不同时空尺度、不同干扰程度下色木槭天然种群遗传结构及遗传多样性研究

Knowledge of population genetic characteristics is the important prerequisite for determining silviculture operations of tree species. Tree cutting and other human activities in forest may affect genetic diversity and structure of forest tree species, and the variation patterns of genetic diversity and structure of the disturbed populations will be an important significance for making rational forest management policies like tending or thinning. Acer mono is an important accompanied tree species in the temperate Korean pine broadleaved mixed forests in Northeast China, and is a typical species that suffering strong human disturbance such as tending and thinning activity. The project aims to study the variation patterns of genetic diversity and fine-scale genetic structure of Acer mono individuals derived from different generation by nSSR analysis, combining experimental ecology and space statistics methods. It will be carried out in the populations that suffering different disturbance (e.g. non-disturbed populations in primary forest, populations disturbed repeatedly by anthropogenic activity in secondary forests and populations underwent tending and thinning) and the stands that detected evident genetic bottleneck and inbreeding effect in our previous research. The results will enrich the knowledge of genetic diversity for Acer mono natural population not only, but also provide a practical guide for making forest management base on sustainable genetic resources of tree species in Northeast China’s forest area.

种群的遗传特征是确定物种培育措施的一个重要前提。采伐和其他人类活动会影响森林树种种群的遗传多样性和遗传结构，而受干扰森林树种种群的遗传多样性和遗传结构变化格局对确定合理的抚育间伐等森林经营措施具有重要意义。色木槭是东北红松阔叶林具有标志意义的伴生树种之一，也是受抚育间伐等人类活动影响较大的代表性树种。本研究以经历不同干扰程度（未受干扰的原始林、反复干扰形成的次生林、抚育间伐林分等）以及前期研究检测出具有明显瓶颈效应和近交效应的色木槭天然种群为对象，通过nSSR分子标记技术并结合实验生态学和空间统计学的方法，研究其种群内不同更新世代个体间的遗传多样性和微尺度遗传结构的动态变化格局，并揭示其与抚育间伐等人类活动的关系。研究结果不仅能丰富色木槭遗传多样性研究成果，而且对色木槭乃至东北林区其他树种进行基于遗传多样性维持的森林资源培育措施的制定提供可操作性指南。

本项目对不同空间和时间尺度下，不同干扰程度以及具有遗传瓶颈和近交效应的色木槭天然种群内更新世代之间的遗传多样性和小尺度遗传结构的动态变化进行了研究，结果表明：（1）林下抚育活动和严重人为干扰会降低色木槭种群内个体的总数，但是在个体数量较多的种群内，其对种群总体遗传多样性的影响并不显著；（2）不同干扰程度，不同龄级的组内遗传多样性（等位基因数量NA、稀有等位基因数量NRA及总体等位基因丰度ARa）与其个体数量NO成明显正相关，均表现为在幼龄组最高，成年组最低的趋势，而排除NO干扰的指标ARb（基于最小个体数稀释的等位基因丰度）则在成年组内相对较高，说明虽然幼龄组目前拥有较高的遗传多样性，但是当种群数量减少时，遗传多样性水平仍然需要依靠成年个体来维持；（3）相对于严重人为干扰（SA）和具有林下抚育活动（UC和CC）的种群，近期未受明显干扰的种群（WA和TT）内存在明显的小尺度空间遗传结构（FSGS）；（4）不同程度遗传瓶颈和近交效应对NA、NRA和ARa的影响差异不显著，但具有中度遗传瓶颈（NIMB）的种群内ARb明显低于其他三种类型（p < 0.05）；（5）不同程度遗传瓶颈和近交效应下种群内NO、NA、NRA、NPA及ARa在幼龄组中显著或极显著高于青年组和成年组，而ARb在NIMB种群内显著低于无遗传瓶颈（NINB）、轻度遗传瓶颈（NILB）和/或近交效应（OILB）种群，且后三者之间差异不明显，结合（4）中结果，说明当种群数量下降到一定程度以后，NIMB种群的遗传多样性受影响程度要强于NINB、NILB和OILB；（6）OILB种群内均检测到了FSGS，且其不受采样个体数和幼龄组个体比例影响，而NINB、NILB和NIMB种群内的FSGS检测受采样个体数和幼龄组个体比例影响较大，说明相对于遗传瓶颈，近交效应比遗传瓶颈对种群FSGS的影响更大一些。我们的研究将对东北林区重要树种实施基于遗传资源保护与维持的森林经营管理措施，比如天然更新、人工造林、人工抚育改造等森林资源培育措施提供了可操作性指南。