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中国葡萄属(Vitis L.)植物分类与地理分布研究
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摘要
我国是葡萄属植物的主要起源地之一,也是世界葡萄属植物种类最多,遗传资源最为丰富的国家之一。野生葡萄具有很强的抗逆性和适应性,是拓宽栽培葡萄品种遗传基础的重要种质资源库。开展中国葡萄属植物的系统分类研究是阐明世界葡萄起源、演化和生物多样性必不可少的重要证据。本研究借助聚类分析的方法,通过对我国葡萄野生种的表观相似度分析,进行了系统分组研究;应用SSR和SRAP分子标记技术,对中国葡萄属植物的遗传多样性及亲缘关系进行分析;在广泛的数据收集基础上,对我国葡萄属植物的地理分布状况进行了分析。获得的主要结论如下:
     1.中国葡萄属植物的系统分组研究
     对《中国葡萄志》描述的原产中国的38个葡萄野生种和1个栽培种,按照《葡萄种质资源描述符记载及评价标准》的要求,对18个形态性状进行描述分级,用代码进行数量化,采用SPSS10.0统计软件中的Hierarchical Cluster Analysis性状进行聚类分析,根据形态特征的相似程度,将我国葡萄野生种和欧亚种划分为8个组,其中组3内又分为5个亚组。
     经过系统分组发现,葡萄分类中经常采用的个别描述性状不具分类作用。在众多的形态和解剖学特征中,野生葡萄的果皮颜色单一,多为紫黑色或紫红色,且与果实的成熟度关系很大,仅在毛葡萄、刺葡萄等个别中发现白色果类型,但都是种内变异;果粒形状变化也比较小,多数为圆形;花序形状基本上都是圆锥形;野生葡萄的花型一般是雌雄异株,仅山葡萄和刺葡萄内存在两性花植株;卷须是否分叉与植株的生长势明显相关,凡长势旺的植株卷须一般较长,分叉明显,弱树则相反。与原产北美的美洲种不同,中国野生葡萄的卷须都是间断着生。花序与叶片对生是葡萄属植物的共同特点。以上形态特征是分类学家普遍采用的描述对象,实际上在中国野生葡萄中不具分类意义。
     不同研究者分组结果出入较大。以前的研究结果表明,亲缘关系较近的种的花粉结构和特点较为近似,但与王晓东等的分组结果出入很大。在葡萄属植物亲源关系研究中,尽管结果不尽相同,但多数学者认为毛葡萄和腺枝葡萄,美丽葡萄和庐山葡萄,绵毛葡萄和勐海葡萄,毛脉葡萄和华东葡萄,凤庆葡萄和河口葡萄,桦叶葡萄和网脉葡萄,温州葡萄和乳源葡萄,红叶葡萄和狭叶葡萄,东南葡萄和罗城葡萄等的关系最近。小果葡萄、云南葡萄和葛藟葡萄也被多数研究结果分在同一组内;菱叶葡萄是公认的在形态上与其他种的关系相差甚远;其它种的系统学分组尚存在争议。以往研究结果认为,武汉葡萄和湖北葡萄、刺葡萄与欧亚种葡萄,秋葡萄和陕西葡萄的关系较近。前两组与本文结论完全不同,欧亚种葡萄是世界上的主要栽培种,也是栽培品种最多的一个种,种内多态性丰富,用于分组材料(品种)的选择会直接影响分组结果。本文的秋葡萄和陕西葡萄在同一组内,但位于不同的亚组。牛立新认为变叶葡萄与山葡萄有相近的血缘,但未将两者归在一组,王发松将两者归在同一组内的不同亚组内。我们的结果也未能将两者归在同一组内。
     野生葡萄植物的性状需要按照统一、规范的语言进行描述。历史上,每个种的发现和分类都是由不同的人员完成的,描述内容不完全相同,我们在分析中仅采用了共同描述的内容。植物分类学与园艺学的描述语言差异很大,这是对野生葡萄进行系统分组的难度之一。所以,真正意义上的系统分组研究需要建立在统一、规范的描述基础上,并建议从事分类与园艺研究的科技人员按照统一的语言进行描述,其结果才可以被大家共同利用。现有的葡萄描述标准都是针对栽培品种而言,而中国野生葡萄在叶片形状、毛的类型、皮刺等植物学形态上存在丰富的变异,需要在现有描述标准的基础上制定适宜中国野生葡萄的描述标准。
     2.中国葡萄属植物的分子分类研究
     利用SSR和SRAP标记对起源于中国的15个野生葡萄种或变种的26个株系和1个种间杂种进行遗传多样性分析。从38对SSR引物中筛选出10对多态性好的引物用于SSR扩增,共得到90个等位基因,多态性位点83个,每对引物可检测到等位位点数为6~12,多态性比率为92.2%。从169对SRAP引物组合中筛选出12对带型清晰、重复性高、多态性丰富的引物组合,12对SRAP引物组合在中国野生葡萄中共扩增出223条条带,其中多态性条带208条,每对引物组合扩增的条带在13~33条,平均每对引物可以扩增出18.6条,多态性比率达93.3%。根据SSR标记的聚类结果,在遗传相似系数0.74处,基本上可以将中国野生葡萄进行有效分开;在遗传相似系数0.64处,可将中国野生葡萄资源的15个种、变种和类型分为四组,组的划分与地理分布有关。根据SRAP标记的聚类结果,在遗传相似系数0.84处,可以把27份葡萄种质完全区分,分类结果和传统的形态分类基本一致。
     通过对中国野生葡萄不同株系,欧亚种黑比诺、和田红,美洲种群河岸葡萄的MybA1基因片段序列进行比对,结果显示中国野生种MybA1基因在启动子区域,内含子区域以及第三个外显子区域存在不同程度碱基的缺失、插入和替换,表现出丰富的遗传多样性。而且许多野生种葡萄MybA1基因存在一些特有序列或突变,这些突变可以很好的将自身与其他葡萄品种区分开。MybA1序列构建的分子系统进化树显示出与SSR标记的聚类结果和SRAP标记的聚类相存在一定的相似性,但是有些野生种之间亲缘关系与传统形态学分类结果不相符。这说明单凭一个功能基因就进行系统分类研究是有局限性的,所以在系统分类研究时应考虑更多的功能基因来进行分析。
     3.中国葡萄属植物的地理分布研究
     通过查阅植物标本和文献,以及实地调查,研究了我国野生葡萄的地理分布状况,并绘出了分布图。结果表明:葛藟葡萄、毛葡萄、山葡萄和蘡薁分布广泛;有24个野生葡萄种、变种或亚种分布较广;庐山葡萄、红叶葡萄、温州葡萄、河口葡萄、龙泉葡萄、毛脉葡萄、深裂山葡萄、武汉葡萄、三出蘡薁、凤庆葡萄、井冈葡萄、陕西葡萄、浙江蘡薁、罗城葡萄、连山葡萄、麦黄葡萄、毛叶武汉葡萄、蒙自葡萄、勐海葡萄、米葡萄、绒毛秋葡萄、乳源葡萄、伏牛山葡萄、裂叶刺葡萄、龙州葡萄、绒毛小果葡萄和沅陵葡萄等27个野生葡萄种或变种分布狭窄需要加强保护。
As one of the major original centers of Vitis L species, China has abundant genetic resources in theworld. Wild grape is important germplasm resources pool in strong resistance and adaptability.Developing taxonomy of Chinese wild Vitis is essential evidence to elucidate the grape origin, evolutionand biodiversity of the world. In this study, we research taxonomy by cluster analysis, SSR, SRAP anddistribution by referring to a great deal of literatures, specimen and field survey, The main results wereshown as follows:
     Based on Descriptors and Data Standard for Grape (Vitis L.), eighteen descriptors were selectedto make cluster analysis for38Chinese wild grape species and Vitis vinifera from Chinese Ampelography.The results showed that39species had been clustered into8sections and5subsections according to thesimilarity of morphology. The first section had5species, which included V. heyneana, V. adenoclada, V.longquanensis, V. bellula and V. hui, the second section had V. bashanica and V. sinocinerea, the thirdsection had21species and consisted of5subsections, the first subsection contained V. amurensis, V.shenxiensis, V. zhejiang-adstricta, V. bryoniaefolia and V. silvestrii, the second subsection had V. retordiiand V. menghaiensis, the third subsection had V. balanseana, V. yunnanensis and V. flexuosa, the fourthsubsection had V. piloso-nerva, V. pseudoreticulata, V. wuhanensis and V. jinggangensis, the fifthsubsection contained7species, such as V. davidii, V. romaneti, V. betulifolia, V. wilsonae, V.mengziensis, V. fengqinensis and V. hekouensis, the fourth section had only V. vinifera, the fifth sectionhad V. wenchouensis, V. erythrophylla, V. piasezkii, V. ruyuanensis and V. tsoii, the sixth section had V.chunganensis, V. luochengensis and V. chungii, the seventh section had only V. hancockii, the eighthsection had only V. lanceolatifoliosa.
     Simple Sequence Repeats (SSR) and Sequence-Related Amplified Polymorphism (SRAP) wereused to analyze the genetic diversity of26genotypes from15Chinese wild grape species and oneinterspecific hybrid of Vitis L. A total of90alleles were amplified by ten SSR primers, and primerheterozygosity varied from0.653to0.883. Twelve out of169SRAP primer combinations were selectedfor SRAP analysis. A total of223bands were produced, of which208bands were polymorphic ones; theaverage percentage of polymorphic bands was93.3%. The results of clustering analysis based on SSRmarkers showed that most of the wild grapes could be distinguished at genetic similarity coefficient levelof0.74, and27genotypes could be divided into four main clusters at0.64. The dendrogram obtained with SRAP data was almost consistent with traditional morphological classification. At the geneticsimilarity coefficient of0.84,27genotypes could be separated. This also confirmed that V. heyneanasubsp. ficifolia was a subspecies of V. heyneana, and V. adenoclada alone was a species.
     Comparing sequence of MybA1gene of the different species of wild grapes native to China withPinot Noir(V. vinifera), Hetianhong(V. vinifera) and Gloire de Montpellier(V. riparia), the result showedthat extensive base deletion, insertion and substitution exsited in promotor region, intron region and thethird coding exon and exhibited rich genetic diversity between species of wild grapes. Furthermore, therewere several unique bases or mutations in the MybA1gene of wild grapes which could distinguishthemselves from others well. The construction of phylogenetic tree based on MybA1gene sequenceevolutionary tree were consistent with the result of cluster and alignment analysis of SSR molecularmarker and SRAP molecular marker, but some classification results were opposite to the the traditionalclassification method of morphology. This present a few limitations in the study which used onefunctional gene to discuss system classification, so more functional genes should be analysed in thestudy of systems of classification.
     Based on referring to a great deal of literatures, specimen and field survey, the distribution ofChinese wild grape were analyzed. The results showed that V.heyneana,V. flexuosa,V. amurensis andV. bryoniaefolia had a much wide eco-geographic distribution,24species,varieties and subspecies werewide distributed. V. hui, V. erythrophylla, V. wenchouensis, V. hekouensis, V.l o n g q u a n e n s i s, V. p i l o s o-n e r v a, V. a m u r e n s i s var.dissecta, V.wuhanensis, V. sinocinerea var.ternata, V. fengqinensis, V.jinggangensis, V. shenxiensise, V. zhejiang-adstricta, V. luochengensis, V.luochengensis var. tomentoso-nerva, V. bashanica, V. wuhanensis var. arachnoidea, V. mengziensis, V.menghaiensis, V. xunyangensis, V. romaneti var. tomentosa, V. ruyuanensis, V. a m u r e n s i s var.funiushanensis, V. davidii var. ningqiangensis, V. balanseana var. ficifolioides, V. balanseana var.tomentosa, V. yuenlingensis and V. wenxianensis were narrowly distributed and need further protection.
引文
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