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苏铁类植物是现存种子植物中最原始的种群,在苏铁类植物中,亚洲有自然分布的只有苏铁属,该属分布区跨越了亚洲、澳洲和非洲,是现存苏铁类植物中物种最丰富,分布最广泛的一个属。近年来,苏铁类植物遭到了严重的破坏,数目急速下降,在我国苏铁属所有种类都被列为国家一级保护植物。攀枝花苏铁(Cycas panzhihuaensis L.Zhou et S.Y.Yang),是苏铁属植物在欧亚内陆自然分布最北的一种,零星分布于川滇交界的金沙江干热河谷及其支流的河谷中。本研究基于两个母系遗传的叶绿体基因片段,以采集的7个野生居群和3个迁地保护居群共302个个体为材料,对其开展了保护遗传学研究,揭示了攀枝花苏铁的遗传多样性水平和遗传结构,并探讨了其遗传格局的成因,提出相应的保护策略。主要的研究结果如下:
1.遗传多样性、遗传结构及谱系地理分析
我们通过对攀枝花苏铁cpDNA的psbA-trnH,trnS-trnG两片段联合分析得11个变异位点,共7个(Hap_1-Hap_7)单倍型。其在物种水平上的遗传多样性(HT=0.722,Hs=0.215)和单倍型多样性(Hd=0.571)及核苷酸多态性(π=0.00375)都维持在一个中等的水平。攀枝花苏铁各居群并不存在明显的谱系地理学结构。居群间遗传分化显著(GST=0.702,FST=0.79),AMOVA分析结果表明,高达79.03%的遗传变异存在于居群间,仅有20.97%的遗传变异存在于居群内。中性检测和失配分析表明这些居群未发生过近期扩张。推测攀枝花苏铁现今遗传格局的成因主要有:(1)苏铁植物的cpDNA为母性遗传,其种子的散布主要依靠重力和啮齿类动物,一般不能散播到较远的距离,基因流因此受限,一方面可能降低居群的遗传多样性,另一方面增加了居群间的遗传分化。(2)近几十年来,攀枝花苏铁遭到了大规模人为采挖,强烈的人为干扰及生境片断化所造成的基因流受限、遗传漂变加剧使攀枝花苏铁遗传多样性大规模丢失、居群间分化显著。(3)苏铁类植物生存繁衍了上亿年,积累了较高的遗传多样性,对遗传历史基因流的保存,以及较短的生境片断化历史,使攀枝花苏铁保留了中等水平的遗传多样性。
2.保护策略
在本研究结果中,发现三个遗传多样性较高的居群(华坪、宁南、会理)均未受到任何的保护管理,应采取优先保护的措施,由于它们现存的个体数目均较少,建议将它们迁地保护。迁地保护时除了优先考虑遗传多样性较高的居群个体,还要尽可能的保护各不同居群所包含的遗传多样性,以促进基因的广泛交流,达到通过提高物种遗传多样性而增强其生存力的目的。对比野生居群与保护居群后发现,迁地保护居群遗传多样性水平居中,而就地保护居群的遗传多样性较低,迁地保护更为有效的保存了攀枝花苏铁的遗传多样性,但其保护现状仍不容乐观,两种保护手段都只保存了小部分野生居群所具有的单倍型。由于攀枝花苏铁世代周期长,繁殖能力低,种子寿命短,幼苗存活率低,种群年龄结构呈衰退型加之生境片断化,建议辅以人工授粉和繁育,对其繁育后代进行评估后回归引种进入其原分布区中适宜的生境,帮助其建立能持续发展的居群。