地黃屬植物物種分化及群體歷史研究

地黃屬物種存在倍性變化與生境差異，為探究地黃屬物種分化機制，本項目利用葉綠體基因與核基因分子標記分析了地黃屬物種遺傳變異的地理模式，探討了物種隔離分化成因與群體歷史，以及種間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。研究結(jié)果表明地黃屬各物種種內(nèi)種間變異豐富，但地黃與茄葉地黃共享基因庫、裂葉地黃與高地黃遺傳組成相同，建議分別予以歸并，天目地黃與湖北地黃關(guān)系密切，二者關(guān)系仍待進一步澄清。地黃屬是單系群，葉綠體與ITS基因片段支持天目地黃是基部類群，而單拷貝核基因證據(jù)支持裂葉地黃是原始類群，這種差別可能與基因進化規(guī)律有關(guān)，也可能是頻繁的種內(nèi)雜交的影響。地黃屬分化于第三紀末期，各物種在歷史上（約10萬年前）受冰期影響群體大小下降，而后隨著氣候變暖而擴張。群體歷史模擬支持本屬符合快速輻射的成種模式，多種分子標記均表明二倍體種間歷史上曾存在基因交流；但四倍體物種（地黃）的起源仍需進一步研究。綜合遺傳、繁殖與生理等研究結(jié)果，我們認為高度遺傳分化、生殖隔離與特異的生境適應(yīng)性是地黃屬物種穩(wěn)定性維系的關(guān)鍵因素。

物種群體進化歷史研究能夠讓我們更深刻地了解物種地理分布格局形成的原因以及新物種產(chǎn)生的機制。地黃屬植物既存在異域分布、鄰域分布形式又存在多倍化現(xiàn)象，是驗證異域成種、鄰域成種與多倍化成種等多種機制獨立或聯(lián)合作用的極好材料。我們根據(jù)現(xiàn)有資料提出地黃屬地理分布格局形成的三種理論假設(shè)（異域-快速輻射、鄰域成種、異域-鄰域-雜交多倍化成種）。本項目通過野外調(diào)查取樣，利用單親遺傳的葉綠體基因和雙親遺傳的核基因序列以及中性進化的核微衛(wèi)星（EST-SSR）遺傳標記，依據(jù)分子群體遺傳學(xué)分析方法研究該屬植物的物種形成，檢測物種分化過程中基因流存在的可能性，揭示其遺傳變異的地理分布式樣，檢驗物種分化的各種理論假設(shè)，探討地黃屬植物現(xiàn)有地理分布模式的成因及其與過去全球氣候環(huán)境變遷的相關(guān)性。

地球上任何一種植物都是由許多個體組成，這些個體在地表總是占據(jù)著一定的區(qū)域。我們把占據(jù)著一定環(huán)境空間的同一種植物的個體集群叫做植物種群。換句話說，植物種群就是特定空間同種植物的集合體，其基本構(gòu)成成分是有潛在互配能力的個體。種群是由個體組成的，但是當生命組織進入到種群水平時，生物的個體已成為較大和較復(fù)雜生物體系中的一部分，此時，作為整體的植物種群出現(xiàn)了許多不為個體所具有的新屬性，如種群數(shù)量、年齡結(jié)構(gòu)、分布格局等特征。植物種群是植物物種在自然界中存在的基本單位，植物物種的演化單位，又是植物群落的基本組成單位，同時也是生物資源開發(fā)、利用和保護的具體對象。因此，種群已成為當前生態(tài)學(xué)中一個重要研究對象。它有著自己獨有的特征。