坦桑尼亚Rungwe自然保护森林火灾对植物Morella salicifolia遗传多样性及遗传结构的影响

论文摘要

火的历史可以追溯到志留纪时期,它极大地影响了全球生态系统的构成,尤其是对植物。火对生物多样性的影响,从群落,物种水平到整个生态系统,都已经得到了广泛的研究。生物遗传多样性及遗传结构是森林生态系统中生物多样性的重要组成部分,可评估其适应生物和非生物干扰能力的大小,然而,目前火对生物遗传多样性和结构的影响的研究仍十分有限。东非坦桑尼亚的野火发生率较高,并呈逐年上升趋势,但在坦桑尼亚几乎没有进行过森林火灾影响其森林生态系统的研究,尤其是对植物遗传多样性的影响研究更是少之又少。坦桑尼亚Rungwe自然森林保护区是整个坦桑尼亚发生山火事件最多的地区。而在坦桑尼亚大多数遭受山火的山区生态系统中,Morella salicifolia是已被记录为耐火物种,本研究选择Rungwe自然保护区内遭受山火及未经历山火的区域为对照研究区域,以该山区代表植物M.salicifolia为研究对象,基于本研究所开发的微卫星分子标记开展两对照区域不同斑块的遗传多样性及遗传分化模式研究。本研究首先在研究区域内选择五个实验样点,分别标记为高火频率（Bukanda和Ilundo站点）,中等火灾频率（Ndengasombyo和Kabwe站点）和天然未燃烧过的森林（Kasemba站点）,每个样点再选择不同的斑块（种群）;然后,使用本研究所筛选的8对新开发的微卫星分子标记对来自总共17个代表种群的288个样本进行基因分型,评估其遗传多样性,观察并预期杂合性,等位基因数和有效等位基因数;此外,通过STRUCTURE聚类分析及邻接法建树,推断出种群之间的联系;最后,对可能存在的瓶颈效应进行评估。研究结果如下:（1）选择30对所开发的微卫星引物,对来自不同斑块的M.salicifolia样品进行基因分型,检验所选微卫星引物的多态性,结果显示所检验的30对微卫星引物中8对表现出稳定的扩增和高多态性,这8对引物后续被应用于研究不同火烧频率的居群的遗传多样性及遗传分化。（2）采用8对具多态性微卫星引物,我们对所有288个样本进行了遗传变异分析,发现所研究的种群具有高水平的遗传多样性（平均值He=0.655）和低的种群分化,这表明山火很可能未导致M salicifolia的遗传多样性降低。进一步对五个研究地点进行了比较分析,观察到具有较高遗传多样性的种群为Bukanda（He=0.696）,Ilundo（He=0.66）,Ndengasombyo（0.66）和Kabwe（0.64）,而Kasemba地点的遗传多样性最低（He=0.62）。因此,火灾易发地区遗传多样性较高,表明山火可能促进了居群间的分化。（3）STRUCTURE分析将17个种群分成三个组,其中组1为高火频率的种群（种群1-5）,而组2和3为轻度燃烧和未燃烧的种群的混合。同样地,UPGMA树状图将17个种群聚类成三个主要分支,经常发生火灾的区域形成比其他两个类别更加明显的分支,结果进一步支持森林火灾影响了M.salicifolia 遗传结构的结论。最后在瓶颈效应分析未检测到瓶颈事件,三个类型的研究地区中等位基因频率的分布为L形,表明这些地区在近期居群是稳定的。BayesAss软件对植物在种群间迁移率估计发现了近期迁移事件,从Ndengasombyo 到 Kasemba（0.3172）的迁移率最高,从 Bukanda 到 Kasemba的迁移率最低（0.0073）,这一结果显示了 Bukanda相较于其他居群具有较高的分化。本研究率先对山火频发的坦桑尼亚进行了山火对其植物遗传多样性的影响的究,相关的研究为进一步探讨坦桑尼亚山火对植物多样性的影响提供了案例。

论文目录

• 摘要
• abstract
• Abbreviations
• Chapter 1 Introduction
•   1.1 Background information
•     1.1.1 Fire ecology, history and implication
•     1.1.2 History of fire in Tanzania
•   1.2 Literature review
•     1.2.1 Genetic diversity and importance in ecosystems
•     1.2.2 Impact of fire on genetic diversity and structuring
•   1.3 Problem Statement
•   1.4 Justification of the study
•   1.5 Research objectives & Hypotheses
•     1.5.1 Main Objective
•     1.5.2 Specific objectives
•     1.5.3 Research Hypotheses
• Chapter 2 Development of Microsatellite Markers for Morella salicifolia
•   2.1 Introduction
•   2.2 Methods and Results
•     2.2.1 Development of Microsatellite markers
•     2.2.2 Results & Conclusion
• Chapter 3 Impact of fire on genetic diversity and structure of Morellasalicifolia in Mount Rungwe Nature Forest Reserve, Mbeya, Tanzania
•   3.1 Introduction
•     3.1.1 Responses of plant species to fire recurrences
•     3.1.2 Genetic diversity
•   3.2 Materials and Methodology
•     3.2.1 Study site
•     3.2.2 Experimental design
•     3.2.3 Plant Sampling
•     3.2.4 Associate Species Diversity
•   3.3 Study Species
•   3.4 DNA Extraction & Microsatellite genotyping
•   3.5 Data analysis
•     3.5.1 Data treatment & cleaning
•     3.5.2 Genetic Diversity & Clustering
•     3.5.3 Population Bottleneck and Contemporary migration
•   3.6 Results
•     3.6.1 Genetic Diversity
•     3.6.2 Species Diversity
•     3.6.3 Genetic Structure
•     3.6.4 Population bottleneck
•     3.6.5 Contemporary migration
•   3.7 Discussion
• Chapter 4 Conclusion and Prospects
•   4.1 Conclusion
•   4.2 Prospects
• References
• Appendices
• Acknowledgement
• Author Profile and Publications

文章来源

类型: 硕士论文

作者: Josephine Karumuna Josephat

导师: 陈进明

关键词: 森林火灾,遗传多样性,遗传结构

来源: 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,植物保护,林业

单位: 中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)

分类号: Q943;S762

DOI: 10.27603/d.cnki.gkhzs.2019.000026

总页数: 80

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