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铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)是我国兰科(Orchidaceae)石斛属(Dendrobium)的珍稀濒危物种。铁皮石斛的茎能被用于加工成传统中药“铁皮枫斗”,早在本草纲目中就有记载,其被并被列入中国药典。鉴于铁皮石斛野生居群已濒临灭绝,以及铁皮石斛重大的理论价值及应用价值,因此迫切需要了解铁皮石斛的分类学地位,并在此基础上开展铁皮石斛的谱系地理学及保护遗传学研究,为该珍稀药用资源的科学保护及合理利用提供保障。为了理清石斛属组间关系及铁皮石斛的分类学地位,本研究首先开展了石斛属16个组表型及核基因的对比系统发生研究。基于38个表型性状,及160个石斛物种的405个nrDNA ITS核基因型,本文研究的16个组中的10个组可以划分为4个大的复合组,包括黑毛复合组(Formosae complex),基肿/剑叶复合组(Crumenata/Aporumcomplex),长爪/巨囊复合组(Calcarifera/Pedilomnum complex)及石斛/寡花复合组(Dedrobiun/Holochrysa complex)。草叶组和禾叶组被证实为单系。目前的顶叶组比较混乱,1个分支与长爪石斛组近缘关系较近,1个分支与黑毛组关系较近,还有部分物种内嵌在寡花组内部。石斛属物种水平,大部分物种是单系的,但由于样本量的原因仍有部分物种不能确定其明确的亲缘关系。复合种也是石斛属的一个普遍现象,本文基于多nrDNA ITS核基因型共发现6个复合种,但还有待进一步验证。核基因的系统发生一般和表型性状相一致,而与叶绿体基因的系统发育不一致,因此为了进一步了解石斛物种水平的进化关系,还有待进一步增加标记构建物种树。对于未定位样本,则需要更多的物种样本以确定其进化地位。基于nrDNA ITS和cpDNA的系统发育分析,位于石斛属的进化顶端位置的铁皮石斛、细茎石斛及金钗石斛三个复合种获得了证实,铁皮石斛与黄石斛、曲茎石斛、滇桂石斛互为近缘种。基于nrDNA ITS以及cpDNA非编码区序列,定义铁皮石斛及近缘种各居群的单倍型/核基因型,分析单倍型/核基因型的地理分布规律、构建单倍型/核基因型系统发育树。通过与外类群比较,确定古老单倍型及其分布地,并推测不同进化支系曾经历的历史事件。研究结果显示,黄石斛与铁皮石斛完全没有遗传分化,支持黄石斛可能仅是铁皮石斛一个特有居群的观点;曲茎石斛是快速辐射及适应性进化的结果,但物种形成后与铁皮石斛完全生殖隔离了。叶绿体基因及核基因的不一致性表明,滇桂石斛与铁皮石斛之间存在潜在的基因渐渗,而始兴石斛的物种形成可能是杂交、不完全谱系分选或的基因渐渗的结果。铁皮石斛花粉流大于种子流,居群的高度片段化及不连续性是近期人为活动造成的。利用新开发的nSSR标记,全面分析了铁皮石斛各居群的遗传变异,目的在于探讨居群的遗传多样性、遗传结构,并阐述生境破坏及居群片段化对居群瓶颈效应的影响。基于谱系地理学及保护遗传学研究,确定了物种保护的基本单元(进化显著性单元,ESUs),提出科学的保护策略。在铁皮石斛不同地理分布地的居群应划分4个进化显著单元,雁荡山和武夷山脉视为1个单元,南岭山脉为1个单元,云贵高原及其东部为1个单元,大别山脉为1个单元。对铁皮石斛开展就地保护包括生境的修复,以确保铁皮石斛的遗传多样性水平并保护其进化潜力。为了保护多样性高的铁皮石斛种质资源,促进铁皮石斛产业的可持续发展,铁皮石斛组织培养技术及人工栽培得到了快速的开发及应用。本研究选用15对三碱基重复的微卫星标记比对分析了 3个人工种质圃中铁皮石斛的种质资源与其来源地的野生居群的遗传多样性及遗传结构的差异。依据种质资源与野生居群遗传多样性及遗传结构的对比结果,种质资源相对野生居群,遗传多样性偏低,稀有等位基因偏多。人工种质圃中种质资源在一定程度上能展示野生资源的遗传多样性水平,可是在遗传结构和物种的进化潜力上则明显低于野生资源。造成这一现象的原因可能是种质收集初期的无意识选择,也有可能是种质收集后期培养管理等原因。为了促进野生资源迁地保护的科学性及有效性,对种质资源遗传多样性进行定期评估是很有必要的。微卫星位点可以用于评价及保护人工种质圃中铁皮石斛的种质资源。