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用分子标记和花粉形态学标记研究莲种质的遗传多样性

花匠小妙招
2024-10-23 16:43

莲科(Nelumbonaceae)莲属(Nelumbo)含两个种,中国莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)和美洲黄莲(Nelumbo lutea (Willd.) Pers.)。作为我国十大传统名花中唯一的水生花卉,中国莲(荷花)因其悠久的栽培历史,丰富的文化内涵、独特的宗教象征、很高的观赏性和食用性而具有重要的观赏价值和经济价值。在长达两千年的栽培过程中,中国莲产生了丰富的变异。同时在长期的地理隔绝中,不同地域的莲种质产生了遗传分化。近年来,从宏观的形态特征到微观的细胞学、同工酶及DNA分子标记等方面对莲属植物的遗传多样性及品种分类进行了很多研究,但在对于不同地理来源莲种质的遗传关系及多样性等方面都还不清楚,并且孢粉学方面的研究甚少,也很少利用多种不同类型的遗传标记对莲种质的遗传关系进行交叉分析。本研究正是围绕这些方面,利用RAPD、ISSR分子标记和花粉形态学标记对多种来源莲种质进行了遗传多样性及遗传变异的综合分析评价,为莲的种质(品种)鉴定、保存、品种分类、育种等提供依据。本文主要研究结果如下：1、87份莲种质的RAPD和ISSR研究(1)利用RAPD标记和ISSR标记,对不同来源的87份莲种质(包括：70个中国花莲品种、7个泰国野生莲种质、2个美洲黄莲以及8个中国莲和美国莲的杂交品种)进行遗传多样性和遗传关系研究。其中11个RAPD引物得到111条扩增带,其中107条(96.4%)为多态性条带,Jaccard相似性系数平均值为0.49；13个ISSR引物扩增出205条带,其中187条(91.2%)为多态性条带,Jaccard相似性系数平均值为0.77。两个标记检测的87份莲种质的Nei指数和Shannon指数值分别为RAPD (0.17,0.28)、ISSR(0.20,0.33),都显示出莲种质具有较高的遗传多样性。(2) RAPD和ISSR聚类分析均显示莲种质的聚类与其地理来源有紧密联系。基于RAPD和ISSR标记得到的综合聚类图显示出莲属两个种明显分开聚类,表明中国莲与美国莲存在一定的遗传分化；同时还显示出泰国莲种质与中国莲种质存在遗传变异,并提议将不同地理来源种质作为品种分类的划分标准之一。(3)分子标记可以很好的辅助形态标记进行品种的鉴定区分,但与形态特征分类相关性较低,仅与株型出现一定程度的吻合。导致不同来源的莲种质间出现遗传分化的可能原因是：其一,地理隔绝和缺乏基因流动；其二,不同的地理条件会增加遗传的差异性,不同莲种质为了适应不同的环境气候产生一定的遗传分化。因此在今后的莲育种中,应该积极开展不同地域来源种质间的交流,有意识地选择来自于不同地域的亲本,以充分利用不同种质的遗传多样性。2、31份莲种质的花粉形态学研究(1)对31份莲种质(包括：10个中国花莲品种(Nelumbo nucifera)、1个美洲黄莲(N. lutea)品种、6个中国莲和美国莲的杂交品种、5个泰国莲种质及9个中国莲和泰国莲杂交莲品种)的花粉形态进行定量和定性分析,发现花粉外部形态均呈近球形,赤道面观均为椭圆形,极面观大部分呈三裂圆形,少量种质有近圆形,除都具三条萌发沟外,在少量种质中还发现具有散沟的花粉(六沟花粉)。按NPC系统分类,主要类型为N3P4C3型。花粉粒大小因不同种质有较大区别,极轴×赤道轴的值介于52.19×55.90 gm至41.93×43.98μm之间。(2)31份莲种质的萌发沟细部特征存在很多差异,主要表现为：萌发沟的形状、长度、宽度、深浅、萌发沟内颗粒排列紧密度都有不同程度的差别。这些差异都表现了莲种质的遗传多样性。同时花粉外壁纹饰大部分呈脑纹状,少数几个种质呈皱波状。网眼的形状大小、脊宽及脊洼深浅均因不同种质有差别,反映了莲种质的遗传差异性。(3)主成分分析结果得到前7个主成分累计率达89.0936%,分别反映的是花粉粒大小、花粉粒沟长比例、花粉类型、萌发沟形状、外壁纹饰特征、脊宽和花粉粒形状。(4)Q型聚类首先将供试莲种质分为两大类,两类的差别主要体现在花粉粒大小、萌发沟长度、花粉类型、萌发沟的宽窄和深浅上。两大类的特点主要与主成分分析中的前3个主成分因子相对应。花粉形态性状聚类与分子标记聚类相比较,并未显示出中国莲种质与美国莲或泰国莲种质明显地分开聚类,但在其聚类分析中仍然显示了一定的差别。导致两类标记结果差异的可能原因是：其一,两个实验的供试材料上有一定的差别；其二,两类标记检测的基因组不同；其三,数据分析方法的不同。31份莲种质花粉形态特征的诸多差异,尤其是萌发器官和外壁纹饰细部特征的差异,可以很好的体现不同莲种质的遗传多样性和遗传差异。本研究认为,花粉形态特征可以为种质间的亲缘关系研究提供有价值的依据。但不适合直接用于莲种质的品种分类中。因此,利用各种类型的遗传标记进行综合分析,可以对莲种质的遗传多样性得到更全面的认识。