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中国特有属珍稀濒危植物山白树的保护生物学研究

作　者: 张立军
导　师: 赵桦；周天华
学　校: 陕西理工学院
专　业: 植物学
关键词: 山白树大小孢子发生雌雄配子体发育 ITS 保护策略
分类号: S792.99
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

山白树（Sinowilsonia henryi Hemsi.）为金缕梅科（Hamamelidaceae）山白树属（Sinowilsonia）的落叶乔木，分布于陕西、山西、河南、甘肃、湖北及重庆等地。山白树具有重要的科研价值、经济价值和环保价值，但目前其野生种群稀少，濒临灭绝，已被列为陕西省第一批保护物种和国家Ⅱ级重点保护植物。目前山白树的研究涉及形态解剖学、孢粉学、植物化学、地理分布等方面，但对其胚胎发育、遗传多样性分析等方面的研究报道尚属空白。本研究采用常规石蜡切片和ITS序列分析技术对山白树的胚胎学、群体遗传多样性分析及其致濒机制进行了研究，旨在揭示山白树的致濒机理并为保护该濒危植物制定科学有效的保护策略提供必要的基础资料。主要得到以下结论：1.花药发育特征山白树雄蕊发育初期，形成雄蕊原基，位于其下四个角隅的表皮下一层细胞分裂活跃，形成孢原细胞。孢原细胞进行平周分裂，产生初生周缘细胞和初生造孢细胞，初生周缘细胞经过2次分裂形成花药壁细胞。花药有2个室，花药壁完全分化时，从外至内依次是表皮、药室内壁和绒毡层。2.小孢子发生每一花药中有一层雄性孢原细胞，发生于幼小花药表皮下方。孢原细胞进行平周分裂，产生初生周源细胞和初生造孢细胞。在小孢子母细胞减数分裂形成四分体，随后很快分开，游离在药室中，成为单核花粉粒。随着细胞的长大细胞质中出现液泡，并逐渐合并成中央大液泡，细胞质和细胞核移到一侧。成熟花粉粒外形呈球形，具有三个萌发孔。3.大孢子发生及雌配子体发育在幼嫩子房内，胎座上分化出2枚胚珠原基。孢原细胞经过平周分裂，形成外侧的周缘细胞和内侧的造孢细胞。外侧的周缘细胞随后进行多次平周分裂和垂周分裂，使珠心顶端的珠心细胞层数增加。造孢细胞则发育成胚囊母细胞，胚囊母细胞接着进行减数分裂，形成线状四分体，四个细胞中只有远离珠孔的1个大孢子细胞继续发育成单核胚囊。单核胚囊第一次分裂形成两核，随着液泡的形成，这两个核分别移至胚囊两端，形成二核胚囊。山白树胚珠的发育属于蓼形胚囊。4.遗传多样性分析通过对山白树DNA提取，rDNA-ITS区PCR扩增和序列测定。利用Clustal、DnaSP、MEGA、和Alequine等软件进行了群体遗传分析。结果表明，ITS排序后总长度均为817bp，无gap(空位)。整个ITS共有15个变异位点，11个转换位点，4个颠换位点，信息位点数达到11个。AMOVA分析得出山白树的遗传分化系数FST为0.5063，说明山白树的遗传变异主要存在于居群间，在物种水平和群体水平上的遗传多样性低，居群间遗传分化明显。Mantel测试结果（r=0.51，p=0.01）表明居群间的遗传距离与地理距离有相关性，说明地理隔离对山白树居群遗传结构的形成具有重要的作用。5.致濒机制和物种保护山白树濒危来自其内因和外因两方面。内因主要体现在两方面：一是山白树有限的生态幅使其对环境变化的适用性差；二是该物种生长缓慢、种群小，产生遗传漂变等。外在因素主要体现在人为破坏其生境使山白树的有效群体下降，导致山白树群体内近交几率增加和近交衰退，最终使其适用性和生活力下降。山白树居群的遗传结构受到长期的进化和生态历史的影响，包括分布范围的改变，生境片段化和居群隔离等。因此，为防止其遗传多样性的降低，本研究在小居群和大居群兼顾的前提下，制定了以就地保护为主的保护策略。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 保护生物学的研究进展  10-14
    1.1.1 保护生物学简介  10
    1.1.2 保护生物学研究对象  10-12
    1.1.3 保护生物学基本原理  12-13
    1.1.4 濒危植物保护的研究方法  13-14
  1.2 山白树研究概述  14-17
    1.2.1 山白树的生物学特征概述  14-16
    1.2.2 山白树的研究意义  16-17
  1.3 本课题研究的目的  17-18
第2章山白树大小孢子及早期胚胎发育研究  18-24
  2.1 实验材料  18
  2.2 实验用品  18-19
    2.2.1 主要设备  18
    2.2.2 主要试剂  18-19
  2.3 实验方法  19-21
    2.3.1 显微镜观察并摄像  19
    2.3.2 山白树胚胎发育石蜡切片制片  19-20
    2.3.3 主要染色方法  20-21
  2.4 结果与讨论  21-23
    2.4.1 花的形态结构特征  21
    2.4.2 小孢子发生及雄配子体产生  21-22
    2.4.3 大孢子发生及雌配子体形成  22-23
    2.4.4 山白树胚胎发育中的败育现象  23
  2.5 小结  23-24
第3章山白树遗传多样性分析  24-36
  3.1 实验材料  24-28
    3.1.1 山白树 ITS 的选择  25-26
    3.1.2 实验用品  26-28
  3.2 实验方法  28-30
    3.2.1 实验中涉及试剂的配制方法  28
    3.2.2 电泳  28-29
    3.2.3 山白树总 DNA 的提取及检测  29
    3.2.4 PCR 反应体系的建立  29-30
    3.2.5 序列数据处理  30
  3.3 实验结果与分析  30-36
    3.3.1 山白树总 DNA 的提取  30
    3.3.2 山白树遗传多样性分析  30-36
第4章讨论与结论  36-42
  4.1 山白树生物学讨论分析  36
  4.2 山白树的遗传多样性  36-37
  4.3 山白树的遗传分化和遗传结构  37-39
  4.4 濒危机制  39-40
  4.5 保护策略  40-41
    4.5.1 生境保护策略  40-41
    4.5.2 迁地保护策略  41
    4.5.3 人工繁育  41
    4.5.4 加强宣传  41
  4.6 本研究的主要创新点  41
  4.7 研究课题的展望  41-42
附录  42-59
参考文献  59-65
图版  65-71
图版说明  71-72
攻读硕士学位期间学术成果  72-73
致谢  73

中国特有属珍稀濒危植物山白树的保护生物学研究

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