基于遗传多样性、化学多样性及GIS分析的杜松种质资源研究

In this project, based on the systematic research of Juniperus rigida population ecology, according to the urgent requirements of protection and utilization of Juniperus rigida germplasm resources, starting with the key and difficult problems in the study of germplasm resources, using morphological markers, molecular markers(SSR and SRAP), chemical fingerprint markers (HPLC) and GIS analysis, using the integration of historical data, detailed field investigation and sampling, “common garden experiment”, chemometrics methods and related theories, Juniperus rigida population genetic structure and genetic diversity from phenotypic, molecular and physiology (chemistry) three levels are explored; the differences of chemical composition of the different parts and the changes of main chemical composition content from different main medicinal parts and regions are detected; with the antioxidation and antifungal effect as indexes, geographic variation of Juniperus rigida biological activity are studied; combined with biological data and geographic data, application of GIS and Fuzzy construction of model, the habitat suitability of Juniperus rigida germplasm resources are evaluated. This study aims to establish a database of Juniperus rigida germplasm resources and comprehensive evaluation system, explain characteristics and regularities of Juniperus rigida population genetic variation, establish a topic map of Juniperus rigida germplasm resources division, screening excellent provenance, formulate protection and preservation strategy, thereby making a basement to efficiently utilization in the future.

本项目是在对杜松种群生态学系统研究的基础上，针对杜松种质资源保护与利用的迫切需求，以及种质资源研究中的关键或难点问题入手，利用形态标记、分子标记(SSR和SRAP)、化学指纹图谱标记(HPLC)、GIS等技术，运用历史资料的整合、详尽的野外调查取样、“同质园实验”和化学计量学等多种方法，以及相关学科的理论与方法，从表型、分子、生理（化学）3个水平探讨杜松种群遗传结构和遗传多样性；检测杜松不同部位化学成分的差异和不同产地主要药用部位主要化学成分含量的变化；以抗氧化、抗真菌为考察指标，研究杜松生物活性的地理变异；结合生物数据和地理数据，应用GIS和Fuzzy构建的评价模型，对杜松种质资源进行适宜性评价。本研究旨在建立杜松种质资源数据库和综合评价体系、阐明杜松居群遗传变异特征及规律、建立杜松种质资源区划主题图、筛选出优良种源地、制定保护与保存策略，为将来的高效利用提供基础。

杜松是柏科植物中的重要树种，是东亚特有种，是分布区尤其黄土高原地区重要的水土保持树种、荒山造林树种和园林绿化树种，也是重要的蒙药、藏药、中药植物资源。开展杜松种质资源保护与利用方面的研究具有重要意义。本项目的主要研究内容、重要结果、关键数据及其科学意义等如下：. 1）明确了杜松不同部位的化学成分及其生物活性；揭示了杜松精油的抑菌机理；比较了3种刺柏属植物、野生杜松和栽培杜松、杜松雌株和雄株的化学成分及其生物活性。杜松针叶、枝也是值得开发利用的重要资源；杜松抑菌效果最好；栽培杜松抑菌效果优于野生杜松；杜松雄株抑菌能力优于杜松雌株抑菌能力。. 2）不同种源杜松遗传多样性较丰富，长白山杜松居群的遗传多样性水平最高；杜松居群遗传变异主要来源于居群内；杜松居群遗传多样性分布格局与地理分布格局密切相关；阐明了不同种源杜松针叶化学成分的差异性与其遗传多样性相关。. 3）对不同产地杜松化学成分多样性、生物活性进行了系统研究，确定了陕西府谷、吉林金华和辽宁丹东凤城3个种源地，为杜松优良种源地。. 4）对杜松化学多样性与环境因子之间的关系进行了研究，阐明了气候、土壤因子对杜松精油、酚类成分的影响，筛选出了关键影响因子。. 5）构建了杜松针叶精油GC-MS指纹图谱与酚类成分HPLC指纹图谱，明确了鉴定杜松优异种质、杜松品质评价的指示性化合物，建立了杜松种质资源的评价体系。. 6）建立了杜松种质资源圃，为后续进一步阐明杜松化学成分与遗传因子的关系、优异种质的挖掘等奠定重要基础。. 7）对气候变化下的杜松潜在分布区及其种质资源适宜性评价进行了研究，对杜松种质资源的区划及进一步认识气候变化对物种分布的影响提供依据，同时在气候逐渐变暖的情况下，如何保护杜松种质资源具有重要参考意义。. 8）根据本项目的相关研究结果，提出了杜松种质资源保护与利用对策。. 9）发表论文8篇，其中SCI收录论文7篇，1篇待SCI收录；培养硕士研究生6人。