上海外來入侵種加拿大一枝黃花種群的遺傳結(jié)構(gòu)研究

摘要：采用分子標(biāo)記（ＲＡＰＤｓ）對上海地區(qū)入侵種加拿大一枝黃花（Ｓｏｌｉｄａｇｏ cａｎａｄｅｎｓｉｓ）種群遺傳結(jié)構(gòu)進行分析。采用１０條引物擴增了８個種群１８５個個體，共得到９２條條帶。９５％標(biāo)準(zhǔn)下，多態(tài)位點百分比為１００％。平均有效等位基因數(shù)目為１．３５９ ７，期望雜合度為０．４０１ ８，Ｓｈａｎｎｏｎ指數(shù)為０．３６７ ６。上海地區(qū)加拿大一枝黃花種群整體遺傳多樣性較高，但單個種群的遺傳多樣性水平中等，可能與加拿大一枝黃花有廣泛種質(zhì)來源，通過有性繁殖入侵，但通過無性繁殖擴張的過程有關(guān)。基因分化系數(shù)GST為０．３４１ ５，ＡＭＯＶＡ表明４１．６５％的總ＤＮＡ遺傳變異方差存在于種群間，說明加拿大一枝黃花種群的遺傳分化程度較大，表明了其以無性繁殖為主的擴散方式。

關(guān)鍵詞：加拿大一枝黃花；ＲＡＰＤ；遺傳多樣性；遺傳分化

中圖分類號：S459文獻標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）03－0517-03

Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Aｎ Iｎｖａｓｉｖｅ Sｐｅｃｉｅｓ，Ｓｏｌｉｄａｇｏ cａｎａｄｅｎｓｉｓ， ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ

ＬＩＡＯ Ｘｉａ－ｗｅｉ，ＸＵ Ｘｉａｏ－ｆａｎ，ＸＵ Ｘｉａｏ－ｙａｎ，ＹＵ Ｍｅｎｇ－ｙｕａｎ，ＬＩ Ｙｕａｎ－ｙｕａｎ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４１，China）

Ａｂsｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ａｎ ｉｎｖａｓｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ， Ｓｏｌｉｄａｇｏ cａｎａｄｅｎｓｉｓ， ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ＲＡＰＤ ｍａｒｋｅｒｓ． Ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ １０ ｐｒｉｍｅｒｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ and amplified ９２ ｂａｎｄｓ ａｍｏｎｇ ａｌｌ ｔｈｅ １８５ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ ｏｆ ８ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ ｌｏｃｉ ｗａｓ １００％ ｕｎｄｅｒ ９５％ ｓｔａｎｄａｒｄ． Ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ mean ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｌｌｅｌｅｓ ｗａｓ １．３５９ ７． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｈｅｔｅｒｏｚｙｇｏｓｉｔｙ ｗａｓ ０．４０１ ８， ａｎｄ Ｓｈａｎｎｏｎ ｉｎｄｅｘ ｗａｓ ０．３６７ ６． Ｔｈｅ ｄａｔａ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ Ｓｏｌｉｄａｇｏ Ｃａｎａｄｅｎｓｉｓ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｗａｓ relatively ｈｉｇｈ； ｗｈｉｌｅ ｔｈａｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ middling， ｉｎｄｉｃａｔing ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｓｅｅｄｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｖａｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａｎｄ ａｓｅｘｕａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｅａｃｈ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ during expanding． Ｂｏｔｈ GST（０．３４１ ５） ａｎｄ ＡＭＯＶＡ （４１．６５％ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｇｅｎｅｔｉｃ ｖａｒｉａｎｃｅ ｗａｓ ａｍｏｎｇ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ） ｓｈｏｗｅｄ ａ ｈｉｇｈ ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ among populations， and ａｓｅｘｕａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ within population during dispersal．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｓｏｌｉｄａｇｏ cａｎａｄｅｎｓｉｓ； ＲＡＰＤ； ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ； ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ

加拿大一枝黃花（Ｓｏｌｉｄａｇｏ cａｎａｄｅｎｓｉｓ）原產(chǎn)于北美，１９３５年作為花卉植物引入我國，因其繁殖能力強、競爭力強、生長速度快等特點而迅速成為一種常見外來雜草，并對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成了較大影響和危害。據(jù)資料顯示，上海近２０年來，由于該物種的入侵已造成３０多種本土物種消亡，占上海土著物種的１／１０［１］。作為惡性外來入侵植物，加拿大一枝黃花在引入后能迅速擴散，在最初地點外建立種群，種群的遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)常常改變，基因型特征也隨之改變［２］。同時，可通過根狀莖和種子分別進行無性繁殖和有性繁殖［３］。繁殖方式的不同直接決定了其不同的防治方法。遺傳多樣性和遺傳分化的研究可在一定程度上體現(xiàn)加拿大一枝黃花繁殖方式的側(cè)重性。所以，在了解其遺傳生態(tài)特性的同時，了解入侵物種加拿大一枝黃花的遺傳結(jié)構(gòu)對入侵機制的研究、入侵種的防治等有著重要意義。而目前國內(nèi)對其研究主要集中于生物學(xué)、生理生態(tài)以及防治等角度，而對于遺傳結(jié)構(gòu)的報道比較有限。馬淼［４］采用ＩＳＳＲ標(biāo)記對浙滬地區(qū)５個加拿大一枝黃花種群進行分析，發(fā)現(xiàn)其具有較高的遺傳多樣性。黃華等［５］利用ＲＡＰＤ標(biāo)記對浙滬地區(qū)４個加拿大一枝黃花種群研究也得到類似的結(jié)果。Ｄｏｎｇ等［６］分析了采自上海嘉定的兩個加拿大一枝黃花種群ＩＳＳＲ的遺傳結(jié)構(gòu)，認(rèn)為有性繁殖是建立新種群的途徑，而克隆生長是其擴展已占領(lǐng)分布區(qū)的方式。

本研究選擇整個上海為樣方，以各區(qū)的野外逸生加拿大一枝黃花為材料，采用ＲＡＰＤ技術(shù)進行比較研究，明確了上海加拿大一枝黃花不同種群的遺傳多樣性，并從遺傳優(yōu)勢和遺傳分化的角度探討了對加拿大一枝黃花的防治及消除危害的策略和方法。

1材料與方法

1．１供試材料

采樣地點及生境見表１，分別采集上海市閔行、奉賢、寶山、金山、普陀、浦東、青浦、松江等８個區(qū)的加拿大一枝黃花樣品。每個地區(qū)隨機采集３０份葉片標(biāo)本，每株植株取其頂端幼嫩葉子。由于加拿大一枝黃花是具有很強的無性繁殖能力的克隆植物［７］，為了保證所采集樣品不來源于同一植株，每兩個樣品間的間隔至少１５ ｍ，分別標(biāo)記裝袋。選取每個區(qū)３０份樣品中保存較完整的２３~２４個樣品（寶山種群由于霉變樣品較多，所以只選擇１９個保存較好的樣品做研究），分別提取總ＤＮＡ并進行ＲＡＰＤ分析。

2結(jié)果

共應(yīng)用１０條ＲＡＰＤ引物對加拿大一枝黃花的８個自然種群的１８５個個體進行擴增，得到９２條條帶。每個引物條帶數(shù)從５到１４條不等，平均９．２條。

2．１遺傳多樣性

運用Ｐｏｐｇｅｎｅ Vｅｒｓｉｏｎ １．３１軟件［８］分別觀測平均等位基因數(shù)目（Ａ）、有效等位基因數(shù)（Ａｅ）、Ｓｈａｎｎｏｎ多態(tài)信息指數(shù)（ＳＩ），用ＴＦＰＧＡ（Ｔｏｏｌｓ fｏｒ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｅｓ）Vｅｒｓｉｏｎ １．３軟件［９］分別進行多態(tài)位點百分比（Ｐ）、期望雜合度（Ｈｅ）分析。具體情況如表２所示。

2．２遺傳分化

2．２．１遺傳一致度與遺傳距離用Ｎｅｉ氏［１０］公式計算加拿大一枝黃花種群的遺傳一致度（Ｉ）和遺傳距離（Ｄ），結(jié)果如表３所示。

2．２．２遺傳分化系數(shù)運用Ｐｏｐｇｅｎｅ Vｅｒｓｉｏｎ １．３１軟件分別觀測總遺傳多樣性（ＨT）、種群內(nèi)的多樣性（Ｈｓ）、遺傳分化系數(shù)（ＧST）、基因流（Ｎｍ），具體情況如表４所示。

2．２．３ＡＭＯＶＡ運用ＷＩＮＡＭＯＶＡ Vｅｒ１．５５［１１］軟件對加拿大一枝黃花８個種群的遺傳標(biāo)記得到的遺傳多樣性在種群之間和種群內(nèi)的分布進行檢驗，遺傳變異方差的41.65%存在于種群間，58.35%存在于種群內(nèi)。

3小結(jié)與討論

3．１上海加拿大一枝黃花的遺傳多樣性

上海加拿大一枝黃花８個種群總體的多態(tài)位點百分比很高，在９５％水平上為１００％。但每個種群的多態(tài)位點百分比分布在３９．１３％~５５．４３％，平均為４７．５５％，與同種和其他草本植物比較，小于黃華等［５］觀測的４個加拿大一枝黃花種群多態(tài)位點百分比范圍（５７．１４%~７３．１３％），略小于草本植物的平均值（５１．３0％）［１２］。加拿大一枝黃花平均有效等位基因數(shù)目為１．３５９ ７，平均每個種群為１．２４５ ８，小于同科的菊屬１０種野生植物的１．４８８ ７［１３］。本研究中的期望雜合度總體為０．４０１ ８，平均每種群為０．１９７ ０，大于草本植物的平均值（０．１６２ 0）［１２］。Ｓｈａｎｎｏｎ多態(tài)信息指數(shù)為０．３６７ ６，平均０．２３３ ０，小于菊屬１０種野生植物的０．４４６ ６［１３］，與草本植物的平均值０．２３８ 0相當(dāng)［１２］。總體上加拿大一枝黃花有較大的遺傳多樣性，這與其入侵特點相對應(yīng)。Ｐａｐｐｅｒｔ等［１４］認(rèn)為，現(xiàn)有雜草種群如果由多個不同來源的個體所建立，則具有較高的遺傳多樣性。加拿大一枝黃花可能有多個來源，并且易入侵，而形成現(xiàn)有的種群遺傳格局。但單獨的每個種群遺傳多樣性并不比其他植物高，可能與其侵占某地后以無性繁殖為主的特征有關(guān)［６］。也與外來入侵物種經(jīng)常是起源于少數(shù)幾個個體，由于遺傳的瓶頸效應(yīng)和建立者效應(yīng)常具有較低的遺傳多樣性有關(guān)［１５］。就８個種群單獨來看，每個種群的遺傳多樣性指標(biāo)相差都不大，并且遺傳多樣性未表現(xiàn)出與生境和所處地點的密切關(guān)系。

3．２上海加拿大一枝黃花的遺傳分化

本研究采用基因分化指數(shù)ＧＳＴ對上海８個種群的加拿大一枝黃花的遺傳分化進行統(tǒng)計分析，得ＧＳＴ＝０．３４１ ５。Ｗｒｉｇｈｔ曾提出ＧＳＴ介于０~０．０５說明種群遺傳分化很弱，介于０．０５~０．１５說明種群遺傳分化中等，介于０．１５~０．２５說明種群遺傳分化較大，大于０．２５表明種群遺傳分化極大。因此，該研究結(jié)果表明上海地區(qū)８個種群的加拿大一枝黃花具有極大的遺傳分化，具有較低的基因流（Ｎｍ＝０．９６４ １）。同樣，經(jīng)ＡＭＯＶＡ分析后所得種間變異占總變異比例高達４１．６５％，顯示上海地區(qū)加拿大一枝黃花各種群之間具有很高的遺傳分化，與ＧＳＴ的分析結(jié)果一致。

該研究結(jié)果可能是由于加拿大一枝黃花主要依靠有性繁殖建立新種群［６］，而來源的種質(zhì)資源又很廣泛，使得每個種群的奠基者遺傳組成不同，造成較大的遺傳分化。而種群定殖后，主要依賴無性繁殖擴散［６］，種群間基因流小，使每個種群保持了原本大的遺傳分化［１４］。

3．３上海加拿大一枝黃花的防治策略

從人為因素和上海的發(fā)展歷史來看，加拿大一枝黃花的花粉、種子等傳播體易經(jīng)由人群及交通工具等攜帶擴散入侵，人口遷移、經(jīng)濟交流等方面的因素都會對加拿大一枝黃花的擴散造成影響。本研究表明，加拿大一枝黃花有廣泛的種質(zhì)來源，因此防治應(yīng)從切斷來源入手，如在傳粉、結(jié)種時期采取得力措施盡可能多地清除植株等。另外，根據(jù)風(fēng)向等信息，在對加拿大一枝黃花的控制和防除工作中，要著重關(guān)注上風(fēng)向地區(qū)的防治，防止大量傳播。一旦有少數(shù)個體定殖成功，要清除其根莖部分，防止無性擴散和種群的擴大。

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