国家重点保护植物金毛狗(Cibotium barometz(Linn.)J.Sm.)遗传多样性的ISSR和SRAP研究

摘要

金毛狗(Cibotium barometz(Linn.)J.Sm.)属蚌壳蕨科多年生高大树状蕨类植物,为著名的药用植物和国家Ⅱ级保护植物。金毛狗在重庆、四川、贵州及云南等南方省市有分布,常生长于山沟林荫湿处。近年来,由于环境变化及人为私挖乱采,导致居群规模逐渐缩小、自然更新困难。这些因素威胁着金毛狗的生存和繁衍,其野生资源已经处于濒危状态。本研究采用ISSR和SRAP两种分子标记方法对来自重庆缙云山、贵州赤水桫椤、四川长宁等三个金毛狗相对集中分布的国家级自然保护区金毛狗野生居群进行遗传多样性分析,旨在揭示金毛狗居群和个体水平遗传多样性,探究其濒危机理,为该物种的保护和合理利用提供一定的理论与实践依据。研究结果如下:
　　 1)金毛狗野生居群的遗传多样性较丰富:据ISSR和SRAP结果分析,多样性系数得出了类似的结果,其多态性条带(PPB)分别为为84.78%和85.05%,均大于80.00%,说明其遗传多样性较丰富。其Nei's基因多样性指数(H)分别为0.2505、0.2296,Shannon's多态性信息指数(I)分别为0.3904、0.3586。多态性条带百分率在36.45%～63.33%。Nei's基因多样性指数和Shannon's多态性指数的大小与各居群多态位点百分率的高低趋势基本一致,但不完全相同,各项系数较高的是赤水,白云竹海和泡沫沟居群,中等水平的是运河和绍龙观居群,较低的是北温泉和长宁居群。
　　 2)金毛狗居群间出现了较大的遗传分化。不同居群Nei's指数和Shannon's指数变化较大,这说明金毛狗个体水平上遗传多样性高低不同。金毛狗各居群的总基因多样度(Ht)分别为0.2496、0.2296,居群内遗传多样度(Hs)分别为0.1394、0.1354,居群间的遗传分化指数(Gst)分别为0.4418、0.4106。两种分子标记得到了基本一致的结果,这表明有40.00%以上的变异存在于居群间,低于60.00%的变异存在于居群内。
　　 3)金毛狗居群亲缘关系与其地理来源相关性不显著,聚类结果显示生境条件相似的居群优先聚集。两种分子标记所揭示金毛狗7个居群的Nei's遗传一致度(I)分别在0.7772～0.9120和0.8307～0.9595,遗传距离(D)分别在0.0934～0.2521和0.0414～0.1855。两种分子标记得到了相似但不完全相同的结果。地理位置较远的赤水和长宁居群、绍龙观和长宁居群之间的遗相似度比较高,分别为0.9120、0.9595,遗传距离比较小,分别为0.0934、0.0414,表明二者亲缘关系比较近。地理位置比较近的运河和绍龙观居群、运河和北温泉居群的遗传相似度较低,分别为0.7772、0.8307,遗传距离比较大,分别为0.2521、0.1855,表明二者亲缘关系比较远。
　　 4)金毛狗的濒危原因:金毛狗在居群水平和个体水平上都具有较高的遗传多样性,这表明遗传因素不是造成金毛狗目前处于濒危状态的主要因素。分析其濒危原因主要有三点:第一,金毛狗对生境有很高的要求,其居群一般生长在土壤为酸性、含水量丰富、郁闭度较高,并处于西北和东北坡向的水沟边。然而,近年来,由于人为因素(如修路、施工等)和整个自然环境(如全球气候变暖、干旱等)的影响,金毛狗的生境变化剧烈,导致其不能适应而濒危。第二,群落中金毛狗伴生物种对其孢子萌发和配子体发育有阻碍作用,从而影响了金毛狗新个体形成。第三,由于金毛狗的药用价值逐渐被人们认识到,出于对其经济价值的要求,人们对其私挖乱采,导致其自然居群不断减小,自我更新困难。
　　 5)金毛狗的保护策略:综合金毛狗濒危原因,提出以下几点策略以对其保护:第一,由于金毛狗居群对生境的高要求,应选择遗传多样性程度高的居群进行重点保护,保护好生境,才能保证它正常生长、繁育,从而保护其遗传多样性,才能使适其应自然选择打下基础。第二,随着对其遗传多样性研究的深入,建立金毛狗基因文库,以保证其在基因水平上的遗传多样性。随着对其孢子萌发、配子体发育方面研究的深入,金毛狗有性繁殖是孢子繁殖,建立金毛狗孢子库,促进其有性繁殖,有利于其遗传多样性的发展。第三,随着组织培养技术的发展,应用组培快繁技术,对金毛狗快繁,以保证其量的优势,可在开发其药用价值的同时,不至于对野生居群造成很大的破坏。第四,有关部门应该普及金毛狗的保护知识,加强宣传教育,从而避免人为破坏造成对金毛狗野生居群的影响。