短枝木麻黃種質資源遺傳多樣性研究.pdf

1、短枝木麻黃(Casuarina equisetifolia ssp.equisetifolia.L.Johnson)，為固氮型喬木，天然分布于亞熱帶至熱帶的東北部沿海地區(qū)，包括馬來西亞、美拉尼西亞、菲律賓、泰國以及澳大利亞等地，常用于農(nóng)林業(yè)和沿海地區(qū)防護林，同時可用作薪材以及紙漿和造紙材。短枝木麻黃是我國木麻黃科植物中引種最早且人工栽培面積最大的樹種，在防風固沙、改善貧瘠土壤等方面發(fā)揮重要作用。本研究利用苗期表型性狀及元素含量，幼樹的生

2、長和光合特征差異，以及EST-SSR分子標記，從表型、生理和DNA分子標記等多水平上解析來自天然種源區(qū)和引種種源區(qū)的短枝木麻黃群體的遺傳多樣性水平，分析短枝木麻黃群體的遺傳變異規(guī)律及群體遺傳結構，為短枝木麻黃種質資源的收集和保護，優(yōu)良種源的選擇，以及短枝木麻黃遺傳改良和育種計劃的制定提供理論基礎。通過以上研究，總結得到以下結論:
　　(1)短枝木麻黃9月生苗的苗高和地徑在區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)種源間均存在極顯著差異。不同區(qū)域短枝木麻黃在2

3、個試驗點的生長趨勢較為一致，大洋洲天然種源區(qū)的幼苗苗高和地徑均最小，而亞洲天然種源區(qū)和亞洲引種種源區(qū)的幼苗生長較好，非洲引種種源區(qū)次之?？傮w上，苗高和地徑在種源間的變異系數(shù)均達到25％以上，赤湖林場和島東林場的種源重復力分別為38.41％、24.17％和20.06％、13.61％，均表現(xiàn)為苗高的種源重復力高于地徑。參試種源中，AU1生長最差，其在島東林場的苗高為13.18 cm，而TH2生長最好，苗高達到AU1的3.4倍。
　　(

4、2)短枝木麻黃9月生苗表型性狀分析表明，小枝粗度、一級分枝長度、二級分枝長度、小枝密度和分枝角等8個性狀在區(qū)域間及區(qū)域內(nèi)種源間均存在顯著差異。在島東林場，不同種源的節(jié)數(shù)、齒葉數(shù)、小枝粗度、一級分枝長度、二級分枝長度的平均值分別為25.39個、6.79枚、0.73 mm、9.37 cm、4.23 cm，變幅分別為15.06-40.78個、5.69-7.91枚、0.53-0.90 mm、4.68-14.74 cm、2.15-5.86 cm，

5、變異系數(shù)分別為22.29％、10.61％、22.35％、31.69％、32.72％;不同種源的側枝與主干的夾角變化較大，依據(jù)分枝角的大小，主要分為側枝向上和側枝平展兩種類型;依據(jù)側枝間距的大小，不同種源的小枝密度可分為密和極密等類型。節(jié)數(shù)、齒葉數(shù)、小枝粗度、一級分枝長度、二級分枝長度、小枝密度、葉色和分枝角的種源重復力分別為55.46％、34.22％、29.71％、45.32％、50.11％、48.64％、38.59％和37.75％，其

6、中，小枝密度(24.92％)、一級分枝長度(20.63％)、二級分枝長度(19.86％)，以及分枝角(18.00％)的遺傳變異系數(shù)較高。
　　(3)短枝木麻黃不同種源的9月生苗的全N含量(F=7.24**)、全P含量（F=3.47**）、全K含量(F=4.10**)、全B含量(F=4.71**)和1.5年生幼樹的凈光合速率(F=4.77**)、蒸騰速率(F=2.70*)均存在顯著差異。全N、全P、全K、全B的種源變異系數(shù)分別為2.

7、90％、11.16％、16.66％、31.82％。不同種源凈光合速率平均值為14.13μmol CO2 m-2s-1，變幅為6.70-19.57μmol CO2 m-2s-1;蒸騰速率種源平均值為5.38 mmol H2O m-2 s-1，變幅為3.27-7.27 mmol H2O m-2 s-1。凈光合速率和蒸騰速率的種源變異系數(shù)分別達到13.23％和16.08％。
　　(4)從NCBI網(wǎng)站獲得的木麻黃EST序列34，752條，

8、經(jīng)軟件預處理和去冗余后，得到12，063個非重復序列(UniGenes)，木麻黃EST序列的冗余率為65.29％。從12，063個木麻黃UniGenes中獲得367個SSR位點，這些SSR位點分布于352條EST序列中。EST序列中含有SSR位點的頻率僅為2.92％。二核苷酸重復基元中AG/CT數(shù)量最多，有199，占二核苷酸重復基元數(shù)的93.87％，三核苷酸重復基元中AAG/CTT最多，為56，占三核苷酸重復基元數(shù)的44.09％。

9、>　　(5)通過篩選得到13對擴增穩(wěn)定、條帶清晰且具有多態(tài)性的EST-SSR標記，用于短枝木麻黃不同種源的遺傳多樣性分析。13個EST-SSR標記，共獲得308個等位基因，平均每位點的等位基因數(shù)為23.69，等位基因數(shù)變化范圍在11-48之間。13個位點的有效等位基因數(shù)量、Shannon's指數(shù)、觀測雜合度以及期望雜合度的變化范圍分別為在1.533-7.029，0.691-2.139，0.270-0.655和0.393-0.858。根據(jù)

10、Shannon's指數(shù)Ⅰ的大小，5個區(qū)域遺傳多樣性水平的高低為:非洲引種種源區(qū)＞亞洲天然種源區(qū)＞大洋洲天然種源區(qū)＞美洲中部引種種源區(qū)＞亞洲引種種源區(qū);29個短枝木麻黃種源遺傳多樣性水平的高低為:KE2＞AU1＞MY1＞TH1＞MY2＞PH1＞CU2＞SB＞MU＞CN2＞CN1＞IN2＞IN1＞PH3＞BJ＞IN4＞VU＞ LK＞VN＞AU2＞EG＞KE1＞TH4＞GU＞TO＞CU1＞PG＞BD＞PH2。Hardy-Weingerg平衡檢

11、驗表明，有23個種源發(fā)生極顯著的正向偏離，表現(xiàn)出雜合赤字或純合過度。在區(qū)域水平上，5區(qū)域（大洋洲天然種源區(qū)、亞洲天然種源區(qū)、亞洲引種種源區(qū)、非洲引種種源區(qū)、美洲中部引種種源區(qū)）樣本在11個位點皆為顯著的正向偏離，表現(xiàn)為雜合赤字或純合過度。說明，短枝木麻黃在整個分布范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)生嚴重的群體內(nèi)近親繁殖，存在明顯的雜合個體不足的現(xiàn)象。同時，Mantel檢驗結果表明，短枝木麻黃群體遺傳分化系數(shù)FST的變化不遵循距離分離模式;多變的生存環(huán)境和遺傳

12、漂變帶來的影響是造成這種分化水平的主要原因;同時，研究發(fā)現(xiàn)短枝木麻黃群體中近親繁殖嚴重，很可能造成未來短枝木麻黃子代群體的遺傳多樣性的降低，這對短枝木麻黃的育種計劃制定、雜交育種材料選擇和種子園構建等活動有直接指導作用，應采取有效的措施來避免種群的近親繁殖。
　　(6)短枝木麻黃種群的主要變異來源于種源內(nèi)個體間，種源內(nèi)個體間變異占總變異的70.12％，各區(qū)域間種源內(nèi)變異大小依次為亞洲天然種源區(qū)(81.15％)＞亞洲引種種源區(qū)(74

13、.58％)＞美洲中部引種區(qū)(72.29％)＞非洲引種種源區(qū)(68.43％)＞大洋洲天然種源區(qū)(61.45％)，表明短枝木麻黃選育種源內(nèi)選擇應該作為將來育種工作的重點;同時，盡管種源間變異只占總變異的25.42-38.49％，但根據(jù)上述結論中短枝木麻黃群體的近親繁殖嚴重的特點，將來育種工作中更應該重視種源選擇。
　　(7)根據(jù)苗期表型性狀聚類分析及EST-SSR遺傳多樣性研究中Nei's遺傳距離UPGMA聚類圖，證實亞洲引種種源中，