濒危植物海南龙血树居群遗传特征和环境适应性研究

Dracaena cambodiana, endemic to Hainan Island in China, is one of two producers of 'longxuejie' and one of the most popular and precious ornamental trees in China. Recently, due to the commercial collection, destruction of its original habitats and failure of population regeneration, D.cambodiana is listed as one of the state-protected three-grade rare and endangered plants as a rare and vulnerable tree in China. But many basic studies on its endangered mechanism and conservation genetics did not carried out. The main research contents in this project are as follows: 1.Population hereditary features of D. cambodiana will be estimated by SSR markers, which mainly include the extent of population genetic diversity and genetic structure among populations, the spatial and time distribution pattern of genetic variation within populations, and genetic erosion for progenies. 2.With the help of study results of population mating systems, the intrinsic reasons for population hereditary features will be discussed; 3.Combined with the phenotypic variations and ecological factors among populations and study results on plant Nutrition, the environmental adaptability of D. cambodiana population will be discussed at the molecular level, the environmental factors leading to hereditary features of D.cambodiana populations will be analysed. All the results will contribute to the illumination of endangered mechanism of D. cambodiana populations, and the reasonable conservation strategies for D. cambodiana will be suggested.

海南龙血树在中国仅分布于海南，是目前国产龙血竭的两种主要基源植物之一，也是我国名贵的观赏植物。由于遭受掠夺性采挖、原生境破坏和种群更新失败，海南龙血树已被列为中国3级稀有濒危保护植物,但关于该物种的濒危机制、保护遗传学等方面的很多基础性研究工作尚未开展。本项目主要的研究内容包括：1、应用SSR标记技术研究海南龙血树的居群遗传特征，包括遗传变异及其在居群间的分布式样、居群内的空间分布式样和时间分布式样、以及居群子代遗传侵蚀情况等；2、通过对居群交配系统的研究，深入探讨造成居群遗传特征的内因；3、结合对居群生态因子差异、形态学和植物营养学的研究结果，深入探讨居群的环境适应性以及形成居群遗传特征的关键生态因子。项目的研究结果将能从居群遗传学角度系统阐述海南龙血树的濒危机制，进而提出合理的保护策略。

海南龙血树为我国稀有濒危保护植物，为系统了解它的濒危机制，本项目在充分野外调查取样并获得较全面的野外数据的基础上，通过传统方法和分子生态学技术相结合，以海南龙血树保护遗传学为主线，开展了种群生态学、生殖生态学和种群分子生态学等方面的相关内容研究。. 研究结果表明：1、海南龙血树对Ca有很强的嗜好性。2、种群属Deevey-Ⅰ型，现有生境对幼龄个体的环境筛作用较强。3、海南龙血树居群内部的叶片表型多样性低，而居群间的叶片形态差异显著，发生显著的生境分化。4、海南龙血树种子属生理休眠，是适应环境的表现，但是，种子萌发对环境依赖性强，现有 “濒危生境”使其更新失败。5、幼苗有较好的光照和水分变化适应性，但现有生境使幼苗难以度过干旱季节。6、基于自主开发的SSR引物，海南龙血树居群遗传多样性低，居群水平的杂合子过剩。7、居群间遗传分化显著，基因流少，但不存在显著的遗传隔离。进一步分析发现，海南龙血树居群间的遗传变异呈生境特化模式，发生了显著的本地适应性趋异。8、在海南龙血树居群遗传变异本地趋异化过程中，自然选择压力的因子包括土壤有机质、N、Ca、年日照时数和极端低温。这种本地趋异化现象已表现在植株形态上。9、居群个体均为聚集分布，部分居群空间遗传结构较强；居群不同世代间的遗传变异差异大，但没有遗传分化或不显著；大部分居群存在遗传衰退现象。10、子代遗传多样性低，子代存在遗传侵蚀现象，这与现有居群近交或自交密切关系。海南龙血树为混交植物，居群不同世代存在较高的异交率，但现有居群交配系统趋于自交或近交。. 分析认为，人类活动干扰和人为破坏是海南龙血树濒危的重要外因；处于“濒危生境”，生殖过程受阻，居群自然更新失败，是濒危的内因和主要原因之一；海南龙血树居群的本地适应趋异过程降低了遗传多样性，是濒危的根本原因。基于上述研究成果，我们提出七条海南龙血种群保护策略。上述研究成果对指导苗木生产种植也具有较好的科学意义。