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芍药(Paeonia lactiflora Pallas)属于芍药科芍药属芍药组,是著名的观赏和药用植物,也是进化生物学研究的经典材料,特别是染色体研究,发现普遍的减数分裂异常和结构变异杂合等特殊现象。由于环境变迁和人类活动的影响,芍药的野生居群已经日渐萎缩,在某些地区已趋于濒危,对其研究已经具有紧迫性。为了探究芍药野生居群的繁育特征和进化模式,并为野生居群的保护提供科学依据,本研究以AFLP分子标记手段对芍药(P.lactiflora)一个处于孤立和隔离的野生居群-山西省交城县嵛岭山居群的半同胞家系进行了父本组成、花粉散布、代际间遗传多样性水平和空间遗传结构的分析。
9对引物共得到可清晰判读的AFLP条带255条,其中多态性条带112条。对半同胞家系的父系分析结果表明,芍药仅存在微弱的自交(自交率为2.25%)。25个候选父系亲本可在95%的可信度内,检测出总的雄性繁殖适合度为78.07%。所有候选亲本中,有17株(占总数的68%)为子代群体提供了有效花粉。子代花粉的来源并不均匀,距离母本植株最近的候选父本提供的花粉量远大于距离相对较远的候选父本,反之,距离母本越远授粉不成功的可能性越大。繁殖贡献率为0的候选父本,在居群中的位置多靠近边缘。花粉散布以5m为中心内呈现尖峰分布,最远可达50m,平均花粉散布距离23m。
亲代的多态性比率(P)为42.75%,平均Neis基因多样度指数(He)为0.1683±0.2083,shannon指数(I)为0.2462±0.2982;子代P为52.94%,He为0.1921±0.2055,I为0.2855±0.2920。亲代之间遗传距离分布范围(3.742-8.062)窄于子代(2.646-7.937)。
Mantel-Test分析表明居群内繁殖个体间遗传距离与地理距离之间几无相关性(R2=0.0002,P=0.48>0.05);而空间自相关分析发现,显著的正相关只出现在32m以内的距离等级上。其中在0-16m范围内呈极显著的正相关,但相关系数很小(相关系数r=0.035,P=0.01≤0.01);在16-32m范围内,呈显著的正相关(相关系数r=0.015,P=0.03<0.05)。不同地理距离等级区间,居群内部成株个体之间遗传相关值均很低,在0.95置信区间围绕零轴呈现小幅度变化。
研究结果表明,芍药作为一种异交植物,花粉散布尺度小,受地理距离的影响显著,花粉散布符合邻近距离散布模式;遗传多样性水平不高,亲本和子代代际之间的遗传多样性水平差别不明显;遗传距离较高但分布范围较窄;近距离范围内存在显著空间遗传结构。本研究从分子水平上,加深了对芍药野生居群进化历程的了解,为芍药野生资源提供了重要的保护依据,同时为栽培芍药品种的开发和改良提供科学信息。