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新疆野扁桃繁殖生物学特性及种质资源遗传多样性研究

作　者: 曾斌
导　师: 李疆
学　校: 新疆农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: 新疆野扁桃花芽分化繁殖表型多样性遗传多样性 SSR分子标记
分类号: S662.9
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana Schlecht.)为蔷薇科李亚科桃属扁桃亚属植物,是一种十分珍贵而古老的树种,属新生代第三纪孑遗的物种,在当今世界上已十分稀少,被誉为“活化石”。本文在对新疆野生扁桃资源普查、生长发育状况调查的基础上,开展了该野生种植物的繁殖生物学特性及其种质资源群体遗传多样性的研究。同时,还对包括新疆野扁桃在内的扁桃属中的不同种与新疆栽培扁桃品种间的亲缘关系进行了初步研究。希望通过本文的研究,以便掌握新疆野扁桃繁殖特性及不同分布群体的遗传变异情况,为扁桃杂交育种和选育优良品种提供理论依据和遗传学背景资料,也为下一步新疆野扁桃及其近缘栽培种遗传图谱的构建和功能基因定位奠定基础。主要研究结果如下:1.新疆野扁桃花芽形态分化的研究结果采用石蜡切片法对裕民野扁桃自然保护区群体的新疆野扁桃花芽分化过程进行观察研究,结果表明:新疆野扁桃花芽形态分化可分为未分化期、花蕾原基分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期6个时期。6月中旬开始进入花芽形态分化期,从花芽形态分化开始到雌蕊原基分化形成各分化时期有重叠现象,整个分化时期集中在6月下旬至9月上旬。完成花芽形态分化所需时间为90～100d。2.新疆野扁桃授粉特性的研究结果新疆野扁桃完成授粉试验15d后,异花授粉平均坐果率较高,达到65.3%、而自花授粉率为19.7%;自然授粉率很低,仅为5.3%。整体的坐果率相对较低,为30%。3.新疆野扁桃实生繁殖的研究结果新疆野扁桃种子选择合适的秋播深度尤为重要。播种时覆土以4～5 cm较为适宜,出苗率极高,播后注意镇压保证种子与土壤密接,恢复土壤毛细管作用,有利于水分的吸收。4.新疆野扁桃组织培养繁殖的研究结果以生长在新疆北部塔城地区裕民县巴尔鲁克山的新疆野扁桃树上当年结的种子为试材,采用赤霉素24h处理打破休眠,之后使用常规法消毒后接种于诱导培养基上。生长约一个月后,将由试管中种子培养长成的小植株剪切成长约1cm的单芽茎段,接入增殖培养基进行培养。新疆野扁桃自然条件下进行实生及根蘖繁殖,而在组织培养离体繁殖条件下非常难生根,本试验采用100mg.L-1IBA进行浸渍处理60min后,再接入1/2MS培养基中培养,初期暗处理2周后置于白炽光下培养生根率可达100%。而后生根的试管苗在珍珠岩基质中培养,进行有效的移栽驯化管理,获得了较理想的移栽成活率。5.新疆野扁桃表型多样性的研究结果为了从数量上分析新疆野扁桃天然群体表型性状的变异,我们调查了新疆野扁桃在新疆全部5个不同天然分布群体。每个群体选取30个个体为试材,针对新疆野扁桃15个表型性状指标进行了系统比较分析研究,讨论了群体间和群体内的表型多样性,结果表明:新疆野扁桃种内表型性状在群体间和群体内均存在着丰富的遗传差异,其天然分布群体内的变异大于群体间的变异,群体间的分化相对较小;利用群体间欧氏距离进行UPGMA聚类分析表明,新疆野扁桃天然群体可以划分为3类,表型性状的欧式距离与地理距离相关不显著。主成分分析结果显示叶片长度/叶片宽度比值、果核横径、果核长度/果核宽度比值、叶片长度、叶片宽度、果核千粒重等6个表型性状指标是反映新疆野扁桃形态差异的主要因素。6.新疆野扁桃遗传多样性SSR分子标记研究结果采用10对SSR引物对新疆野扁桃5个不同天然分布群体的150个叶片样本进行群体遗传多样性标记的研究。结果表明:10对SSR引物在5个居群中可平均扩增出9.2条带,其中裕民县群体多态性带数百分比最高为92.77%,各位点平均Nei’s基因多样度为0.262;5个群体共扩增出92个位点,总的种级水平及布尔津县、哈巴河县、塔城市郊、托里县和裕民县5个群体水平多态性位点百分比分别为100%、88.04%、85.87%、85.87%、90.21%、92.39%,种级水平Nei基因多样度(H = 0.2971)和Shannon信息指数(I=0.4421)大于种下群体,5个种下群体Nei基因多样度和Shannon信息指数比较:裕民县>托里县>哈巴河县>塔城市郊>布尔津县。SSR谱带频率方差分析(AMOVA)表明,遗传多样性主要分布在群体内,群体内方差分量的贡献率占63.56%,而群体间方差分量的贡献率占36.44%,表明具有丰富的群体内变异。UPGMA聚类分析结果表明:在一定的遗传距离基础上,5个分布群体分为3个类群,表型性状的欧式距离与地理距离相关不显著。塔城市郊群体和哈巴河群体遗传关系最近,而裕民县群体与托里县群体的遗传关系也很近,布尔津县群体远离其他4个群体,根据基因分化系数值(GST =0.0598),测得的基因流Nm为0.9197,证明种群间遗传交换较小,这与环境适应性和高山阻隔有一定的关系。所有参数分析表明,裕民县群体遗传多样性最丰富,故在制定原位种质保护计划时应优先考虑裕民县群体。7.新疆野扁桃遗传多样性不同研究分析方法结果的比较与评价表型与DNA二种水平的遗传标记方法揭示的遗传多样性水平有差异,表型性状比DNA分子标记具有更大的变异性;其受到环境的影响较大,也即对环境更敏感。2种水平的遗传标记聚类结果将野扁桃5个不同分布群体均可分为3个大类群,但是出现有个别不同的群体排序位置,反映了2种标记在分析种群间关系上的异同性,从本研究结果来看,说明表型与DNA标记有一定的耦合性和相关性,但也存在差异,在研究上可以互为补充。8.扁桃属植物种质资源鉴定的SSR分子标记研究利用SSR分子标记技术对扁桃属植物中的国内外55份扁桃材料的亲缘关系进行了鉴定,使用12对选择性引物组合共扩增出75条扩增条带,并对其进行聚类分析,结果表明:不同种以及不同品种间的遗传距离不同,在相似系数小于0.68时,大多数栽培品种聚为一类,栽培品种中,同一种源区的大多数栽培品种能聚类在一起。从聚类图上看,普通栽培扁桃与新疆野扁桃间的亲缘关系比长柄扁桃、蒙古扁桃、西康扁桃以及榆叶梅间的亲缘关系更近。这个结果也表明了扁桃属植物种质资源的演化关系和遗传多样性水平。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-12
缩略词  12-14
前言  14-16
第一章文献综述  16-55
  1.1 新疆野生果树的研究概况  16-17
  1.2 新疆野扁桃的资源概况  17-25
    1.2.1 新疆野扁桃的天然分布  17-18
    1.2.2 新疆野扁桃分布区自然地理条件  18-19
    1.2.3 新疆野扁桃分布规律  19-20
    1.2.4 新疆野扁桃种与生态型  20-21
    1.2.5 新疆野扁桃的基本生物学特性  21-23
    1.2.6 新疆野扁桃的研究利用  23-24
    1.2.7 新疆野扁桃研究中存在的问题及研究意义  24-25
  1.3 扁桃繁殖生物学的研究  25-34
    1.3.1 扁桃花芽分化的研究  25-26
    1.3.2 扁桃授粉特性及提高结实率的研究  26-30
    1.3.3 扁桃繁殖方式的研究  30-34
  1.4 种质资源遗传多样性的研究  34-54
    1.4.1 遗传多样性的涵义  34-35
    1.4.2 遗传多样性的研究意义  35-36
    1.4.3 遗传多样性的研究历史  36-37
    1.4.4 遗传多样性的研究方法  37-40
    1.4.5 群体遗传结构研究概况  40-49
    1.4.6 SSR 分子标记技术在果树上的应用  49-54
  1.5 本研究的目的意义  54-55
第二章新疆野扁桃繁殖生物学特性的研究  55-69
  2.1 材料与方法  55-59
    2.1.1 新疆野扁桃花芽形态分化研究  55-56
    2.1.2 新疆野扁桃授粉特性研究  56-57
    2.1.3 新疆野扁桃实生繁殖研究  57
    2.1.4 新疆野扁桃组织培养繁殖研究  57-59
  2.2 结果与分析  59-66
    2.2.1 新疆野扁桃花芽形态分化各阶段的细胞学特征  59-60
    2.2.2 新疆野扁桃授粉特性研究  60-61
    2.2.3 新疆野扁桃实生繁殖研究  61-62
    2.2.4 新疆野扁桃组织培养繁殖研究  62-66
  2.3 讨论  66-68
    2.3.1 新疆野扁桃花芽形态分化研究  66
    2.3.2 新疆野扁桃授粉特性研究  66
    2.3.3 新疆野扁桃实生繁殖研究  66-67
    2.3.4 新疆野扁桃组织培养繁殖研究  67-68
  2.4 小结  68-69
第三章新疆野扁桃天然群体表型多样性研究  69-86
  3.1 材料与方法  69-74
    3.1.1 采样群体的确立及采样地的自然条件  69-71
    3.1.2 试验材料的采集  71
    3.1.3 表型性状调查与测定  71-73
    3.1.4 数据处理与分析  73-74
  3.2 结果与分析  74-83
    3.2.1 新疆野扁桃天然分布群体表型性状群体间和群体内的差异分析  74-77
    3.2.2 新疆野扁桃天然分布群体表型性状群体间分化  77-78
    3.2.3 新疆野扁桃天然分布群体表型变异特征  78-80
    3.2.4 新疆野扁桃天然分布群体表型性状与生态环境因子的相关性  80
    3.2.5 新疆野扁桃天然群体表型性状聚类分析  80-81
    3.2.6 新疆野扁桃表型性状主成分分析  81-83
  3.3 讨论  83-84
    3.3.1 新疆野扁桃的表型性状变异极其丰富  83
    3.3.2 新疆野扁桃群体间与群体内变异分析  83
    3.3.3 新疆野扁桃表型性状与生态因子的相关性  83-84
    3.3.4 新疆野扁桃资源的保护  84
  3.4 小结  84-86
第四章新疆野扁桃天然群体遗传多样性 SSR 分子标记分析研究  86-112
  4.1 材料与方法  86-92
    4.1.1 试验材料  86
    4.1.2 新疆野扁桃基因组总DNA 的提取及检测  86-88
    4.1.3 SSR 引物筛选  88-89
    4.1.4 SSR-PCR 反应体系优化  89-90
    4.1.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳分析  90-91
    4.1.6 数据处理与分析  91-92
  4.2 结果与分析  92-103
    4.2.1 新疆野扁桃基因组总DNA 的提取及检测  92
    4.2.2 新疆野扁桃SSR-PCR 技术体系的建立  92-97
    4.2.3 新疆野扁桃SSR 分子标记的遗传多样性分析  97-99
    4.2.4 新疆野扁桃群体的遗传变异及群体分化  99-100
    4.2.5 新疆野扁桃群体变异的AMOVA 分析  100
    4.2.6 新疆野扁桃群体间的遗传相似度和遗传距离  100-101
    4.2.7 新疆野扁桃群体间遗传关系的聚类分析  101-103
    4.2.8 新疆野扁桃全部个体的聚类分析  103
  4.3 讨论  103-109
    4.3.1 新疆野扁桃叶片基因组DNA 的提取  103-105
    4.3.2 新疆野扁桃SSR-PCR 扩增体系和条件  105-106
    4.3.3 新疆野扁桃群体遗传多样性  106-107
    4.3.4 新疆野扁桃遗传多样性不同研究分析方法结果的比较与评价  107-108
    4.3.5 SSR 分子标记分析群体遗传结构的局限性  108-109
  4.4 小结  109-112
第五章扁桃属植物种质资源鉴定 SSR 分子标记分析研究  112-119
  5.1 材料与方法  112-113
    5.1.1 试验材料  112-113
    5.1.2 试验方法  113
    5.1.3 数据处理与分析  113
  5.2 结果与分析  113-117
    5.2.1 SSR-PCR 扩增结果  113-115
    5.2.2 聚类分析  115
    5.2.3 遗传差异及亲缘关系分析(附录Ⅷ)  115-117
  5.3 讨论  117-118
  5.4 小结  118-119
第六章结论与建议  119-124
  6.1 结论  119-121
    6.1.1 新疆野扁桃繁殖生物学特性研究  119-120
    6.1.2 新疆野扁桃天然群体表型多样性研究  120
    6.1.3 新疆野扁桃天然群体遗传多样性SSR 分子标记分析研究  120-121
    6.1.4 新疆野扁桃遗传多样性不同研究分析方法结果的比较与评价  121
    6.1.5 扁桃属植物种质资源鉴定SSR 分子标记分析研究  121
  6.2 讨论与建议  121-124
    6.2.1 取样策略  121-122
    6.2.2 新疆野扁桃天然群体遗传种质资源的保存及遗传改良前景  122-123
    6.2.3 新疆野扁桃遗传多样性研究进一步工作的方向  123-124
参考文献  124-140
附录Ⅰ 新疆野扁桃花芽形态分化研究图版  140-141
附录Ⅱ 新疆野扁桃种子实生繁殖研究图版  141
附录Ⅲ 新疆野扁桃组织培养繁殖研究图版  141-142
附录Ⅳ 新疆野扁桃天然群体表型多样性研究图版  142-143
附录Ⅴ 新疆野扁桃SSR-PCR 体系优化研究图版  143-144
附录Ⅵ 新疆野扁桃天然群体遗传多样性SSR 分子标记研究图版  144-147
附录Ⅶ 扁桃属植物种质资源鉴定SSR 分子标记研究图版  147-148
附录Ⅷ 扁桃属间种及品种间的遗传相似度和遗传距离表  148-153
致谢  153-154
作者简介  154

新疆野扁桃繁殖生物学特性及种质资源遗传多样性研究

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