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题名: 几种秋海棠种子生物学及侧膜组分子系统研究
作者: 胡枭剑
学位类别: 博士
答辩日期: 2012-05
授予单位: 中国科学院研究生院
导师: 管开云
关键词: 秋海棠属,种子生物学,回归引种,分子系统学
学位专业: 植物学
中文摘要: 秋海棠属(Begonia L.)是泛热带分布的一个大属,广泛分布于亚洲,非洲和南美洲的热带及亚热带地区。全球有超过1400种,其中超过600种分布在亚洲,中国有接近200种,其中140余种为中国特有,在这些特有的种类中有许多处于濒危状态。本研究选取特有分布于滇中地区的石生秋海棠(Begonia lithophila C. Y. Wu)和圭山秋海棠(Begonia guishanensis S. H. Huang et Y. M. Shui)以及另外两种较为广布的秋海棠即心叶秋海棠(Begonia labordei H. Leveille)和独牛秋海棠(Begonia henryi Hemsley),对其开展了种子生物学的研究。并对特有分布于滇东南马关县古林箐的古林箐秋海棠(Begonia gulinqingensis S. H. Huang et Y. M. Shui)进行了回归引种的初步研究。本研究还对中国及越南特有的侧膜组(Begonia sect. Coelocentrum)的系统位置进行了分子系统学方面的研究。本研究的主要结果如下:1. 种子生物学,为了从种子休眠及萌发生态学角度对石生秋海棠、圭山秋海棠的濒危机制进行探讨,并为今后以种子为材料对这两种秋海棠进行保护及利用提供种子生物学方面的资料,我们对这两种秋海棠的种子进行种子生物学的研究;为了更好地发现种子萌发中可能存在的问题,我们还选取了两种分布范围较广与石生秋海棠及圭山秋海棠分布区有重叠的另外两种秋海棠属植物即心叶秋海棠(Begonia labordei H. Leveille)和独牛秋海棠(Begonia henryi Hemsley),对这四种秋海棠属植物在滇中居群的种子生物学进行了初步的研究。首次报道了秋海棠属植物种子中存在的浅生理休眠现象。并首次发现秋海棠属植物的种子萌发对硝酸盐有较强的依赖性。发现不同打破休眠的方法对这几种秋海棠属植物的种子休眠打破的效果不同,同时对不同的植物来说,其种子萌发的最适温度也不相同;对于石生秋海棠,5周室温(约20℃)下的干燥储存可以使种子在25℃下达到较高的萌发率;对于圭山秋海棠,10周室温下的干燥储存和10周的低温层积(4-5℃)效果接近,最适合的萌发温度为20℃;心叶秋海棠在15℃、20℃下的萌发率都比较高,各种打破休眠的处理对其萌发率的作用都不显著,但当萌发温度上升到25℃、30℃或是在18/25℃的变温下萌发,其萌发对硝酸钾表现出很强的依赖性,赤霉素或低温层积可以显著的促进种子在这些温度条件下的萌发率;独牛秋海棠则在各个温度条件下的萌发率都很高,各种打破休眠的手段对其萌发率也没有显著的影响。在萌发速度方面,心叶秋海棠在低温及高温下的萌发速度最慢,而在20℃或25℃下则萌发较快,同时硝酸钾显著加快了一些温度下的萌发速度;硝酸钾也在一些温度条件下加快了独牛秋海棠种子的萌发速度,同时几种打破休眠的处理也在一些温度条件下加快了独牛秋海棠种子的萌发。根据实验结果,我们认为石生秋海棠、圭山秋海棠及心叶秋海棠的种子具有浅的生理休眠,而独牛秋海棠种子的休眠状态需进一步研究才能确定。为了探讨滇中地区旱季不同时期不同温度下的间断降水对几种秋海棠的种子的影响,我们首先对四种秋海棠的种子进行不同温度下(18/25℃和5/12℃)的24小时吸水/24小时的干燥处理。发现较高温度(18/25℃)下的吸水/干燥循环显著的抑制了四种秋海棠种子在某些温度条件下的萌发;而较低温度(5/12℃)下的吸水/干燥循环则显著促进了石生秋海棠、心叶秋海棠及圭山秋海棠的种子在某些温度下的萌发。在进一步的研究中,我们将处理时间延长为2天吸水/5天干燥,发现对于石生秋海棠及心叶秋海棠的种子,较高温度(18/25℃)下的吸水/干燥循环通过诱导出种子的二次休眠显著抑制了种子在一些温度下的萌发率,而较低温度下(5/12℃)的吸水/干燥处理则打破了这两种植物种子的生理休眠。这一结果暗示,旱季早期较低温度下的间断降水有助于打破石生秋海棠、圭山秋海棠及心叶秋海棠的生理休眠;而旱季末期较高温度下的间断降水则有可能会诱导出四种秋海棠种子的生理休眠,同时暗示独牛秋海棠的种子很可能具有浅生理休眠。在休眠循环的过程中,心叶秋海棠的种子萌发对硝酸钾的依赖性逐渐加强,暗示其种子在被诱导出二次休眠而后又打破休眠的过程中对环境波动的依赖性加强;石生秋海棠的种子在二次休眠诱导再次打破的过程中,其在25℃含有硝酸钾的培养基上的萌发率始终保持较高水平,暗示其种子萌发需要一个温度较为恒定的状态,且对硝酸盐的依赖性很强。如果今后以种子为材料对这几种秋海棠进行回归引种,应避免在旱季刚刚结束,雨季刚开始降水还并不十分充分的时期进行,以免种子被诱导出二次休眠,对最初引种效果的评估造成影响。此外,应结合进一步的野外萌发实验,确定适宜种子萌发的小生境,为今后回归引种的成功实施提供进一步的理论支持。2. 回归引种初探,为了探讨对古林箐秋海棠进行回归引种及种群重建的可行性及方法,我们利用扦插繁殖苗对古林箐秋海棠进行了回归引种的初步探索。发现在生产活动干扰较大的生境,回归引种的存活率一直表现出下降的趋势,同时长势很差,没有植株进入繁殖阶段;而在生产活动干扰较小的生境中,存活率在下降到接近50%后趋于稳定,并且长势较好,有较多的植株进入到了繁殖期。这一结果暗示,当地村民生产活动可能是导致古林箐秋海棠濒危的重要原因之一。3. 分子系统学,以往关于秋海棠属的分子系统学研究已经证实,许多以往基于果实形态、胎座类型等划分的组都不是一个单系,但由于以往研究涉及侧膜组(Begonia sect. Coelocentrum)的种类较少,侧膜组的单系性一直没有定论。本研究基于分子系统学的理论和方法对中国秋海棠属侧模组的特有类群进行较多的取样,利用秋海棠属侧膜组26个种结合Genebank中84个种(主要为亚洲秋海棠种类,含另外两个侧膜组种类)的ndhA,rpbl32-trnL以及ndhF-rpl32序列的最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)分析,得到如下结论:侧膜组是一个单系类群,整个侧膜组与主要分布于马来西亚的几个组sect. Ridleyella,sect. Bracteibegonia,sect. Petermannia,sect. Symbegonia以及被放在sect. Diploclinium和sect. Reichenheimia中的马来西亚种类形成姐妹分支。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/18696
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胡枭剑.几种秋海棠种子生物学及侧膜组分子系统研究.[博士学位论文].中国科学院研究生院.2012
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