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全球生物多样性锐减,尤其是热带雨林正处于快速退化之中,生物多样性保护迫在眉睫,使得进行热带雨林树种DNA序列数据采集尤为重要。西双版纳热带森林物种丰富,是我国生物多样性保护的重点区域。结合传统的形态分类知识,基于两个核心条码rbcL与matK和补充条码trnH-psbA与ITS,对西双版纳地区的4个样地补蚌大样地(BB)、55公里季节雨林(JJYL)、植物园沟谷雨林(GGYL)和植物园绿石林(LSL)开展区域性树木条形码数据采集与研究,综合评价DNA条形码技术在热带地区的应用。本项研究对国内外热带地区DNA条形码研究具有很好的示范和推广作用,将进一步推动其他相关学科的发展。 DNA条形码在西双版纳4个样地的平均扩增成功率分别为rbcL97.6%,trnH-psbA93.6%,matK89.5%,ITS86.2%。除补蚌大样地外,3个叶绿体片段的扩增成功率都接近或高于95%,其中,55公里季节雨林样地两个核心条码的扩增成功率高达99%以上。4个片段的测序成功率也表现为rbcL>trnH-psbA> matK>ITS。补蚌大样地rbcL测序成功率高达96.3%,matK与tnH-psbA片段在4个样地中的测序成功率差异不大,ITS片段的测序成功率普遍偏低,尤以55公里季节雨林样地最为突出,仅为60.6%,明显低于其它3个样地。 基于两个核心条码rbcL和matK,对55公里季节雨林、植物园沟谷雨林和绿石林3个样地中,实验结果与样地命名存在分歧的个体进行DNA条形码重复实验,最后根据专家的再次确认,纠正了99个命名错误的个体(占实验总个体数的9.6%)。表明,在传统分类学基础上,采用DNA条形码方法可以快速有效地鉴定形态特征不明显、识别困难的物种,对植物类群复杂的热带地区具有很好的实用性。 我们采用了构建NJ(Neighbor-Joinning)树、ML(Maximum-Likelihood)树和BLAST三种方法,评价不同条码组合与不同方法之间的物种鉴定成功率。统计结果显示,不同方法的鉴定结果差异不大,在科级水平上,单个或多个条码组合的鉴定值都不能达到100%;属水平的鉴定值介于54.5%-85.5%之间;种水平的鉴定值为27.8%-70.6%,相对偏低;其中,单个片段ITS表现最佳,种和属的鉴定成功率最高可达58.1%和77.2%。与热带地区相关研究结果相比,本研究的种属鉴定值偏低,分析认为除了植物类群本身的原因外,类群包含物种数的多少,数据的处理方式和物种内的多态性也对最终的鉴定效果产生影响。 分别对西双版纳地区4个大的植物类群樟科、茜草科、桑科和大戟科构建NJ树的方法,在核心条码的基础上,依次补充trnH-psbA和ITS片段,发现除茜草科外,大戟科、桑科和樟科的种属鉴定成功率为rbcL+matK+trnH-psbA+ ITS>rbcL+matK+trnH-psbA>rbcL+matK>matK>rbcL,且4个条码的不同组合在大戟科、桑科和樟科的种或属水平的鉴别率都达到了100%。表明在两个核心条码的基础上,增加补充条码对这些热带较大类群中种属关系的解决有很大的提升作用。 研究中对四个样地分别构建4个条码的DNA数据库,同时进行正向检索和反向检索(正向检索以补蚌大样地为数据库,其他3个样地为检索对象;反之为反向检索)。结果表明,检索样地与数据库样地在物种组成,生境条件等信息越接近,物种鉴定成功率越高;其次,数据库包含物种信息的完整性与鉴定成功率之间存在明显的正相关关系。 最后,通过对比云南亚热带哀牢山地区的DNA条形码数据,发现热带地DNA条形码的鉴定表现低于亚热带地区。分析造成这种差异的主要原因在于植物类群的复杂程度,热带地区包含了许多物种分类解决困难的科属,如樟科、桑属等。片段ITS的物种分辨率在热带、亚热带乔木树种中表现最佳,但其在某些热带大类群中PCR扩增与测序成功率偏低(如樟科),导致条形码在热带森林树种中分辨率较低。 尽管DNA条形码在西双版纳地区的物种鉴定成功率较低,但其对该地区形态鉴定困难的物种可以实现科的快速准确划分,克服了许多传统分类的障碍,对物种丰富的热带地区具有很高的实用性;再者,选择合适的数据处理方法可在一定程度上提高物种鉴定成功率。因此,从样品采集、实验操作到数据处理,选择最优的处理方式,将大幅度提升DNA条形码在热带地区的实用性。