极小种群野生植物大树杜鹃的保护生物学研究

发布时间：2017-04-25 13:10

  本文关键词：极小种群野生植物大树杜鹃的保护生物学研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大树杜鹃(Rhododendron protistum var. giganteum (Forrest) D. F. Chamberlain)为杜鹃花科(Ericaceae)杜鹃属常绿杜鹃亚属最高大的多年生乔木,分布于高黎贡山国家自然保护区腾冲县大塘站的原始森林,共有2个野生居群,植株数量不足2000株。由于大树杜鹃种群分布地的局限性和资源的稀少性,该物种已经被国家林业局列入首批极小种群野生植物保护名录,并被《中国植物红皮书》收录为Ⅱ级保护植物,但是目前关于该物种的保护生物学研究几乎处于空白状态。鉴于此,本文在对极小种群野生植物大树杜鹃资源与分布调查的基础上,通过野外调查与室内实验,对该濒危物种的生存现状、种群结构与动态、种子生理生态、种子贮藏特性、保护遗传学(AFLP和SSR)等方面进行了综合研究,分析了大树杜鹃的生存现状,并探究其濒危原因与濒危机制,在此基础上提出了适合该物种的种群保护对策与方案。主要研究结果和结论如下：1.种群结构特征与动态 通过野外调查,以种群径级结构代替年龄结构的方法研究了大树杜鹃种群的径级结构、静态生命表与种群存活曲线,并采用时间序列预测模型分析了大树杜鹃的种群动态。结果表明,大树杜鹃种群分布生境特殊且局限分布,种群数量少；现存种群幼年个体数量相对较少,中年和成年个体数量丰富,种群存活曲线趋于Deevey-Ⅲ型,总体处于衰退趋势。种群时问序列预测分析表明,大树杜鹃种群植株数量在未来2年和5年总体上呈现小幅度的增加趋势,表明其具有一定的恢复潜能。因此,建议加强大树杜鹃自然种群生境的保护与管理,维持自然种群的稳定。2.种子生理生态 通过室内试验,研究了大树杜鹃种子贮藏特性,以及不同光照、温度、外源激素以及立地条件等对大树杜鹃种子萌发的影响。结果表明,大树杜鹃种子没有休眠,温度对种子萌发率影响显著,适宜的萌发温度是15-20℃,高温(35℃)抑制种子的萌发；在黑暗条件下,种子的萌发率低于5%,表明黑暗显著抑制种子的萌发,即大树杜鹃种子萌发对光照敏感,为需光性种子；GA3浸种不仅能提高种子的萌发率,并能缩短种子萌发的时间,促进种子萌发；种子贮藏特性研究表明,大树杜鹃种子为正常性种子(orthodox seed),除贮藏时间和贮藏温度的交互作用对种子萌发率影响不显著,贮藏时间、贮藏温度及二者的交互作用对种子的初始萌发时间、平均萌发时间、50%种子萌发时间(T50)和萌发率均有显著的影响；土壤基质对种子的出苗率影响不显著,但原生境的土壤有利于幼苗生长。当种子直接播种于土壤表面,种子出苗率可以达到72.67%,可随着凋落物厚度的增加,出苗率显著下降,表明立地条件影响大树杜鹃从种子萌发向幼苗阶段的转化。 3.基于AFLP的遗传多样性与遗传结构研究 利用12对AFLP引物对大树杜鹃2个居群56个个体进行了遗传多样性与遗传结构研究。结果表明,12对AFLP引物共检测出447条带,其中298条为多态性条带,大树杜鹃在物种水平上具有较高的遗传多样性(PPB=66.67%、He=0.240和I=0.358),2个居群间遗传分化低,根据GST推导出基因流Nm为4.065,表明大树杜鹃现存居群具有较高的基因流,推测可能与该物种的生活史特征、花粉散布有关。AMOVA分析的结果显示,遗传变异大多数存在于居群内,占总遗传变异的78.00%,而2个居群间的遗传变异仅占22.00%。STUCTURE分析和PCoA分析将2个居群的56个体明显的分为2组,即2个不同的遗传分支。研究结果支持狭域分布的小种群亦能维持较高的遗传多样性的假说。 4.基于SSR的保护遗传学研究 利用14个SSR微卫星位点对大树杜鹃2个居群共60个个体的遗传多样性、遗传结构和居群历史动态进行了研究,结果表明,14个位点共检测到81个等位基因(Na),平均每个位点有5.786个等位基因。大树杜鹃在物种水平上具有较高遗传多样性(Ve=2.863、AR=5.726、Ho=0.510、He=0.602、I=1.174和PPB=100%),这与AFLP的研究结论一致；STUCTURE分析和PCoA分析将2个居群的60个体明显的分为2组,表明为2个不同的遗传分支；通过软件POPGENE v.1.32、Migrate-n v3.6.4、GeneClass v2.0和BayesAss v3.0分析发现,大树杜鹃具有较高的历史基因流和较低的近代基因流；瓶颈效应分析表明2个居群在TPM模型假设下经历了瓶颈效应,2个居群的有效居群大小都低于30,表明其不能维持足够的等位基因丰富度,处于极危状态。建议加强就地保护,维持2个残存居群生境的连续性,促进基因交流,并把近地保护和迁地保护作为就地保护的重要补充,扩大其有效居、群大小。 5.濒危机制与保护策略 综合本研究结果,大树杜鹃濒危的现状不是由于自身的生物学特性及遗传特性(低的遗传多样性、近交和遗传漂变)导致的,而是种群分布狭窄、种群个体数量稀少,立地条件影响种群的自然更新与缺乏有效的种群拓殖途径。因此,在种群保护策略上,建议加强残存种群的就地保护,特别是加强对现有种群中成年个体的有效保护,从而保护其种群延续与种质保存的种源；同时,由于立地条件影响种群的自然更新,建议在就地保护过程中进行适当的人为干扰促进种群自然更新。此外,针对该物种种群拓殖困难的问题,建议通过不同种源种子采集进行种质保存和幼苗人工繁育,并在此基础上开展大树杜鹃的种群恢复与回归自然实验研究与保护实践。
【关键词】：大树杜鹃 极小种群野生植物 遗传多样性 种群结构 种子生理 保护策略
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-18
• 第一章 研究概述18-37
• 1.1 极小种群野生植物研究概况18-22
• 1.1.1 极小种群野生植物概念的提出18-19
• 1.1.2 极小种群野生植物的研究进展19-20
• 1.1.3 极小种群野生植物存在的问题20-22
• 1.2 濒危植物保护生物学研究概述22-27
• 1.2.1 濒危植物保护遗传学研究23-25
• 1.2.2 濒危植物种群生态学研究25-26
• 1.2.3 濒危植物繁殖生物学研究26-27
• 1.3 杜鹃属植物研究概况27-33
• 1.3.1 杜鹃属植物的保护遗传学研究28-29
• 1.3.2 杜鹃属植物的繁殖生物学研究29-32
• 1.3.2.1 繁育系统研究29-30
• 1.3.2.2 种子生理生态研究30
• 1.3.2.3 人工繁殖技术研究30-32
• 1.3.3 杜鹃属植物的引种栽培研究32-33
• 1.4 本文的研究目的与内容33-37
• 1.4.1 研究目的33-35
• 1.4.2 研究内容35-37
• 第二章 大树杜鹃的种群结构及动态37-48
• 2.1 研究地点及其自然概况38-39
• 2.2 研究方法39-41
• 2.2.1 野外调查39
• 2.2.2 种群结构特征39-41
• 2.3 结果与分析41-46
• 2.3.1 种群结构特征41-43
• 2.3.2 静态生命表及存活曲线43-45
• 2.3.3 时间序列预测45-46
• 2.4 结论与讨论46-48
• 第三章 大树杜鹃的种子生理生态研究48-66
• 3.1 材料与方法48-53
• 3.1.1 研究地点与种子采集48-49
• 3.1.2 种子形态测量49
• 3.1.3 不同处理对种子萌发的影响49-53
• 3.1.3.1 温度对种子萌发的影响50
• 3.1.3.2 光照时间对种子萌发的影响50
• 3.1.3.3 不同播种基质对种子萌发的影响50-51
• 3.1.3.4 外源生长调节物质对种子萌发的影响51
• 3.1.3.5 种子贮藏特性51
• 3.1.3.6 凋落物对种子萌发和出苗的影响51-52
• 3.1.3.7 数据统计与分析52-53
• 3.2 结果与分析53-60
• 3.2.1 大树杜鹃种子形态特征53-54
• 3.2.2 温度和光照对大树杜鹃种子萌发的影响54-55
• 3.2.3 不同基质对大树杜鹃出苗率的影响55-56
• 3.2.4 外源生长调节物质对种子萌发的影响56-57
• 3.2.4.1 GA_3对种子萌发的影响56
• 3.2.4.2 6-BA对种子萌发的影响56-57
• 3.2.5 种子贮藏特性57-59
• 3.2.6 凋落物对种子萌发与出苗率的影响59-60
• 3.3 结论与讨论60-66
• 3.3.1 不同生态因子对种子萌发的影响60-62
• 3.3.2 外源生长调节物质对种子萌发的影响62
• 3.3.3 种子贮存特性62-63
• 3.3.4 土壤基质对种子出苗的影响63-64
• 3.3.5 种子生理特性与物种濒危的关系64-65
• 3.3.6 种子生理特性对物种保护的启示65-66
• 第四章 基于AFLP分子标记的遗传多样性研究66-82
• 4.1 实验材料与方法66-72
• 4.1.1 实验材料66
• 4.1.2 主要试剂的配制66-68
• 4.1.3 实验流程68-72
• 4.1.3.1 DNA提取和纯化68-69
• 4.1.3.2 DNA双酶切69
• 4.1.3.3 连接反应69-70
• 4.1.3.4 PCR预扩增70
• 4.1.3.5 选择性PCR70-71
• 4.1.3.6 聚丙烯酰胺凝胶电泳71-72
• 4.2 数据分析72-74
• 4.2.1 遗传多样性指数分析72-73
• 4.2.2 遗传结构和遗传分化分析73-74
• 4.3 研究结果74-78
• 4.3.1 遗传多样性74-76
• 4.3.2 遗传结构76-78
• 4.4 讨论78-82
• 4.4.1 遗传多样性78-79
• 4.4.2 遗传结构79-80
• 4.4.3 基于AFLP分子标记对物种保护的建议80-82
• 第五章 基于SSR分子标记的保护遗传学研究82-104
• 5.1 试验材料与方法82-84
• 5.1.1 材料82-83
• 5.1.2 主要试剂83
• 5.1.3 实验流程83-84
• 5.1.3.1 基因组DNA提取与检测83
• 5.1.3.2 引物筛选83
• 5.1.3.3 PCR反应体系83
• 5.1.3.4 微卫星(SSR)引物荧光标记PCR扩增和检测83-84
• 5.2 数据分析84-89
• 5.2.1 哈迪-温伯格平衡(HWE)和连锁不平衡(LD)检测84-85
• 5.2.2 遗传多样性指数分析85-87
• 5.2.3 遗传结构分析87-88
• 5.2.4 基因流与居群动态历史分析88-89
• 5.3 研究结果89-98
• 5.3.1 SSR引物筛选89-91
• 5.3.2 哈迪-温伯格平衡(HWE)和连锁不平衡(LD)91-92
• 5.3.3 遗传多样性92-94
• 5.3.4 遗传结构94-96
• 5.3.5 基因流与居群动态历史分析96-98
• 5.4 讨论98-104
• 5.4.1 遗传多样性98-100
• 5.4.2 基因流与居群动态历史100-102
• 5.4.3 基于分子数据的保护策略探讨102-104
• 第六章 大树杜鹃的濒危机制与保护策略104-109
• 6.1 大树杜鹃的濒危原因分析104-106
• 6.1.1 种群分布范围狄窄104-105
• 6.1.2 种群个体数量稀少,更新困难105
• 6.1.3 缺乏有效的种群拓殖途径105-106
• 6.2 种群保护策略106-109
• 6.2.1 加强残存种群的就地保护106-107
• 6.2.2 适当的干扰促进种群自然更新107
• 6.2.3 开展人工繁殖技术与种群回归自然研究107
• 6.2.4 实施大树杜鹃开发利用与保护相结合的可行性保护策略107-109
• 参考文献109-130
• 附录1 论文中使用的缩写及中英文对照130-131
• 附录2 攻读博士学位期间完成的科研成果131-133
• 致谢133-13

【参考文献】

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