风箱果种群结构、遗传多样性和生态适应性研究

发布时间：2020-07-13 05:28

【摘要】：风箱果(Physocarpus amurensis),是我国蔷薇科风箱果属唯一落叶灌木,是古老的残遗种,目前该种的分布范围和种群数量正在日益缩减,已经被列入中国第二批稀有濒危保护植物名录,该树种具有重要的观赏价值、药用价值和生态价值,对其开展保护和研究具有重要意义。目前针对风箱果种群现状及未来发展趋势,遗传多样性水平和对主要生态因子的适应性问题缺乏全面的了解,阻碍了对其的科学保护和合理开发利用。本项研究通过对风箱果种群结构和遗传多样性等的研究掌握限制种群扩展的内部因素,为保护风箱果资源、恢复种群提供理论依据,同时对幼苗在变化的光环境、养分环境、水分环境条件下的形态、结构、生理等方面可塑性响应能力的研究,掌握其生态适应性,为风箱果的异地保护、引种栽培等人工培育措施的制定提供理论指导,进一步为挖掘和利用该植物资源的应用价值提供基础依据。本研究主要结果如下:1、风箱果种群幼苗个体缺乏,中老年个体较多,存活曲线属于Deevey-II型;种群死亡率和消失率曲线变化趋势基本一致,不同龄级个体的死亡率都很高,种群呈现持续锐减的特点;种群的生存率函数曲线单调下降,积累死亡率函数曲线单调上升,生存率函数曲线下降和积累死亡率函数曲线升高的趋势前期高于后期,种群死亡密度函数曲线较为平缓,在第V龄级死亡密度较大,危险率函数曲线随着龄级的增加不断增大。幼苗个体缺乏是导致风箱果种群衰退的重要原因。2、风箱果最佳ISSR反应体系及扩增条件为:20 μL体系,其中包括3.0 mmol.L-1MgCl2,0.15 mmol·L-1dNTPs,0.5 μmol·L-1 引物,1.0 U.μL-1Taq 酶,1.0 ng.μL-1 模板DNA,2.0 μL PCR buffer(10x);扩增程序:94℃预变性 5 min,94℃变性 35 s,55.5℃退火45 s,72℃延伸90 s,共35个循环,然后72℃延伸10 min。利用该体系对风箱果种群中的4个居群48个个体的遗传多样性水平进行了分析,13条引物共得到88条清晰的扩增带,其中31个位点为多态性位点。物种和居群水平的遗传多样性都较低,在物种水平上,多态性位点百分率(PPB)为35.2%,Nei's基因多样性指数(H)为0.1304,Shannon's信息多样性指数(I)为0.1916;在居群水平上,PPB为24.2%,H为0.0889,I为0.1321。群体间存在基因流动但水平有限(Nm=1.2185),使群体间存在较高的遗传分化(Gst=0.2909)。Mantel检测表明,居群间的遗传距离和地理距离之间存在显著的相关关系(r=0.882,P0.05)。UPGMA聚类分析显示,在0.01阈值处把4个居群分为2个类群。生境片段化和基因流障碍是导致居群遗传多样性较低和居群间遗传分化较高的主要原因。3、风箱果属于阳生树种,对光环境的变化非常敏感;轻度遮荫(L1)促进了苗高的生长,重度遮荫(L2)抑制了苗高的生长,遮荫显著增大了冠幅(P＜0.05),显著减少了地径和叶片数量(P＜0.05);遮荫显著减少了根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量(P＜0.05),特别是L2时,分别比CK减少了 80.6%、61.1%、70.3%和71.8%;遮荫对1级侧枝直径影响显著(P＜0.05),对1级侧枝长、1级侧枝密度、1级侧枝分枝角度、2级侧枝长、2级侧枝密度等树冠结构指标影响不显著(P＞0.05);遮荫显著降低了表观量子效率(AQY)、最大净光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)和类胡萝卜素含量(Car)(P＜0.05),显著提高了叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素(Chl)含量和叶绿素/类胡萝卜素(P＜0.05);遮荫显著减少了根、茎、叶中NSC含量(P＜0.05),尤其是L2时,分别比CK减少了52.5%、44.9%和43.9%。风箱果苗期对轻度遮荫具有一定的适应和调节能力,而重度遮荫严重抑制其生长发育,生产实践中应栽植在阳光充足的环境中。4、施氮肥促进了风箱果幼苗地径、分枝数、冠幅和叶面积的生长,促进了茎、叶和总生物量的积累(P＜0.05),提高了茎生物量分配比例,减少了根生物量的分配比例;施氮肥显著提高了净光合速率和叶氮含量(P＜0.05);施氮肥显著减少了根中的可溶性糖和NSC含量(P＜0.05),对根中的淀粉影响不显著(P＞0.05),明显提高了茎和叶中的可溶性糖、淀粉和NSC的积累。施氮肥处理间(N1、N2、N3)的大部分指标差异并不显著,说明风箱果幼苗对土壤养分的变化并不敏感,对土壤肥力条件要求不高。5、随着干旱胁迫程度加剧,风箱果幼苗的苗高和地径生长显著下降(P＜0.05),茎、叶生物量和根冠比显著减小(P＜0.05),根生物量和总生物量呈现出先增大后减小的趋势,在轻度干旱胁迫(W1)时达到最大;净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)均随着干旱胁迫程度加剧呈现出先增大后减小的趋势,而气孔限制值(Ls)呈现出先减少后增大的趋势,即Pn下降主要是由气孔限制造成的;土壤干旱加剧过程中,风箱果幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性表现出先升高后降低的趋势,丙二醛(MDA)含量和细胞膜相对透性则表现出逐级递增趋势。风箱果幼苗能够适应轻度干旱胁迫(W1),中、重度胁迫下生长和光合能力均受到抑制,抗氧化酶系统遭到破坏。综上所述,风箱果的濒危可能更多的是人类活动对生境的破坏以及生境片段化,导致种群数量降低,种群老化,遗传多样性降低。在加强对其生境保护、回归引种和种群人工恢复的同时、应积极开展迁地保护。风箱果可通过人工大量繁殖进行园林应用后,实现其种质资源异地保育。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S718.5

【参考文献】