公路阻礙作用對(duì)古爾班通古特沙漠南緣羽毛針禾種群基因流的影響

張麗霞　張霞　王紹明　楊美玲

摘要：以新疆古爾班通古特沙漠南緣3條典型沙漠公路兩側(cè)的羽毛針禾（Stipagrostis pennata）為研究對(duì)象，利用17對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記（又稱為簡(jiǎn)單重復(fù)序列，簡(jiǎn)稱SSR），探討公路對(duì)阜康、沙灣和148團(tuán)3個(gè)種群基因流的影響。單因素方差分析結(jié)果表明，平均等位基因數(shù)、有效等位基因數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)、觀測(cè)雜合度、預(yù)期雜合度和Neis多樣性指數(shù)在阜康種群和148團(tuán)種群間整體上存在顯著差異，在阜康種群和沙灣種群間均不存在顯著差異，在沙灣種群和148團(tuán)種群間只有觀測(cè)雜合度存在顯著差異，其余遺傳多樣性指標(biāo)在沙灣種群和148團(tuán)種群間均不存在顯著差異;遺傳分化系數(shù)和基因流在3個(gè)種群的兩兩間均存在顯著差異。從長(zhǎng)遠(yuǎn)上看，公路對(duì)羽毛針禾種群間的基因流起到一定的阻礙作用，此外，種群間的基因流還受到農(nóng)田開墾和水庫修建的影響。

關(guān)鍵詞：羽毛針禾;基因流;公路阻隔;古爾班通古特沙漠

中圖分類號(hào)： S759.95文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）09-0104-06

基因流是指種群間及種群內(nèi)的基因通過生物個(gè)體或者其配子體等遺傳物質(zhì)，隨著攜帶者從一個(gè)群體流動(dòng)到另一個(gè)群體而產(chǎn)生的基因流動(dòng)。如果種群間的基因流高，最后基因頻率會(huì)變得一致，基因流趨向于阻止種群之間產(chǎn)生遺傳上的差異。大多數(shù)關(guān)于植物基因流的研究認(rèn)為，地理隔離是影響植物種群遺傳結(jié)構(gòu)的主要因素之一[1-4]。種群的物理隔離，無論是自然隔離（高山、峽谷、河流、湖泊和冰川），還是人為造成的隔離（例如公路、隧道和墻壁），都造成了適宜生境的不連續(xù)性，這可能會(huì)限制或阻止基因流動(dòng)，最終導(dǎo)致隔離的種群間出現(xiàn)較高的遺傳分化[5-12]。此外，植物種群的基因流也可能是由其他生物學(xué)特性或進(jìn)化過程引起的，如傳粉生物學(xué)特性[13]、交配系統(tǒng)[14-15]、種子散布方式[16]、花期或傳粉媒介（花粉交換只能發(fā)生在擁有共同傳粉媒介且同時(shí)開花的個(gè)體間）[17]、氣候因素（如風(fēng)速和風(fēng)向、晝夜溫度、光和空氣相對(duì)濕度）[18-20]等。羽毛針禾（Stipagrostis pennata）為多年生草本植物，具有抗旱、耐風(fēng)蝕、耐沙埋的特點(diǎn)，是一種生長(zhǎng)在古爾班通古特沙漠南緣流動(dòng)、半流動(dòng)沙丘或沙壟上的優(yōu)秀的固沙植物。長(zhǎng)期以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，古爾班通古特沙漠南緣羽毛針禾種群受到公路工程、引水工程、石油開采、農(nóng)田開墾等不同程度的擾動(dòng)，造成連續(xù)種群分化成不連續(xù)的亞種群，限制或阻止了其基因流動(dòng)，導(dǎo)致種群間出現(xiàn)遺傳分化。本研究利用簡(jiǎn)單重復(fù)序列（simple sequence repeats，簡(jiǎn)稱SSR）分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)新疆準(zhǔn)噶爾盆地典型沙漠公路兩側(cè)的羽毛針禾亞種群進(jìn)行研究，探討沙漠公路工程對(duì)羽毛針禾遺傳信息的影響，對(duì)理解羽毛針禾植物種群的動(dòng)態(tài)及設(shè)計(jì)合理的管理策略以有效保護(hù)羽毛針禾類植物有重要的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于古爾班通古特沙漠南緣，其地理位置是44°27′37.3″N～44°45′33.0″N，85°37′47.5″E～88°51′7.9″E。3條沙漠公路中對(duì)阜康（簡(jiǎn)稱FK）種群起阻隔作用的是國道216線五彩灣—大黃山高速公路段。該段于2011年4月至2013年10月修建，起點(diǎn)位于火燒山岔路口附近，終點(diǎn)為幸福路口立交，主線全長(zhǎng)101 km，為四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為120 km/h。該公路段于2013年12月通車，省道201線是克拉瑪依至榆樹溝公路，簡(jiǎn)稱克榆公路。該公路起點(diǎn)為克拉瑪依市，止于昌吉市榆樹溝鎮(zhèn)，全長(zhǎng)254 km，擬設(shè)計(jì)車速為 100 km/h、路基寬度為25.5 m的標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)公路。該項(xiàng)工程的建設(shè)時(shí)間是2003年8月至2006年11月，2006年12月通車。對(duì)沙灣（簡(jiǎn)稱SW）種群起阻隔作用的S201公路段位于四道河子鎮(zhèn)，省道204線是從莫索灣至石河子的公路。該公路的起點(diǎn)為莫索灣，經(jīng)149團(tuán)、148團(tuán)、六戶地，止于石河子市。該公路建于1966年，路面問題嚴(yán)重，擁包、坑槽多，平整度差。在2010年和2013年分別對(duì)該公路進(jìn)行施工養(yǎng)護(hù)。對(duì)148團(tuán)種群起阻隔作用的S204公路段位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師148團(tuán)，其中阜康種群為南北走向，各亞種群周圍沒有農(nóng)田;沙灣種群的沙漠公路為東西走向，各個(gè)亞種群周圍有農(nóng)田;148團(tuán)種群的沙漠公路為南北走向，各亞種群周圍有水庫和農(nóng)田。

1.2 野外取樣

于2014年5月16—18日、2015年5月9—24日，在阜康、沙灣和148團(tuán)3個(gè)羽毛針禾種群公路的兩側(cè)，選擇左右對(duì)稱、走勢(shì)較好的沙丘，3個(gè)種群每側(cè)選取的亞種群數(shù)在阜康、沙灣、148團(tuán)分別為6、4、3個(gè)，同側(cè)亞種群的間隔為5～8 km，每個(gè)亞種群取20叢。前人的研究結(jié)果表明，種子散布和花粉擴(kuò)散大概輻射在距其母株4 m的范圍內(nèi)，因此，為了避免采集到近親繁殖的植株，株叢間距設(shè)為5 m以上。采集新鮮、幼嫩的葉片，就地用硅膠干燥后保存于自封袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室后于 -20 ℃ 保存。用全球定位系統(tǒng)（GPS）定位儀記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度及海拔。樣地分布示意見圖1。

1.3 基因組DNA的提取

參照天根生化科技（北京）有限公司的新型植物基因組DNA提取試劑盒的說明書，并稍加改動(dòng)（在漩渦儀上振蕩的時(shí)間、離心時(shí)間和在室溫下放置的時(shí)間延長(zhǎng)到原來的2倍）提取羽毛針禾基因組DNA。

1.4 SSR擴(kuò)增及產(chǎn)物的檢測(cè)

參考已發(fā)表的羽毛針禾[21-22]、野生水稻[23-25]的SSR引物，共篩選出17對(duì)擴(kuò)增效果好、多態(tài)性高的引物（表1），由上海捷銳生物工程公司合成。PCR擴(kuò)增反應(yīng)體系（10 μL）：6 μL 2×Taq PCR Master Mix，0.5 μL正向引物，0.5 μL反向引物，2 μL ddH2O，1 μL模板DNA。反應(yīng)程序：94 ℃預(yù)變性 5 min;94 ℃變性45 s，50 ℃退火45 s，72 ℃延伸1 min，共36個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min。擴(kuò)增產(chǎn)物用6%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)，銀染。