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拟南芥的表型选择及适应可塑性研究

作　者: 刘彤
导　师: 向其柏；李学禹
学　校: 南京林业大学
专　业: 植物学
关键词: 拟南芥小拟南芥适应表型可塑性自然选择离体微繁机理
分类号: Q945
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

以世界拟南芥起源中心之一的中国分布2个拟南芥(Arabidopsis thaliana)种群(新疆和浙江)和植物发育生物学研究模式种(哥伦比亚)为材料，研究了决定拟南芥种群分布的关键环境因子——干旱胁迫下各种群的表型适应特点和自然选择类型、适应表型与可塑性的进化、试管条件下拟南芥的表型适应性特点等问题，主要得出如下结论： 1、首次发现了3个种群表型趋异分化的证据，试验验证了自然选择是拟南芥系统进化的主要动力；突破注重形态表型适应研究的樊篱，首次将形态，生理及发育等特征综合起来考察拟南芥对干旱胁迫的适应反应，发现三者协同适应的特征，种群间特征值存在明显差异，大小与适合度对应性较低，因此认为仅以生理指标或形态指标来研究植物的表型适应都存在很大缺陷，特别对一二生植物。 2、首次结合拟南芥近缘种小拟南芥(A．pumila)进行的系统比较发现干旱胁迫下类群间除了株高比较保守外，观测的7个特征的特征值均发生了不同程度的进化，其中莲座叶数、茎生叶重和侧枝数特征值的进化速度较快；可塑性在类群间进化有较大的保守性，但在短期内可快速进化，株高、茎生叶数、茎生叶重、适合度和侧枝数等特征可塑性存在发育约束；莲座叶的生长发育对拟南芥繁殖成功具有重要意义，并与茎生叶生长可塑性之间存在权衡；系统校正的相关分析发现特征值与特征可塑性是不同的2个特征，生态内涵各不相同。 3、试管条件下的表型适应研究是目前表型可塑性机理研究的重要方向，本研究发现拟南芥的表型随培养基无机元素成分变化而改变，其表型整合和发育特征与自然生长明显不同，表明植物的表型整合(或相关)不仅随着环境、个体发育时期而变化，也随着植株生长状态而改变，提示以试管培养为基础的植物发育学研究能否反映自然状态下植物发育状态有待研究；细胞分裂素作用下的试管苗增殖与植株的自然生长存在矛盾，过量的细胞分裂素是导致试管苗异养生长、自我调节能力降低、生长质量下降的重要因素。认为植物在试管内的生长状态是可塑的，可通过培养环境调控达到试管苗的最佳适应状态，由此提出了植物离体繁殖的表型可塑性机理假说，通过叶绿素荧光特征检测橡皮树试管苗增殖质量与光自养生长关系和香梨试管苗最佳适应表型的配方实现二个方面进行了验证，较好解决了经济果树香梨(Pyrus sinkiangensis Yu)微繁中试管苗生根困难的实际问题，因此在表型可塑性应用研究上有较大突破。本研究填补了国内拟南芥进化生物学表型适应与可塑性研究空白，缔结了中国分布种与发育生物学研究模式种的表型进化关系，为全面认识植物表型适应特点、提高植物离体繁殖技术等方面提供重要参考。但由于受试验条件和时间限制，今后对试验取材、设计以及基本概念的理解、思路的拓宽、文字处理等方面需较大提高。

全文目录

前言  11-13
1.文献综述  13-25
  1.1 适应可塑性的研究简史及基本理论  13-17
  1.2 适应可塑性研究的主要方法  17-20
    1.2.1 反应范式构图  17-18
    1.2.2 自然选择力的估算  18-19
    1.2.3 种群间多元整合格局的相似性分析  19-20
  1.3 拟南芥的进化生物学研究现状  20-22
    1.3.1 拟南芥进化生物学的研究意义  20
    1.3.2 拟南芥的表型可塑性、基因型与环境互作  20-21
    1.3.3 拟南芥的生物地理学和系统发育研究  21-22
  1.4 我国植物表型可塑性的研究现状  22-23
  1.5 目前表型可塑性研究存在的问题及本项目研究的目的  23-25
2.干旱胁迫下拟南芥的表型选择及适应分化  25-48
  2.1 材料与方法  26-29
    2.1.1 试验材料与处理方法  26-28
    2.1.2 数据分析方法  28-29
  2.2 结果与分析  29-43
    2.2.1 种群间特征的遗传变化  29-33
    2.2.2 干旱和湿润条件下三个种群的选择分化  33-34
    2.2.3 三个种群表型的相关分析  34-36
    2.2.4 三个种群在干旱和湿润条件下的选择梯度分析  36-39
    2.2.5 三个种群在干旱和湿润条件下的通径分析  39-41
    2.2.6 三个种群不同水处理下选择外观分析  41-43
  2.3 小结与讨论  43-48
3.干旱胁迫下拟南芥表型进化的系统比较  48-72
  3.1 材料与方法  49-51
    3.1.1 植物材料与试验设计  49-50
    3.1.2 数据分析  50-51
  3.2 结果与分析  51-66
    3.2.1 种群间特征值与可塑性差异  51-61
    3.2.2 干湿环境下特征值与可塑性系统校正的相关分析  61-62
    3.2.3 多元表型可塑性整合分析  62-65
    3.2.4 干湿环境下特征值与可塑性相关分析  65
    3.2.5 种群特征值、可塑性与栖息地生境因子和系统史的关系  65-66
  3.3 小结与讨论  66-72
4.试管环境下拟南芥的表型适应研究  72-83
  4.1 材料与方法  72-76
    4.1.1 材料与设计  72-74
    4.1.2 项目观测与数据处理  74-76
  4.2 结果与分析  76-81
    4.2.1 处理间特征值差异的显著性分析  76-79
    4.2.2 无机元素对植株特征影响的回归分析  79
    4.2.3 试管内植物特征相关矩阵的相关性分析  79
    4.2.4 无机元素作用下特征变化的相关分析  79-81
  4.3 小结与讨论  81-83
5.植物表型可塑性的应用研究  83-95
  5.1 试管植物增殖质量与光自养生长关系的验证  85-89
    5.1.1 材料与方法  85-86
    5.1.2 结果与分析  86-88
    5.1.3 小结与讨论  88-89
  5.2 试管苗最佳适应表型的配方实现  89-95
    5.2.1 材料与方法  90-91
    5.2.2 结果与分析  91-93
    5.2.3 小结讨论  93-95
附件一用普通扫描仪测量叶面积的方法  95-100
  1.材料和方法  95-96
    1.1 基本设备  95
    1.2 工作原理  95-96
    1.3 操作步骤  96
  2.测量的精确度和准确度分析  96
  3.图像扫描面积与标准面积之间比较与校正  96-99
  4.讨论  99-100
附件二通信内容  100-102
6.参考文献  102-114
附件三博士期间发表论文及科研情况  114

拟南芥的表型选择及适应可塑性研究

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