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毛竹林下里白生物学与生态学研究

作　者: 哀建国
导　师: 傅懋毅
学　校: 中国林业科学研究院
专　业: 森林培育
关键词: 里白 遗传多样性 光合作用 孢子繁殖
分类号: S567.9
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本研究针对广泛分布于我国的蕨类植物里白(Hicriopteris glauca)的遗传资源、生理生态特性和繁殖技术开展一系列研究。采用trnG-S引物片段对分布于全国十个省区(安徽、福建、广东、广西、贵州、湖北、江西、四川、云南、浙江)毛竹(Phyllostachys edulis)林中12个野生群体的124个里白个体的cpDNA进行扩增,通过对变异位点数(P)、单倍型多态性(h)、核苷酸多态性(π)等遗传特性的分析,研究其遗传多样性状况。在此基础上,通过对浙江大溪里白群体生境为期1年的监测,揭示了里白生境中诸如温度、湿度、光照等生态因子的变化状况;并对大溪里白生境开展群落学调查和多样性研究;对其土壤和植株中所含水解性氮、速效钾、有效磷等大量元素以及微量元素的含量变化进行相关性分析,探讨了里白中矿质元素含量年动态变化规律;开展了里白在干旱胁迫条件下的光合作用响应规律研究;对在不同基质配比、不同光、温调控水平以及不同激素水平下里白孢子萌发、配子体增殖和孢子体诱导进行了研究。本研究旨在为蕨类植物里白的遗传资源评价、引种繁育以及在竹林复合经营中栽培利用等提供理论依据和科学支撑。通过以上研究,得到以下主要研究结果:(1)里白物种水平的单倍型多态性(h)为0.453,核苷酸多态性(Pi)为0.00067。西部群体的平均水平的核苷酸多态性(π= 0.000292)与单倍型多态性(h = 0.2)比中东部群体要高得多(π= 0.000145; h = 0.067)。群体内单倍型多样性(hS)和核酸多样性(πS)在里白群体间变化很大,群体内单倍型多样性(hS)平均值为0.127±0.231,核酸多样性πS (×10-3)的平均值为0.212±0.364。单倍型多样性(hS)和核酸多样性(πS)与海拔和经纬度没有相关性。AMOVA分析结果表明:在物种水平上不存在明显的谱系地理结构;地区间的变异为2.97%,群体间的变异为64.54%,群体内的差异为32.49%,地区间的差异不显著,变异主要出现在群体间;群体间的遗传距离和地理距离之间没有显著相关性。研究发现,里白具有四川龙溪(虹口)与湖北交接处、云南大围山以及黄山山脉一带3个遗传多样性分布中心,这3个分布中心涵盖了所测的所有3种单倍型,而其它地区的群体均仅含1种广布单倍型(Hap1)。(2)浙江大溪里白生境年平均气温20.5℃,年平均相对湿度65.5%,年平均光照强度5800lx,年平均土壤含水量19.4%,适宜植株生长。经调查,该里白生境毛竹林内共有维管植物75种,隶属43科,64属;其物种多样性指数较高,Simpson指数平均值为0.778,Shannon-wiener指数平均值为2.258,种间相遇机率平均值为0.783,群落均匀度平均值为0.783。灌木层属次生的常绿、落叶阔叶混交林类型。(3)浙江大溪里白生境土壤中氮、磷、钾、钙、镁、锰等大量营养元素含量在里白生长高峰期达到峰值;除锰元素外,里白中硫、钙、镁、铁、硼、锌、铜、钼、钠等元素含量均在里白生长旺季出现吸收高峰,随后下降,其变化规律基本相似。里白植株中氮和磷、氮和钾、磷和钾、钾和铁、钙和钼、钠和氮、钠和铁等矿质元素含量间相关性显著,氮和镁、氮和铁、镁和铁、钠和镁之间相关性极显著,且里白植株中氮、磷、钾等三种大量元素和土壤中变化规律一致。(4)不同土壤水分条件下,里白的Ci基本不变,表明干旱胁迫下气孔导度的降低不是引起Pn下降的主要原因;土壤相对含水量为80～60%时,不会引起Fv/Fm、Fv′/F′m、qP、ФPSⅡ和ETR的明显改变,在60%以下时,Fv/Fm、Fv′/F′m、qP、ФPSⅡ和ETR等参数明显下降,PSII的线性电子传递速率降低;干旱胁迫下用于PSII天线色素非光化学能量耗散的光能显著升高,对光合机构起到一定的保护作用;随着干旱胁迫的加重,发生膜脂过氧化现象。(5)里白孢子繁育的最佳光强为40μmol·m-2·s-1,配子体发育为孢子体的发育率达48.4%;基质以泥炭土-黄心土(1:1)效果最好,砂子最差;最适温度为20～25℃,低于或高于此温度,里白处于配子体阶段,不能形成孢子体;从孢子萌发到孢子体形成需要90d左右的时间,这和其它蕨类植物相比较缓慢。(6)无菌条件下,以配子体为外植体,配子体增殖适宜的培养周期为41～50d;配子体在培养基MS+6-BA0.5 +NAA0.5和MS+6-BA0.5 +NAA1.0上增殖效果最佳,但常用不同培养基间对配子体增殖倍率没有显著性差异;25℃为配子体培养的最适温度;孢子体诱导至90d时有大量孢子体产生,此时需要及时转接以利于后续培养。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章 绪论  15-31
  1.1 引言  15-16
    1.1.1 研究背景  15-16
  1.2 国内外研究现状及评述  16-28
    1.2.1 蕨类资源调查及开发利用研究  16-21
    1.2.2 蕨类植物活性成分研究  21-23
    1.2.3 蕨类生理生态和繁殖培育技术研究  23-26
    1.2.4 蕨类植物遗传多样性研究  26-28
    1.2.5 蕨类植物研究评述  28
  1.3 研究目标和主要研究内容  28-30
    1.3.1 关键的科学问题与研究目标  28-29
    1.3.2 主要研究内容  29-30
  1.4 研究技术路线  30-31
第二章 基于叶绿体DNA 片段的里白遗传多样性分析  31-49
  2.1 材料与方法  31-40
    2.1.1 材料  31-36
    2.1.2 研究方法  36-40
  2.2 结果与分析  40-45
    2.2.1 引物筛选的结果  40-41
    2.2.2 里白cpDNA trnG-S 序列变异  41-43
    2.2.3 群体遗传结构  43-44
    2.2.4 群体遗传变异地理分布  44-45
  2.3 讨论与小结  45-49
    2.3.1 讨论  45-47
    2.3.2 小结  47-49
第三章 里白生态学特性研究  49-60
  3.1 仪器与方法  49-51
    3.1.1 主要仪器  49
    3.1.2 温度、湿度、光照强度调查方法  49
    3.1.3 植被研究方法  49-51
  3.2 结果与分析  51-58
    3.2.1 温度  51-52
    3.2.2 相对湿度  52-53
    3.2.3 光照强度  53-54
    3.2.4 土壤水分含量  54
    3.2.5 群落的种类组成  54-55
    3.2.6 群落的结构  55
    3.2.7 群落的地理成分分析  55
    3.2.8 群落的外貌特征  55-57
    3.2.9 物种多样性  57-58
  3.3 讨论与小结  58-60
    3.3.1 讨论  58-59
    3.3.2 小结  59-60
第四章 里白营养元素含量变化及相关性研究  60-68
  4.1 材料与方法  60-62
    4.1.1 试验材料  60
    4.1.2 研究方法  60-62
  4.2 结果与分析  62-66
    4.2.1 土壤质地、pH 值、有机质和营养元素含量  62-64
    4.2.2 里白植株营养元素含量  64-65
    4.2.3 里白中营养元素含量的相关性分析  65-66
    4.2.4 里白生境土壤和里白中营养元素含量变化的关系  66
  4.3 讨论与小结  66-68
    4.3.1 讨论  66
    4.3.2 小结  66-68
第五章 干旱胁迫对里白光合作用特性的影响  68-81
  5.1 材料与方法  68-70
    5.1.1 试验材料与处理  68
    5.1.2 土壤相对含水量测定  68
    5.1.3 气体交换参数测定  68-69
    5.1.4 叶绿素荧光参数测定  69
    5.1.5 叶绿素和可溶性蛋白含量的测定  69
    5.1.6 SOD 活性的测定  69
    5.1.7 丙二醛含量和质膜透性的测定  69-70
    5.1.8 数据分析  70
  5.2 结果与分析  70-78
    5.2.1 干旱胁迫下土壤相对含水量的变化  70
    5.2.2 干旱胁迫下里白叶片叶绿素和可溶性蛋白含量的变化  70-71
    5.2.3 干旱胁迫对里白净光合速率的影响  71-72
    5.2.4 干旱胁迫对里白气体交换特性的影响  72-73
    5.2.5 干旱胁迫对里白叶片叶绿素荧光的影响  73-74
    5.2.6 干旱胁迫对里白吸收光能分配的影响  74-76
    5.2.7 干旱胁迫对里白细胞膜透性的影响  76
    5.2.8 干旱胁迫对里白丙二醛（MDA）含量的影响  76-77
    5.2.9 干旱胁迫对里白可溶性蛋白质含量的影响  77
    5.2.10 干旱胁迫对里白叶片超氧化物歧化酶的影响  77-78
  5.3 讨论与小结  78-81
    5.3.1 讨论  78-79
    5.3.2 小结  79-81
第六章 里白的孢子繁殖技术研究  81-87
  6.1 材料与方法  81-82
    6.1.1 试验材料  81
    6.1.2 研究方法  81-82
    6.1.3 统计方法  82
  6.2 结果与分析  82-85
    6.2.1 里白孢子的繁育过程  82-83
    6.2.2 不同基质对里白孢子萌发的影响  83-84
    6.2.3 不同光照强度对里白孢子萌发和配子体发育的影响  84
    6.2.4 不同温度对里白孢子萌发和配子体发育的影响  84-85
  6.3 讨论与小结  85-87
    6.3.1 讨论  85
    6.3.2 小结  85-87
第七章 里白配子体增殖及孢子体再生技术  87-96
  7.1 材料和方法  87-88
    7.1.1 试验材料  87
    7.1.2 研究方法  87-88
    7.1.3 数据处理  88
  7.2 结果与分析  88-94
    7.2.1 里白配子体增长规律  88-89
    7.2.2 激素对里白配子体增殖的影响  89-90
    7.2.3 不同温度对里白配子体增殖的影响  90-91
    7.2.4 里白孢子体诱导  91-94
  7.3 讨论与小结  94-96
    7.3.1 讨论  94-95
    7.3.2 小结  95-96
第八章 结论与讨论  96-99
  8.1 结论  96-97
    8.1.1 里白天然群体遗传多样性  96
    8.1.2 里白的生态学特性  96
    8.1.3 里白营养元素含量变化规律  96
    8.1.4 里白对干旱胁迫的光合响应  96-97
    8.1.5 里白孢子萌发条件  97
    8.1.6 里白配子体增殖及孢子体再生技术  97
  8.2 讨论  97-99
参考文献  99-115
在读期间的学术研究  115-116
致谢  116

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