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湿地是介于陆生和水生生态系统之间的具有独特结构和功能的生态系统,为水生、陆生生态系统界面相互延伸扩展的重叠空间区域[1-2],是世界生物多样性重要的储存库[3-4]。湿地植物是湿地生态系统的初级生产者,是食物链的基础,为湿地动物提供栖息地和繁衍场,在保护生物多样性、维护区域生态平衡等方面有重要生态功能[5]。湿地植物作为湿地的重要组成部分,其组成和生物多样性影响着湿地质量和野生动物的栖息地状况[6],在维持生态环境稳定方面具有不可替代的作用[7-10]。植被组成是评价湿地生态系统生产潜力以及进行湿地生态系统经营管理必要的基础资料[11],因此对湿地植被组成的调查与分析是湿地保护工作的重要组成部分。植物区系的构成中蕴含着大量历史、地理 、生态和系统进化的信息。对植物区系的历史和发育演化等方面的研究是植物地理学、历史植物地理学以及植物分类与系统发育生物学的重要内容,对某一地区植物区系的调查是研究该地区不同时空尺度上植物多样性的重要基础[12]。湿地研究是当前的热点之一,国内开展了大量湿地植物的研究。许远等[13]发现:湿地植物在改变西湖水域质量、营造西湖景区景观以及控制景观稳定性上发挥着独特的多功能优势。严承高等[14]通过调查统计发现:中国湿地高等植物约225科815属2 276种,湿地植被具有种类多、生物多样性丰富的特点。杨绍钦等[7]调查发现:浙江省共有湿地维管植物1 403种,隶属157科604属。李根有等[15]将浙江省湿地植被划分为4个植被型组,11个植被型,129个群系。舟山东福山岛种子植物区系[16]表现出从热带向温带过渡的趋势,而台州湾滨海湿地植物区系[17]具有明显的亚热带到北温带的过渡性。长兴县位于浙、苏、皖三省交界处,北西南三面环山,东部临太湖,属浙北平原区与浙西低山丘陵区交接过渡地带。全县湿地类型多样,生物资源丰富,珍稀物种较多,湿地生态系统在浙江省具有重要地位。本研究开展了长兴县全域湿地植物分布、植物多样性及区系研究,为长兴县湿地植物多样性保护和利用提供基础资料,同时也为长兴县湿地生态系统的恢复和保护提供理论和科学依据。
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本次湿地植物资源调查范围覆盖长兴县域内符合湿地定义的各类湿地资源(不包括稻田湿地),包括面积1 hm2以上(含1 hm2)的湖泊湿地、沼泽湿地、人工湿地,宽度3.5 m以上长度2.0 km以上的河流湿地,以及其他具有特殊保护意义的湿地。同时,对县内的重要湿地(仙山湖国家湿地公园、图影生态湿地文化园)、湿地保护区(扬子鳄省级自然保护区)、其他重要湿地(太湖湿地、盛家漾湖泊湿地)等具有重要生态地位的湿地区域及依赖湿地生境的植物资源进行深入系统的调查。调查时间为2016年2月至2017年3月。
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调查对象为长兴县湿地范围内的典型植被,包括天然和人工植被。调查内容主要有典型生境、植被类型、层次结构、种类组成与地理分布等。参考《中国植物志》[18]《中国湿地植被》[11]《中国常见湿地植物》[19]《浙江植物志》[20]《浙江种子植物检索鉴定手册》[21]《中国种子植物属的分布区类型》[22]及相关文献[23-24]进行补充,建立长兴县湿地植物名录数据库。
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采用线路调查和样方调查相结合的方法。① 样线调查。根据现有积累的资料和地方专业人员提供的信息,确定48个湿地,50余条长1~10 km的调查线路,进行穿越式踏查。在线路调查中,沿线初步辨认和记录植物群落类型,然后经比较分析,确定典型调查测定对象,设立标准样地,进行测定。② 样方调查。草本样方规格为1 m × 1 m,记录样方内植物种名、株数和平均高度等;灌木样方规格为2 m × 2 m,记录内容同草本样方;乔木样方规格为10 m × 10 m,逐一记录种名、株数、个体高度和胸径等;乔木样方内沿对角设置2个灌木样方,在四角及中央设置5个草本样方,共设置乔木样方60个。
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调查结果表明:长兴县共有野生湿地维管植物95科277属464种,其中:蕨类植物7科7属7种,裸子植物2科3属4种,被子植物86科267属453种;长兴县湿地植物是浙江省湿地植物最为丰富的地区之一,科、属、种分别占全省湿地维管植物数量的60.51%、45.86%和33.07%(表1)。
表 1 长兴县湿地范围内维管植物种类
Table 1. Vascular plants of wetlands in Changxing County
分类群 科 属 种 数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%维管
植物蕨类植物 7 70.00 25.00 7 70.00 17.07 7 70.00 10.45 种子
植物裸子植物 2 33.33 100.00 3 27.27 75.00 4 26.67 57.14 被子植物 86 72.88 67.72 267 61.95 47.76 453 60.40 34.09 合计 95 70.90 60.51 277 61.28 45.86 464 59.87 33.07 -
湿地维管植物根据生境分为湿生植物、浮水植物、浮叶植物、沉水植物、挺水(含沼生)植物5个类型。其中以湿生植物为主,共计383种,占湿地植物总种数的82.54%;其次是挺水植物,共计41种,占8.84%;其余类型湿地植物种比例均不足4.00%(表2)。
表 2 长兴县湿地维管束植物生态类型统计
Table 2. Ecological type statistics on vascular plants of wetlands in Changxing County
生态类型 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 湿生植物 72 75.79 227 81.95 383 82.54 挺水植物 18 18.95 29 10.47 41 8.84 浮叶植物 9 9.47 11 3.97 15 3.23 浮水植物 5 5.26 7 2.53 8 1.72 沉水植物 8 8.42 11 3.97 17 3.66 合计 95 277 464 100.00 -
湿地维管植物的生活型可划分为乔木、灌木、草本、藤本和竹类5种类型。草本植物种类最为丰富,共计397种,占总种数的85.56%;其次为藤本植物,共计25种,占5.39%;乔木居第3位,有22种,占4.74%;灌木和竹类较为稀少(表3)。
表 3 长兴县湿地维管束植物生活型统计
Table 3. Life-form statistics on vascular plants of wetlands in Changxing County
类型 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 乔木 14 14.74 17 6.14 22 4.74 灌木 10 10.53 15 5.42 18 3.88 草本 75 78.95 228 82.31 397 85.56 藤本 12 12.63 20 7.22 25 5.39 竹类 1 1.05 1 0.36 2 0.43 合计 95 277 464 100.00 -
湿地维管植物共95科(表4),按照所含种数分为分布50种以上的科、分布30~49种的科、分布10~29种的科、分布2~9种的科和仅分布1种的科5大类。分布50种以上的科仅禾本科Gramineae (39属66种) 1个;分布30~49种的科有菊科Compositae (27属48种)、莎草科Cyperaceae (10属30种) 2个;分布10~29种的科有蓼科Polygonaceae (6属27种)、毛茛科Ranunculaceae (4属10种)、蔷薇科Rosaceae (6属11种)、豆科 Leguminosae (10属15种)、唇形科Labiatae (12属17种)等8个;分布2~9种的科有三白草科Saururaceae (2属2种)、杨柳科Salicaceae (2属7种)、荨麻科Urticaceae (3属4种)、眼子菜科Potamogetonaceae (2属7种)、报春花科Primulaceae (2属6种)、泽泻科Alismataceae (2属4种)、浮萍科Lemnaceae (3属4种)、鸭跖草科Commelinaceae (2属4种)等75个;仅分布1种的科有海金沙科Lygodiaceae、金鱼藻科Ceratophyllaceae、水马齿科Callitrichaceae、酢浆草科Oxalidaceae、谷精草科Eriocaulaceae等39个。湿地维管植物科组成以分布2~9种的科和仅分布1种的科占优势,两者共占88.42%。种数组成以分布10~29种的科和分布2~9种的科占优势,两者共占60.56%。
表 4 长兴县湿地维管束植物科组成
Table 4. Family components of vascular plants of wetlands in Changxing County
科分类 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 分布50种以上的科 1 1.05 39 14.08 66 14.22 分布30~49种的科 2 2.11 37 13.36 78 16.81 分布10~29种的科 8 8.42 59 21.30 114 24.57 分布2~9种的科 45 47.37 103 37.18 167 35.99 仅分布1种的科 39 41.05 39 14.08 39 8.41 合计 95 100.00 277 100.00 464 100.00 -
湿地维管植物277属,按照所含种数划分为分布20种以上的属、分布10~19种的属、分布6~9种的属、分布2~5种的属和仅分布1种的属5大类(表5)。区内未见分布20种以上的属;分布10~19种的属有蓼属Polygonum (19种)1个;分布6~9种的属有薹草属Carex (9种)、莎草属Cyperus (9种)、眼子菜属Potamogeton (6种)、蒿属Artemisia(6种)、毛茛属Ranunculus (6种)等7个;分布2~5种的属有灯心草属Juncus (5种)、鸭跖草属Commelina (2种)、荸荠属Heleocharis (3种)、酸模属Rumex (3种)、水苋菜属Ammannia (2种)、茨藻属Najas (2种)、慈姑属Sagittaria (3种)等77个;仅分布1种的属有雨久花属Monochoria、水鳖属Hydrocharis、苦草属Vallisneria、黑藻属Hydrilla、盒子草属Actinostemma、菰属Zizania、茶菱属Trapella、水蓑衣属Hygrophila、金鱼藻属Ceratophyllum、虉草属Phalaris、白茅属Imperata等192个。湿地维管植物属组成以分布2~5种的属和仅分布1种的属占绝对优势,两者共占97.11%。种数组成也以分布2~5种的属和仅分布1种的属为主,两者共占85.56%。
表 5 湿地维管束植物属组成
Table 5. Genera components of vascular plants of wetlands in Changxing County
属分类 属 种 属分类 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 分布20种以上的属 0 0.00 0 0.00 分布2~5种的属 77 27.80 205 44.18 分布10~19种的属 1 0.36 19 4.09 仅分布1种的属 192 69.31 192 41.38 分布6~9种的属 7 2.53 48 10.35 合计 277 100.00 464 100.00 -
根据吴征镒等[22-23]关于中国种子植物区系统计分析的划分,长兴县湿地维管植物95科归属于11个分布区类型(表6)。占优势的是泛热带分布的科,共32个,占该区科总数的43.24%(不包括世界分布的科);其次是北温带地理成分共20科,占该区总科数的36.49%。
表 6 长兴县湿地种子植物科的区系分布类型
Table 6. The areal-types of familiy of seed plants of wetlands in Changxing County
序号 分布类型 长兴的
科数占长兴总
科数的比
例/%*中国湿
地植物的
科数[17]比例/% 序号 分布类型 长兴的
科数占长兴总
科数的比
例/%*中国湿
地植物的
科数[17]比例/% 1 世界分布 21 50 9 东亚及北美间断分布 3 4.06 14 4.88 2 泛热带分布 32 43.24 120 41.81 10 旧世界温带分布 1 1.35 6 2.09 3 热带亚洲和热带美洲间断分布 0 0.00 11 3.83 12 地中海地区,西亚至中亚分布 1 1.35 8 2.79 4 旧世界热带分布 1 1.35 17 5.92 13 中亚分布 0 0.00 1 0.35 5 热带亚洲至热带大洋洲分布 2 2.70 10 3.48 14 东亚分布 4 5.41 18 6.27 6 热带亚洲至热带非洲分布 1 1.35 7 2.44 15 中国特有分布 0 0.00 6 2.09 7 热带亚洲分布 2 2.70 23 8.01 合计 95 100.00 337 100.00 8 北温带分布 27 36.49 46 16.03 说明:*不包括世界分布科 -
根据《中国种子植物属的分布区类型》[22]的划分,长兴县湿地维管植物251属归属于12个分布区类型(表7)。占优势的是北温带地理成分共66属,占该区总属数的35.86%(不包括世界分布的属);其次是泛热带分布的属,共60个,占本区属总数的27.78%。
表 7 长兴县湿地种子植物属的区系分布类型
Table 7. The areal-types of genera of seed plants of wetlands in Changxing County
序号 分布类型 长兴的
属数占长兴总
属数的比
例/%*中国湿
地植物的
属数[17]比例/% 序号 分布类型 长兴的
属数占长兴总
属数的比
例/%*中国湿
地植物的
属数[17]比例/% 1 世界分布 53 107 9 东亚及北美间断分布 7 3.54 124 4.01 2 泛热带分布 55 27.78 357 11.54 10 旧世界温带分布 10 5.05 174 5.63 3 热带亚洲和热带美洲间断分布 0 0.00 78 2.52 11 温带亚洲分布 3 1.51 64 2.07 4 旧世界热带分布 8 4.04 177 5.72 12 地中海地区,西亚至中亚分布 0 0.00 123 3.98 5 热带亚洲至热带大洋洲分布 10 5.05 156 5.00 13 中亚分布 1 0.50 160 5.17 6 热带亚洲至热带非洲分布 5 2.53 159 5.14 14 东亚分布 20 10.10 317 10.25 7 热带亚洲分布 8 4.04 646 20.89 15 中国特有分布 0 0.00 251 8.12 8 北温带分布 71 35.86 307 9.93 合计 251 100.00 3 200 100.00 说明:*不包括世界分布属 -
长兴湿地维管植物共95科277属464种,其中:蕨类植物7科7属7种、裸子植物2科3属4种、被子植物86科267属453种;被子植物中包含双子叶植物68科222属393种和单子叶植物18科45 属60种。该区湿地植物资源较丰富,其中被子植物种类最多,科、属、种分别占浙江省总数的67.72%、47.76%和34.09%。有研究表明[25]:西溪湿地有维管植物511种, 隶属于372属125科。其中蕨类植物8科10属11种;裸子植物6科10属11种;被子植物111科352属489 种。两地都位于亚热带东部地区的浙江省北部,以禾本科、菊科占主要地位,物种组成有较高的相似度,这与两地相似的自然和人为因子影响是分不开的。
该区湿地维管植物以湿生植物为主,共计383种,占湿地植物总种数的82.54%。草本植物最为丰富,有75科228属397种,种数占总种数的85.56%。湿地野生维管植物优势科属显著,其优势科为禾本科、菊科、莎草科、蓼科、毛茛科、蔷薇科、豆科、唇形科等;优势属为蓼属、薹草属、莎草属、眼子菜属、蒿属、毛茛属等。
该区95科251属湿地野生维管植物中,温带性质的分布类型共36科112属,分别占总科、属数的37.89%和44.62%。其中北温带分布27科71属,分别占温带科、属数的75.00%和63.39%,占总科、属数的28.42%和28.29%。北温带分布类型属中寡种属比例较大,典型的北温带分布属在该区均有分布,如蓼属、眼子菜属、毛茛属等。热带性质分布类型共38科86属,泛热带分布占绝大部分,但缺乏旧世界热带分布这样的典型热带分布型,其热带成分大多为向北延伸至亚热带甚至温带的衍生种类,热带性质属与温带性质属的比值为0.77,表明该区具有温带性质较强的由亚热带向温带的过渡区系性质。该区域处于东亚植物区系中国—日本森林植物区系的核心部位,具有东亚分布20属。
长兴湿地类型多样、分布广泛、水热条件良好,湿地植物丰富,植被保存较完好,类型多样,群落结构完整,季相变化丰富,为国家重点保护及珍稀濒危植物的生长、繁衍提供了避难所。长兴县湿地范围内共有国家Ⅱ级重点保护植物5种,分别为榉树Zelkova serrata、野荞麦Fagopyrum cymosum、樟树Cinnamomum camphora、野大豆Glycine soja、野菱Trapa bispinosa;浙江省重点保护野生植物2种,分别为芡Euryale ferox、水车前Ottelia alismoides。此外,还有短柱铁线莲Clematis cadmia、吴兴铁线莲Clematis huchouensis、白及Bletilla striata、绶草Spiranthes sinensis等珍稀濒危植物。
Diversity and flora of wetland plants of Changxing County, Zhejiang Province
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摘要:
目的 湿地是珍贵的自然资源,也是重要的生态系统,具有不可替代的综合功能。长兴县湿地在浙江省具有重要地位,开展全域湿地维管植物多样性调查,为长兴县湿地生态系统的恢复和保护提供科学依据。 方法 通过线路调查法和样方调查法,对长兴县湿地维管植物多样性进行研究,并对植物区系进行了分析。 结果 ①长兴县共有野生湿地维管植物95科277属464种,其中:蕨类植物7科7属7种、裸子植物2科3属4种、被子植物86科267属453种;被子植物中包含双子叶植物68科222属393种和单子叶植物18 科45 属60种。②植物科组成以分布2~9种的科和仅分布1种的科占优势,两者共占88.42%;属组成以分布2~5种的属和仅分布1种的属占绝对优势,两者共占97.11%。③湿生植物占湿地植物总种数的82.54%;草本植物占湿地植物总种数的85.56%。④科的分布区类型包括11个,除世界广布科外,以泛热带分布型科和北温带分布型科为主;属的分布区类型包括12个,以北温带分布型属为主,热带性质属与温带性质属的数量比为0.77。 结论 长兴湿地维管植物资源丰富,植物区系具有典型的温带性质并有一定的过渡性。表7参25 Abstract:Objective Wetland is a precious natural resource and an important ecosystem with irreplaceable functions. The wetlands in Changxing County play an important role in Zhejiang Province. A survey of the diversity of vascular plants in wetlands was carried out to provide scientific basis for the restoration and protection of wetland ecosystem in Changxing County. Method The diversity of vascular plants and the flora in wetlands were studied by route survey and quadrat survey. Result (1) There were 464 species of vascular plants, belonging to 277 genera 95 families. Among them, there were 7 species of ferns in 7 genera of 7 families, 4 species of gymnosperms in 3 genera of 2 families, and 453 species of angiosperms in 267 genera of 86 families which included 393 species of dicotyledons in 222 genera of 68 families and 60 species of monocotyledons in 45 genera of 18 families. (2) Families of 2−9 species and 1 species were dominant in the composition of plant families, accounting for 88.42%. Genera consisting of 2−5 species and 1 species were dominant, accounting for 97.11%. (3) Aquatic plants accounted for 82.54% of the total species of wetland plants, and herbaceous plants accounted for 85.86%. (4) There were 11 distribution types of family, dominated by pan-tropic family and north temperate distribution family, in addition to world-wide distribution. There were 12 distribution types of genus, dominated by north temperate distribution genus, and the number ratio of tropical genus to temperate genus was 0.77. Conclusion The vascular plants in Changxing County are abundant, and the flora shows typical temperate and transitional characteristics. [Ch, 7 tab. 25 ref.] -
Key words:
- botany /
- wetland plants /
- diversity /
- floristic composition /
- Changxing
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金线莲Anoectochilus roxburghii为兰科Orchidaceae开唇兰属Anoectochilus多年生草本植物,别名金线草、金线兰等,主要分布在中国福建、浙江、云南和台湾等地区。金线莲因含有黄酮类、多糖类、生物碱类等成分[1],其药用价值日益被重视。由于金线莲对生长环境要求严格,且野生资源被过度采摘,导致金线莲已濒临灭绝[2],因此有必要开展金线莲资源的保护。种质资源收集和遗传多样性评估是金线莲资源保护的基础研究工作。分子标记可以在DNA水平上揭示植物的遗传变异,是一种稳定可靠的遗传分析方法[3]。简单重复序列间扩增多态性(inter-simple sequence repeat,ISSR)和序列相关扩增多态性(sequence-related amplified polymorphism,SRAP)主要针对非特异性序列进行扩增,对于基因组序列信息匮乏的物种较为有效[4]。目前,分别利用ISSR、SRAP等单一分子标记对金线莲遗传多样性的评价[5-11]已取得了一定的进展,但单一的分子标记技术经常受到扩增区域限制、引物扩增能力差异、模糊显性标记主观计入等因素影响,不能完全评价生物遗传多样性[12-13],而综合运用多种分子标记,能最大程度优化聚类分析结果[14-15]。目前,结合ISSR与SRAP分子标记技术已经应用于薄荷Mentha haplocalyx[12]、烟草 Nicotiana tabacum[16-17]、韭菜Allium tuberosum [18]、栀子Gardenia jasminoides [19]等研究。本研究采用ISSR与SRAP相结合的方法对浙江与福建等地引种、杂交与野生的金线莲样品进行研究,揭示金线莲个体间与种源间的遗传分化,为金线莲资源的保护和利用提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料
48份金线莲新鲜叶片样品详见表1。
表 1 金线莲供试样品信息Table 1 Tested samples of A. roxburghii编号 样品 来源地 编号 样品 来源地 编号 样品 来源地 1 健君1号 浙江温州 17 尖叶自交辐射选育种 福建福州 33 福建网纹种 福建厦门 2 健君2号 浙江温州 18 红霞变异种 福建厦门 34 福建无网纹种 福建厦门 3 金康1号 浙江金华 19 小叶金线莲 福建福州 35 大福星 福建厦门 4 大圆叶 福建厦门 20 温州文成野生种 浙江温州 36 大圆宝 福建厦门 5 健君1号原种 浙江温州 21 尖叶金线莲 福建泉州 37 红霞 福建厦门 6 戴云山野生种 福建泉州 22 大叶金线莲 福建三明 38 健君1号 浙江温州 7 福建永春黄带种 福建泉州 23 云南金线莲 云南昆明 39 尖叶金线莲 福建三明 8 台湾金线莲 台湾高雄 24 野生无纹 福建厦门 40 庆元无网纹 浙江庆元 9 台湾金线莲 台湾高雄 25 尖叶红杆种 福建福州 41 福建金草繁育种 福建厦门 10 无纹(G) 福建三明 26 尖叶变异筛选种 福建福州 42 小圆叶 福建三明 11 福建金线莲 福建福州 27 尖叶变异筛选种 福建福州 43 银圆宝 台湾高雄 12 大叶(H) 福建三明 28 大叶金线莲 福建三明 44 尖叶自交选育种 福建福州 13 野生种子繁育种 福建三明 29 野生种子繁育种 福建三明 45 尖叶杂交种 福建福州 14 林下尖叶(台州) 浙江台州 30 福建本地银线莲 福建厦门 46 大叶红霞 福建三明 15 林下沙畈本地无纹 浙江金华 31 福建小圆叶 福建厦门 47 尖叶变异筛选种 福建福州 16 野生金线莲 江西萍乡 32 金华本地种 浙江金华 48 无纹金线莲 福建三明 1.2 方法
1.2.1 基因组DNA的提取与检测
参照DNA提取试剂盒说明书提取金线莲的DNA,得到的DNA用50 μL双蒸水(ddH2O)溶解。以ddH2O为对照,使用超微量分光光度计检测DNA溶解液的浓度以及纯度。
1.2.2 金线莲ISSR引物筛选及检测
采用哥伦比亚大学公布的第9套100个ISSR通用引物序列,由北京擎科生物科技有限公司合成。使用3个已提取的DNA对100个ISSR引物进行筛选,反应体系总体积为20 μL,其中2×Taq Plus MasterMix 10 μL、ddH2O 8 μL、ISSR引物 1 μL、DNA溶解液1 μL,PCR扩增程序为98 ℃预变性30 s;94 ℃变性10 s,退火(不同引物退火温度不同) 15 s,72 ℃延伸15 s,循环35次;最后72 ℃延伸1 min,4 ℃保存。对产物进行琼脂糖凝胶电泳检测,挑选出多态性好、扩增条带清晰的引物对48个DNA样品进行扩增。
1.2.3 金线莲SRAP引物筛选及检测
参照FERRIOL等[20]的设计原理建立SRAP标记分析体系,由北京擎科生物科技有限公司合成,包含14条上游引物(Me1~Me14)和17条下游引物(Em1~Em17),上下游引物可随机组成238对SRAP引物组合。使用2个已提取的DNA对238对SRAP引物组合进行筛选,PCR体系及扩增程序同上。将挑选出的多态性好、扩增条带清晰的引物对48个DNA样品进行扩增。
1.2.4 数据统计及分析
对PCR扩增产物电泳胶图进行人工读带,对扩增条带按有(1)或无(0)进行统计,形成“0, 1”数据矩阵,分别得到ISSR、SRAP及两者综合的数据。利用Excel统计每个(对)引物的总扩增条带数、多态性条带数和多态位点百分率(PPB)。使用POPGENE 32.0软件计算等位基因数(Na)、有效等位基因数(Ne)、Nei’s基因多样性指数(H)、Shannon’s多态性信息指数(I)、居群总基因多样性(Ht)、居群内基因多样性(Hs)、基因分化系数(Gst=1−Hs/Ht)和基因流(Nm)等遗传多样性相关参数,并计算不同种源间的遗传距离和遗传一致度,使用OmicStudio工具对遗传距离进行主坐标分析(PCoA),使用NTSYS-PC 2.1软件对所采集的金线莲样品进行聚类分析并绘制非加权组平均法(UPGMA)树状图。
2. 结果与分析
2.1 引物筛选及扩增多态性
2.1.1 ISSR引物的筛选及其扩增多态性
经过2次筛选,共获得11条条带较为清楚的引物(表2)。11条引物共扩增出86条条带,其中多态性条带有84条,PPB平均值为97.67%,平均扩增条带数是7.82个,平均多态性条带数为7.64个。扩增条带数最多的引物是UBC880 (13条),其次是UBC861 (12条),扩增条带最少的是UBC810 (4条)。PPB为83.33%~100%,其中,UBC807、UBC810、UBC826、UBC834、UBC841、UBC842、UBC865、UBC68和UBC861的PPB为100%,均表现出极高的多态性,占总引物的81.82%;UBC856的PPB最低,为83.33%。
表 2 ISSR引物信息及扩增结果Table 2 ISSR primer information and amplification results编号 ISSR引物 序列
(5′→3′)扩增条
带数多态性
条带数PPB/% 1 UBC807 (AG)8T 6 6 100 2 UBC810 (GA)8T 4 4 100 3 UBC826 (AC)8C 6 6 100 4 UBC834 (AG)8YT 8 8 100 5 UBC841 (GA)8YC 10 10 100 6 UBC842 (GA)8YG 8 8 100 7 UBC856 (AC)8YA 6 5 83.33 8 UBC865 (CCG)6 6 6 100 9 UBC868 (GAA)6 7 7 100 10 UBC880 (GGAGA)3 13 12 92.30 11 UBC861 (ACC)6 12 12 100 平均 7.82 7.64 97.67 合计 86 84 说明:Y=(C, T);PPB为多态位点百分率 2.1.2 SRAP引物的筛选及其扩增多态性
经过2次筛选,共获得11对条带较为清楚的引物组合(表3)。11对引物共扩增出88条条带,其中多态性条带有86条,PPB平均值为97.73%,平均扩增条带数是8个,平均多态性条带数为7.82个。扩增条带数最多的引物组合是Me11-Em4 (12条);其次是组合Me4-Em13、Me2-Em14和Me13-Em10,扩增出9条条带;扩增条带最少的是Me13-Em16组合,只扩增出6条条带。PPB为88.89%~100%,其中,Me11-Em4、Me8-Em7、Me13-Em7、Me13-Em16、Me4-Em14、Me5-Em11、Me13-Em10、Me14-Em14和Me3-Em2组合的PPB为100%,均表现出极高的多态性,占总引物的81.82%;Me4-Em13和Me2-Em14组合的PPB最低,为88.89%。
表 3 SRAP引物信息及扩增结果Table 3 SRAP primer information and amplification results编号 SRAP引物 正向引物
(5′→3′)反向引物
(5′→3′)扩增条
带数多态性
条带数PPB/% 1 Me11-Em4 BACG DTGA 12 12 100 2 Me8-Em7 BTGC DCAA 7 7 100 3 Me13-Em7 BAAC DCAA 8 8 100 4 Me4-Em13 BACC DCTA 9 8 88.89 5 Me13-Em16 BAAC DGAT 6 6 100 6 Me2-Em14 BAGC DCTC 9 8 88.89 7 Me4-Em14 BACC DCTC 7 7 100 8 Me5-Em11 BAAG DCAC 7 7 100 9 Me13-Em10 BAAC DCAG 9 9 100 10 Me14-Em14 BTCC DCTC 7 7 100 11 Me3-Em2 BAAT DTGC 7 7 100 平均 8 7.82 97.73 合计 88 86 说明:B=TGAGTCCAAACCGG;D=GACTGCGTACGAATT;PPB为多态位点百分率 2.2 遗传距离和遗传一致度分析
ISSR研究中遗传一致度为0.4767~0.9070,遗传距离为0.0976~0.7408。其中,遗传一致度最高的1号与2号、3号与17号、14号与17号,均为0.9070,它们的遗传距离最小,均为0.0976,说明其亲缘关系较近;遗传一致度最低的是7号与22号,为0.4767,其遗传距离最大,为0.7408,说明其亲缘关系较远。在SRAP研究中遗传一致度为0.4659~0.9545,遗传距离为0.0465~0.7638。其中,遗传距离最小的是36号与37号,遗传距离最大的是10号与39号。综合ISSR和SRAP的数据后,遗传一致度为0.5115~0.8793,遗传距离为0.1286~0.6704。其中,遗传距离最小的是34号与37号,遗传距离最大的是10号与39号。
将48份样品按照产地来源分为5个群体(浙江、福建、台湾、江西和云南),利用POPGENE 32软件对其遗传距离和遗传一致度进行计算,结果如表4所示。使用OmicStudio工具将ISSR+SRAP的标记结果进行PCoA分析,结果如图1所示:由于来自台湾(3个)、江西(1个)和云南(1个)的样品数目较少,故不作分析。结合表4与图1可知:浙江省与福建省金线莲种质混杂。
表 4 金线莲群体间的遗传一致度与遗传距离Table 4 Genetic agreement and genetic distance among A. roxburghii populations分子标记 产地 浙江 福建 台湾 江西 云南 ISSR 浙江 0.9577 0.8842 0.8416 0.7285 福建 0.0433 0.8916 0.7792 0.7336 台湾 0.1231 0.1148 0.7310 0.6552 江西 0.1724 0.2495 0.3133 0.5814 云南 0.3168 0.3098 0.4228 0.5423 SRAP 浙江 0.9853 0.9480 0.7960 0.8351 福建 0.0148 0.9531 0.7880 0.8233 台湾 0.0534 0.0480 0.7796 0.7978 江西 0.2282 0.2383 0.2490 0.6250 云南 0.1802 0.1945 0.2259 0.4700 ISSR+SRAP 浙江 0.9712 0.9160 0.8187 0.7818 福建 0.0292 0.9229 0.7835 0.7798 台湾 0.0878 0.0802 0.7555 0.7270 江西 0.2000 0.2439 0.2804 0.6034 云南 0.2462 0.2487 0.3188 0.5051 说明:对角线下方为Nei’s遗传距离,对角线上方为Nei’s遗传一致度 2.3 遗传多样性分析
分析浙江与福建种源的样品,结果如表5所示:ISSR分析显示,43个种源在物种水平上,Na为1.9651,Ne为1.4403,H为0.2727,I为0.4247,PPB为96.51%;在群体水平上,Na为1.7093~1.9302,Ne为1.3409~1.4325,H为0.2075~0.2668,I为0.3207~0.4147,PPB为70.93%~93.02%,相对于物种水平而言,群体间的遗传多样性水平较低。SRAP结果与ISSR结果相似。结合ISSR与SRAP的数据分析:43个种源在物种水平上,Na为1.9713,Ne为1.3797,H为0.2429,I为0.3873,PPB为97.13%;在群体水平上,Na为1.7816~1.9425,平均值为1.8621;Ne为1.3578~1.3607,平均值为1.3593;H为0.2239~0.2288,平均值为0.2264;I为0.3488~0.3664,平均值为0.3576;PPB为78.16%~94.25%,平均值为86.21%,也是群体间的遗传多样性水平更低。其中,从ISSR、SRAP及综合研究结果来看,Na、Ne、H、I及PPB中基本上是福建省大于浙江省,说明福建省的金线莲种群遗传多样性更高。
表 5 金线莲遗传多样性参数Table 5 Genetic diversity parameters of A. roxburghii分子标记 产地 等位基
因数 (Na)有效等位
基因数 (Ne)Nei’s基因多样
性指数 (H)Shannon’s多态性
信息指数 (I)多态位点百
分率 (PPB)/%ISSR 浙江 1.709 3 1.340 9 0.207 5 0.320 7 70.93 福建 1.930 2 1.432 5 0.266 8 0.414 7 93.02 群体水平 1.819 8 1.386 7 0.237 2 0.367 7 81.98 物种水平 1.965 1 1.440 3 0.272 7 0.424 7 96.51 SRAP 浙江 1.852 3 1.380 0 0.239 9 0.376 3 85.23 福建 1.954 5 1.284 8 0.191 6 0.319 1 95.45 群体水平 1.903 4 1.332 4 0.215 8 0.347 7 90.34 物种水平 1.977 3 1.320 6 0.213 8 0.350 8 97.73 ISSR+SRAP 浙江 1.781 6 1.360 7 0.223 9 0.348 8 78.16 福建 1.942 5 1.357 8 0.228 8 0.366 4 94.25 群体水平 1.862 1 1.359 3 0.226 4 0.357 6 86.21 物种水平 1.971 3 1.379 7 0.242 9 0.387 3 97.13 2.4 UPGMA聚类分析
2.4.1 基于ISSR标记的聚类
由图2可见:48份金线莲样品的遗传相似性系数为0.62~0.91,变幅为0.29。在遗传相似系数为0.67处,48份金线莲样品被划分为3类:在Ⅰ类中地理位置相同的主要有浙江温州的1、2、5、38号以及福建福州的17、25、26、27、44、45号,两地间亲缘关系相对较近;而Ⅱ类与Ⅲ类中样品的来源组成均较为分散,无明显特征。
2.4.2 基于SRAP标记的聚类
图3显示:48份金线莲样品的遗传相似性系数为0.62~0.95,变幅为0.33。在遗传相似系数为0.65处,48份金线莲样品被划分为2类,Ⅰ类中1、5、38号均来自浙江温州,且品种相似,故聚为一类;而在Ⅱ类中,各个品种难以明显划分出小类,这也是各地种质较为混乱所带来的结果。与ISSR标记相比,SRAP标记更难划分类别。
2.4.3 基于ISSR+SRAP标记聚类
图4显示:48份金线莲样品的遗传相似性系数为0.64~0.88,变幅为0.24。在遗传相似系数为0.68处,48份金线莲样品被划分为4类,Ⅰ类中地理位置相同的主要有浙江温州的1、2、5、38号以及台湾高雄的8、9号,两地间可能品种相互引种;Ⅱ类中主要为来自福建福州的样品,包括17、25、26、27、44、45号;Ⅲ类中地理位置相同的主要有福建厦门的4、18、24、31、33、34、36、37号以及福建三明的12、13、22、28、29、48号,两地间品种互引的可能性较大。2种分子标记结合的方法更易体现样品间亲缘关系、划分类别,更清楚地体现地理位置对亲缘关系的影响。
3. 讨论与结论
本研究利用ISSR与SRAP对48份不同来源金线莲样品进行遗传特性分析,共筛选获得11条ISSR引物,扩增86条条带,其中多态性条带84条,PPB为97.67%;筛选出的11对SRAP引物共扩增出了88条条带,多态性条带86条,PPB为97.73%。说明供试金线莲样本具有丰富的遗传多样性,且相较于王剑锴等[10]筛选出的用于检测金线莲资源遗传特性的RAPD分子标记,ISSR与SRAP的标记多态性明显增多,进一步验证了ISSR与SRAP在金线莲种源多态性检测方面的高效率。
基于ISSR与SRAP分子标记对金线莲样品的遗传距离与遗传一致度分析发现:遗传距离最小的是34号(福建厦门福建无网纹种)与37号(福建厦门红霞),其亲缘关系较近;遗传距离最大的是10号(福建三明的无纹G)与39号(福建三明的尖叶),其亲缘关系较远。从遗传多样性分析结果来看,来自福建的金线莲遗传多样性更高,同时结合金线莲群体间的遗传一致度与遗传距离结果以及PCoA分析,可以看出各地间金线莲种质资源十分混杂,其中包含了大量的野生种、半野生种和人工驯化的栽培种及杂交种,这种复杂性导致不同种源间的差异性明显,金线莲种质的遗传多样性增加。浙江省市场内流通的栽培种多为省外引入种[21-22],各种质遗传交流频繁,这有利于培育出较优的金线莲品种。
本研究单独使用ISSR或SRAP的UPGMA聚类结果中,均出现各地间种源相互混杂的状况,并未严格按照地理距离的差异进行归类,而2种分子标记结合的聚类结果中,金线莲种质资源的聚类与不同地理位置分布的情况有比较高的一致度,表现出了一定地域性分布规律,说明2种分子标记方法结合相较于单一的分子标记方法能更准确地体现不同地区金线莲的差异性。由于2种分子标记所检测的基因座位以及所用的引物等因素存在差异,故两者得到的遗传距离不同,其聚类图也存在差异[23],且每种分子标记方法均有其优势与不足,结合多种标记技术则能更全面、准确地揭示种质遗传特性。因此,本研究结合ISSR与SRAP能更准确地揭示金线莲资源的遗传多样性和亲缘关系,为金线莲良种培育以及野生金线莲资源保护等方面提供了帮助。此外物种的遗传特性容易受到生态环境、繁殖方式以及各种人为活动的影响,野生金线莲经过长期的自然选择,其遗传背景较为复杂;人工栽培种种源多来自于野生金线莲,品种混杂。同时金线莲在野外萌发所需的自然条件苛刻,加之生境的易碎性对其生存产生很大压力[24],因此金线莲的遗传多样性受到生态环境极大的影响,所以有必要保护当地的生态环境以维护金线莲物种多样性。
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表 1 长兴县湿地范围内维管植物种类
Table 1. Vascular plants of wetlands in Changxing County
分类群 科 属 种 数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%数量 占长兴维
管植物总
数比例/%占浙江湿
地维管植
物比例/%维管
植物蕨类植物 7 70.00 25.00 7 70.00 17.07 7 70.00 10.45 种子
植物裸子植物 2 33.33 100.00 3 27.27 75.00 4 26.67 57.14 被子植物 86 72.88 67.72 267 61.95 47.76 453 60.40 34.09 合计 95 70.90 60.51 277 61.28 45.86 464 59.87 33.07 表 2 长兴县湿地维管束植物生态类型统计
Table 2. Ecological type statistics on vascular plants of wetlands in Changxing County
生态类型 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 湿生植物 72 75.79 227 81.95 383 82.54 挺水植物 18 18.95 29 10.47 41 8.84 浮叶植物 9 9.47 11 3.97 15 3.23 浮水植物 5 5.26 7 2.53 8 1.72 沉水植物 8 8.42 11 3.97 17 3.66 合计 95 277 464 100.00 表 3 长兴县湿地维管束植物生活型统计
Table 3. Life-form statistics on vascular plants of wetlands in Changxing County
类型 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 乔木 14 14.74 17 6.14 22 4.74 灌木 10 10.53 15 5.42 18 3.88 草本 75 78.95 228 82.31 397 85.56 藤本 12 12.63 20 7.22 25 5.39 竹类 1 1.05 1 0.36 2 0.43 合计 95 277 464 100.00 表 4 长兴县湿地维管束植物科组成
Table 4. Family components of vascular plants of wetlands in Changxing County
科分类 科 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 分布50种以上的科 1 1.05 39 14.08 66 14.22 分布30~49种的科 2 2.11 37 13.36 78 16.81 分布10~29种的科 8 8.42 59 21.30 114 24.57 分布2~9种的科 45 47.37 103 37.18 167 35.99 仅分布1种的科 39 41.05 39 14.08 39 8.41 合计 95 100.00 277 100.00 464 100.00 表 5 湿地维管束植物属组成
Table 5. Genera components of vascular plants of wetlands in Changxing County
属分类 属 种 属分类 属 种 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 数量 比例/% 分布20种以上的属 0 0.00 0 0.00 分布2~5种的属 77 27.80 205 44.18 分布10~19种的属 1 0.36 19 4.09 仅分布1种的属 192 69.31 192 41.38 分布6~9种的属 7 2.53 48 10.35 合计 277 100.00 464 100.00 表 6 长兴县湿地种子植物科的区系分布类型
Table 6. The areal-types of familiy of seed plants of wetlands in Changxing County
序号 分布类型 长兴的
科数占长兴总
科数的比
例/%*中国湿
地植物的
科数[17]比例/% 序号 分布类型 长兴的
科数占长兴总
科数的比
例/%*中国湿
地植物的
科数[17]比例/% 1 世界分布 21 50 9 东亚及北美间断分布 3 4.06 14 4.88 2 泛热带分布 32 43.24 120 41.81 10 旧世界温带分布 1 1.35 6 2.09 3 热带亚洲和热带美洲间断分布 0 0.00 11 3.83 12 地中海地区,西亚至中亚分布 1 1.35 8 2.79 4 旧世界热带分布 1 1.35 17 5.92 13 中亚分布 0 0.00 1 0.35 5 热带亚洲至热带大洋洲分布 2 2.70 10 3.48 14 东亚分布 4 5.41 18 6.27 6 热带亚洲至热带非洲分布 1 1.35 7 2.44 15 中国特有分布 0 0.00 6 2.09 7 热带亚洲分布 2 2.70 23 8.01 合计 95 100.00 337 100.00 8 北温带分布 27 36.49 46 16.03 说明:*不包括世界分布科 表 7 长兴县湿地种子植物属的区系分布类型
Table 7. The areal-types of genera of seed plants of wetlands in Changxing County
序号 分布类型 长兴的
属数占长兴总
属数的比
例/%*中国湿
地植物的
属数[17]比例/% 序号 分布类型 长兴的
属数占长兴总
属数的比
例/%*中国湿
地植物的
属数[17]比例/% 1 世界分布 53 107 9 东亚及北美间断分布 7 3.54 124 4.01 2 泛热带分布 55 27.78 357 11.54 10 旧世界温带分布 10 5.05 174 5.63 3 热带亚洲和热带美洲间断分布 0 0.00 78 2.52 11 温带亚洲分布 3 1.51 64 2.07 4 旧世界热带分布 8 4.04 177 5.72 12 地中海地区,西亚至中亚分布 0 0.00 123 3.98 5 热带亚洲至热带大洋洲分布 10 5.05 156 5.00 13 中亚分布 1 0.50 160 5.17 6 热带亚洲至热带非洲分布 5 2.53 159 5.14 14 东亚分布 20 10.10 317 10.25 7 热带亚洲分布 8 4.04 646 20.89 15 中国特有分布 0 0.00 251 8.12 8 北温带分布 71 35.86 307 9.93 合计 251 100.00 3 200 100.00 说明:*不包括世界分布属 -
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链接本文:
https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20190436