變?nèi)~海棠起源及其遺傳多樣性分化研究.pdf

1、變?nèi)~海棠(Malustoringoides(Rehd.)Hughes.)最先由Wilson于1904年在中國四川西部地區(qū)收集到標(biāo)本，Rehder于1915年把它描述為花葉海棠的變種，英國植物學(xué)家Hughes于1920年把它立為獨(dú)立的種。它隸屬于薔薇科(Rosaceae)蘋果屬(Malus)隴東海棠系(SeriesKansuensesRehd.)植物。在變?nèi)~海棠的主要分布區(qū)內(nèi)，有隴東海棠(M.kansuensisRehd)和花葉海棠(M.

2、transitoriaSchneid)(或其中之一)的零星分布，它們在四川西部和甘肅南部匯集，表現(xiàn)為地理親緣；其分布區(qū)的分異表現(xiàn)為地理替代(含垂直替代)，稱為替代種，該地區(qū)植物區(qū)系成分新老兼?zhèn)?。變?nèi)~海棠的形態(tài)變異介于隴東海棠與花葉海棠之間，且呈連續(xù)變異，也有間斷的變異類型，變異的顯著特點(diǎn)類似于滲入雜交。 變?nèi)~海棠屬于兼性無融合生殖種。作蘋果砧木利用，具有抗逆性強(qiáng)、半矮化、豐產(chǎn)和提高果實(shí)品質(zhì)等優(yōu)良性狀，是極重要的蘋果砧木資源。變?nèi)~

3、海棠的形態(tài)特征、種質(zhì)特性(耐鹽、耐旱、耐熱、耐寒、耐澇、抗腐爛病和根腐病等)、分布的生態(tài)環(huán)境等均呈現(xiàn)出復(fù)雜的多樣性；在不同的形態(tài)類型間其抗逆性呈現(xiàn)出明顯的差異，也是蘋果屬植物中具有多種高抗性的種類，是極重要的蘋果基因資源。但目前對(duì)于變?nèi)~海棠的起源及其多樣性分化的遺傳背景還未見研究報(bào)道，從而極大地限制了資源的利用。因此，本文以變?nèi)~海棠、隴東海棠、花葉海棠、小金海棠(M.xiaojinensisChengetJiang)和馬爾康海棠(M.m

4、aerkangensisCheng,Zenget.Jin.)為材料，采用傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法，結(jié)合Anderson設(shè)計(jì)的“形象化散點(diǎn)圖”(PictorializedScatterDiagrams)和“雜種指數(shù)”(HybidIndex)法鑒定滲入雜交；采用AFLP(AmplifiedFragmentLengthPolymorphism)分子標(biāo)記；從表型到基因型進(jìn)行深入研究，探索變?nèi)~海棠的起源及其遺傳多樣性分化。主要研究結(jié)果如下： 1變?nèi)~

5、海棠的起源俞德浚(1974)認(rèn)為變?nèi)~海棠與隴東海棠很相近似，花葉海棠與變?nèi)~海棠很相近似。揭示了變?nèi)~海棠可能是隴東海棠和花葉海棠的自然雜交種。根據(jù)葉片缺刻指數(shù)和刻基指數(shù)繪制了“形象化散點(diǎn)圖”，變?nèi)~海棠三個(gè)居群的變異類型都介于隴東海棠和花葉海棠之間，居群Ⅰ和居群Ⅱ的變異走向趨向于花葉海棠，居群Ⅲ的變異走向趨向于隴東海棠。變?nèi)~海棠居群缺刻指數(shù)的大小和刻基指數(shù)的大小雖然有走向一致的趨勢，但不徹底。從居群中可以挑出成對(duì)的個(gè)體，雖然它們的刻基指數(shù)都

6、相同，但其中之一的缺刻指數(shù)要比另一個(gè)大得多；同樣也可以找出成對(duì)的個(gè)體，它們的缺刻指數(shù)相同，但其中之一的刻基指數(shù)比另一個(gè)要大得多。Anderson(1953)認(rèn)為“性狀的松散和非隨機(jī)的聯(lián)系是雜交的關(guān)鍵性證據(jù)”。由此證明了變?nèi)~海棠是花葉海棠與隴東海棠正反交(互為父母本)的雜交群體，該群體與花葉海棠和隴東海棠反復(fù)回交，形成了現(xiàn)今這樣極其復(fù)雜的滲入雜交群體。 根據(jù)隴東海棠和花葉海棠的葉、花、果等主要分類性狀，為每一個(gè)性狀定出一個(gè)指數(shù)值，

7、設(shè)隴東海棠的總指數(shù)值為0，花葉海棠的總指數(shù)值為20，計(jì)算出居群Ⅰ和居群Ⅱ的雜種指數(shù)值分別為11.27和11.71，其走向趨于花葉海棠?！靶蜗蠡Ⅻc(diǎn)圖”和“雜種指數(shù)圖”研究均表明滲入雜交異常明顯，居群Ⅰ和居群Ⅱ的形態(tài)特征偏向于花葉海棠，表明這兩個(gè)變?nèi)~海棠居群與花葉海棠回交的幾率高于隴東海棠。居群Ⅲ與隴東海棠回交的幾率高于花葉海棠，居群Ⅲ是阿壩州農(nóng)科所后山變?nèi)~海棠居群的子代實(shí)生苗，該居群的變異走向趨向于隴東海棠。因此，變?nèi)~海棠的遺傳多樣性能

8、夠以無融合生殖方式從親代遺傳給子代。 采用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)變?nèi)~海棠的起源進(jìn)行了分析。統(tǒng)計(jì)了6對(duì)AFLP引物在變?nèi)~海棠、花葉海棠和隴東海棠中的擴(kuò)增譜帶，將其記錄為3種情況：(1)花葉海棠和隴東海棠共有的；(2)變?nèi)~海棠與花葉海棠和隴東海棠之一共有的；(3)變?nèi)~海棠特有的。分析表明變?nèi)~海棠的AFLP譜帶是來自于花葉海棠和隴東海棠譜帶的部分疊加，并且這種譜帶的疊加不是來自于他們的共同祖先。Simith(1996)認(rèn)為如果待定雜種

9、的譜帶是來自于兩個(gè)親本譜帶的疊加或部分疊加，就將其定為雜種。AFLP分析得到的結(jié)論與形態(tài)學(xué)上的論證完全一致，即變?nèi)~海棠是隴東海棠和花葉海棠互為父母本的自然雜交種?；ㄈ~海棠和隴東海棠的AFLP譜帶在變?nèi)~海棠的不同變異類型中出現(xiàn)的頻率不同，這表明變?nèi)~海棠與其親本回交的世代不同，從而從分子水平上證實(shí)了變?nèi)~海棠遺傳多樣性是變?nèi)~海棠與花葉海棠和隴東海棠滲入雜交形成的雜交復(fù)合體。 因此，從表型到基因型探明了變?nèi)~海棠是隴東海棠和花葉海棠正反交

10、(互為父母本)的自然雜交種。 2變?nèi)~海棠的遺傳多樣性變?nèi)~海棠從表型到基因型，都具有豐富的遺傳多樣性。變?nèi)~海棠葉部性狀變異系數(shù)值在9.67％～34.64％之間；花和果實(shí)的變異系數(shù)均較低，花部性狀的變異系數(shù)值在4.76％～5.46％之間，果實(shí)性狀的變異系數(shù)值在6.80％～8.73％之間。變?nèi)~海棠葉片氣孔器有不定細(xì)胞型、無規(guī)則四細(xì)胞型和不等細(xì)胞型三種類型；氣孔密度和保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體的數(shù)目的變異程度都較大，它們的變異系數(shù)(CV)分別為14

11、.19％和23.11％。變?nèi)~海棠居群的染色體具有3x和4x兩種倍性，還發(fā)現(xiàn)了3x、4x的混倍體。 在分子水平上，14對(duì)AFLP引物組合在30個(gè)變?nèi)~海棠變異類型(居群Ⅲ)中共擴(kuò)增出1008個(gè)位點(diǎn)，其中多態(tài)位點(diǎn)891個(gè)，占88.39％，平均每對(duì)引物組合擴(kuò)增出63.7條多態(tài)性帶。出現(xiàn)多態(tài)性擴(kuò)增帶，說明某個(gè)或某些個(gè)體在該位點(diǎn)存在變異。居群Ⅲ各個(gè)體之間的多態(tài)性帶比率在35.81％～80.59％之間，平均為54.79％；等位基因觀察值為2.

12、00，平均每個(gè)位點(diǎn)的有效等位基因數(shù)為1.81；Shannon遺傳多樣性指數(shù)為0.6262；Nei基因多樣性指數(shù)為0.4389。這些資料表明變?nèi)~海棠居群內(nèi)的遺傳多樣性在分子水平上極為豐富。 物種的分布范圍、分類地位、生活型、繁育系統(tǒng)和種子散播機(jī)制等都會(huì)影響物種的遺傳多樣性，其中，繁育系統(tǒng)是影響多樣性最重要的因素。在有隴東海棠和(或)花葉海棠零星分布的變?nèi)~海棠居群中，變?nèi)~海棠與花葉海棠和(或)隴東海棠產(chǎn)生單程的滲入雜交變異，又以無融

13、合生殖方式保持新產(chǎn)生變異的遺傳。經(jīng)過數(shù)千萬年的世代繁衍，形成了一個(gè)遺傳多樣性豐富的雜交復(fù)合體。由于雜種的全部或部分能育子代中發(fā)生的基因重組和增加基因的突變率，豐富了物種的基因庫，從而深入的揭示了變?nèi)~海棠具有多種高抗性及其種群分化的遺傳機(jī)理。 3變?nèi)~海棠遺傳多樣性的分化與新種的形成變?nèi)~海棠有2x、3x、4x倍性，還發(fā)現(xiàn)了3x、4x的混倍體這一兼性無融合生殖現(xiàn)象，揭示了這個(gè)種可能正處于分化階段之中；在居群Ⅲ中有類似于小金海棠和馬爾康

14、海棠的單株，從而揭示了馬爾康海棠與小金海棠的雜種起源。 AFLP譜帶分析表明馬爾康海棠與小金海棠是變?nèi)~海棠的某一世代與隴東海棠雜交的后代，經(jīng)過數(shù)千萬年的世代繁衍形成的種間雜種。馬爾康海棠、小金海棠的形態(tài)特征、細(xì)胞學(xué)特征和分子生物學(xué)特征與變?nèi)~海棠和隴東海棠有明顯的區(qū)別，并具有獨(dú)立的地理分布和無融合生殖特性，是可識(shí)別的自我繁殖分類群。Stace(1961)認(rèn)為，如果這個(gè)雜種成為一個(gè)獨(dú)立的、可識(shí)別的自我繁殖單位(Self-reprod