒危植物——思茅木姜子

思茅木姜子是樟科家族中的一个小成员，分布在我国云南南部西双版纳的热带雨林里，是当地的特有树种。樟科植物多为高大的乔木，但作为研究其系统演化重要器官的花却非常小，寻找和采集样本都很困难。由于思茅木姜子在系统演化上具有较为特殊的假伞形花序（即3～5个伞形花序生于短枝上呈总状花序排列），因此它是解决和认识木姜子属群系统发育极为重要的材料；同时，作为热带雨林演替后期的树种，思茅木姜子在维持森林生态系统平衡中起着重要作用。不仅如此，思茅木姜子木材细致、美观，是良好的家具和建筑用材；种子含油和月桂酸，可提取芳香油，具有较大的经济价值。

浅析环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应

遗传多样性与物种多样性是生物多样性的两个基本层次。近年来的研究表明,环境特征可能对种群遗传多样性与群落物种多样性产生平行效应。本文对遗传多样性与物种多样性关联模型中环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应部分进行了具体化介绍。基于群落形成的四个基本过程,即突变与物种形成、选择、漂变和扩散,探讨了环境特征对遗传多样性与物种多样性产生平行效应的理论基础。在全球变化的大背景下,研究环境特征对遗传多样性与物种多样性的平行效应及这两个维度多样性对全球变化响应的异同具有重要的生态学与保护生物学意义。然而,目前大多数生物多样性研究仍然只基于物种多样性一个维度,在同一系统中同时对遗传多样性与物种多样性进行整合研究的工作仍然较少。希望通过本文的总结与讨论,能对国内遗传多样性与物种多样性整合研究起到参考与促进作用。

沿海拔梯度变化的哀牢山亚热带森林群落系统发育结构

为揭示森林群落系统发育结构在海拔梯度上的变化及其驱动因素,本研究以云南哀牢山西坡的亚热带森林群落为研究对象,以APG III系统为基础框架,结合DNA条形码序列信息解决末端分类单元亲缘关系的方法,构建了哀牢山森林群落系统发育进化树,采用净亲缘指数(net relatedness index,NRI)和最近亲缘指数(nearest taxon index,NTI),探讨了不同植被类型的森林群落系统发育结构和沿海拔梯度的变化规律。结果表明,从整体的海拔变化趋势上来看,哀牢山森林群落系统发育结构随海拔上升由系统发育聚集(phylogenetic clustering)走向发散(phylogenetic overdispersion)或聚集程度降低。在低海拔地区,群落表现为系统发育聚集,表明生态位理论中的生境过滤作用在群落构建和生物多样性的维持中起着主导作用;在中海拔地区,出现了聚集与发散两种群落系统发育结构并存的现象,推测可能是生境过滤和竞争排斥两种生态过程共同作用的结果;在高海拔地区,群落的系统发育结构因选择的指数不同而出现相反的结果,NRI表现出系统发育聚集,而NTI却表现为随机或发散,考虑到高海拔地区的环境胁迫可能促使植物发生趋同进化,推测其群落构建的生态学过程需要更为综合的研究。本研究揭示群落系统发育结构沿海拔梯度确实存在显著的变化,证明在生态群落的构建过程中非随机过程起到促进乃至关键作用。

气候变化对亚热带常绿阔叶林优势类群樟属植物的影响及保护评估

常绿阔叶林的优势类群由于其个体数量多、盖度大、生物量高、生存能力强,对维持相应生态系统的稳定起着主导作用。樟属(Cinnamomum)植物为亚热带常绿阔叶林的优势类群,通过对其过去、当前和未来潜在分布区的研究可以了解该类群的变迁历史,为理解亚热带常绿阔叶林动态变化提供帮助,有助于亚热带常绿阔叶林保育策略的制定。本研究利用最大熵(MaxEnt)模型模拟了我国樟属47种植物在5个时期(末次间冰期、末次盛冰期、全新世中期、当前和未来)的潜在分布区及物种丰富度热点区域。此外,根据樟属植物的物种丰富度热点区域与自然保护区相叠加,对当前自然保护区的保护状态进行了评估,尤其是为保护亚热带常绿阔叶林而设立的自然保护区。结果表明:樟属物种的潜在分布区在5个时期变化均不大,仅在亚热带–温带交界处的各大山脉和平原之间出现局部收缩和扩张;值得注意的是,物种丰富度热点区域在5个时期变化明显,末次盛冰期面积最大,相较于末次间冰期、全新世中期和当前分别多96%、88%和37%;未来(~2080年)两种不同温室气体排放典型浓度途径(representative concentration pathways,RCP)(RCP2.6和RCP8.5)下,樟属物种丰富度热点区域面积将分别比当前收缩8.4%和10.0%,并且随着温室气体排放的增加,物种热点区域收缩趋势会更加明显。此外,本研究发现樟属物种丰富度热点区域主要位于我国四川东南部、贵州南部、广西和广东,然而仅7.5%位于现有自然保护区内,未来自然保护区、国家公园等自然保护地的扩建、选址和规划应优先考虑四川东南部和华南地区。

亚热带森林乔木树种DNA条形码研究——以哀牢山自然保护区为例

作为新一代植物志iFlora的重要组成部分，DNA条形码已经成为物种鉴定中重要且有效的方法。本研究以亚热带森林的乔木树种为研究对象，开展了DNA条形码的尝试性工作。为评估DNA条形码对鉴定亚热带森林树种的有效性，收集并研究了来自哀牢山自然保护区内5l科111属中204个树种的525个乔木个体。结果显示，所选4个DNA片段（rbcL，matK，trnH-psbA和ITS）的PCR扩增成功率都超过90％；测序成功率rbcL和matK最高，分别为90．7％和90．5％，trnH-psbA次之（83．6％），ITS最低（73．5％），表明4个片段在亚热带森林乔木中都具有较好的通用性。应用BLAST与NJ Tree两种方法，对物种和属水平的鉴别成功率进行统计，发现单片段中ITS最高，分别为68．4％-81．3％和99．0％～100％，核心条码rkL和matK组合的成功率是52．8％～60．2％和86．7％～90．5％，再与补充条码trnH-psbA和ITS联合，可以成功鉴别74．7％～79．6％哀牢山自然保护区亚热带森林中的乔木物种。由于ITS片段在亚热带森林部分重要树种类群（樟科和壳斗科等）中的测序成功率较差，所以对这些植物类群采用trnH-psbA作为DNA条形码是一个更好的选择。

基于DNA条形码评估西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护

为评估西双版纳国家级自然保护区对樟科这一重要植物类群进化潜力的保护情况,揭示将物种进化历史纳入生物多样性保护评估的重要性,本研究通过对西双版纳地区长期的野外调查并查阅标本记录与文献资料,整理出该地区樟科13属121种物种的具体分布信息,以植物条形码ITS序列作为分子标记构建了反映整个西双版纳地区樟科植物系统发育关系的系统发育树。我们以此为基础,从物种层面分析了各物种的进化特异性(evolutionary distinctiveness,ED),从区域层面分析了自然保护区内、外以及32个行政乡镇的系统发育多样性(phylogenetic diversity,PD),并结合物种丰富度(species richness,SR)与物种濒危等级,综合探讨了西双版纳国家级自然保护区对樟科植物进化历史的保护情况。研究发现,西双版纳国家级自然保护区仅拥有整个西双版纳地区54.5%的樟科物种数,却保护了该地区樟科植物约88.8%的进化历史,没有被列入保护范围但却拥有高系统发育多样性的区域有打洛镇、易武乡等。就物种而言,进化特异性相对较高的19个物种中,有5种(26.3%)在自然保护区内没有分布;濒危等级高的54个物种中,有20种(37.0%)在自然保护区没有分布,同时拥有高进化特异性和濒危等级的物种仅有1种不在保护区内分布。结果表明,虽然西双版纳国家级自然保护区对樟科这一植物类群的系统发育多样性以及高保护价值物种的保护较好,但仍有部分重要樟科植物的进化历史没有涵盖在现有自然保护区范围内;按照传统方法设定的自然保护区虽能在一定程度上保护樟科物种的进化历史,但仍然存在与标准化系统发育多样性保护策略相矛盾的地方。因此,今后在建立自然保护区时,应将系统发育多样性考虑在内,以保护生物多样性应对环境变化的潜力。

DNA条形码在热带龙脑香科树种鉴定中的应用

龙脑香科植物是东南亚地区重要的热带木材来源树种,对其开展DNA条形码评估在林业监管及森林资源保护等方面具有非常重要的实际应用价值。通过对龙脑香科植物样品进行rbcL、matK、trnL-trnF和ITS2四个片段的扩增和测序,结合GenBank下载的数据,共获得龙脑香科树种14属244种共计899条序列。通过比较4个片段的通用性、序列特征、种内和种间的遗传变异,基于Best Match (BM)、Best Close Match (BCM)、相似性搜索算法(BLAST)和邻接树(NJ) 4种方法评估DNA条形码对于龙脑香科树种的鉴定能力。结果表明,ITS2在龙脑香科树种中鉴定效率最高,通过优化的扩增体系能够从该科植物叶片中获得较高质量的ITS2片段;叶绿体matK片段扩增和测序效率为100%,且种内及种间遗传变异明显,鉴定成功率高于其它叶绿体片段,并据此提出ITS2和matK适合作为龙脑香科树种的DNA条形码。