大花杓兰适生区预测、种群遗传多样性及基因流研究
大花杓兰适生区预测、种群遗传多样性及基因流研究
【摘要】： 大花杓兰(Cypripedium macranthos)隶属于兰科杓兰属,是国家二级重点保护野生植物,与大多数杓兰属植物分布在我国西南山区不同,其在我国主要分布于华北、东北和台湾等地区。近年来,盗采盗挖、栖息地破碎化等因素导致大花杓兰种群数量和个体数目急剧下降。鉴于大花杓兰特殊的分布格局和濒危现状,本研究选择过去、当前和未来8个气候情景,利用Max Ent物种分布模型结合38个环境变量及来源于数据库和最新实地调查的80个分布位点进行建模,分析了影响大花杓兰分布的关键环境变量,预测了其在当前、过去和未来气候情景下的适生区及其分布中心和迁移趋势。其次,利用简化基因组测序技术(Super-GBS)对11个种群的大花杓兰样品进行测序,获得大量的有效SNP位点,分析了大花杓兰种群的遗传多样性、遗传结构、系统发育关系、基因流及距离隔离效应,为大花杓兰种群的恢复和保护提供了理论基础和科学依据。主要研究结果如下:1、UV-B最强月份均值(UV-B3,贡献率54.0%)、森林覆盖率(FOR,14.3%)、降水量季节性变化(BIO15,7.4%)、温度季节性变异系数(BIO4,6.8%)和草/灌木/林地(GRS,4.6%)是影响大花杓兰分布的5个关键环境变量。模型预测当前情景下大花杓兰适生区主要分布在我国东北和华北地区。过去3个气候情景下大花杓兰总适生区面积受冰期影响呈现先减少后增加的状态,未来4个气候情景与当前情景相比有增加的趋势。大花杓兰适生区分布中心除末次盛冰期位于河北省外,其余7个气候情景下均位于与辽宁省相近的内蒙古自治区东南部区域。2、测序共获得了68.44 Gb clean reads和41,154个SNPs位点。分子证据表明,大花杓兰种群具有较低的遗传多样性,其观测杂合度(Ho)为0.1335,期望杂合度(He)为0.1534,多态信息含量值(PIC)为0.1296,有效等位基因数(Ne)为1.2342,核苷酸多样性(π)为0.1543。大部分大花杓兰种群之间具有中到高水平的遗传分化(Fst为0.0032～0.2684,平均值0.1201),以及中到高水平的基因流(Nm为0.6814～78.0708,平均值为3.9756)。基因迁移模型显示,研究区域内大花杓兰种群基因流的方向主要是从东北种群流向华北种群。种群遗传结构表明,11个大花杓兰种群分为2组(东北和华北)。距离隔离效应分析显示大花杓兰种群的遗传距离和地理距离之间不存在显著的相关性。当前大花杓兰种群的遗传多样性和遗传结构主要是因生物学特征、人为干扰和基因流受限造成的。3、基于上述研究结果,我们建议通过详尽的资源调查、建立保护小区就地保护、重引入大花杓兰个体联通基因流桥梁、全生活史的生长监测、传粉系统的保护、科普宣传增强保护意识等多种手段对大花杓兰种群开展全面保护。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2022
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