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title: 西双版纳热带森林树种DNA 条形码鉴定与群落系统发育研究
author: 慈秀芹
Issued Date: 2018-5
Abstract: 物种鉴定对生物多样性保护和利用至关重要,在热带地区往往由于极大的物
种丰富度而面临挑战。随着全球气候变化和人类活动加剧,生物多样性正以前所
有未的速度发生改变,如何快速认识和发现物种,是摆在分类学家面前的严峻问
题,传统分类学由于耗时和对专家依赖程度很高而受到限制;而且热带树种往往
难以获取有花有果的标本使得即使分类学专家也难以准确把握。DNA 条形码是
指用短的、标准的DNA 序列快速准确地进行物种鉴定,大大加快了全球生物物
种的鉴定和分类步伐;同时产生的数据还可以用来构建系统发育树,解决物种之
间的系统发育关系,为从进化角度研究群落构建机制和评估生物多样性保护􁨀供
了有效途径。
为探讨DNA 条形码技术在生物多样性丰富的热带地区的应用,本研究选择
两个核心条形码rbcL、matK 和辅助条形码trnH-psbA、ITS,对西双版纳补蚌大
样地进行了树种DNA 条形码采集与研究,通过分析引物通用性和物种鉴定成功
率,评估DNA 条形码对西双版纳热带树种的鉴定能力;采取三种不同的方法构
建群落系统发育关系树,比较在拓扑结构和分支支持率上的差异,确定最优建树
方案。主要研究结果归纳如下:
1.采用样地DNA 条形码操作流程,收集了1019 个样品(包含118 份未被鉴定
的树种),扩增成功率均达到80%以上,其中核心条码rbcL 最高,其次是trnH-psbA
和ITS,matK 最低;测序成功率均达到77%以上,其中核心条码rbcL 最高,其
次是trnH-psbA,matK 和ITS 最低;以上结果说明DNA 条形码通用性较好。
2.核心条形码rbcL+matK 对西双版纳大样地物种鉴定成功率不高(60%左右),
增加补充条形码后,rbcL + matK + trnH-psbA + ITS 四片段组合可以完成大部分
物种的鉴定(BLAST:90.91%,NJ:77.89%);并分析认为属内物种多样性高(如
榕属、杜英属、木姜子属),是本研究中物种成功鉴定较低的重要原因。
3.利用样地物种DNA 条形码构建参考数据库,对118 份未被鉴定的样品进行
本地BLAST 和NJ 树分析,同时结合GenBank 中BLAST 结果,确认了大部分
物种的分类位置,仅有少数(BLAST:6,NJ:10)未被鉴定到任何分类单元,
较单纯的形态学鉴定大大􁨀高了对这些样品的认识程度。
4.形态学鉴定错误是广泛存在的问题,通过RAxML 构建的系统数发现,紫珠
属植物没有形成单系,分成的两支距离很远,一支符合其在APG 系统上的位置,
即与牡荆属、石梓属聚在一起;另一支四个木紫珠个体形成单系,与五加科靠近;
经BLAST 分析发现,与荚蒾属植物序列相似程度最高。重新检查凭证标本,经
形态学联合分析确认,样品中的四个木紫珠均为厚绒荚蒾,为样地物中增加了一
个科(五福花科)、一个属(荚蒾属)。本研究发现了厚绒荚蒾在西双版纳样地中
的分布,证实了DNA 条形码能够为新类群的发现􁨀供线索,但必须与传统分类
学相结合。
5.DNA 条形码采用的片段往往与分子系统学存在一致性,能够帮助解决类群
之间的系统发育关系。Phylomatic 是最简单、方便的简述软件,缺点是末端分支
解决能力不足,从而可能影响对群落系统发育结构和群落构建过程判断;利用
rbcL + matK + trnH-psbA + ITS 四片段组合构建超级矩阵,使用“约束树”可以
获得解决能力好、末端分支支持率高的群落系统发育关系(Constraint Barcode
Phylogeny)。
尽管DNA 条形码在西双版纳补蚌大样地的鉴定存在一定的不足,但其显示
出该地区形态鉴定困难的物种快速区分的潜力,相对于形态学分类,能够帮助研
究者以更快地速度认识生物多样性;同时能够较好地解决群落水平上类群之间的
系统发育关系,有利于群落系统发育结构的研究和生物多样性的评估,帮助从进
化角度理解和保护多样性。
关键词:DNA 条形码,热带树种,物种鉴定,群落系统发育,森林动态监测样
Degree Level: 博士
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慈秀芹. 西双版纳热带森林树种dna 条形码鉴定与群落系统发育研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2018.
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