花椒种质资源遗传多样性研究
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摘要
花椒(Zanthoxylum L.),属于芸香科(Rutaceae)。花椒属植物为乔木、小乔木或木质藤本,常绿或落叶,约有250种左右(Stevens,2001),广泛分布于亚洲、大洋洲、北美的热带亚热带地区。中国花椒属有39个种14个变种(曹明,2008),分布范围很广,北至辽东半岛,南至海南岛,台湾,西藏地区也有分布,生物多样性丰富。花椒是一种具有较高经济价值的经济植物,且有一定的水土保持作用。近年来随着退耕还林工程的实施和市场需求的拉动,我国花椒种植面积迅速扩大。但是,在生产实践中,由于花椒同名不同种、同种不同名现象的普遍存在,导致品种应用混乱,限制了优良品种的选育和推广。
本研究以花椒的DNA遗传多样性为理论依据,以ISSR-PCR为主要方法,结合花椒的形态学多样性,对采自中国6个省区的45份花椒样本(品种)的遗传多样性和遗传相似性进行了分析以揭示中国栽培花椒的遗传多样性,不同地域不同品种之间花椒的遗传关系,为花椒品种鉴定、新品种的选育和中国花椒资源的保护提供理论参考。主要研究结果如下:
1、通过不同方法的对比分析,确定了花椒总DNA提取的改良CTAB法。改良CTAB法能有效的去除花椒样本中的多糖类和其他小分子物质,避免了提取过程中的DNA降解和褐化,延长了DNA保藏时间,且ISSR-PCR扩增效果好,较SDS法更适用于花椒DNA的提取。
2、通过引物筛选,选出了11条多态性好,扩增条带清晰的引物,共得到102条条带,扩增片段大小在150bp-2000bp之间。其中有多态性条带86条,多态性比率达84.31%。表明中国各地花椒的多样性很丰富。
3、通过ISSR标记,发现参试的45个花椒品种的相似性在0.4595-0.9189。表明在DNA遗传层面,花椒具有较高的多样性;对花椒的26个数量性状进行统计分析发现,各性状指标变异较大、变异系数在14.7%-39.2%之间。样本(品种)之间相似度在0.4459-0.8784之间,相似度变幅较大。表明中国花椒在形态学上的遗传多样性丰富。
4、用ISSR标记结果对45份花椒样本(品种)进行聚类,将参试的45份花椒样本(品种)分为大红袍类、狮子头类、苟椒类、无刺花椒类、短柄花椒类、竹叶椒类等6组,其中竹叶花椒类和其他类群遗传距离较远。大红袍类、狮子头类和苟椒类亲缘关系较近。通过对花椒的26个数量性状聚类,将45个花椒样本(品种)分为3组,花椒品种并没有按照地理分布进行聚类,也没有严格的按照品种分类,和ISSR聚类结果有较大差别。说明了形态学鉴定分类有一定的局限和不足。
Zanthoxylum L. is a plant in the family Rutaceae. They are chiefly trees, small trees or woody vines; evergreen or deciduous. There are about 250 species widely distributed in Asia, Oceania, North America's tropical and subtropical regions. In China, there are 39 species and 14 varieties widely distributed. Zanthoxylum L. is a group of plants which have high economic value and abundant biodiversity and can be the forest for soil and water conservation. But the confused classification limited the breeding and spreading of Zanthoxylum L..
On the theoretical basis of DNA genetic diversity ,this study aimed at screening the genetic diversity and genetic similarity of 45 Zanthoxylum L. samples colleted from 6 provinces in China,mainly by ISSR-PCR method together with morphological characters. The main results are as follows:
1. To get high-quality DNA from young leaves of Zanthoxylum L.,the improved CTAB and SDS method were compared in this paper. The results showed that: SDS method can not effectively remove the polysaccharides and other small molecules from the samples. The improved CTAB method was the better method since the DNA extracted by it had the better A(260)/A(280) ratio and the better ISSR-PCR results.
2. With 11 informative primers in ISSR analysis,there are 102 amplified bands in total, between 150bp-2000bp, 86 polymorphic bands,and polymorphic frequeccy is 84.31%. This results showed that samples had abundant biodiversity.
3.The similarity of samples by ISSR marker was 0.4595-0.9189. The similarity and coefficient of variability of morphological quantitative characters was 0.4459-0.8784 and 14.7%-39.2% respectively. The results also indicated that samples had abundant biodiversity either in genetics or morphology.
4. ISSR markers analysis showed that the samples have six groups. There are some differences among the samples of geographic distribution.
5. By the 26 quantitative traits cluster,45 samples can be clustered 3 groups,not match to the species classification. For example,samples of the same specie were clustered to different groups. So classification by morphological marker has limitation and disadvantage according to the results.
本研究以花椒的DNA遗传多样性为理论依据,以ISSR-PCR为主要方法,结合花椒的形态学多样性,对采自中国6个省区的45份花椒样本(品种)的遗传多样性和遗传相似性进行了分析以揭示中国栽培花椒的遗传多样性,不同地域不同品种之间花椒的遗传关系,为花椒品种鉴定、新品种的选育和中国花椒资源的保护提供理论参考。主要研究结果如下:
1、通过不同方法的对比分析,确定了花椒总DNA提取的改良CTAB法。改良CTAB法能有效的去除花椒样本中的多糖类和其他小分子物质,避免了提取过程中的DNA降解和褐化,延长了DNA保藏时间,且ISSR-PCR扩增效果好,较SDS法更适用于花椒DNA的提取。
2、通过引物筛选,选出了11条多态性好,扩增条带清晰的引物,共得到102条条带,扩增片段大小在150bp-2000bp之间。其中有多态性条带86条,多态性比率达84.31%。表明中国各地花椒的多样性很丰富。
3、通过ISSR标记,发现参试的45个花椒品种的相似性在0.4595-0.9189。表明在DNA遗传层面,花椒具有较高的多样性;对花椒的26个数量性状进行统计分析发现,各性状指标变异较大、变异系数在14.7%-39.2%之间。样本(品种)之间相似度在0.4459-0.8784之间,相似度变幅较大。表明中国花椒在形态学上的遗传多样性丰富。
4、用ISSR标记结果对45份花椒样本(品种)进行聚类,将参试的45份花椒样本(品种)分为大红袍类、狮子头类、苟椒类、无刺花椒类、短柄花椒类、竹叶椒类等6组,其中竹叶花椒类和其他类群遗传距离较远。大红袍类、狮子头类和苟椒类亲缘关系较近。通过对花椒的26个数量性状聚类,将45个花椒样本(品种)分为3组,花椒品种并没有按照地理分布进行聚类,也没有严格的按照品种分类,和ISSR聚类结果有较大差别。说明了形态学鉴定分类有一定的局限和不足。
Zanthoxylum L. is a plant in the family Rutaceae. They are chiefly trees, small trees or woody vines; evergreen or deciduous. There are about 250 species widely distributed in Asia, Oceania, North America's tropical and subtropical regions. In China, there are 39 species and 14 varieties widely distributed. Zanthoxylum L. is a group of plants which have high economic value and abundant biodiversity and can be the forest for soil and water conservation. But the confused classification limited the breeding and spreading of Zanthoxylum L..
On the theoretical basis of DNA genetic diversity ,this study aimed at screening the genetic diversity and genetic similarity of 45 Zanthoxylum L. samples colleted from 6 provinces in China,mainly by ISSR-PCR method together with morphological characters. The main results are as follows:
1. To get high-quality DNA from young leaves of Zanthoxylum L.,the improved CTAB and SDS method were compared in this paper. The results showed that: SDS method can not effectively remove the polysaccharides and other small molecules from the samples. The improved CTAB method was the better method since the DNA extracted by it had the better A(260)/A(280) ratio and the better ISSR-PCR results.
2. With 11 informative primers in ISSR analysis,there are 102 amplified bands in total, between 150bp-2000bp, 86 polymorphic bands,and polymorphic frequeccy is 84.31%. This results showed that samples had abundant biodiversity.
3.The similarity of samples by ISSR marker was 0.4595-0.9189. The similarity and coefficient of variability of morphological quantitative characters was 0.4459-0.8784 and 14.7%-39.2% respectively. The results also indicated that samples had abundant biodiversity either in genetics or morphology.
4. ISSR markers analysis showed that the samples have six groups. There are some differences among the samples of geographic distribution.
5. By the 26 quantitative traits cluster,45 samples can be clustered 3 groups,not match to the species classification. For example,samples of the same specie were clustered to different groups. So classification by morphological marker has limitation and disadvantage according to the results.
引文
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