喀斯特耐陰灌木淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)與基因流

彭國清,唐紹清

廣西師范大學(xué),生命科學(xué)學(xué)院,廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點實驗室,桂林 541004

喀斯特耐陰灌木淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)與基因流

彭國清,唐紹清*

廣西師范大學(xué),生命科學(xué)學(xué)院,廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點實驗室,桂林 541004

淡黃金花茶(Cameliaflavida)是一種具有淡黃色花瓣的金花茶植物,為喀斯特典型的耐陰灌木?；趶V西弄崗喀斯特季節(jié)性雨林15 hm2(300 m × 500 m)監(jiān)測樣地,利用13對微衛(wèi)星(SSR)標記,探討喀斯特地貌對淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)(SGS)、基因流和小尺度范圍遺傳分化的影響。結(jié)果表明：(1)淡黃金花茶在50 m距離內(nèi)產(chǎn)生顯著的SGS,在灌木類型和依賴種子傳播的物種中具有中等程度的SGS強度(Sp=0.0248)；(2)淡黃金花茶種子和花粉傳播平均距離較短,分別為12.47 m和29.03 m,72.2%花粉和81.0%種子的傳播距離均主要是在20 m內(nèi)；(3) 淡黃金花茶在小尺度范圍(種群間距離<1 km)的4個種群,甚至相距100 m的兩個斑塊產(chǎn)生了顯著的遺傳分化?？λ固厣车孛矊ΦS金花茶的基因流產(chǎn)生阻礙作用,從而導(dǎo)致淡黃金花茶在小尺度范圍產(chǎn)生遺傳分化。

喀斯特；淡黃金花茶；空間遺傳結(jié)構(gòu)；基因流

中國是世界上喀斯特地貌分布面積最廣的國家,占世界巖溶面積的64%,主要分布在廣西、云南、貴州和四川[1]。典型喀斯特地貌廣泛分布著峰叢、槽谷、洼地等,小生境復(fù)雜多樣,群落結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多變、物種多樣性從峰叢至洼地變化劇烈[2]?？λ固氐貐^(qū)生物多樣性高,珍稀瀕危動植物和地區(qū)特有種豐富,顯示了喀斯特地區(qū)植物區(qū)系和生物多樣性極其特殊[3]。例如,廣西弄崗國家級自然保護區(qū)具有典型喀斯特地貌,巖溶特有植物豐富,這種特有化的發(fā)展在苦苣苔科和山茶科的金花茶植物尤為顯著[5]。生境異質(zhì)性可導(dǎo)致物種在不同的基巖和土壤條件下其葉形、樹皮或者花序等產(chǎn)生形態(tài)變化[6],在典型峰叢谷地生態(tài)系統(tǒng)中的巖溶區(qū)的葉片解剖旱生結(jié)構(gòu)比非巖溶區(qū)更明顯[7]。

空間遺傳結(jié)構(gòu)(spatial genetic structure, SGS)是指種群在二維空間基因型的分布格局,常利用個體之間的親緣系數(shù)與地理距離的關(guān)系進行空間自相關(guān)分析[8- 9]。研究SGS有助于了解種群個體間、個體與環(huán)境間的相互作用以及種群發(fā)展動態(tài),能夠為瀕危植物的原地和遷地保護提供重要的參考[10-11]。同時,SGS被認為是決定種群短期進化的一個關(guān)鍵因子[12],現(xiàn)有的SGS能夠影響附近個體交配,產(chǎn)生的后代的適合度可能不一樣,從而對環(huán)境異質(zhì)性的適應(yīng)不一致[13-14]。SGS是植物本身特性與生態(tài)因素長期相互作用的結(jié)果,影響的因素眾多而復(fù)雜,產(chǎn)生的作用也不相同。一般認為,建立者效應(yīng)、克隆繁殖、低密度的種子資源、有限的花粉和種子流等增強SGS[15-17],而廣泛的花粉和種子傳播、重疊種子區(qū)(overlapping seed shadow)、多樣的生活史和隨機的自疏效應(yīng)等則減弱SGS[13,16,18-21]。其中,影響SGS的兩個主要因素是種子和花粉流,有限的花粉和種子流導(dǎo)致存在SGS[22-24]。

目前,喀斯特地區(qū)植物SGS和基因流的研究較少,而林下灌木類型研究更少。淡黃金花茶(CamelliaflavidaChang)是一種具有淡黃色花瓣的金花茶植物,屬于喀斯特典型的常綠耐陰灌木。它分布狹窄、零散,生境片段化,常生長于海拔100—500 m的較蔭蔽的溝谷林下或灌叢中[25]。種子為蒴果,主要依賴重力傳播,花粉主要為昆蟲傳粉。本文以喀斯特地區(qū)的耐陰灌木淡黃金花茶為研究對象,基于廣西弄崗北熱帶喀斯特季節(jié)性雨林15 hm2(300 m × 500 m)監(jiān)測樣地,利用微衛(wèi)星(SSR)標記,探討以下問題：(1)淡黃金花茶的SGS強度如何？(2)淡黃金花茶具有怎樣的基因流樣式？(3) 喀斯特強烈的生境異質(zhì)性對淡黃金花茶的SGS、基因流和遺傳分化有著怎樣的影響？

1 材料和方法

1.1 研究樣地

廣西弄崗北熱帶喀斯特季節(jié)性雨林15 hm2(300 m × 500 m)監(jiān)測樣地(以下簡稱15 hm2樣地)是由廣西植物研究所于廣西弄崗自然保護區(qū)建立,是中國森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(Chinese Forest Biodiversity Monitoring Network, CForBio)和全球森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(Center for Tropical Forest Science, CTFS)重要組成部分,也是唯一監(jiān)測熱帶喀斯特森林的固定樣地[26]。該樣地包括了從山頂、山坡到洼地等一系列 “峰叢-洼地” 典型的桂西南喀斯特地區(qū)生境類型[2,26]。山頂巖石裸露度高,氣候干熱；樣地中間包含一個洼地,伴有季節(jié)性水淹,氣候陰濕,土層也較厚,其中還密生很多藤本植物,再加上四面坡地植被對其郁閉的影響,使得其小生境與四面坡地也有很大的差異[2,27]。15 hm2樣地是依據(jù)全球森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(CTFS)固定樣地建設(shè)技術(shù)規(guī)范,測量并記錄樣地內(nèi)胸徑≥1 cm的木本物種名稱、胸徑、高度、生長狀態(tài)及坐標等信息[28]。該樣地內(nèi)的洼地周圍聚集分布了1個淡黃金花茶種群,同時在樣地周圍分布有因生境異質(zhì)性而呈間斷分布的數(shù)個淡黃金花茶種群,該樣地在喀斯特森林群落、生境類型和淡黃金花茶的分布上都具有代表性。因此,選用于研究喀斯特生境異質(zhì)性對淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)、基因流的影響。

1.2 調(diào)查和取樣方法

對15 hm2樣地內(nèi)所有的淡黃金花茶個體進行調(diào)查和采樣,每株取2—3片幼葉,撕成<2 cm2碎片,放入含有變色干燥硅膠的封口袋中干燥,帶回實驗室提取DNA。胸徑≥1 cm的淡黃金花茶個體的坐標依據(jù)全球森林生物多樣性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(CTFS)固定樣地建設(shè)技術(shù)規(guī)范精確測量,由廣西植物研究所李先琨研究組提供,而胸徑<1 cm的個體坐標通過測量與附近3株已知坐標植株的距離,經(jīng)過幾何運算獲得精確坐標。根據(jù)是否達到開花年齡將淡黃金花茶分為3個年齡階段：幼苗(基徑≤1 cm,均未達到開花年齡)、幼樹(1 cm<基徑<2.5 cm,部分達到開花年齡)和成年樹(基徑≥2.5 cm,均達到開花年齡)。

1.3 DNA提取和SSR分型

植物DNA的提取采取改良后的CTAB法[29]。根據(jù)已發(fā)表的38對淡黃金花茶[30]和21對近緣種平果金花茶(Camelliapingguoensis)[31]共59對SSR引物,利用10個淡黃金花茶個體作為測試樣品進行PCR擴增,6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分型,篩選出13對擴增條帶清晰、多態(tài)性高的SSR引物(表1)。PCR體系和程序參考Lu等[31]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 遺傳多樣性

SSR位點利用在線軟件Genepop on the Web[32]檢測Hardy-Weinberg平衡,Micro-Checker v2.2.3軟件[33]檢測是否存在零位點(null gene),GenAlEx 6軟件[34]統(tǒng)計等位基因(A)、觀測雜合度(HO)、期望雜合度(HE)和固定系數(shù)(FIS)。

1.4.2 空間遺傳結(jié)構(gòu)

利用SPAGeDi軟件[35]中的Loiselle等[9]的親緣系數(shù)(kinship coefficient,Fij)統(tǒng)計淡黃金花茶的空間遺傳結(jié)構(gòu)(SGS)。參數(shù)設(shè)置如下：距離級(distance class)為10 m,1000次模擬統(tǒng)計Fij標準差和95%置信區(qū)間。空間遺傳結(jié)構(gòu)強度利用Sp統(tǒng)計,Sp= -bF/(1 -F1),bF為Fij對距離自然對數(shù)的斜率,F1為第一距離級的親緣系數(shù)[36]。

1.4.3 小尺度范圍的遺傳分化

圖1 小尺度范圍的4個淡黃金花茶種群衛(wèi)星分布圖 Fig.1 The satellite imagery of four populations of C. flavida at small scale

以分布在廣西自然弄崗保護區(qū)15 hm2樣地種群NG(144株),CS(219株), PA(35株)和PB(62株)共4個種群(種群間距離0.296 — 0.982 km,平均0.627 km),研究淡黃金花茶在喀斯特地貌小尺度范圍內(nèi)(種群間距離<1 km)的遺傳分化(圖1)。利用GenAlEx 6.5軟件計算種群之間的遺傳分化系數(shù)(FST)和基因流(Nm),設(shè)置999模擬計算檢測顯著度。然后利用STRUCTURE v2.2軟件[37]研究種群的遺傳結(jié)構(gòu),參數(shù)設(shè)置為：Burn-in 100000 次,Markov′s chain Monte Carlo (MCMC) 500000迭代,重復(fù)20次,分組數(shù)目K=1—5。運行結(jié)果壓縮后利用在線軟件Struture harvester[38]分析,得出最佳遺傳學(xué)種群數(shù)K[39]。

1.4.4 種子流和花粉流

以15 hm2樣地的幼苗為子代,幼樹和成年樹為親本,利用CERVUS 3.07軟件[40]進行親本分析。CERVUS 3.07軟件是基于最大似然法進行親本分析,通過估計子代和親本之間的似然值的對數(shù)(LOD)[41],最高者為真實親本,并且通過模擬計算臨界值(LOD)判斷其顯著性。在雙親性別未知的親本分析中,具有最高且顯著的子代-雙親三聯(lián)LOD值為最優(yōu)雙親組合。親本分析模擬參數(shù)設(shè)置為：子代數(shù)量為21,候選雙親為123,候選親本為比例為0.9,位點錯配率為0.01,置信度水平為80%。根據(jù)Dow和Ashley[42]的方法以及淡黃金花茶的種子主要依賴重力的傳播特性,進行兩個假設(shè)：(1)如果三聯(lián)LOD值顯著,即找到雙親,其中與子代較近的為母本,較遠的為父本；(2)如果三聯(lián)LOD值不顯著,只有一個親本LOD顯著,那就認為該親本為母本。然后根據(jù)子代、母本和父本的坐標繪制花粉流和種子流傳播樣式圖,并根據(jù)GenAlEx 6.05軟件[34]計算花粉和種子傳播距離。

2 結(jié)果

2.1 空間分布

圖2 15 hm2樣地淡黃金花茶分布圖Fig.2 Distribution of C. flavdia in 15 hm2 plot兩個橢圓表示該樣地的兩個淡黃金花茶斑塊NG1和NG2

15 hm2樣地分布淡黃金花茶144株,其中幼苗、幼樹和成年樹分別為21、48和75株,聚集分布在洼地周圍約3 hm2(100 m×300 m)的區(qū)域,且被物種密度較大和伴有季節(jié)性水淹的洼地較明顯地分為兩個斑塊NG1和NG2 (圖2)。此外,樣地外周圍無淡黃金花茶分布,為相對孤立的種群。

2.2 遺傳多樣性

利用擴增條帶清晰、多態(tài)性高的13對SSR引物對15 hm2樣地的144株個體進行擴增,等位基因(A)、觀測雜合度(HO)、期望雜合度(HE)和固定系數(shù)(FIS)分別為7.23,0.748,0.729和-0.027 (表1)。經(jīng)在線軟件Genepop on the web檢測,Bonferroni矯正后只有引物FLA9顯著偏離哈迪溫伯格平衡(表1),Micro-Checker檢測13對引物均不存在零位點。這表明這13對SSR引物具有較高的多態(tài)性和可靠性。

表1 15 hm2樣地淡黃金花茶的遺傳多樣性

A, alleles;HO, observed heterozygosity;HE, expected heterozygosity;FIS, inbreeding coefficient; HWET, Hardy-Weinberg equilibrium test; *, 經(jīng)過Bonferroni矯正后顯著偏離哈迪溫伯格平衡

2.3 空間遺傳結(jié)構(gòu)

圖3 淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)Fig.3 Fine-scale spatial genetic structure of C. flavida實線表示親緣系數(shù),虛線表示95%置信區(qū)間

淡黃金花茶個體間的親緣系數(shù)(Fij)在50 m范圍內(nèi)存在顯著正相關(guān),50—130 m處于顯著或者不顯著的波動狀態(tài),而130—220 m處于顯著負相關(guān)(圖3)。在第一距離級10 m,Fij為0.0521,略小于第一表兄弟(the first cousin)的Fij(0.0625),SGS強度Sp為0.0248。

2.4 小尺度范圍的遺傳分化

一般而言,種群的SGS在某個距離范圍后不會一直都表現(xiàn)出明顯的負相關(guān),但是15 hm2樣地淡黃金花茶的SGS在130 m后(130—220 m)均產(chǎn)生了明顯的負相關(guān)(圖3),我們推測是由于該種群的100 m的兩個斑塊之間存在顯著的遺傳分化導(dǎo)致的。F統(tǒng)計表明,NG1和NG2兩個斑塊之間存在顯著的遺傳分化(FST=0.079,P< 0.05)。STRUCTURE結(jié)果表明,該種群的最佳遺傳學(xué)種群分組K=2,STRUCTURE聚類圖顯示兩個斑塊的遺傳結(jié)構(gòu)存在一定的遺傳分化(圖4)。所以,F統(tǒng)計和STRUCTURE均證明15 hm2樣地兩個淡黃金花茶斑塊間存在顯著的遺傳分化,導(dǎo)致SGS在130—220 m產(chǎn)生顯著負相關(guān)。

此外,喀斯特地貌小尺度范圍內(nèi)(種群間距離<1 km)4個淡黃金花茶種群間均發(fā)生了顯著的遺傳分化(P<0.05),遺傳分化系數(shù)FST為0.099—0.133,平均為0.116；基因流為1.632—2.285,平均為1.939(表2)。

圖4 15 hm2 樣地NG1和NG2兩個斑塊的STRUCTURE分析Fig.4 The STRUCTURE analysis of NG1 and NG2 patches in 15 hm2 plot (a)： K=1—5時,K與ΔK的關(guān)系圖；(b)：K=2時,兩個斑塊的STRUCTURE聚類圖

NGCSPAPBNGCSPAPBNG-2.1611.6791.632PA0.130*0.105*-1.754CS0.104*-2.1202.285PB0.133*0.099*0.125*-

下對角線為遺傳分化系數(shù)FST,上對角線為基因流Nm；“*”表示產(chǎn)生顯著的遺傳分化(P< 0.05)

2.5 種子流和花粉流

15 hm2樣地淡黃金花茶幼苗的親本分析表明,在三聯(lián)置信度80%水平下,21株幼苗中18株(85.7%)找到雙親,3株(14.3%)只找到單親(表3)。換而言之,18株幼苗的花粉來源于樣地內(nèi),3株可能來源樣地外。這說明15 hm2樣地的幼苗的花粉大部分來源樣地內(nèi),較少來源于樣地外。

通過親本分析發(fā)現(xiàn),子代存在的同胞和半同胞只占所有幼苗的33.3%。例如,同胞個體NG90和NG91均來源與雙親NG89和NG105；同母異父的半同胞NG109、NG111和NG121均來源與母本NG98 (表4)。根據(jù)幼苗、父本和母本的坐標計算出種子傳播距離為0.65—51.05 m,平均12.47 m；花粉傳播的距離為3.06—194.73 m,平均29.03 m (表4)。以10 m為距離級,統(tǒng)計每個距離級淡黃金花茶的花粉和種子傳播頻率,結(jié)果表明花粉和種子的傳播距離均主要是在20 m范圍內(nèi),所占比例分別為72.2%和81.0%(圖5)。

表3 15 hm2樣地幼苗雙親分析

O, Offsprings; FC, First candidate; PLM, Pair loci mismatching; PLS, Pair LOD score; PC, Pair confidence; SC, Second candidate; TLM, Trio loci mismatching;TLS, Trio LOD score; TC, Trio confidence; “*”和 “-”分別表示在80%置信度下顯著和不顯著,“#”表示該幼苗只找到單親

表4 淡黃金花茶種子和花粉傳播距離

“-”表示沒有找到父本

圖5 淡黃金花茶在每個距離級花粉和種子傳播頻率Fig.5 The pollen and seed dispersal frequency of C. flavida within distance classes

此外,分別對兩個斑塊NG1和NG2幼苗的父本來源進行分析發(fā)現(xiàn),除了斑塊NG1的僅有1株幼苗的父本來源于斑塊NG2,斑塊NG1幼苗的父本均來源于斑塊NG1內(nèi),斑塊NG2幼苗的父本均來源于斑塊NG2內(nèi) (圖6)。這表明淡黃金花茶的花粉流幾乎均存在于斑塊內(nèi),而較少存在于斑塊之間。

圖6 15 hm2樣地淡黃金花茶的種子流和花粉流Fig.6 The seed and pollen flow of C. flavida in 15 hm2 plot. (a)：兩個斑塊之間的基因流；(b)：斑塊NG2內(nèi)的基因流；(c)：斑塊NG1內(nèi)的基因流

3 討論

3.1 空間遺傳結(jié)構(gòu)(SGS)

影響SGS的兩個主要因素是種子流和花粉流[22-24]。當(dāng)存在較強的花粉流時,往往產(chǎn)生較弱的或者不具有顯著的SGS,如風(fēng)媒傳粉植物板栗和錐栗[43]、青岡[44]、巴西松[45]等；當(dāng)花粉和種子高度局域傳播時將會產(chǎn)生近交,同胞聚集母樹周圍而導(dǎo)致較強的SGS[24],如蟲媒傳粉、依靠種子傳播的植物野生大豆[46]、黃梅秤錘樹[47]、黑檀[11]等。淡黃金花茶主要依靠昆蟲傳粉,種子依賴重力傳播,且具有生境偏好性,故推測淡黃金花茶具有較強的SGS。研究結(jié)果表明,淡黃金花茶存在顯著的SGS的距離為50 m,第一距離級10 m范圍內(nèi)的親緣系數(shù)F1為0.0521,Sp為0.0248,顯示較強的SGS,與預(yù)測的結(jié)果一致。雙親分析表明,淡黃金花茶種子和花粉傳播距離較短,平均距離分別為12.47 m和 29.03 m,72.2%的花粉和81.0%的種子的傳播距離在20 m范圍內(nèi)。所以,有限的花粉和種子傳播距離導(dǎo)致淡黃金花茶具有較強的SGS。

與同屬植物山茶(C.japonica)比較,Ueno等[48]利用SSR研究在4 hm2樣地中發(fā)現(xiàn)山茶只有5 m范圍內(nèi)存在較弱的SGS,Chung等[19]利用同工酶研究1 hm2樣地的山茶(C.japonica)發(fā)現(xiàn)存在顯著SGS的距離為21 m,在第一距離7 m范圍內(nèi)F1為0.02。這表明淡黃金花茶產(chǎn)生顯著SGS的距離和強度均明顯大于山茶。然而,淡黃金花茶的Sp與He等[49]研究的中國西南喀斯特專有喬木掌葉木(Handeliodendronbodinieri)的Sp為0.0233的結(jié)果相似,同時與Vekman和Hardy[36]總結(jié)的6種灌木的Sp(0.0259)和6種種子依賴重力傳播的物種的Sp(0.0281)相似。這表明淡黃金花茶在灌木類型和依賴種子傳播的物種中具有中等程度的SGS。

3.2 小尺度范圍的種群遺傳分化

典型的喀斯特地貌具有空間、土壤和水分等強烈的異質(zhì)性,植物對喀斯特地貌特殊且豐富的小生境及其配置格局具有明顯的適應(yīng)性[50]。研究物種在喀斯特地區(qū)小尺度范圍內(nèi)的遺傳分化有助于了解物種對喀斯特地區(qū)的適應(yīng)和喀斯特專有種豐富的原因。本研究發(fā)現(xiàn)喀斯特地區(qū)的淡黃金花茶在15 hm2樣地被洼地隔離、相距只有100 m的兩個斑塊之間產(chǎn)生了較小但顯著的遺傳分化(FST= 0.079,P< 0.05),在小尺度范圍(種群距離<1 km)的4個淡黃金花茶種群產(chǎn)生了中等而顯著的遺傳分化(FST=0.116,P< 0.05)。這表明在小尺度范圍喀斯特生境對淡黃金花茶的遺傳分化產(chǎn)生顯著影響。

Linhart和Grant[52]總結(jié)了小尺度范圍物種的遺傳分化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)木本植物在100—300 m產(chǎn)生遺傳分化,生境的異質(zhì)性產(chǎn)生遺傳的異質(zhì)性,基因流和自然選擇對遺傳分化產(chǎn)生強烈的影響。同時,Gao等[53]研究表明,中國南方喀斯特地貌的苦苣苔科牛耳朵(Primulinaeburnea)復(fù)合群的遺傳分化同樣是由于遺傳漂變和較少的基因流導(dǎo)致。淡黃金花茶在小尺度產(chǎn)生遺傳分化也符合這樣的規(guī)律。首先,喀斯特地區(qū)生境異質(zhì)性強烈和淡黃金花茶具有生境偏好性導(dǎo)致其分布片段化,一定程度減弱種群的基因交流。本研究發(fā)現(xiàn)15 hm2樣地內(nèi)被單個洼地隔離、相距只有100 m的兩個淡黃金花茶斑塊之間的花粉流大部分存在于斑塊內(nèi),而較少存在于斑塊間。這是由于兩個斑塊之間為洼地的小生境與四面坡地存在很大差異,洼地在雨季常有雨水浸泡,密生藤本,種群密度大[27],一方面這不利于淡黃金花茶種子的萌發(fā)和幼苗的生長,兩個斑塊不能形成重疊區(qū)；另一方面有效阻止了兩個斑塊之間的花粉傳播。其次,15 hm2樣地兩個淡黃金花茶斑塊所處的坡向、光照條件和植被類型等不同,存在生境異質(zhì)性,也會產(chǎn)生不同的自然選擇壓力,從而產(chǎn)生遺傳分化。單個洼地對淡黃金花茶的基因流產(chǎn)生了阻礙作用,那么小尺度范圍(種群距離<1 km)的種群間包含多個峰叢和洼地,自然對基因流會產(chǎn)生更為顯著的影響,從而導(dǎo)致產(chǎn)生更大的遺傳分化。所以,喀斯特生境的異質(zhì)性和淡黃金花茶生境的偏好性導(dǎo)致淡黃金花茶在喀斯特生境小尺度范圍產(chǎn)生了遺傳分化。

3.3 花粉流和種子流

種子流和花粉流是種群最基本而最重要的生態(tài)過程,決定物種的遺傳多樣性、進化與適應(yīng)性。喀斯特地區(qū)植物具有怎樣的花粉傳播模式,以及典型的喀斯特峰叢對花粉傳播具有怎樣的影響是值得研究的問題。目前,在植物花粉流的研究中,越來越多結(jié)果表明花粉傳播距離比想象中更遠[54- 55]。例如許多熱帶喬木花粉傳播距大部分達幾百米至幾公里[54],喀斯特地區(qū)喬木掌葉木(Handeliodendronbodinieri)的花粉傳播距離可達786—1400 m[49]。然而,喀斯特地區(qū)的淡黃金花茶種子和花粉傳播距離較短,平均距離分別只有為12.47 m和 29.03 m。同時,15 hm2樣地的兩個斑塊和小尺度范圍的4個淡黃金花茶種群間產(chǎn)生了顯著遺傳分化,種群間具有較少的基因流。這均表明喀斯特地貌對淡黃金花茶的基因流具有阻礙作用。這可能是在喬木層,傳粉者受到的阻礙較少,更容易發(fā)現(xiàn)遠處的花朵,但林下灌木的淡黃金花茶,其生長在物種豐富、生境異質(zhì)性強烈的喀斯特地貌,傳粉者不易于發(fā)現(xiàn)距離較遠花朵,導(dǎo)致傳粉僅限于非常小的范圍。其次,淡黃金花茶具有較強的生境的偏好性,呈片段化不連續(xù)分布,使得種群之間的基因流較少。綜上所述,喀斯特地貌對淡黃金花茶的基因流具有阻礙作用,可能由于強烈的喀斯特生境異質(zhì)性、淡黃金花茶的灌木特性和生境偏好導(dǎo)致。

4 結(jié)論

典型的喀斯特生境異質(zhì)性是否對耐陰灌木的基因流存在影響鮮有人研究。本研究發(fā)現(xiàn),與喬木具有較遠的花粉傳播距離不同,喀斯特地區(qū)典型耐陰灌木淡黃金花茶的花粉和種子傳播距離較短,導(dǎo)致在小尺度范圍甚至在100 m的距離產(chǎn)生了顯著的遺傳分化,這說明喀斯特生境異質(zhì)性對淡黃金花茶的基因流產(chǎn)生顯著的影響。同時,淡黃金花茶的灌木特性和生境的偏好性與基因流存在密切關(guān)系。

致謝：廣西植物研究所李先琨研究組提供15 hm2樣地淡黃金花茶坐標信息,廣西弄崗自然保護區(qū)和廣西植物研究所何運林、李東興、郭屹立和王斌幫助采樣，特此致謝。

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Fine-scalespatialgeneticstructureandgeneflowofCamelliaflavida,ashade-tolerantshrubinkarst

PENG Guoqing, TANG Shaoqing*

GuangxiKeyLaboratoryofRareandEndangeredAnimalEcology,CollegeofLifeScience,GuangxiNormalUniversity,Guilin541004,China

Camelliaflavida, a goldenCamelliawith yellow petals, is a typical shade-tolerant shrub in karst regions. The aim of this study was to explore whether karst habitat heterogeneity contributes to the fine-scale spatial genetic structure (SGS), gene flow, and genetic differentiation ofC.flavidaat the small scale within a 15hm2plot of northern tropical karst seasonal rain forest in Nonggang, based on 13 microsatellites. The results indicated that there was a significant SGS inC.flavidawithin a distance of 50 m, the intensity of which is moderate (Sp= 0.0248) among shrub and gravity-dispersed species. The mean seed and pollen dispersal distances ofC.flavidawere short at 12.47 m and 29.03 m, respectively, with 72.2% of pollen and 81.0% of seed being mainly spread within 20 m. In addition, there was significant genetic differentiation among four populations at the small scale (distance between populations < 1 km), and even between two patches separated by a distance of only 100 m. It is concluded that karst habitat heterogeneity significantly influences the gene flow ofC.flavida, leading to comparatively strong SGS and genetic differentiation at the small scale.

karst;Camelliaflavida; spatial genetic structure; gene flow

國家自然科學(xué)基金(31260053)；廣西研究生教育創(chuàng)新計劃 (YCSZ2015093);廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學(xué)重點實驗室研究基金(桂科能15-A-01-08)

2016- 08- 19; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 11

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shaoqing@mailbox.gxnu.edu.cn

10.5846/stxb201608191696

彭國清,唐紹清.喀斯特耐陰灌木淡黃金花茶的精細空間遺傳結(jié)構(gòu)與基因流.生態(tài)學(xué)報,2017,37(21):7313- 7323.

Peng G Q, Tang S Q.Fine-scale spatial genetic structure and gene flow ofCamelliaflavida, a shade-tolerant shrub in karst.Acta Ecologica Sinica,2017,37(21):7313- 7323.