短枝木麻黃(Casuarina equisetifolia ssp.equisetifolia.L.Johnson),為固氮型喬木,天然分布于亞熱帶至熱帶的東北部沿海地區(qū),包括馬來(lái)西亞、美拉尼西亞、菲律賓、泰國(guó)以及澳大利亞等地,常用于農(nóng)林業(yè)和沿海地區(qū)防護(hù)林,同時(shí)可用作薪材以及紙漿和造紙材。短枝木麻黃是我國(guó)木麻黃科植物中引種最早且人工栽培面積最大的樹(shù)種,在防風(fēng)固沙、改善貧瘠土壤等方面發(fā)揮重要作用。本研究利用苗期表型性狀及元素含量,幼樹(shù)的生長(zhǎng)和光合特征差異,以及EST-SSR分子標(biāo)記,從表型、生理和DNA分子標(biāo)記等多水平上解析來(lái)自天然種源區(qū)和引種種源區(qū)的短枝木麻黃群體的遺傳多樣性水平,分析短枝木麻黃群體的遺傳變異規(guī)律及群體遺傳結(jié)構(gòu),為短枝木麻黃種質(zhì)資源的收集和保護(hù),優(yōu)良種源的選擇,以及短枝木麻黃遺傳改良和育種計(jì)劃的制定提供理論基礎(chǔ)。通過(guò)以上研究,總結(jié)得到以下結(jié)論:(1)短枝木麻黃9月生苗的苗高和地徑在區(qū)域間和區(qū)域內(nèi)種源間均存在極顯著差異。不同區(qū)域短枝木麻黃在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的生長(zhǎng)趨勢(shì)較為一致,大洋洲天然種源區(qū)的幼苗苗高和地徑均最小,而亞洲天然種源區(qū)和亞洲引種種源區(qū)的幼苗生長(zhǎng)較好,非洲引種種源區(qū)次之�？傮w上,苗高和地徑在種源間的變異系數(shù)均達(dá)到25%以上,赤湖林場(chǎng)和島東林場(chǎng)的種源重復(fù)力分別為38.41%、24.17%和20.06%、13.61%,均表現(xiàn)為苗高的種源重復(fù)力高于地徑。參試種源中,AU1生長(zhǎng)最差,其在島東林場(chǎng)的苗高為13.18 cm,而TH2生長(zhǎng)最好,苗高達(dá)到AU1的3.4倍。(2)短枝木麻黃9月生苗表型性狀分析表明,小枝粗度、一級(jí)分枝長(zhǎng)度、二級(jí)分枝長(zhǎng)度、小枝密度和分枝角等8個(gè)性狀在區(qū)域間及區(qū)域內(nèi)種源間均存在顯著差異。在島東林場(chǎng),不同種源的節(jié)數(shù)、齒葉數(shù)、小枝粗度、一級(jí)分枝長(zhǎng)度、二級(jí)分枝長(zhǎng)度的平均值分別為25.39個(gè)、6.79枚、0.73 mm、9.37 cm、4.23 cm,變幅分別為15.06-40.78個(gè)、5.69-7.91枚、0.53-0.90 mm、4.68-14.74 cm、2.15-5.86 cm,變異系數(shù)分別為22.29%、10.61%、22.35%、31.69%、32.72%;不同種源的側(cè)枝與主干的夾角變化較大,依據(jù)分枝角的大小,主要分為側(cè)枝向上和側(cè)枝平展兩種類(lèi)型;依據(jù)側(cè)枝間距的大小,不同種源的小枝密度可分為密和極密等類(lèi)型。節(jié)數(shù)、齒葉數(shù)、小枝粗度、一級(jí)分枝長(zhǎng)度、二級(jí)分枝長(zhǎng)度、小枝密度、葉色和分枝角的種源重復(fù)力分別為55.46%、34.22%、29.71%、45.32%、50.11%、48.64%、38.59%和37.75%,其中,小枝密度(24.92%)、一級(jí)分枝長(zhǎng)度(20.63%)、二級(jí)分枝長(zhǎng)度(19.86%),以及分枝角(18.00%)的遺傳變異系數(shù)較高。(3)短枝木麻黃不同種源的9月生苗的全N含量(F=7.24**)、全P含量(F=3.47**)、全K含量(F=4.10**)、全B含量(F=4.71**)和1.5年生幼樹(shù)的凈光合速率(F=4.77**)、蒸騰速率(F=2.70*)均存在顯著差異。全N、全P、全K、全B的種源變異系數(shù)分別為2.90%、11.16%、16.66%、31.82%。不同種源凈光合速率平均值為14.13μmol CO2 m-2s-1,變幅為6.70-19.57μmol CO2 m-2s-1;蒸騰速率種源平均值為5.38 mmol H2O m-2 s-1,變幅為3.27-7.27 mmol H2O m-2 s-1。凈光合速率和蒸騰速率的種源變異系數(shù)分別達(dá)到13.23%和16.08%。(4)從NCBI網(wǎng)站獲得的木麻黃EST序列34,752條,經(jīng)軟件預(yù)處理和去冗余后,得到12,063個(gè)非重復(fù)序列(Uni Genes),木麻黃EST序列的冗余率為65.29%。從12,063個(gè)木麻黃Uni Genes中獲得367個(gè)SSR位點(diǎn),這些SSR位點(diǎn)分布于352條EST序列中。EST序列中含有SSR位點(diǎn)的頻率僅為2.92%。二核苷酸重復(fù)基元中AG/CT數(shù)量最多,有199,占二核苷酸重復(fù)基元數(shù)的93.87%,三核苷酸重復(fù)基元中AAG/CTT最多,為56,占三核苷酸重復(fù)基元數(shù)的44.09%。(5)通過(guò)篩選得到13對(duì)擴(kuò)增穩(wěn)定、條帶清晰且具有多態(tài)性的EST-SSR標(biāo)記,用于短枝木麻黃不同種源的遺傳多樣性分析。13個(gè)EST-SSR標(biāo)記,共獲得308個(gè)等位基因,平均每位點(diǎn)的等位基因數(shù)為23.69,等位基因數(shù)變化范圍在11-48之間。13個(gè)位點(diǎn)的有效等位基因數(shù)量、Shannon’s指數(shù)、觀(guān)測(cè)雜合度以及期望雜合度的變化范圍分別為在1.533-7.029,0.691-2.139,0.270-0.655和0.393-0.858。根據(jù)Shannon’s指數(shù)I的大小,5個(gè)區(qū)域遺傳多樣性水平的高低為:非洲引種種源區(qū)亞洲天然種源區(qū)大洋洲天然種源區(qū)美洲中部引種種源區(qū)亞洲引種種源區(qū);29個(gè)短枝木麻黃種源遺傳多樣性水平的高低為:KE2AU1MY1TH1MY2PH1CU2SBMUCN2CN1IN2IN1PH3BJIN4VULKVNAU2EGKE1TH4GUTOCU1PGBDPH2。Hardy-Weingerg平衡檢驗(yàn)表明,有23個(gè)種源發(fā)生極顯著的正向偏離,表現(xiàn)出雜合赤字或純合過(guò)度。在區(qū)域水平上,5區(qū)域(大洋洲天然種源區(qū)、亞洲天然種源區(qū)、亞洲引種種源區(qū)、非洲引種種源區(qū)、美洲中部引種種源區(qū))樣本在11個(gè)位點(diǎn)皆為顯著的正向偏離,表現(xiàn)為雜合赤字或純合過(guò)度。說(shuō)明,短枝木麻黃在整個(gè)分布范圍內(nèi)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重的群體內(nèi)近親繁殖,存在明顯的雜合個(gè)體不足的現(xiàn)象。同時(shí),Mantel檢驗(yàn)結(jié)果表明,短枝木麻黃群體遺傳分化系數(shù)FST的變化不遵循距離分離模式;多變的生存環(huán)境和遺傳漂變帶來(lái)的影響是造成這種分化水平的主要原因;同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)短枝木麻黃群體中近親繁殖嚴(yán)重,很可能造成未來(lái)短枝木麻黃子代群體的遺傳多樣性的降低,這對(duì)短枝木麻黃的育種計(jì)劃制定、雜交育種材料選擇和種子園構(gòu)建等活動(dòng)有直接指導(dǎo)作用,應(yīng)采取有效的措施來(lái)避免種群的近親繁殖。(6)短枝木麻黃種群的主要變異來(lái)源于種源內(nèi)個(gè)體間,種源內(nèi)個(gè)體間變異占總變異的70.12%,各區(qū)域間種源內(nèi)變異大小依次為亞洲天然種源區(qū)(81.15%)亞洲引種種源區(qū)(74.58%)美洲中部引種區(qū)(72.29%)非洲引種種源區(qū)(68.43%)大洋洲天然種源區(qū)(61.45%),表明短枝木麻黃選育種源內(nèi)選擇應(yīng)該作為將來(lái)育種工作的重點(diǎn);同時(shí),盡管種源間變異只占總變異的25.42-38.49%,但根據(jù)上述結(jié)論中短枝木麻黃群體的近親繁殖嚴(yán)重的特點(diǎn),將來(lái)育種工作中更應(yīng)該重視種源選擇。(7)根據(jù)苗期表型性狀聚類(lèi)分析及EST-SSR遺傳多樣性研究中Nei’s遺傳距離UPGMA聚類(lèi)圖,證實(shí)亞洲引種種源中,我國(guó)引種的短枝木麻黃源自亞洲天然種源區(qū),而大洋洲天然種源區(qū)是印度、越南等國(guó)的短枝木麻黃引種種源的主要來(lái)源,肯尼亞的短枝木麻黃種源也源自大洋洲天然種源區(qū)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：S792.93

【參考文獻(xiàn)】

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1 吳春太;陳青;劉銳;李維國(guó);;油棕EST序列中SSR的分布特征分析[J];中國(guó)油料作物學(xué)報(bào);2012年01期

本文編號(hào)：2825860