左 威, 宋文靜, 金則新, 李鈞敏,*

1 上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 上海 200234 2 浙江省植物進(jìn)化生態(tài)學(xué)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 臺(tái)州 318000 3 臺(tái)州學(xué)院生態(tài)研究所, 臺(tái)州 318000

活血丹小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)

左 威1,2,3, 宋文靜3, 金則新2,3, 李鈞敏2,3,*

1 上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 上海 200234 2 浙江省植物進(jìn)化生態(tài)學(xué)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 臺(tái)州 318000 3 臺(tái)州學(xué)院生態(tài)研究所, 臺(tái)州 318000

活血丹(Glechomalonituba)是唇形科活血丹屬的多年生克隆草本植物。采用簡單重復(fù)序列區(qū)(ISSR)分子標(biāo)記技術(shù)，比較分析了3個(gè)不同斑塊活血丹的遺傳多樣性、克隆多樣性以及小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)，并探討其與生境異質(zhì)性、繁殖體傳播和人為干擾的相關(guān)性。結(jié)果表明：1)活血丹物種水平的遺傳多樣性很低，各斑塊的遺傳多樣性較低，以水渠邊斑塊最高，平葛村斑塊次之，竹林下斑塊最低。2)活血丹物種水平的克隆多樣性較高，各斑塊活血丹的克隆多樣性以水渠邊斑塊最大，平葛村斑塊次之，竹林下斑塊最低。3)遺傳分化系數(shù)Gst為0.7129，表明活血丹的遺傳變異大部分存在于斑塊間；斑塊間的基因流較小，僅為0.2004。4)空間自相關(guān)分析表明活血丹一定的空間距離下存在顯著的空間遺傳結(jié)構(gòu)，竹林下斑塊在100 cm 時(shí)存在顯著性正相關(guān)，其X軸截矩為205.994cm；平葛村斑塊在200 cm 時(shí)存在顯著性正相關(guān)，其X軸截矩為235. 388cm；水渠邊斑塊在150 cm時(shí)存在顯著性正相關(guān)，其X軸截矩為240.336cm。應(yīng)用軟件SPAGeDi 1.2軟件對各斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化，表明平葛村斑塊具有最強(qiáng)的空間遺傳結(jié)構(gòu)，水渠邊和竹林下斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)較弱?；钛さ倪z傳結(jié)構(gòu)、克隆結(jié)構(gòu)及空間分布格局受到其繁殖體傳播特征、人為干擾和繁殖權(quán)衡的影響，是其對生境異質(zhì)性的適應(yīng)結(jié)果。

活血丹; 克隆植物; 小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu); 簡單重復(fù)序列區(qū)間(ISSR)

克隆植物是指在定居前期通過與母株相連的芽、分蘗或枝條等繁殖體產(chǎn)生無性繁殖的植物[1]?？寺≈参锍Ｍㄟ^克隆繁殖形成與親本基因型相同的后代，形成居群的遺傳結(jié)構(gòu)與遺傳多樣性。小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)是指植物基因型或遺傳多樣性的非隨機(jī)的空間分布格局[2]。研究克隆植物的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)，闡明克隆植物不同斑塊的遺傳格局、種間關(guān)系以及環(huán)境因子的作用[3]，對研究克隆植物種群的形成、維持和衰退機(jī)制及植物定居、侵殖和演替的機(jī)理具有重要意義[4]。

早期研究克隆植物的遺傳多樣性主要是在表型和染色體水平進(jìn)行的，但確定形態(tài)學(xué)性狀存在一定的局限，如表型可塑性或克隆繁殖組織的老齡化等影響形態(tài)學(xué)性狀的判斷。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于PCR的DNA分子標(biāo)記的發(fā)展為準(zhǔn)確鑒定克隆基株提供了可靠技術(shù)保障，如簡單重復(fù)序列區(qū)間(inter- simple sequence repeat, ISSR)[5]、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA (random amplified polymorphic DNA, RAPD)[6]、擴(kuò)增片段長度多態(tài)性(amplified fragments length polymorphic, AFLP)[7]、簡單重復(fù)序列(Simple sequence repeat, SSR)[8]已被廣泛地用于克隆植物的克隆多樣性及居群遺傳結(jié)構(gòu)的研究。其中，ISSR分子標(biāo)記具有較大的優(yōu)勢，如相對于SSR，ISSR引物不需要目標(biāo)序列的相關(guān)信息，引物設(shè)計(jì)較為簡單；相對于AFLP，ISSR的操作較為簡單[17]；而相對RAPDs，ISSR實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可靠，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性更高[9]。已有較多學(xué)者應(yīng)于ISSR分子標(biāo)記技術(shù)來研究克隆植物的克隆多樣性與空間遺傳結(jié)構(gòu)，如沙鞭(Psammochloavillosa)[10]、蛇莓(Duchesneaindica)[4]、竹葉眼子菜(Potamogetonmalaianus)[5]。

克隆植物在較小的空間尺度上就可形成不同的空間遺傳結(jié)構(gòu)，從而形成不同斑塊的克隆多樣性。如李鈞敏和金則新發(fā)現(xiàn)蛇莓3個(gè)不同斑塊的小尺度克隆結(jié)構(gòu)存在差異明顯[4]；van Rossum 和Triest發(fā)現(xiàn)牛舌櫻草(Primulaelatior)具有很強(qiáng)的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)差異[11]； Bergf和Hamrick發(fā)現(xiàn)土耳其橡樹林(Quercuscerris)在5—10 m的距離表現(xiàn)出明顯的小尺度基因結(jié)構(gòu)差異[12]?？寺≈参锏目臻g結(jié)構(gòu)受生境的異質(zhì)性、植物繁殖體傳播、植物間相互作用、生物環(huán)境作用、外界干擾等影響，且不同物種的克隆植物其空間遺傳結(jié)構(gòu)受到的影響因素是不同的。如牛舌櫻草的空間遺傳結(jié)構(gòu)的形成主要受較短的花粉擴(kuò)散距離與近交的繁育系統(tǒng)的影響[11]；Berg和Hamrick認(rèn)為土耳其橡樹的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)是由于小的果實(shí)擴(kuò)散距離及克隆生長造成的[12]；李鈞敏和金則新認(rèn)為蛇莓的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)是由于低的種子萌發(fā)率及強(qiáng)的克隆生長能力造成的，并受到環(huán)境因素的強(qiáng)烈影響[4]。因此，有必要對一些典型物種開展典型生境的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)研究，以闡明克隆植物的空間遺傳結(jié)構(gòu)的形成及機(jī)制。

活血丹(Glechomalongituba)又名佛耳草、金錢草，為唇形科(Lamiaceae)活血丹屬(Glechoma)多年生草本植物?；钛ひ匀萑胨?，莖中含有揮發(fā)油和多種藥用成分，對于治療肝膽及尿路等多種炎癥有一定療效[13]。活血丹為匍匐莖型克隆植物，廣泛分布于全國各地，常常生長在海拔50—2000 m范圍內(nèi)的林緣、疏林下、草地中、溪邊等陰濕生境中[14]?；钛さ纳L受生境條件的限制及人為干擾較大，對生境條件具有較強(qiáng)的可塑性[15]。本文通過ISSR分子標(biāo)記技術(shù)分析3個(gè)不同典型斑塊的活血丹的克隆多樣性，采用空間自相關(guān)分析研究活血丹的克隆空間結(jié)構(gòu)，探討其與生境異質(zhì)性、繁殖體傳播和人為干擾的相關(guān)性，其結(jié)果不僅可以豐富克隆植物空間遺傳結(jié)構(gòu)研究，而且可以進(jìn)一步闡明克隆植物對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

于2008年4月分別在浙江省臨安市昌化鎮(zhèn)采集3個(gè)不同斑塊中的活血丹，各斑塊的基本情況如表1。將各斑塊被劃分成50cm×50cm的正方形方格，通過記錄空間坐標(biāo)(x，y) 對每個(gè)點(diǎn)上的個(gè)體進(jìn)行定位[2](圖1)。每株取其健康幼嫩葉片放入裝有硅膠(干燥劑)的密封袋中干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 不同活血丹斑塊的生境概況

圖1 不同斑塊的個(gè)體及基因型分布圖Fig.1 Distribution of the individuals and genotypes of Glechoma lonituba in different patches不同數(shù)字和顏色表示不同基因型，同一顏色和數(shù)字表示同一基因型

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 DNA提取和定量

DNA提取采用改進(jìn)的SDS法[16]提取總DNA。然后DNA經(jīng)0.8%瓊脂糖凝膠電泳分析，用伯樂公司的Gel Doc XR凝膠成像分析系統(tǒng)拍照定量，并最終稀釋成濃度為10 ng /μL，然后放于-20℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 ISSR擴(kuò)增與產(chǎn)物的鑒定

ISSR引物是根據(jù)加拿大哥倫比亞大學(xué)(University of British Columbia, Set No9, No.801- 900)公布的序列，由上海生工生物工程公司合成。在PTC- 220熱循環(huán)儀(美國伯樂公司)中進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。經(jīng)過測試鎂離子濃度、模板DNA含量、dNTP濃度、DNA聚合酶用量、引物濃度、牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)對ISSR反應(yīng)結(jié)果的影響，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)確定了最適的ISSR擴(kuò)增反應(yīng)條件為：10μL PCR反應(yīng)體積，1μL Taq酶配套緩沖液(10mmol/L Tris-HCL pH 9.0，50mmol/L KCl，0 1% TritonX- 100)，0.4 mmol/L MgCl2，10 pmo1引物，8 ng模板DNA，2mg/mL BSA，dNTP 0. 5mmol/L，1 U Taq酶(上海鼎國公司)。采用touch-down PCR擴(kuò)增程序：94℃預(yù)變性5 m in，94℃變性30s，57℃退火1 m in，72℃延伸1.5min，每個(gè)循環(huán)下降0 5℃，共10個(gè)循環(huán)；94℃變性30s，52℃退火1 min，72℃延伸1.5min共25個(gè)循環(huán)；72℃完全延伸5min。DNA擴(kuò)增產(chǎn)物在2%的涼脂糖凝膠(含0.5 μg/mL溴化乙錠)中電泳，電泳緩沖液為0. 5 ×TBE，用Gel Doc XR凝膠成像分析系統(tǒng)(美國伯樂公司)進(jìn)行拍照并保存?zhèn)溆?。?00 bp DNA梯度(上海華美公司)做為標(biāo)準(zhǔn)分子量參照物。陰性對照用雙蒸水代替總DNA，其它物質(zhì)不變。用100個(gè)ISSR引物使用上述體系進(jìn)行PCR而后電泳、拍照，選擇在3個(gè)活血丹居群中均可擴(kuò)增出清晰條帶，且條帶不彌散、不模糊、重復(fù)性好，同時(shí)選擇陰性對照中無條帶的引物作為正式擴(kuò)增的ISSR擴(kuò)增引物。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物在凝膠上的條帶的分子量，有條帶記為“1”，無條帶記為“0”，得到ISSR分析的原始數(shù)據(jù)。然后通過POPGEN 32軟件[17]計(jì)算多態(tài)位點(diǎn)百分率(P)，Shannon信息指數(shù)(1)和Nei指數(shù)(h)。根據(jù)基因頻率矩陣用POPGEN 32軟件計(jì)算遺傳分化系數(shù)(Gst)，并估算基因流。

采用以下4個(gè)參數(shù)[4]估算克隆多樣性：

(1) 種群中基因型(基株)總數(shù)(G)，將全部位點(diǎn)基因型相同的植株視為來自同一基株，居群中基株總數(shù)即為G。

(2) 基因型比率(G/N)，其中N是居群中所有個(gè)體(分株)總數(shù)。

(3) Simpson多樣性指數(shù)(D)：

D=1- ∑ [Ni(Ni-1) /N(N-1) ]

式中，Ni為居群內(nèi)第i種基因型的總數(shù)。

(4) 基因型分布的均勻度 (E)：

E=(D-Dmin)/(Dmax-Dmin)

其中,Dmin=[ (G-1) (2N-G) ]/[N(N-1)]，Dmax=[(G-1)N]/[G(N-1)]。

對每個(gè)基株的空間分布進(jìn)行定位，同時(shí)采用GenAIEx 6軟件計(jì)算每個(gè)基因型與空間位置的空間自相關(guān)系數(shù)(r)，以分析斑塊內(nèi)克隆的小尺度空間分布格局。采用軟件SPAGeDi 1.2計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)與空間距離的自然對數(shù)值間線性回歸方程的斜率(b)和第一距離等及內(nèi)所有個(gè)體間空間自相關(guān)系數(shù)的平均值(F1)，根據(jù)公式計(jì)算Sp=-b/(1-F1)來量化空間遺傳結(jié)構(gòu)[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 遺傳多樣性與遺傳分化

對活血丹個(gè)體進(jìn)行ISSR引物分析，發(fā)現(xiàn)采用6個(gè)ISSR引物即可分辨出活血丹不同克隆(表2)。采用此6個(gè)引物對3個(gè)活血丹斑塊共313個(gè)個(gè)體的DNA樣品進(jìn)行了ISSR分析。結(jié)果如表3所示，活血丹物種水平上的遺傳多樣性比較低；而斑塊間的遺傳多樣性很低，尤其是竹林下斑塊。3個(gè)斑塊間的遺傳多樣性差距較大，水渠邊斑塊最高，平葛村斑塊次之，而竹林下斑塊最低。遺傳分化系數(shù)Gst高達(dá)71.29%，表明在大部分的遺傳變異存在于斑塊間，而僅有28.71%的遺傳變異存在于斑塊內(nèi)。由Gst估算的活血丹的基因流較小，僅為0.2004。

表2 1SSR分析用的6個(gè)引物序列

表3 活血丹各斑塊的遺傳多樣性

2.2 克隆多樣性

不同斑塊的克隆多樣性指數(shù)(表4)表明活血丹物種水平的克隆多樣性比較高，3個(gè)斑塊間的克隆多樣性以水渠邊斑塊最大，平葛村斑塊次之，竹林下斑塊最低。由圖1可知，3個(gè)活血丹斑塊均由多克隆組成，水渠邊斑塊的克隆數(shù)目較多，但組成克隆的分株數(shù)目較少，最大的克隆在所取樣品中有15個(gè)分株；平葛村斑塊的克隆大小次之，最大的克隆在所取樣品中有24個(gè)分株；竹林下斑塊的克隆最大，最大的克隆在所取樣品中有98個(gè)分株；表明活血丹斑塊中存在優(yōu)勢克隆。

表4 不同活血丹斑塊的克隆多樣性

2.3 小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)

3個(gè)不同斑塊活血丹克隆分布在12個(gè)不同距離等級時(shí)的空間自相關(guān)分析結(jié)果如圖2—圖4所示。竹林下斑塊在100 cm 時(shí)存在顯著性正相關(guān)，在350 cm 時(shí)存在顯著性負(fù)相關(guān)，其X軸截矩為205.994cm；平葛村斑塊在200 cm 時(shí)存在顯著性正相關(guān)，在450 cm 時(shí)存在顯著性負(fù)相關(guān)，其X軸截矩為235. 388cm；水渠邊斑塊在150 cm時(shí)存在顯著性正相關(guān)，在450 cm 時(shí)存在顯著性負(fù)相關(guān)，其X軸截矩最大，高達(dá)240.336cm。 應(yīng)用軟件SPAGeDi 1.2軟件對各斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化，表明平葛村斑塊具有最強(qiáng)的空間遺傳結(jié)構(gòu)(Sp=0.0944)，水渠邊和竹林下斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)較弱(Sp=0.0558，Sp=0.0556)。

圖2 水渠邊斑塊空間自相關(guān)曲線圖 Fig.2 Correlograms showing the spatial autocorrelation coefficient r of Glechoma lonituba in Shuiqubian patchU和L分別是95%置信區(qū)間的上限和下限

圖3 竹林下斑塊空間自相關(guān)曲線圖 Fig.3 Correlograms showing the spatial autocorrelation coefficient r of Glechoma lonituba in Zhulinxia patchU和L分別是95%置信區(qū)間的上限和下限

圖4 平葛村斑塊空間自相關(guān)曲線圖 Fig.4 Correlograms showing the spatial autocorrelation coefficient r of Glechoma lonituba in Pinggecun patchU和L分別是95%置信區(qū)間的上限和下限

3 討論

本研究顯示克隆植物活血丹在較小距離范圍內(nèi)具有顯著的空間遺傳結(jié)構(gòu)，如竹林下斑塊、平葛村斑塊和水渠邊分別在100cm、200cm和150cm時(shí)存在顯著性正相關(guān)。這可能與活血丹通過匍匐莖營無性繁殖的克隆習(xí)性有關(guān)，如李鈞敏和金則新同樣采用ISSR分析了匍匐莖克隆植物蛇莓的小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其三個(gè)不同斑塊在空間距離為20cm時(shí)存在顯著性正相關(guān)[4]?；钛槎嗄晟荼局参?，可營無性繁殖與有性繁殖，但其無性繁殖較為容易，匍匐莖逐節(jié)生根，蔓延能力極強(qiáng)，在自然界中常通過產(chǎn)生較長的地上匍匐莖而表現(xiàn)出克隆生長習(xí)性[19]。另外，活血丹為蟲媒傳粉，種子千粒重為0.35g，落地可繁殖，雖然其種子數(shù)量不多，但萌發(fā)率較高，可達(dá)79.3%，這可能是造成活血丹空間遺傳結(jié)構(gòu)形成距離要略高于蛇莓的主要原因。

基于6個(gè)ISSR上物鑒定的活血丹的基因型，結(jié)果表明3個(gè)活血丹斑塊均由多克隆組成，基株數(shù)目以水渠邊斑塊最多，平葛村次之，竹林下最低；每個(gè)基因型平均擁有的分株數(shù)目以水渠邊斑塊最少，平葛村斑塊次之，竹林下斑塊最多。水渠邊斑塊的克隆數(shù)目較多，但組成克隆的分株數(shù)目較少，最大的克隆由15個(gè)分株組成；平葛村斑塊的克隆大小次之，最大的克隆由24個(gè)分株組成；竹林下斑塊的克隆最大，最大的克隆由98個(gè)分株組成；表明竹林下的活血丹存在優(yōu)勢克隆。應(yīng)用軟件SPAGeDi 1.2軟件對各斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化，表明平葛村斑塊具有最強(qiáng)的空間遺傳結(jié)構(gòu)，水渠邊和竹林下斑塊的空間遺傳結(jié)構(gòu)較弱?？臻g自相關(guān)曲線圖中X軸截矩標(biāo)志著斑塊中同一克隆所占據(jù)的最小平均長度[20]?？臻g自相關(guān)分析顯示平葛村斑塊活血丹基因型與空間距離的正相關(guān)的距離最大，可達(dá)200 cm，其X軸截矩為235.388cm，表明在平葛村優(yōu)越的生境條件下，活血丹選擇資源投入較小的克隆繁殖實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張，形成競爭壓力小的密集克隆型[21]，進(jìn)行點(diǎn)面擴(kuò)張，斑塊左邊表現(xiàn)為強(qiáng)勢克隆的相互疊加，斑塊右邊表現(xiàn)出強(qiáng)烈的密集克隆。而水渠邊的截距即克隆能到達(dá)的距離卻最大，為240.336 cm，表明激烈的競爭環(huán)境下，活血丹表現(xiàn)出強(qiáng)烈的覓食反應(yīng)，導(dǎo)致同一基株克隆表現(xiàn)為游擊型克隆[21]，進(jìn)行線性擴(kuò)張，而非點(diǎn)面擴(kuò)張，同時(shí)水渠邊斑塊為逃避競爭和密度制約機(jī)制進(jìn)行種子繁殖賦予此斑塊最豐富的基因型，種子繁殖和克隆繁殖各盡所長逃離生境。而竹林下斑塊活血丹基因型與空間距離的正相關(guān)的距離最小，為150 cm，其克隆能到達(dá)的距離也最小，為205.994 cm，這主要是因?yàn)橹窳窒聴l件對種子繁殖的強(qiáng)烈抑制，導(dǎo)致此斑塊出現(xiàn)非常顯著的克隆繁殖特征，形成密集克隆型[21]，表現(xiàn)為基因型最集中的點(diǎn)面擴(kuò)張，這種聚集式點(diǎn)面擴(kuò)張對資源的消耗必然導(dǎo)致同一基因型的植物很難在更大的范圍實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張，單個(gè)克隆所占據(jù)的空間最小。

克隆植物的空間結(jié)構(gòu)受生境的異質(zhì)性、植物繁殖體傳播、植物間相互作用、生物環(huán)境作用、外界干擾等影響[22]。竹林下斑塊與水渠邊、平葛村斑塊的生境差異較大，如竹林下斑塊由于竹葉致密而具有較弱的光強(qiáng)，其土壤受到竹子生長的影響而缺水、板結(jié)。由于有性繁殖與無性繁殖兩種方式在風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?、散布距離、斑塊化生境中的資源獲取能力、遺傳多樣性的維持作用等方面各有貢獻(xiàn)，因此，克隆植物在不同生境下會(huì)采取繁殖權(quán)衡策略[23]，如林下生境不利于種子萌發(fā)及幼苗生長，克隆植物通過克隆整合作用克服幼苗在林下的劣勢來繁衍后代；在有限空間內(nèi)，當(dāng)種內(nèi)競爭激烈而受到密度制約時(shí)[24]，克隆植物可以通過自身的激素調(diào)節(jié)使更多的資源投資于種子繁殖，避免種內(nèi)競爭[25]。竹林下斑塊中限制活血丹開花、種子萌發(fā)、幼苗生長等限制性因素較多，如竹林致密的竹葉有很強(qiáng)的遮光作用可以影響開花和種子形成[26]，竹林下缺水、板結(jié)的土壤可以導(dǎo)致自然條件下種子很難在其上萌發(fā)，這些限制因素直接影響種子繁殖以及幼苗生長，導(dǎo)致該斑塊中的活血丹具有較高比例的克隆繁殖和較低的遺傳多樣性，以最廣泛的克隆整合來確保后代的存活。而水渠邊(SQB)和平葛村(PGC)不存在這些限制性因素的影響或受影響較小，因此具有較高的遺傳多樣性。水渠邊由于水分充足，植物種類繁多，種間競爭激烈，密度制約機(jī)制強(qiáng)烈，活血丹趨向于種子繁殖，以逃避惡劣的生存環(huán)境，結(jié)果導(dǎo)致水渠邊斑塊比平葛村斑塊具有更高的克隆多樣性和遺傳多樣性。另外，平葛村存在顯著的人畜干擾可能是導(dǎo)致平葛村斑塊的克隆多樣性和遺傳多樣性較水渠邊明顯降低的主要原因：如人為鏟除土地上的灌木減少水肥競爭和光源爭奪，農(nóng)村施肥、灌溉使水肥相對充裕，植物選擇性進(jìn)行更低投資的克隆繁殖[22]；牲畜的啃食和踐踏使本應(yīng)該產(chǎn)生種子的枝條被吃掉或采折，促進(jìn)了分枝和分蘗的形成，同時(shí)減少了種子產(chǎn)生的數(shù)量，使得克隆生殖占優(yōu)勢。

活血丹的空間遺傳結(jié)構(gòu)可能是活血丹長期適應(yīng)不同生境和不同人為干擾的結(jié)果，尤其是對光照、水分、養(yǎng)分等環(huán)境異質(zhì)性因子的長期適應(yīng)結(jié)果。面對不同生境，活血丹通過采取繁殖權(quán)衡來應(yīng)對；面對小尺度的環(huán)境異質(zhì)性，活血丹又采取不同的克隆型來應(yīng)對?；钛ぴ谶m應(yīng)的過程中進(jìn)化出的優(yōu)勢克隆，其克隆型和非優(yōu)勢克隆的克隆型有很大不同，給我們研究克隆植物提供參考。本研究結(jié)果揭示了活血丹通過不同的繁殖方式、不同的克隆生長型來適應(yīng)不同生境，有助于了解克隆植物的適應(yīng)機(jī)制。

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Fine-scale spatial genetic structure ofGlechomalongituba

ZUO Wei1,2,3, SONG Wenjing3, JIN Zexin2,3, LI Junmin2,3,*

1SchoolofLifeandEnvironmentScience,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China2ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofPlantEvolutionaryEcologyandConservation,Taizhou318000,China3InstituteofEcology,TaizhouUniversity,Taizhou318000,China

Fine-scale spatial genetic structure, which indicates nonrandom spatial distribution of genotypes or genetic diversity, has important consequences for population biology. The study of fine-scale spatial genetic structure can provide an understanding of the key processes and mechanisms involved in the maintenance of plant populations.Glechomalongitubais a perennial herbaceous clonal plant species that belongs to the Labiatae family.Glechomalongitubais a herb of medicinal importance that is widely distributed in China, and its phenotypic characteristics vary among different habitats. The genetic diversity, clonal diversity, and fine-scale spatial genetic structure ofGlechomalongitubaplants collected from three different patches (Shuiqubian, Pinggecun, and Zhulinxia) with different habitats were analyzed using inter-simple sequence repeat (ISSR) molecular markers. In addition, the correlation with habitat heterogeneity, propagule propagation, and human disturbance were also examined in the study. The results indicated the following: 1) Genetic diversity ofGlechomalongitubaat the species level was relatively low (percentage of polymorphic loci,P=31.15%; Shannon informative index,I=0.1601; Nei′s index,h=0.1096). Genetic diversity ofGlechomalongitubawas highest in Shuiqubian patch (P=21.31%,I=0.0965,h=0.0627), followed by Pinggecun patch (P=8.20%,I=0.0354,h=0.0226), and Zhulinxia patch (P=3.28%,I=0.0120,h=0.0073). 2) Clonal diversity ofGlechomalongitubaat the species level was relatively high (number of genets,G=73; ratio of genets to ramets,G/N=0.2332; Simpson′s diversity index,D=0.8843; genotypic evenness,E=0.8192). The clonal diversity ofGlechomalongitubawas highest in Shuiqubian patch (G=60,G/N=0.5660,D=0.9693,E=0.8747), followed by Pinggecun patch (G=10,G/N=0.1087,D=0.8430,E=0.9075), and Zhulinxia patch (G=3,G/N=0.0260,D=0.2642,E=0.3599). 3) Genetic differentiation coefficient (Gst) was 0.7129, which indicated that most of the genetic variation existed among patches, whereas little genetic variation existed within patches. The estimated gene flow was as low as 0.2004. 4) Spatial autocorrelation analysis showed that the autocorrelation coefficient ofGlechomalongitubain Zhulinxia patch was significantly positive at a distance of 100 cm with anX-intercept of 205.994 cm but significantly negative at a distance of 350 cm. The autocorrelation coefficient in Pinggecun patch was significantly positive at a distance of 200 cm with anX-intercept of 235.388 cm but significantly negative at a distance of 450 cm. The autocorrelation coefficient in Shuiqubian patch was significantly positive at a distance of 150 cm with anX-intercept of 240.336 cm but significantly negative at a distance of 350 cm. Analysis with SPAGeDi 1.2 software showed that the strength of spatial genetic structure in Pinggecun patch was greater than those in Shuiqubian and Zhulinxia patches. TheSpratio (used to compare the extent of spatial genetic structure among populations) for Pinggecun, Shuiqubian, and Zhulinxia patches was 0.0944, 0.0558, and 0.0556, respectively. The genetic diversity, clonal diversity, and fine-scale spatial genetic structure ofGlechomalongitubaare affected by propagule dispersal characteristics, human disturbance, and trade-off between investment in sexual reproduction and clonal propagation and might be a consequence of adaptation to habitat heterogeneity.

Glechomalongituba;clonal plant; fine-scale spatial genetic structure; inter-simple sequence repeat (ISSR)

國家自然科學(xué)基金(30870392)

2013- 12- 22;

日期:2014- 11- 03

10.5846/stxb201312223001

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lijm@tzc.edu.cn

左威, 宋文靜, 金則新, 李鈞敏.活血丹小尺度空間遺傳結(jié)構(gòu).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(17):5761- 5768.

Zuo W, Song W J, Jin Z X, Li J M.Fine-scale spatial genetic structure ofGlechomalongituba.Acta Ecologica Sinica,2015,35(17):5761- 5768.