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中国西南地区淫羊藿属植物遗传与进化研究

作　者: 盛茂银
导　师: 田兴军
学　校: 南京大学
专　业: 生物学
关键词: 淫羊藿系统学新种数量分类核形态学同工酶杂交
分类号: S567.239
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本研究从分类学、细胞学、同工酶、杂交和药用成分分析等方面对收集到的淫羊藿属56个收集系共18个种进行该属系统学研究。具体结果如下：数量分类显示,该属所有被研究的种类在系统树上能够容易的分开。对于Diphyllon组下分类,Brachycerae系的划分可以被数量分类结果很好的支持。在该属的分类研究过程中,发现了一个新种,命名为印江淫羊藿,并已经发表在国际刊物《Novon)》。该属18个种的核形态学分析结果显示,除了新种印江淫羊藿是24条染色体外,其余17种都是12条染色体。四倍体物种首次在淫羊藿属被发现。被研究的所有物种有一个相似的核型,除了黔岭淫羊藿与箭叶淫羊藿第六对染色体是亚端着丝粒染色体,其余都只有中间和亚中间两种染色体。次缢痕在所有的研究种类中普遍存在,位于第1或第2对染色体端臂远着丝粒端。所有被研究种类的核型相似系数是相对原始的,1A,2A或者3A。运用荧光原位杂交技术首次对该属45Sand 5S rDNA进行了物理定位。该属45S and 5S rDNA基因位点的分布有以下几个特征：(1)除了水城淫羊藿之外,所有研究的种类第1与第2对染色体均分布一对45S rDNA基因位点。绝大多数位点信号很清晰,分布在染色体短臂的远着丝粒区。(2) Diphyllon组的所有种类第4对染色体长臂的近着丝粒区分布1对5S rDNA基因位点。而Epimedium组的两个种E. alpinum和E. pubigerum第4、5对染色体长臂的近着丝粒区分别分布2对5SrDNA基因位点。(3)Diphyllon组下,除了水城淫羊藿的所有小花种类均有3对45SrDNA基因位点,明显多于该组下的大花种类。该组下除了宝兴淫羊藿的大花种类45S rDNA基因位点均只有2对。(4)基于45S and 5S rDNA基因位点的分布模式及染色体其他形态特征,该属被研究的14个种类的6对同源染色体可以清楚的被区分。该属植物的总黄酮及淫羊藿苷含量分析结果显示粗毛淫羊藿、巫山淫羊藿、箭叶淫羊藿3个种类的自然居群总黄酮及淫羊藿苷含量达到了《中国药典》(2005)规定的标准：总黄酮含量大于5%,淫羊藿苷含量大于0.5%。但是粗毛淫羊藿人工种植的居群药用成分含量却未能达到该标准。不同种类、居群总黄酮、淫羊藿苷含量之间具有明显的差异；而6月与10月收割的样品,总黄酮与淫羊藿苷含量之间没有显著的差异。该属6种同工酶(酯酶、葡糖苷酶、磷酸葡萄糖变位酶、过氧化物酶、5-磷酸葡萄糖异构酶与超氧化物岐化酶)11个基因位点变异研究显示平均每个位点等位基因数(Ap)变异很小,从2.09到2.73。多态位点的百分数(P)较高(72.73%～100%)。所研究的36个居群的平均预期杂合度(He)波动范围为0.229至0.479。居群内遗传分化系数(HT)为0.5981,而居群间遗传分化系数(HS)仅有0.3534。聚类分析结果显示经典分类的物种可以明显的聚成一类,支持所研究的这些种之间确实是独立的,具有明显的界限。杂交试验设计了四种方式：自交、居群内杂交、种内居群间杂交和种间杂交。对9个居群的自交授粉显示该属植物具有高度自交不亲和性(结实率大多数为0,至多只有6.76%)。而种间杂交授粉显示了高度可杂交性(结实率为15.38%至92.44%),而且F1种子代具有高度的萌发率(大于20%)。三个种间杂交组合的F1植株被栽培至成熟植株。这些F1成熟植株的形态、体细胞的核形态学和花粉母细胞的减数分裂分析显示这些F1植株是高度可育的(花粉粒活性大于76.10%),不同种类同源染色体之间结构差异很小,并且大多数和他们亲本一样在花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ形成6个二价体。同时,少数情况下异常染色体行为也会发生,例如染色体桥、染色体数不等价分离、染色体延迟、微核等情况。

全文目录

摘要  2-5
abstract  5-14
Chapter 1:Introduction  14-31
  1.1 Epimedium plants  14
  1.2 Systematics of Epimedium  14-25
    1.2.1 Classification of Epimedium  14-20
    1.2.2 Distribution of Epimedium  20-22
    1.2.3 Biogeographics and evolution of Epimedium  22-25
  1.4 Chemical components and pharmacal value of Epimedium  25-27
  1.5 Breeding and cultivation of Epimedium  27-28
  1.6 Present research issue in Epimedium  28-29
  1.7 Research objectives  29-31
Chapter 2:A new species of genus Epimedium from Southwest China with 24chromosomes  31-38
  2.1 Introduction  31
  2.2 New species described  31-38
    2.2.1 Distribution and Habitat  32
    2.2.2 Etymology  32-33
    2.2.3 IUCN Red List category  33
    2.2.4 Phenology  33
    2.2.5 Paratype  33
    2.2.6 Relationships  33-38
Chapter 3:A numerical taxonomy of genus Epimedium from SouthwestChina  38-51
  3.1 Introduction  38-39
  3.2 Materials and methods  39-44
    3.2.1 Plant materials  39
    3.2.2 Methods  39-44
  3.3 Results  44-45
  3.4 Discussion  45-51
Chapter 4:Karyomorphology of eighteen species of genus Epimedium and itsphylogenetic implications  51-70
  4.1 Introduction  51-52
  4.2 Materials and Methods  52-54
  4.3 Results  54-66
  4.4 Discussion  66-70
Chapter 5:Chromosomal Localization of 45S and 5S rDNA in fourteen speciesand their implications for genome evolution of genus Epimedium  70-86
  5.1 Introduction  70-71
  5.2 Materials and methods  71-75
    5.2.1 Plant matrial  71-72
    5.2.2 Preparation of chromosome spreads  72-74
    5.2.3 Probe preparation and FISH  74
    5.2.4 Detection  74-75
  5.3 Results  75-82
  5.5 Discussion  82-86
Chapter 6:Analyses of the icariin and flavonoids contents on the barrenwortresources from Southwest China  86-102
  6.1 Introduction  86-89
  6.2 Material and methods  89-91
    6.2.1 Material  89
    6.2.2 Contents Determined  89-91
  6.3 Results and analyses  91-99
    6.3.1 The comparision of flavonoids content among 17 natural populations  91-93
    6.3.2 The comparison of icarrin content among 17 natural populations  93-97
    6.3.3 The comparision of flavonoids and icarrin contents between wild and cultivated E.acuminatum  97-98
    6.3.4 The comparison of flavonoids contents between E. acuminatum collected in July and October  98
    6.3.5 The comparison of icariin contents between determined instantly and one month later  98-99
    6.3.6 Clustered analyses of 17 natural populations  99
  6.4 Discuss  99-102
Chapter 7:Isozyme diversity and genetic structure of Epimedium populations  102-127
  7.1 Introduction  102-103
  7.2 Materials and methods  103-107
    7.2.1 Materials  103
    7.2.2 Extraction of enzyme, electrophoresis, and staining  103-106
    7.2.3 Electrophoretic patterns and data analysis  106-107
  7.3 Results  107-121
    7.3.1 Isozyme variability  107-114
    7.3.2 Genetic diversity  114-119
    7.3.3 Cluster analysis  119-121
  7.4 Discussion  121-127
    7.4.1 Genetic diversity  121-123
    7.4.2 Genetic divergence  123-124
    7.4.3 Genetic relationships among species  124-127
Chapter 8:Hybridization among Epimedium species from Southwest China  127-148
  8.1. Introduction  127-128
  8.2 Materials and methods  128-131
    8.2.1 Plant materials  128-129
    8.2.2 Hybridization  129-130
    8.2.3 Cytological Observation of Meiosis and Mitosis  130
    8.2.4 Karyotype Analyses  130-131
  8.3 Results  131-143
    8.3.1 Self-incompatibility  131-132
    8.3.2 Infraspecific crossability  132-133
    8.3.3 Interspecific Crossability  133-135
    8.3.4 Hybrids between E. acuminatum and E. wushanense  135-137
    8.3.5 Hybrids between E. acuminatum and E. myrianthum  137-142
    8.3.6 Hybrids between E. wushanense and E. myrianthum  142-143
  8.4 Discussion  143-148
    8.4.1 Breeding system of barrenwort  143-144
    8.4.2 Genome and heredity of barrenwort  144-145
    8.4.3 Classification of barrenwort  145-148
Chapter 9:Conclusions  148-150
References  150-162
Publications (2008.7～2011.5)  162-163
Acknowledgements  163-164

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