南亚顶鳞苔Acrolejeunea sandvicensis地理分布格局研究

论文摘要

随着全球气候的变化及生态环境的日趋恶化,生物多样性保护越来越受到世界各国的重视,保护的重点在于特有及濒危类群。而特有种由于分布区域狭窄、野外种群较小而极易变成濒危种。因此,加深对生物特有现象的认识和理解对生物多样性保护至关重要。在全球范围内,苔藓植物的特有率相对于被子植物都比较低,最新的观点认为是由于苔藓植物具备高效的传播能力,其特有现象只是一个短暂的过程。但是,关于苔藓植物传播性能的认识有两种不同的观点,一种观点认为苔藓植物具有高效的远距离传播能力,而基于全球苔藓分布数据的分析却认为海洋阻隔了苔藓植物的长距离传播。因此,正确认识苔藓植物传播性能是对其保护的前提,而对生物间断分布现象的研究则是理解其传播性能的一个重要手段。南亚顶鳞苔在东亚地区广泛分布,且远距离间断分布到夏威夷及南太平洋地区,表明了其具有较强的传播能力,但是该种却未能分布到美洲、欧洲及非洲地区。鉴于东亚与北美之间较近的植物亲缘关系,传播似乎是导致这一分布格局的主要原因。因此,通过对该种地理分布格局成因的研究将有助于更好理解苔藓植物的传播性能。本文以南亚顶鳞苔为研究材料,通过对来自10个国家的该种形态学的研究及历史标本的重新鉴定,首先确定其当前地理分布范围,然后进行全面的分子取样;利用叶绿体基因片段trn L-trn F、trn G及核基因ITS,采用ML和BI方法构建顶鳞苔属系统发育树,确定该种的物种地位;利用祖先区域重建及分化时间估计,探究该种的起源与迁徙路线;通过对该种全球潜在分布位点的预测及其传播能力的检验,解释该种当前地理分布格局成因,了解其传播性能。主要研究结果如下:1.根据对南亚顶鳞苔馆藏在BM、NICH及PC历史标本的重新鉴定,排除了该种在柬埔寨、马来西亚、塔希提和新喀里多尼亚的分布,确定了该种当前分布范围,主要包括中国、不丹、印度、锡金、尼泊尔、巴基斯坦、日本、韩国,泰国和越南北部,并间断分布到夏威夷。2.根据分子系统学研究证据,该种夏威夷居群镶嵌于东亚居群内,并与广西和海南居群具有较近的亲缘关系,表明夏威夷居群虽分布较远但并未表现出较强的遗传分化及可能的“隐形种”现象;利用PCo A及Mantel检验分析该种遗传距离与形态特征及地理距离之间关系,发现其遗传距离与地理距离及形态特征之间不具相关性。3.基于ITS、trn L-F、trn G三个联合片段的祖先区域重建、分化时间估计并结合化石证据,表明该种在第三纪温暖时期起源于泛北极地区,随着冰期的发生逐渐向南迁移,于36.50 Ma扩散到中纬度地区（23°26′30°N）,并在1.12 Ma由中纬度地区（23°26′30°N）或者高纬度地区（30°66°34′N）长距离传播到夏威夷;基于trn L-F、trn G片段构建的单倍型网络图的各区域与分化时间树的各支基本一致,祖先单倍型由山东、云南、浙江、陕西、江西、湖北、福建、安徽、广东、湖南等居群共享。4.基于对该种全球潜在分布位点的预测,发现该种在亚洲、美洲、非洲及大洋洲均有适生的生境,在中国适生度最高,故推测该种目前的全球分布格局是由于其传播的限制所导致。5.利用2个叶绿体片段,检测到南亚顶鳞苔在全球范围内表现出较低的遗传多样性,该种23个居群的单倍型多态性h为0.8744,核苷酸多态性π为0.00273,Nm=0.2;此外,AMOVA分子变异分析表明,该种世界范围内的居群间分化水平较高,达58.41%,居群间的遗传分化系数Fst=0.5841,并且Nst=0.6308>Gst=0.5435（P<0.01）,表明具有显著的地理隔离,表现出较弱的传播能力;当去除岛屿和国外居群后,该种的居群间的遗传分化系数Fst=0.4955,并且Nst=0.4939>Gst=0.4287（P<0.01）,表现出一定的传播能力。根据对该种形态学数据分析,发现该种在中国不同纬度带的带叶宽、背瓣长宽、孢子长宽、孢子数、孢子纹饰几乎都没有显著性差异,但岛屿的孢子显著地比大陆孢子大、数量少,表明该种在大陆内的传播能力较强,岛屿居群的传播能力下降。通过对南亚顶鳞苔地理分布格局的分析,发现该种虽然表面上看似具有较强的远距离传播能力,但实际情况并非如此,海洋阻隔了该种的跨洋流长距离传播,进一步表明苔类植物的孢子由于对紫外线的较弱抵抗力,从而很难借助高空气流进行远距离传播。

论文目录

摘要

Abstract

第一章前言

1.1 生物多样性保护意义及苔藓植物保护现状

1.2 苔藓植物在生态系统中的重要价值

1.3 我国苔藓植物保护研究现状

1.4 苔藓植物传播性能研究进展

1.5 苔藓植物间断分布现象研究进展

1.6 南亚顶鳞苔的概况

1.7 夏威夷岛概况

1.8 基于Maxent的植物潜在分布区预测

1.9 研究内容

1.10 研究目的及意义

第二章实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 南亚顶鳞苔的分子系统学研究及分子材料的形态学特征统计

2.2.2 南亚顶鳞苔的起源与分化

2.2.3 南亚顶鳞苔全球潜在分布位点的预测

2.2.4 南亚顶鳞苔传播性能的检验

第三章实验结果

3.1 南亚顶鳞苔地理分布位点的确定

3.2 南亚顶鳞苔的分子系统学研究及形态学特征统计

3.2.1 南亚顶鳞苔的系统发育研究

3.2.2 南亚顶鳞苔分子材料的形态特征研究

3.3 南亚顶鳞苔的起源与分化

3.3.1 南亚顶鳞苔的分化时间估算

3.3.2 南亚顶鳞苔的祖先地重建

3.3.3 南亚顶鳞苔的单倍型分布

3.4 南亚顶鳞苔的全球潜在分布位点的预测

3.4.1 现在的潜在分布区

3.4.2 环境变量贡献值

3.4.3 生境偏好

3.5 南亚顶鳞苔传播能力的检验

3.5.1 从形态学角度对南亚顶鳞苔传播性能进行检验

3.5.2 从分子角度对南亚顶鳞苔传播性能进行检验

第四章结论与讨论

4.1 南亚顶鳞苔的物种地位及地理分布的确定

4.2 南亚顶鳞苔的地理分布格局成因

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录Ⅰ 附表和附图

附表1 用于系统发育、分化时间、祖先地重建、传播能力验证的样品信息

附表2 用于南亚顶鳞苔预测模型样品信息

附表3 用于南亚顶鳞苔形态学分析的样品信息

附表4 南亚顶鳞苔分子数据标本形态学特征统计

附表5 南亚顶鳞苔各居群分化时间

附表6 浅棕顶鳞苔cpDNA单倍型类型特征

附表7 南亚顶鳞苔cpDNA单倍型类型特征

附表8 南亚顶鳞苔单倍型组成，单倍型多态性（h）和核苷酸多态性（π）

附表9 浅棕顶鳞苔单倍型组成，单倍型多态性（h）和核苷酸多态性（π）

附表10 浅棕顶鳞苔不同居群间的Fst比较矩阵

附表11 南亚顶鳞苔不同居群间的Fst比较矩阵

附图1 南亚顶鳞苔不同居群的形态特征

附图2 基于DEC和S-DEC模型的祖先地重建

附图3 主要限制南亚顶鳞苔分布的四个主要气候因子分布图

附录Ⅱ 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙莉玮

导师: 王健

关键词: 南亚顶鳞苔,间断分布,生物地理,传播性能,形态学,夏威夷

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华东师范大学

基金: 国家自然科学基金《中国濒危苔藓植物的甄别及种质资源超低温保存研究》

分类号: Q948

总页数: 128

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南亚顶鳞苔Acrolejeunea sandvicensis地理分布格局研究

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