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蕨类植物若干自然杂交种形成及其分子鉴定技术研究

蕨类植物若干自然杂交种形成及其分子鉴定技术研究

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作者：刘子玥哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

蕨类植物作为陆地上古老而复杂的一大类群,其物种的形成和进化备受关注。由于其复杂的倍性,和多种繁殖方式,导致自然杂交事件频繁发生,然而过去确定一个物种是否为杂交种,往往取决于形态学上的差异,即通过直观的形态描述,通过形态上的过... 详细信息

蕨类植物作为陆地上古老而复杂的一大类群,其物种的形成和进化备受关注。由于其复杂的倍性,和多种繁殖方式,导致自然杂交事件频繁发生,然而过去确定一个物种是否为杂交种,往往取决于形态学上的差异,即通过直观的形态描述,通过形态上的过渡,来探寻自然杂交种以及其亲本起源。但并没有将分子数据、细胞学数据广泛的应用到蕨类植物自然杂交种的验证研究中。因此本文选取鳞毛蕨科(Dryopteridaceae)泡鳞亚属(Dryopteris ***)中变异鳞毛蕨组(***)、泡鳞鳞毛蕨组(***)以及假复叶耳蕨组(***)的共9个种作为主要实验材料,选取两条叶绿体DNA片段,即演化速率较慢的编码区序列rbcL片段和演化速率较快的非编码序列trnL-F,以及一条低拷贝的核DNA序列PgiC片段作为分子证据,明确系统发育关系;同时结合形态学(扫描电镜下的孢子的形态、光学显微镜下的气孔大小、孢子体形态比较)、生殖生物学(孢子培养)、细胞学(直接压片法、流式细胞仪检测倍性)等实验方法进行研究分析,探讨自然杂交种的起源和亲缘关系,了解其发生机制。首次发现了德化鳞毛蕨(***)、黑足鳞毛蕨(***)的杂交起源,以及以裸叶鳞毛蕨(***)和吉首鳞毛蕨(***)为双亲的自然杂交种,获得实验结果如下:德化鳞毛蕨是以霞客鳞毛蕨(***)为母本,变异鳞毛蕨(***)为父本的自然杂交种,其孢子可育,在配子体时期产生大量颈卵器而未发现精子器,因此德化鳞毛蕨可能通过无融合生殖中的孤雌生殖繁殖下一代;再将实验结果结合倍性分析,发现德化鳞毛蕨有可能会成为证明三倍体循环假说的“好”种。黑足鳞毛蕨是以红盖鳞毛蕨(***)和阔鳞鳞毛蕨(***)为亲本的自然杂交种。然而由于自然杂交种与亲本的反复回交,导致了基因的渐渗,进而得到了红盖鳞毛蕨、阔鳞鳞毛蕨既可以做父本又可以做母本的结论;而长期的基因渐渗也可能会导致杂交种逐渐纯化了来自双亲的遗传信息,而趋于“纯”种的状况。结合裸叶鳞毛蕨和吉首鳞毛蕨的分布区域,根据核DNA结果分析,认为在武陵山区有他们的疑似杂交种所形成的杂交带;然而结合叶绿体DNA分析,却发现杂交种以及亲本之间,三者的分化并不明显,因此有另外一种可能性存在,即由于基因的渐渗或者染色体倍性的变化,导致了裸叶鳞毛蕨分化为吉首鳞毛蕨和Dryopteris sp.。对鳞毛蕨科泡鳞亚属的自然杂交种进行研究,不仅可以为梳理一些复杂科的系统进化关系提供必要佐证,也可以解决由杂交种的过渡形态而导致的分类困难的问题,同时又为物种的形成和网状进化,提供必要的基础资料,进一步为物种的保护和繁育工作提供理论依据和技术支撑。

关键词：泡鳞亚属自然杂交亲本起源物种形式遗传方式

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