杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源钻研

杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源钻研

  镕日47中国科学院研究生院 博士学位论文 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究 Natural Hybridization Origin ofRhododendron agastum(Ericaceae)in Yunnan,China 指点教师:张长芹研究员中国科学院昆明动物研究所 申请学位级别:博士学位 学科专业名称:动物学 论文提交Ifl期:2007年5月论文答辩日期:2007年6月 培育单元:中国科学院昆明动物研究所 学位授予单元中国科学院研究生院 答辩委员会:周浙昆研究员 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究 摘要:本文按照地舆分布查询拜访的成果,操纵形态性状阐发、孢粉学、传粉生物学 和生物学的研究方式,对分布于云南省内的杜鹃花属(RhododendronL)常 绿杜鹃亚属(SubgenusHymanenthes0刚。)&Koch)的常绿杜鹃组(Sect.Pon矗cum Don)中三个分歧亚组的猜测亲本马缨花兄delavayiFranch.、大白花杜鹃尼decorumFranch.和露水杜鹃兄irroratumFranch.的假设天然杂交种诱人杜鹃脚 agastumBaIL£et戳砒Smith(四种杜鹃花都是二倍体2n=26)进行了分析研究。 成果了诱人杜鹃是马缨花和大白花杜鹃的天然杂交种,同时发觉了露水杜鹃 也是马缨花和大白花的天然杂交种.具体研究成果如下: 1.地舆分布查询拜访 本文对滇东地域的师县菌子山、沾益县马雄山和滇西地域大理苍山东坡、 漾濞县内苍山西坡的大平地、大竹坪、金盏以及剑川县石宝山7个地址的杜鹃花 地舆资本分布环境进行了查询拜访。成果表白,除大竹坪只要诱人杜鹃、马缨花取露 珠杜鹃,没有发觉大白花杜鹃;剑川县的石宝山只要马缨花、大白花杜鹃取诱人 杜鹃,没有发觉露水杜鹃外,这四种杜鹃花正在菌予山、马雄山、大平地和金盏脉 地分布区域堆叠。从查询拜访的这几个地址程度分布看,马缨花是一个广布种,大白 花杜鹃的分布较马缨花窄,露水杜鹃和诱人杜鹃则取马缨花一样分布较广;从垂 曲分布看,大白花杜鹃根基分布正在低海拔区域,马缨花则正在分歧海拔都可发展, 丽诱人杜鹃取露水杜鹃根基分布正在海拔较高的处所(分歧处所略有差别). 2.形态性状阐发 我们从七个天然地址(滇东部二个地址和滇西北五个地址)和昆明动物园于 2005和2006年的分歧月份别离采集到四种杜鹃花的标本,从质量性状取数量性 状两个方面临这四种杜鹃花的各类形态,包罗树形、叶、花、果实、种子和长苗 进行了统计比力和从成分阐发,成果表白,马缨花和大白花杜鹃是区别较着的两 个种,诱人杜鹃取鳝珠杜鹃的形态根基介于马缨花取大白花杜鹃之间。 社鹃花属诱人杜鹃的自热杂j变发源研究 电镜扫描显示,诱人杜鹃、马缨花、大白花杜鹃和露水杜鹃的花粉都是四合花粉,近球形,具三孔沟。马缨花的花粉粒最小37.00-51.60um,大白花杜鹃的 花粉粒最大39.00-54.20um,而诱人杜鹃和露水杜鹃的花粉粒大小介于二者之闻 别离为41.00-53.OOum和40.40-53.OOum.花粉外壁纹饰为马缨花的纹饰较滑腻, 大白花杜鹃的最粗拙,诱人杜鹃和露水杜鹃的纹饰则介于二者之间. 4.传粉生物学 本研究拔取了师县菌子山做为天然居群,对诱人杜鹃,马缨花、大白花杜 鹃和露水杜鹃进行了开花物候、花粉活力、柱头可授性检测,传粉虫豸察看、人 工授粉组合尝试和种子萌生尝试。成果表白,这四种杜鹃花的花期根基为3-5月, 单花开花期可持续一周摆布;花粉活力取柱头可授性正在开花3-5天达到高峰。它 们的次要传粉体例为虫媒传粉,共有的传粉前言为中华蜜蜂;除露水杜鹃外,其 余三种杜鹃花都是自花不育,异花授粉可育,分歧种之间可进行人工杂交,发生 具有活力的种子,种子萌生率正在65%以上。通过度析四种杜鹃花开花物候堆叠、 共有传粉虫豸及自花不育等现象,切磋了传粉虫豸和异花授粉的机制正在天然杂交 构成中的感化及顺应能力. 5.细胞学 体细胞染色体察看成果表白,马缨花、诱人杜鹃、露水社鹃和大白花杜鹃也 都为二倍体,染色体基数为x=13,同时也了诱人杜鹃应为二倍体杂交发源。 但对减数的察看,目前尚没有取得较好的成果。 6.生物学 本研究共采集到诱人杜鹃、马缨花、大白花杜鹃和露水杜鹃的19个野外自 然居群,共283个个别.从每个居群中随机选出1个到3个个别,对核基因ITS片段取叶绿体基因trnL-F片段进行测序.并按照ITS钡4序成果,对283个个别 进行了PCR-RFLP阐发。成果表白,马缨花取大白花杜鹃的核基因1TS序列和叶 绿体基因trnL-F序列都能较着区分,诱人杜鹃取露水杜鹃的核基因ITS序列正在 马缨花取大白花杜鹃彼此区此外6个变异位点呈现杂合带;颠末对ITS区的克隆 测序,诱人杜鹃和露水杜鹃都有别离取马缨花和大白花杜鹃不异的两条ITS序 列,同时又有第三种序列,即5个变异位点和马缨花不异,1个变异位点和大白 花杜鹃不异;诱人杜鹃的时绿体基因trnL-F序列全数和马缨花不异,露水杜鹃 的trnL-F序列部门和马缨花不异,部门和大白花杜鹃不异。1TS区的PCR.RFLP 阐发表白马缨花取大白花杜鹃存正在普遍的基因交换,正在漫长的杂交进化的过程 中。杂交种可能存正在取亲本多次回交的现象。 环节词:天然杂交;构成;杜鹃花;地舆分布;形态学;孢粉学;传粉生物 学;生物学 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究Natllrfl HybridizationOrigin ofRhododendron agastum(Ericaceae)in Yunnan.China Abstract:According tothe investigation geographicaldistributions,theputativenatural hybrid Rhododendron agastum Ball.£etW:W:Smithanditsassumed parents j己delavayi Franch。兄decorumFranch.andRirroraturaFranehare sympatricaUy distibutedinYunnan,China.And thefour speciesbelongs tothreesubsectionofthe SectionPonticumunder SubgenusHymenanthes ofRhododendron.Inthis paper we study moIphologicalcharacters,thepalynologythepollinationbiologysequencesofthenuclearribosomalDNAITS regionthechloroplast DNAtrnL-F intron-spacer andRFLP analysis ofITS sequences oftheminordertocOll五almourassumedreview ofthe relationshipamong them.We alsompared thesedatawithanartificial hybrid between见decorum(辛)尼de肠vayi(国.Based onthe results,we concludethat兄 agastum isanatural hybrid betweena female豆delavayi andamaleKdecorum.and 尼irroratmisalsoanatural hybrid between尼decorum and尼dekvayi.The main researchresultsaresummarizedasfollows: We totally investigated 7sites geographicdism'butions fourRhododendron species inYunnanChina.Twosites including Junzishanin shizong county andMaxiongshan zhanyicountyofeastemYuanan andfivesitesof DapingdiJinzan cangsllan),ShibaoshaninJianchuan county Dalicangshan(eastemslope)ofthenorthwestern Yunnan.兄agastum.兄delavayi尼decorum and置irroratumareall sympatrically distributed Jinzhanmaldi.However’Dazhupingpossesses兄delavayi,脚irroratum,and兄agastum,without Rdecorum. AndShibaoshan possesses脚delavayi,尼decorumand尼agastum withoutR irroratum.Theresults showthat thefourRhododendron species basicallysympatrically distributed.兄decorum grows abouttheloweraltitude/Z de肠vayi distributesmorewidely thantheotherthree species inYannan Province.Except IVhorizontal distributiontheputativehybrids见agastum andR.缸FoFatloB aoccupant ofthe higher altitude. MorphologyWe analyzed morphologicalcharactersofthefour speciesspecimens which werecollectedin2005and2006fromtheabovementionedSevennatural populations inthe easternandnorthwesternYunnanandin Kunming BotanicGarden.We qualitativecharacters andthe quantitative characters ofthe four Rhododendron species,alsousedPACanalysis.Thc resultsshowthat morphology 且delavayiandKdecorum areobviouslydistinctandmorphologyofKagastumand 冠irroratumareintermediatebetweenthetwo parents兄delavayi and冠decorum. The pollenmorphology ofK delavayi,冠decorum,脚agastwn and冠折'ol'nfllng areall pollente蛔dapproaching sphericitythreeapertures.Thepollensizeof尼 delavayi andltdecorumare distinct兄delavayi isthe smallest(37.00-51.60um)but 冠decorumis largest(39.00-54.20um).Thepollensize of兄agastum irrovatumaresimilar(41.00-53.00urn 40.40-53.00um),andaleintermediate between R.delavayi andl乞decorum.Extine of兄dela桫i andKdecorumaredistinct. 尼delavayiisverysmooth,butR.decorumhavemanycoarseadorns.And extineof尼 agastum andR.irroratumareintermediatebetweenthetwo parentsof兄delavayi 尼decorum.We investigated floweringperiod,floralvisitors andconductedaseries pollinationexperimentstoexamine breedingsystculs hybridcompatibilityinfour Rhododendron species inJanTAshan.Weobserved that兄delavayi floweringfrom beginningofMarchtotheendof Maywhile尼agastumand尼irroratumwere flowering fromthe beginning ofMarchto floweringperiodswere end,尼decorumbegan tofloweruntiltheendof Ma弘The anthesisofthe singleflowerinfourRhododendronspecieswasaboutoneweek.Their poHenvigor pistilreceptionalethe highest within flowering 3-5 days.Thefloral visitors belong DipteraOrder.ApisceranaFabriciusis mutualvisitorofthefourRhododendronspecies,butColletes sp proprietaryvisitor for脚agastum andRirroratum.Wefound that尼delavayi脚agastum decorumareself-incompatibleexcept兄irroratum.Nobreeding barrierwasdetected fourRhododendronspedesby artificial pollinationand hybridseedswere fertile.The hybrids betweenfour species showed equivalent fitnessastheir parents。 Basedonthe above resultdwesuggest thattheroleof potentialinterspecific pollination hybridspeciationandevolutionofRhododendron spedes. Theobservationofchromosomesrevealed thatRhododendron delavayi兄 agastum,冠irroratum andRdecorumarean dipI面ds,x=13,and confirmedthat兄 agaatum isa diploidhybridspeciation.But theresultofthemeioticobservationisnOt verygood inthis study. WecollectedmaterialsofRhododendron delavayi,兄decorum,脚agastum andg irroratumfrom19natural populations indifferent placesandrandomly choose1to3 individualsfromeverypopulation analysistheirnuclearDNAITS sequences chloroplastDNAtrnL-F Sequences.According ITSsequences ofthefour Rhododendron species,three restriction enzymeBsp68I,Bshl285I andMvalwcm usedinthePCR-RFLP analysis.The nuclearDNAITS Sequences chloroplastDNAtrnL-F sequencesrevealed脚delavayi and兄decorumare dearly distinct.and VI cloningITS sequencesofR.agastum and尼il'roralNlnshowsthatthetwo hybrid have cloning ITS sequences fromR delavayiand兄decorum,andhaveanother cloning ITS sequences.The O'nL-F sequencesof尼agastum al[oall from兄delavayi, buttrnL-F sequences ofRirroratumarc partlyfrom尼delavayi。partly from尼 decorum.PCR-RFLP analysis oflTS sequence reveals that脚agastum anaturalhybridbetween尼delavayi andl己decorumaudltirroratumisalsoa hybrid between delavayiand尼decorum.Duringthecourseof hybridevolutionbackcrossingmay manytimes. Keywords:Natural hybridization;Speciation;Rhododendron;Geographic distribution;Morphology;Palynology;Pollinationbiology;Molecularbiology 杜鹃花是世界名花,也是人们所熟知的高山花草,以它丰硕的品种、漂亮的姿势和艳丽的花朵以及奇特的景不雅吸引着不少分类学家、园艺学家和生态学家对 它们进行了普遍的研究和引种.杜鹃花不只具有较高的抚玩价值并且是药用、食 用以及提取糅料的好材料。 杜鹃花属(RhododendronL)是杜鹃花科(Ericaceae)中最大的属,也是中国和喜马拉雅动物区系中的大属之一.因为该属动物正在天然界杂交现象遍及,栽 培前提下亦易于杂交、变异,大量的杂交种不竭被育出且抚玩价值胜于野生种. 常绿杜鹃亚属(SubgenusHymenanthes)是杜鹃花属下的一个大的亚属,该 亚属只要一个组,即常绿杜鹃组,下面分为24个亚组,因为亚组取亚组之间经 常发生天然杂交,边界并不是很分明.早正在上20世纪80年代,Forrest,Cox和Chamblain正在云南苍山进行野外调查时发觉诱人杜鹃R agastum从花的形态上介 于马缨花脚delavayi和大白花杜鹃脚decorum之间,从而认为诱人杜鹃可能是马 缨花和大白花杜鹃的天然杂交种。导师张长芹研究员自20世纪80年代起头对杜 鹃花进行研究,并培育了人工杂交种脚decorum(早)脚delavayi;通过多年 的野外察看,认为从形态上来看,露水杜鹃脚irroramm取诱人杜鹃更具有类似 性,从而认识到露水杜鹃大概也是诱人杜鹃的一个亲本。连系导师多年来对杜鹃 花属动物的引种驯化和人工杂交研究,目前已引种该属动物100多种,并培育出 多个杜鹃花新品种,为开展该项工做打下了优良的根本. 2004年,我的导师张长芹研究员连系我的学科根本选择了“杜鹃花属诱人 杜鹃的天然杂交发源研究”做为我的博士论文标题问题.目标是,通过度析研究 诱人杜鹃的天然杂交发源,以及露水杜鹃取诱人杜鹃的关系。同时,鉴于国内对 于天然杂交的研究仅限于王晓茹等对于裸子动物高山松的研究报道以及袁 对于草本动物绿绒蒿初步的研究报道。国外对于杜鹃花天然杂交的报道也仅见于 MnIIc操纵生物学方式对土耳其同域发展的四种杜鹃花之间天然杂交的可能 性的研究,Modmato操纵核基因ITS和mark片段对分布于日本的2种落叶杜鹃 花天然杂交的可能性研究以及Chadwick等操纵蜡质成分对于大理杜鹃亚组分类 处置的报道,对于杜鹃花天然杂交发源的研究能够说没有较为成熟的方式和经验 牡鹃花属诱人牡鹃的天然杂交发源研究 能够自创。因而,为杜鹃花属动物的天然杂交发源和构成研究寻找一种适宜 的研究方式也是我们研究的内容之一,以切磋天然杂交构成对杜鹃花正在漫长 的进化过程中的影响,也为杜鹃花分类系统研究提出新的思. 正在导师的细心指点下,经本人三年的勤奋,本文从构成取进化的角度出 发,通过查阅相关文献,对这四种杜鹃花的地舆分布进行查询拜访、形态性状阐发, 孢粉学、传粉生物学、细胞学及生物学等方面的分析研究,根基达到了本文 的研究方针,即了诱人杜鹃是马缨花取大白花杜鹃的天然杂交种,同时也发 现了露水杜鹃也是马缨花取大白花杜鹃的天然杂交种。正在这无限的时间内,从从 不雅上来说,我曾经做出了很大的勤奋,但因为博士学位论文是正在无限的时间内完 成的阶段性工做,动物的发源,是一个漫长而又复杂的过程,对研究者学问 的堆集和研究时间上有更高的要求。因为各方面前提的,本文关于诱人杜鹃 天然杂交发源的研究和会商仅仅是一个初步的工做,离导师的要乞降列位专家的 等候必然相距甚远,尚待此后从诸方面进行进一步的深切研究。 正在论文完成之际,让我略感欣慰的是,三年来的进修和工做使我提高了对植 物的进化和发源的认识,加深了对相关学科的理解.这些认识和理解将成为我以 后工做和实践的根本。杜鹃花正在天然前提下和人工前提下都很是容易杂交,对杜 鹃花天然杂交构成的研究,我们所做的工做也仅仅是一个起头,将来的道 虽然充满艰苦取挑和,但也充满成功取但愿!它将激励我沿着这条研究之继续 探索1 第一章天然杂交发源取杜鹃花属f.Rhododendron)动物研究进展第一章天然杂交发源取杜鹃花属(Rhododendron)动物研究进展 1.1天然杂交发源研究进展 1.1.1天然杂交的概念 天然杂交被定义为正在天然形态下,来自分歧种群的个别之间能够成功的交 配,而这些种群之间有一个或多个较着区此外遗传特征【l21.天然杂交取形 成关系亲近,是构成的一种体例.构成(spceiation)是进化生物学中的 根基问题,但同时又是让生物学家们一直迷惑疑惑的一个难题。早正在100多年前, 就把构成称为“谜中之谜”.按照Crantl3】的划分,动物构成次要 有两品种型,即原发式构成和杂交式构成.前者指的是居群问的差别正在 进化过程中逐步加大曲到种的程度,又称为进化性趋异(evolutionary divergence):尔后者则暗示新种的呈现是种问天然杂交构成杂种,再颠末无性或 有性体例(有二倍或多倍体程度)达到不变的新种【4】。 来自分歧种群的个别之间交配,可能会因为交配前或交配后的妨碍而被消 除。对动物而言,交配前妨碍包罗分歧的生物天气学,分歧生态要素,分歧的花 布局或者传粉虫豸的分歧特征I删。交配后的妨碍能够被认为是机制的不兼容性 (基于识别)[41或者授精后的妨碍,如合子灭亡,杂交无活力或者杂交不育, 反之便是,分歧居群的个别闻交配前后无妨碍即为天然杂交成种川. 1.1.2天然杂交研究的汗青 天然杂交的研究汗青可逃溯到1753年,基于分歧之间交配成功,林奈 提出了杂交成种的模式瑚嗍.1101也操纵尝试数据推论正在天然形态下不 同之间的远交。取林奈相反的是,察看到异种之间的交配很难构成后 代,这种交配凡是是不育的。【101于是得出结论,天然界发生的变化表白栽 培之问的交配更容易发生能育的儿女.另一个汗青分支记实是Lotsylll12ll鬟J 工做,他认为天然杂交是进化改变的根基机制。出格地,他指出新种的发生来自 于分歧的个别之间的交配【廿】。他的根基的假设表白异种之间的交配是进化多 样化的根本。 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究正在Lotsy【13l的假设颁发之后不久,取这个模子合成分歧的是高度的概念性和 天然杂交构成过程相关的研究。这个文献从19:30岁暮起头了两个平行的方 法。起首,基于取Lotsy类似的假设,认为天然杂交做为一个遍及深切和主要的 进化过程.动物学家们,出格是Anderson,StebbinsHeiser和Grant【14.岱,垣17,1川 都是这个概念的者。他们提出的表白:(1)天然杂交正在很多植群中 遍及发生;(2)严沉的进化影响是通过新的杂交种的构成取新的顺应性的产品。 其次,通过研究动物分类提出天然杂交是完成进化的一个主要机制,或者是理解 构成过程的一个工列19】. Mayr和Dobzlmnsky是生物学概念最早的创制者和注释者,他们对决定 构成的缘由更感乐趣(如生殖隔离机制的加强)四m】.Dob2Jlansky[211提出了 一个构成的模式,即依托杂交儿女的逐步融合而最终完成生殖隔离机制。动 物学家们已经认为天然杂交将是一个理解进化的有用东西而不是生殖隔离机制 的加强洲。天然杂交的研究并不是它本身的过程,而是如何通过天然杂交来理解 构成。 最后动物学家们对天然杂交的研究并不多,次要有两个方面的缘由.起首, 动物学家们努力于天然杂交对系统研究的意义阎,杂交被认为是偶尔的不需要的 要素而不是构成的起头,取系统研究没相关系。其次反映了多倍体成种被认 为是杂交的次要成果鲫,研究动物杂交努力于研究多倍体成种,而不是研究渐渗 现象. 近年来,跟着科技的成长,越来越多的动物学家努力于天然杂交成种的研究. 大量的动物系统学的方式被用于间的网状进化研究【巩251。对天然杂交研究的 不竭增加,将指导人们愈加深切地舆解天然杂交正在分歧进化中的主要性【4】。 我国多努力于对人工杂交的研究,而对天然杂交的研究起步较晚。次要有来 自王晓茹等闭对我国高山松(A穆淞densata)杂交发源的研究。龚洵对橐吾属 (工自弘lar缸)大黄橐吾和奇形橐吾的天然杂交种进行了研究吲,袁等【勰l证明 了绿绒蒿动物Meconopsis Xcookei G.Taylo是红花绿绒蒿和五脉绿绒蒿的天然杂 交种。卢宝荣等【29J操纵种间杂交染色体配对了披碱草属动物StY基因组分化 及其进化的意义,提出杂交儿女取亲本之间的无效生殖隔离是新构成的关 第一章天然杂交发源取社鹃花属(Rhododendron)动物研究进展1.1.3杂交正在构成和迸化中的意义 杂交种构成有两个路子,一种是异源多倍体(aIlopolyploidy)杂交发源,另 —种为同倍体(homoploid)杂交发源。天然界最常见的是异源多倍体杂交发源p0]. 异源多倍体构成的特征是杂交儿女取亲本比拟,存正在分歧程度的染色体加倍 现象。最后的杂交组合因为染色体来自分歧的亲本,这些组合大部门是不顺应生 境的,这种环境凡是导致杂交种低的育性或者完全不育,但这种最后的杂交种经 历一个自觉的染色体加倍(allopolyploidy),杂交种的多倍化的成果能够降低遗 传分手的程度,使得基因不变下来,使儿女部门可育或全数可育,能够同任一个 亲本进行回交(i咖伊嚣si伽).此外,多倍体的新的基因型可以或许范畴很广 的前提。通过多倍化,杂种能够减小、避免亲本染色体组不配而发生的 风险,其可育性,从而构成新的。同倍体构成是指杂交发生正在两个 没有染色体加倍的中。然而,同倍体杂交成种的进化意义并不很清晰p攀, 部门缘由是缺乏对杂交种的构成、连结和顺应的研究【33】。若是同倍体杂交种取亲 本同域,则杂种的适合度起了很是主要的感化闻.若是新的杂交种正在所有的生境 都比亲本顺应,它将敏捷代替亲本刚。若是杂交种的适合度仅仅局限正在歧异的生 境,则杂种将和亲本共存;若是新的杂交种正在双亲生境和歧异生境适合度都低, 则杂交系不克不及保留【砑p坷。 杂交正在进化中的感化,生物学家们正在很长时间内都持有各类分歧的概念网。 动物学家们倾向于认为杂交是分类学上的一个问题:种群内部具有区此外个别是 否该当被认为是统一个种?以至定义生物学的专家【21羽都认为通过杂交群 的基因流是消沉的。杂交区被认为是短暂的,伴跟着杂交选择加强交配优先于完 全的隔离,或者,即便是不变的,也仅仅是将来交化的障碍.相反地,动物 学家们则认为杂交可以或许加强现存顺应变化的能力,以至是新构成的来 源.Crant[3J和Stebbins[2mI已经提出,杂交成种的模式基于染色体沉组, Andersonll5Jg]则认为渐渗现象对杂交种的顺应能力具有主要的意义。 分歧之间的天然杂交和频频回交使一个的遗传物质穿越妨碍转入 到另一个内,构成基因渐渗(geneintrogression)[40l,导致种间基因交换。 种间基因渐渗是天然杂交正在动物界的遍及现象,是推进遗传变异的一个主要途 径,正在进化过程中饰演着主要脚色。一方面间的杂交渐渗可发生新的基 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究因型组合和生态型,提高的遗传多样性,使其更好地顺应不竭变化的生态环 境和添加新的生境顺应性,有益于推进和种群扩张;同时杂交还能够打 破或降低繁衍壁垒,构成多样化的杂种,而杂种儿女可能正在微生境的差别、生态 要素的区别性选择、资本的合作和分歧的选择体例等要素的驱动下,导致的 趋异而发生新的类群【4lJ. 1.1A同倍体天然杂交发源研究进展 动物天然杂交的成果一方面是导致异源多倍体(Allopolyploid)的发生, 即由二倍体天然杂交及其杂种染色体数目标加倍而构成四倍体,这一过 程的继续将导致倍性更高的多倍体构成.除多倍体杂交构成外,天然杂 交的另一路子是正在统一倍性的程度上发生,其进化的成果是发生统一倍性的分歧 ,即构成同倍体构成(homoploidspeciation).这一过程的机制和成果 明显取多倍体进化纷歧样,它不陪伴分歧倍性多倍体的发生,并且我们对这 一进化过程的机制领会也相对较少隅35删。近年来跟着生物学方式的使用, 对同倍体天然杂交构成的研究也越来越多嗣.人们凡是认为,同倍体的 分化必需以无效的隔离机制为前提,如时间、地舆空间、生态前提和基因程度上 的隔离,无效隔离能够杂交儿女取亲本之间有充实的、沿着分歧标的目的发生分 化和构成不变类型的时间前提【2鄙拈,3虬。可是对同倍体的进化路子和机制仍有 很多未处理的问题亟待我们去摸索。此次要是由于持久以来缺乏无效的标识表记标帜将亲 本类群区别开来,特别是对近期分化的。例如:以往按照形态学性状、人工 杂交研究和授粉行为的察看被认为正在玄参科的元参属Penstemon中有2个二倍体 杂种:只spectabilis复合体和只clevelandii复合体,因为过去的研究缺乏可以或许脚以 区分亲本类群的标识表记标帜,对所猜测的杂种一曲无法得出较为必定的结论。Wolfe 等阳1采用ISSR标识表记标帜对这2个二倍体杂种进行了判定,发觉这一杂种复合体中的每 个都是遗传上的,可通过10-42个特有的ISSR标识表记标帜区别开来。最初, 他们确认只spectabilis并非杂交发源,而只clevelandii如前所猜测,是由只 cenranthifolius和只spectabilis杂交后发源的。 另一个主要的二倍体杂交发源的例子来自Riesebe}g畔l操纵RAPD标识表记标帜做图 对杂交种向日葵Helianthusanomalus的研究。他们对揣度的二倍体杂种尼 第一章天然杂交发源取杜鹃花属(Rhododendron)动物研究进展anomalus及其2个可能的亲本种尼4肌础,和鼠petiolaris均成立了遗传连锁图, 并通过这3个间基因次序的比力,出其问主要的布局关系。待定杂种和 亲本种共享11个沉排连锁群中的4个基因位点。他们猜测,至多存正在3个染色 体断裂、3个融合和1个反复配合导致丘anomalus基因组分歧于亲本种。按照 所成立的图谱,还能够确定待定杂种中某个做图位点来历于哪个亲本唧。 再一个二倍体杂交种发源的实例来自王晓茹等对我国高山松(Pinus de,啪缸)的研究.吴中伦【45l正在对中国松属进行初步拾掇时,初次提出高山松可 能是油松(2 tabulaeformis.)和云南松(Pyunnanensis)的种问杂种,这一猜测 有很多形态学性状和地舆分布的[4.s461.wing等湖按照13个等位酶位点的检 测发觉,油松和云南松正在等位基因频次上具有较着的差别,而高山松除24-罕见 等位基因夕卜的32+等位基因均呈现正在某个亲本种或同时呈现正在2个亲本中之中。 等位基因频次也根基介于2个亲本频次之间,了高山松杂交发源的猜测。由 于DNA标识表记标帜具有更为活络和精确的特点,Wang年0Szmidt【46】又进一步操纵叶 绿体DNA的I谭IjP阐发对高山松的发源进行了切磋。他们采用13种性酶消化 cpDNA,然后用班6c和芦6D做为探针进行杂交,成果发觉Bet拜aDraI两种性 酶的杂交片段正在油松和云南松种内不存正在变异,但却能够将2个种清晰地域别开 来,是的谱带。油松和云南松均具有各自的片段,而高山松既包罗 2个亲本种的片段式样,也包罗亲本片段式样的组合(2条带),较着是杂种发源 的成果。Song等操纵线粒体基因hadl、叶绿体基因rbcL和trnL-F基因间区以及低 拷贝核基因4CL的序列阐发或PCR-RFLP阐发,Ma拔取分歧的基因片段进行分 析,为高山松同倍体杂种发源供给了翔实的遗传学[36424748]。 1.1.5同倍体天然杂交发源的研究方式 很多方式被用来研究研究同倍体杂种的构成,包罗形态学方式、人工杂交、 小手艺、染色体、等位酶和近来的DNA手艺嘲等。 1.1.5.1形态学方式 形态上的中问性能够被认为是进化分支或者网状进化的成果,很多方式被用 于区别种间的形态差别[50.51习。最常用的方式就是W'tlson[491提出的“特征统计方 杜鹃花属诱人杜鹃的天然杂交发源研究法”.Rieseberg吲指出杂交种并不是老是表示出亲本的夹杂形态性状,出格是正在 下面三种环境下:(1)渐渗现象的普遍发生;(2)杂交过程发生正在好久以前;(3) 形态性状的表达不是由添加的基因所节制的(如杂种劣势或者显性).因为以上 缘由,Wilson的方式将会犯一种错误(如否决某一是杂交种,虽然它确实是 杂交种).然而,按照Levinl5l】的说法:“这是一个守恒的测试:当一个杂交 获得支撑时,它凡是被是准确的”【52】。从形态上来看,虽然一些出格的和新 的性状也常常呈现正在杂交种的表型中,杂交种常常表示为亲本的镶嵌格局或者是 亲本的夹杂性状.形态学的特征并不克不及零丁用来判定的杂交种,生物学的应 用将极大地提高我们判定天然杂交种的程度刚。 1.1.5.2传粉生物学方式 动物学家持久以来一曲被一个概念所搅扰,即天然杂交能够导致种间基因的 流动和渐渗现象的顺应特征[ts.%ss54.ssl。Anderson认为伴跟着反复回交的杂交能 够导致“一个的种质渗入到别的一个中去”。Anderson察看到种间的基因 流动,并定义为渐渗杂交,认为这是杂交构成的一个主要的基因变化的来历。 理论模式表白这个潜正在主要的渐渗做为杂交种构成的一个基因变化的来历部门 是依托杂交发生的频次和后来的回交冈。 受精前和受粉后的隔离机制将杂种Fl代的构成和回交的发生吲。两个物 种之间的地舆的、生态的或者物候的隔离会较着地削减杂交发生的频次。杂交发 生的频次和回交也被行为学的隔离或花粉柱头的彼此感化所.更迸一步,生 殖隔离可以或许导致杂交种群取它们的亲本隔离。这种隔离将种间基因的流动, 从而使杂交构成。我们能够很清晰地看到,对于评价杂交的进化成果而言, 研究杂交种的繁育系统和相对顺应性是必需的【5冽。传粉生物学研究能够处理以 下几个问题:(1)查验开花物候学上的堆叠;(2)评估亲本和杂交种的传粉虫豸 的不变性;(3)评价杂交种花粉的活力;(4)评估种间杂交的可育性和杂交种群 的种内授粉的可育性【60I。 1.1.5.3生物学方式 种问杂交,来自于杂交儿女取亲本的生殖隔离和以其它体例隔离,早就被认 第一章天然杂交发源取杜鹃花属(Rhododendron)动物研究进展为是构成的一个主要的机制【剪.6蚓.近年来一系列基于生物学的研究 表白杂交可以或许推进的顺应性进化和构成旧硎。因为生物学的科技水 平的提高,越来越多的方式被用来从基因的程度上研究天然杂交种的构成。 标识表记标帜供给了大量可资和用的消息,极大地提高了人们和定量研究杂交和 渗入以及精确判定杂种谱系的能力.另一方面,操纵标识表记标帜可成立精细的遗传 图谱,从而获得标识表记标帜正在基因组中的和线性次序,进而研究杂交种的发源 及其进化机制.标识表记标帜能够分为两大类:卵白质标识表记标帜和DNA标识表记标帜。 卵白质标识表记标帜:目前最常用的卵白质标识表记标帜是等位酶。等位酶以共显性的体例表 达,谱带取等位基因之间的关系明白,具有较不变、简洁、敏捷等长处。最早的 方面研究天然杂交的方式是等位酶标识表记标帜,常常被用来证明动物的杂交发源研 究。二十世纪六十年代以来,等位酶做为一种基因的间接产品而被普遍使用于杂 交种的研究.通过等位酶的阐发手艺目前已处理了一些杂交种的发源问题嘲,如 Abbott[661用等位酶的方式Seneciosqualidus是两个地中海地域分布的二倍体 动物&aethnensls和&cbrysanthemifolius的同倍体杂交种。 DbtA标识表记标帜:DNA标识表记标帜是正在程度上的标识表记标帜,用于天然杂交种的研究常用 的有RFIARAPD,AFIASSR、ISSR等. DNA序列阐发:核基[]的ITS(internal transcribed spacer)和iGs(intergenic spar)序列的聚类阐发被普遍地使用正在杂交种构成的研究中【67飓691.虽然核基因 序列本身正在附近种之间相差并不大,而基因间的内区(rrs)显示变异程度 脚够使得ITS序列成为研究系统学有用的资本[70n1.砌"阐发IGS序列对检测相 近种之间的系统学研究十分有用,它也同样用于检测杂交种取亲本之间的关系和 统一个种分歧居群间的遗传关系[721.Tsudaya等t731通过对核DNA和叶绿体DHA 的测序阐发,证B)]Callicarpajaponica和c mollis的杂交儿女(F1)的形态取C mollis根基不异,而F1取c mollis回交所发生的儿女的形态性状处于Callicarpa japonica和craollix的两头,这个回交儿女即为Callicarpaxshirasawana,为渗入