基于分子标记和形态学的一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”的分类鉴定研究

论文摘要

加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)是菊科(Composite)一枝黄花属(SolidagoL.)的多年生外来植物。最初作为观赏花卉引种于我国的上海、南京等地,80年代迅速扩散蔓延,现已成为危害严重的外来恶性杂草。对生态和经济的破坏十分严重,成为倍受关注的外来入侵种。但是,各地危害甚重的加拿大一枝黄花是否就是一个种,普遍栽培销售的鲜切花“黄莺花”是否就是加拿大一枝黄花仍然存在争论,这影响到是否可以容许商业利用加拿大一枝黄花的科学管理。显然,利用现代分类手段确定其分类地位,并找出可用于野外鉴别的形态特征,对研究其入侵机制及潜在的分布地区有着深远的意义,也为全面展开防控工作提供科学的理论依据。为了明确一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”的分类地位,本文采用ITS同源性分析的方法对来自中国华东、华中、西南和华南的61个城市的入侵种群和日本、北美原产地的29个种群,以及鲜切花“黄莺花”,共计356个样本进行了分类鉴定。然后计测了11个与分类相关的形态指标,进行聚类分析,并通过相关性分析的方法,研究了各形态指标与分类问的相关性。主要研究内容如下：1.基于ITS序列同源性分析对一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”进行分类鉴定研究对中国、日本、加拿大和美国的103个一枝黄花种群的ITS序列进行测序,测序结果用NCBI的BLAST数据库进行同源性分析,寻找与目的基因序列同源性最高的已知分类地位的物种,以此来确定所测样品的物种。再用MEGA软件构建系统树,进一步验证样品的分类地位。结果表明,来自全国2个直辖市及10个省份,涵盖华东、华中、西南和华南的61个野外发生的一枝黄花入侵种群,均为加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)。在61个入侵种群中,58个种群具有完全一致的ITS序列,其余三个种群(长沙、九江、上饶)的ITS序列稍有不同：长沙的ITS序列在第14位缺失一个A,九江的ITS序列在第597位缺失一个A,上饶的ITS序列在序列首端多了一个T。但这三个种群仍属于S. canadensis。云南和连云港栽培的以及南京市场上销售的鲜切花“黄莺花”也均为S. canadensis.此外,“黄莺花”的分子变异频率远远大于中国入侵种,这与本实验室前期的实验结果相一致(马玲,2007)。在实验中还发现,日本与美国的粗糙一枝黄花(S. altissima L.),具有和美国S. canadensis完全一致的ITS序列,并与Genbank中登录号为FJ859719(广州,2009)、EU125361(美国,2008)的S. canadensis的ITS序列完全一致。S. altissima与S. canadensis在ITS序列上表现一致,二者并无区别。本文的分子实验结论支持Crot(1972)的观点,认为S. altissima LheS. canadensisL.是相同的,应该合并为一个种。因此,就不存在纠结中国入侵种群是否有粗糙一枝黄花的问题了。2.基于形态学的一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”的分类鉴定研究为阐明一枝黄花属中国入侵种、鲜切花“黄莺花”以及粗糙一枝黄花等该属近缘种的形态学差异,也为进一步验证基于ITS序列的分析结果,本文计测了11个与分类相关的形态指标,即：缘花高度、总苞高度、缘花数、盘花数、叶片长度、叶片宽度、离基三出脉距叶基的距离、叶片2mm主脉上的表皮毛数、叶片2mm长一级侧脉上的表皮毛数、叶片4mm2二级侧脉上的表皮毛数以及叶缘锯齿数。按加权平均统计所有数据,并用统计分析软件SPSS和聚类分析软件MVSP进行数据处理和聚类分析。最后用R软件中的agricolae、gplots软件包,来研究各形态指标与分类间的相关性。研究结果表明,中国入侵种群、南京市售“黄莺花”、连云港“黄莺花”、云南“黄莺花”与美国和日本S. altissima、北美S. canadensis共同组成S. canadensis的一支,而与巨大一枝黄花(S. gigantea)、本地一枝黄花(S. decurrens)、S. simplex分开。这与ITS序列同源性分析的结果一致,进一步证明了中国入侵种群和鲜切花“黄莺花”就是S. canadensis。形态指标与分类的相关性研究表明：鲜切花“黄莺花”具有较多的盘花,较短的缘花(3.75mm)和总苞(3.09mm),较少的叶主脉、侧脉表皮毛,较少的锯齿(8.25),较窄的叶(9.87mm)和较短的离基三出脉(12.63mm),而中国入侵种具有较少的盘花,较长的缘花(4.96mm)和总苞(4.29mm),较多的叶主脉、侧脉表皮毛,较多的锯齿(14.70),较宽的叶(13.76mm)和较长的离基三出脉(19.50mmm),根据上述特征,可以将鲜切花“黄莺花”和中国入侵种从形态上区分开来；S. canadensis具有较多的叶表皮毛,较长的总苞(4.00mm),以及较少的盘花(3.19),而S. gigantea具有较少的叶表皮毛,较短的总苞(3.37),以及较多的盘花(5.66),因此可以将S. canadensis与S. gigantea在形态上区分开来。S. altissima与S. canadensis在形态上非常相似,界限并不明显。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 生物入侵研究概述
• 1.1 生物入侵的概念
• 1.2 生物入侵的过程
• 1.3 生物入侵的理论探讨
• 1.4 生物入侵的危害
• 1.4.1 生态危害
• 1.4.2 威胁人类健康
• 1.4.3 造成巨大的经济损失
• 1.5 我国外来植物的入侵现状
• 2 加拿大一枝黄花研究概述
• 2.1 形态特征
• 2.2 分类地位
• 2.3 分布
• 2.4 危害
• 2.5 防治与利用
• 2.5.1 防治
• 2.5.2 利用
• 2.6 鲜切花“黄莺花”
• 3 植物分子系统学研究概述
• 3.1 植物分子系统学的概念
• 3.2 植物分子系统学的发展史
• 3.3 植物分子系统学的研究方法
• 3.4 核rDNA的ITS序列在植物分子系统学中的应用
• 3.4.1 18S-26SrDNA基因的基本结构
• 3.4.2 核rDNA的ITS序列在植物系统学中的应用
• 4 本文的研究目的及意义
• 第二章 基于ITS序列同源性分析对一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”进行分类鉴定研究
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验植物
• 1.1.2 药品与试剂
• 1.1.3 主要仪器和设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 基因组DNA的提取
• 1.2.2 扩增ITS序列
• 1.2.3 琼脂糖凝胶电泳检测ITS片段
• 1.2.4 回收ITS片段
• 1.2.5 测序
• 1.2.6 ITS序列同源性分析及系统发育树的构建
• 2 结果与分析
• 2.1 基于ITS序列同源性分析
• 2.2 基于ITS序列构建系统发育树
• 2.3 用于区分Solidago属4个常见种的分子指标
• 2.4 用于区分鲜切花“黄莺花”和中国入侵种群的分子指标
• 2.5 用于区分S.canadensis与S.gigantea的分子指标
• 3 本章结论与讨论
• 第三章 基于形态学的一枝黄花属中国入侵种及鲜切花“黄莺花”的分类鉴定研究
• 摘要
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验植物
• 1.1.2 主要仪器和设备
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 基于形态指标进行聚类分析
• 1.2.2 研究各形态指标与分类间的相关性
• 2 结果与分析
• 2.1 中国入侵种、鲜切花“黄莺花”、各地S.canadensis及同属近缘种之间的形态比较
• 2.2 基于形态学的分类
• 2.3 用于区分Solidago属4个常见种的形态指标
• 2.4 用于区分鲜切花“黄莺花”和中国入侵种群的形态指标
• 2.5 用于区分S.canadensis与S.gigantea的形态指标
• 3 本章结论与讨论
• 全文讨论
• 1 一枝黄花属的分类情况
• 2 本研究中分子和形态结论相吻合
• 3 中国入侵种和鲜切花“黄莺花”均为S, canadensis
• 4 关于 S. altissima L.和 S. canadensis L.的关系
• 5 鲜切花“黄鸶花”的分类地位
• 6 关于市场销售“黄莺花”的管理商榷
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文