沙芥属植物遗传多样性及其亲缘关系研究

论文摘要

沙芥属植物是集药用、饲用、保健、防风固沙为一体的多功能沙生蔬菜,属于十字花科二年生草本植物,是蒙古高原沙地特有属,包括沙芥和斧翅沙芥（斧形类型、宽翅类型、距果类型和齿冠类型）两个种,其中沙芥为中国的特有种。本论文通过研究沙芥属植物叶片的营养成分、子叶叶表皮超微结构、遗传多样性及亲缘关系的SSR和SRAP分析以及沙芥属与十字花科部分属植物亲缘关系的SRAP分析,以利揭示属内种间、居群间和居群内多态性的差异,为该属种间的分类及其抗逆机理研究提供形态学依据,为沙芥种质资源评价和保护提供科学依据。其主要研究结果如下:1.在种质资源的考察和搜集中获得了4份新的种质,丰富了沙芥属的种质资源。2.沙芥和斧翅沙芥叶片在维生素、氨基酸等营养成分含量上存在较大差异。3.采用扫描电镜观察和定量描述了沙芥和斧翅沙芥（斧形类型、宽翅类型和距果类型）的子叶表皮的微形态特征,并发现斧翅沙芥也同沙芥具有禾本科所特有的旱生结构特征——泡状细胞,且沙芥属植物在子叶叶表皮上存在丰富的多样性。4.确定了适于沙芥属DNA提取的方法——改良CTAB法,,并建立、优化了沙芥种SSR和SRAP反应体系（10μL）。（1） SSR反应体系:Mg2+、dNTPs和引物的最适浓度分别为1.5mmol/L、0.2 mmol/L、0.2μmol/L,Taq酶0.2U,模板DNA 20～30 ng。（2） SRAP反应体系:Mg2+、dNTPs和引物的最适浓度分别为1.5mmol/L、0.2 mmol/L、0.2μmol/L,Taq酶0.3U,模板DNA 70ng,两种标记体系均稳定可靠,且这两种标记的反应体系均可用于斧翅沙芥种。5.油菜EST-SSR引物在沙芥属中的通用性研究结果表明:EST-SSR引物在沙芥和斧翅沙芥中的扩增转移成功率分别为1.96%,1.5%。6.沙芥7个居群遗传多样性SSR和SRAP分析（1）沙芥7个居群遗传多样性SSR分析在沙芥7个居群中,10对引物共扩增出40位点,多态性位点百分率为90%,多态性位点比率为40.00%～62.50%;Nei’s基因多样性变化范围为0.1230～0.2109,Shannon多态指数的变化范围为0.1872～0.3162;沙芥种居群遗传分化71.63%存在于居群内,28.36 %存在于居群间。（2）沙芥7个居群遗传多样性SRAP分析以14对引物对沙芥7个居群进行遗传多样性SRAP分析的结果表明: 14对引物共扩增出138个位点,多态性位点百分率为92.7%,居群多态性位点比率变化范围为56.20%～71.53%;Nei’s基因多样性变化范围为0.2036～0.2338,Shannon多样性指数的变化范围0.2999～0.3589;沙芥居群的遗传分化70.82%存在于居群内,29.18%存在于居群间。SSR和SRAP对沙芥7个居群遗传多样性分析的结果均表明,沙芥居群的遗传多样水平较低。7.沙芥属植物遗传多样性及其亲缘关系的SSR和SRAP分析（2）沙芥属植物遗传多样性及其亲缘关系的SSR分析在沙芥属植物中8对引物共扩增出45个位点,多态性位点百分率为90%,多态性位点比率变化范围为43.90%～65.85 %;Nei’s基因多样性变化范围为0.1370～0.1918,Shannon多态性指数的变化范围为0.2173～0.2957;沙芥属植物遗传分化75.18 %存在于沙芥种内和斧翅沙芥种各类型内,24.82%存在于种间和斧翅沙芥种内类型间。（2）斧翅沙芥种内不同类型的遗传多样性SRAP分析在斧翅沙芥种内不同类型中,19对引物共扩增出157位点,多态性位点百分率为90%,多态性位点比率为61.15%～76.43%;Nei’s基因多样性变化范围为0.1966～0.2513,Shannon多态性指数的变化范围为0.3017～0.33792;斧翅沙芥种遗传分化80.18%存在于类型内,19.82%存在于类型间。SSR分析均表明沙芥种的遗传多样水平要低于斧翅沙芥种,斧翅沙芥种内特殊类型的遗传多样性水平最高,其次是宽翅类型、距果类型、齿冠类型,遗传多样性水平最小的是斧形类型。8.沙芥属与十字花科部分属植物亲缘关系的SRAP分析表明沙芥属与供试的芸薹属、萝卜属、大青属、诸葛菜属、拟南芥属的亲缘关系均较远。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 第一章 前言
• 第一节 十字花科沙芥属植物研究进展
• 1 沙芥属植物的分布
• 2 沙芥属植物分类学研究
• 3 沙芥属植物形态学研究
• 3.1 沙芥属植物解剖结构研究
• 3.2 沙芥属植物叶表皮及种子表面特征
• 4 沙芥属蔬菜植物孢粉学
• 5 沙芥属植物细胞学研究
• 6 沙芥属植物种子生理及抗寒性、抗旱性的研究
• 6.1 沙芥属植物种子生理的研究
• 6.2 沙芥属植物春化特性及抗寒性研究
• 6.3 沙芥属植物抗旱性研究
• 6.4 沙芥属植物光合特性的研究
• 7 沙芥属植物组织培养研究
• 8 沙芥属植物的开发利用价值
• 8.1 沙芥属植物营养价值
• 8.2 沙芥属植物的药用价值
• 8.3 沙芥属植物的生态环保作用
• 9 沙芥属植物栽培技术及病虫害情况
• 10 沙芥开发利用中存在的问题及解决对策
• 10.1 资源保护迫在眉睫
• 10.1.1 种质资源的考察
• 10.1.2 建立自然保护区
• 10.1.3 扩大人工繁种,提高繁殖系数
• 10.2 基础研究亟待加强
• 10.2.1 沙芥属植物的分类地位急待于确定
• 10.2.2 加强引种驯化及栽培技术研究，扩大种植范围
• 10.2.3 加强加工工艺的研究，提高资源利用率
• 10.2.4 开展深入研究，扩大资源利用范围
• 10.3 建立合理利用的模式，大力发展沙生蔬菜产业
• 10.3.1 建立沙芥属植物繁种基地，加强新品种培育
• 10.3.2 建立沙芥属植物生产基地
• 10.3.3 开发以沙芥等野菜为主题的生态旅游业，开展绿色教育
• 第二节关于遗传标记方法的研究进展
• 1 关于植物遗传多样性研究发展概述
• 2 研究遗传多样性的主要方法
• 2.1 形态学标记
• 2.2 细胞学标记
• 2.3 生化标记
• 2.4 DNA 分子标记
• 第三节SSR 技术的应用研究进展
• 1 SSR 标记简介
• 1.1 SSR 的分布
• 1.2 SSR 标记的特点
• 2 SSR 的应用
• 2.1 在遗传多样性研究中的应用
• 2.2 在基因定位及分子标记辅助育种中的应用
• 2.3 在遗传图构建及种子纯度和真伪鉴定等研究中的应用
• 3 SSR 引物的通用性
• 4 SSR 分子标记技术在沙芥属植物中的应用
• 第四节 SRAP 技术的应用研究进展
• 1 SRAP 技术的特点
• 1.1 标记引物设计原理
• 1.2 SRAP 的反应体系的建立
• 2 SRAP 技术的应用
• 2.1 种质鉴定
• 2.2 生物多样性的分类鉴定
• 2.3 遗传图谱构建
• 2.4 绘制基因组转录图谱构建遗传连锁图
• 2.5 基因标记
• 2.6 基因克隆
• 2.7 预测杂种优势
• 2.8 SRAP 技术和其它分子标记技术的比较
• 本研究目的意义
• 第二章 沙芥属植物的种质资源搜集与叶片营养成分评价
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 测定方法
• 1.3 蛋白质、氨基酸评价
• 1.3.1 模糊识别法
• 1.3.2 氨基酸比值系数法
• 2 结果分析
• 2.1 沙芥属植物种质资源的搜集及植物学特征观察
• 2.1.1 沙芥
• 2.1.2 斧翅沙芥
• 2.2 沙芥属植物新发现的种质材料特征
• 2.3 沙芥属植物叶的营养成分评价
• 2.3.1 沙芥和斧翅沙芥主要营养物质含量分析
• 2.3.2 沙芥和斧翅沙芥维生素含量分析
• 2.3.3 沙芥和斧翅沙芥蛋白质和氨基酸组成及含量分析
• 2.3.4 沙芥和斧翅沙芥蛋白质相对于标准蛋白质（鸡蛋）的贴近度分析
• 2.3.5 沙芥和斧翅沙芥氨基酸比值系数法评价结果分析
• 3 讨论
• 3.1 沙芥与斧翅沙芥的主要贮藏物质、维生素与医疗功效的关系
• 3.2 沙芥与斧翅沙芥的氨基酸组分与医疗功效的关系
• 第三章 沙芥属植物子叶叶表皮微形态特征的多样性
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验方法
• 1.3 观测项目
• 1.4 统计方法
• 2 结果分析
• 2.1 沙芥属植物子叶上下表皮泡状细胞的分布及其特征
• 2.2 沙芥属植物子叶叶表皮细胞及气孔特征
• 3 讨论
• 3.1 沙芥属植物子叶叶表皮特征与抗性探讨
• 3.1.1 子叶叶表皮特征与抗旱性探讨
• 3.1.2 子叶叶表皮特征与抗盐碱的探讨
• 3.2 沙芥属植物子叶叶表皮特征与分类学探讨
• 第四章 沙芥SSR 反应体系的建立及其居群遗传多样性分析
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 沙芥DNA 提取方法的筛选
• 1.2.2 DNA 的检测
• 1.2.3 引物合成
• 1.2.4 SSR-PCR 扩增程序
• 1.2.5 PCR 扩增产物的检测
• 1.2.6 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 不同提取方法对沙芥属植物基因组DNA 的影响
• 2.2 沙芥SSR-PCR 体系构建与优化
• 2.2.1 多因素组合对沙芥SSR-PCR 的影响
• 2.2.2 SSR-PCR 体系稳定性检测与应用
• 2.3 油菜EST-SSR 引物在沙芥上的扩增转移特点
• 2.4 沙芥7 个居群遗传多样性及其亲缘关系SSR 分析
• 2.4.1 沙芥7 个居群遗传多样性
• 2.4.2 沙芥7 个居群的遗传分化
• 2.4.3 沙芥7 个居群的亲缘关系
• 3 讨论
• 3.1 沙芥SSR-PCR 体系构建与影响因素的探讨
• 3.2 沙芥居群的遗传分化
• 3.3 沙芥居群遗传多样性与濒危特性探讨
• 第五章 沙芥SRAP 体系构建与居群遗传多样性分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 引物合成
• 1.3 SRAP-PCR 反应体系
• 1.4 SRAP-PCR 扩增程序
• 1.5 SRAP-PCR 扩增结果检测
• 2 结果分析
• 2.1 沙芥SRAP-PCR 体系构建与优化
• 2.1.1 多次单因素设计对SRAP-PCR 反应的影响
• 2.1.2 多因素组合对SRAP-PCR 的影响
• 2.1.3 SRAP-PCR 反应体系稳定性检测与应用
• 2.2 沙芥7 个居群遗传多样性与亲缘关系分析
• 2.2.1 SRAP 引物筛选与引物多态性
• 2.2.2 沙芥7 个居群遗传多样性及亲缘关系分析
• 3 讨论
• 3.1 沙芥SRAP-PCR 体系构建与其影响因素的探讨
• 3.2 SSR 和SRAP 标记揭示沙芥居群遗传多样性比较
• 3.3 沙芥居群的遗传分化与基因交流方式探讨
• 第六章 沙芥属遗传多样性及亲缘关系分析
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 引物合成
• 1.3 PCR 反应体系
• 1.4 PCR 扩增程序
• 1.4.1 SSR-PCR 扩增程序
• 1.4.2 SRAP-PCR 扩增程序
• 1.5 PCR 扩增结果检测
• 2 结果与分析
• 2.1 油菜EST-SSR 引物在斧翅沙芥种上的扩增转移特点
• 2.2 沙芥属植物遗传多样性及亲缘分析
• 2.2.1 沙芥属植物遗传多样性分析
• 2.2.2 沙芥属植物遗传分化
• 2.2.3 沙芥属植物亲缘关系
• 2.3 斧翅沙芥遗传多样性及亲缘关系分析
• 2.3.1 SRAP 引物多态性
• 2.3.2 斧翅沙芥遗传多样性分析
• 2.3.3 斧翅沙芥亲缘关系分析
• 2.4 十字花科几个主要属与沙芥属植物的亲缘关系分析
• 2.4.1 引物的筛选
• 2.4.2 十字花科几个主要属与沙芥属植物的亲缘关系分析
• 3 讨论
• 3.1 油菜EST-SSR 在沙芥属植物中通用性与沙芥属植物SSR 引物开发
• 3.2 沙芥属植物亲缘关系与目前几种分类方法的探讨
• 3.3 沙芥属植物遗传多样性与濒危特性探讨
• 3.4 斧翅沙芥基因交流途径探讨
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介