Intra-population Genetic Structure of Camellia hengchunensis Chang 恆春山茶之族群內遺傳結構 Intra-population Genetic Structure of Camellia hengchunensis Chang 林均雅，謝長富 台灣大學生態學與演化生物學研究所 研究目的 圖一、樣區位置圖(a)及141株恆春山茶在欖仁溪樣區內植株分布圖(b) 小樹群(胸徑<2cm) 成樹群(2≤胸徑<6cm) 老樹群(胸徑≥6cm) (a) (b) 200 300 100 1.以microstaellites分子標記探討小空間尺度中植物族群內遺傳結構之可行性。 2.恆春山茶族群內遺傳結構之空間特性。 3.結合族群之遺傳歧異度、遺傳結構與空間分佈類型，針對恆春山茶族群結構與種 子傳播上的之特性，嘗試探討以下兩個假設： (1)當種子傳播受限，且成株密度不高時，小尺度下的遺傳相似性較高且顯著。 (2)在族群結構呈現反J型或L型，即幼齡植株數量較多時，在小尺度下其遺傳相似 性會較高，大尺度下遺傳相似性較低。且此趨勢隨徑級增加而衰退。 材料與研究區域 恆春山茶基本資料 1.侷限分佈於南仁山區之台灣特有種。 2.多年生小喬木。 3.僅觀察到昆蟲(蜂類)傳粉，且種子為重力傳播，並無二次傳播之記錄。 1.台灣南部南仁山區於1990年起所陸續建立之欖仁溪永久樣區，範圍6.6公頃 (圖一) 。 2.永久樣區內各植株均有完整的空間資訊。 3.恆春山茶於欖仁溪永久樣區內共141株，族群徑級結構呈更新良好的反J型， 僅分佈於迎風區域，成株密度16.81株/公頃。 研究區域 遺傳歧異度 表一、遺傳歧異度 Shannon Nei Gst Nm 欖仁溪樣區內 平均 0.2707 0.1587 0.0236 20.6892 標準差 0.1947 0.1404 方法與分析 南仁湖與欖仁溪 平均 0.2644 0.1542 0.0761 6.0734 標準差 0.1928 0.1383 1.永久樣區內恆春山茶每一單株均採樣，共得141個樣本，另於南仁湖樣區附近 採12單株為對照樣本。 2.分析時，徑級依照植株開花情形不同加以切分，胸徑<2cm之植株尚無繁殖能 力，為小樹群(n=29)；胸徑介於2至6cm者開花個體最多，為成樹群(n=82)； 胸徑大於6cm之植株開花能力明顯下降，為老樹群(n=30) 。 以Ueno et al. (1999)為日本山茶發展出的四對nrDNA微衛星 (microsatellites)引子進行PCR擴增片段。擴增產物以GeneScan技術電泳後，經GeneScan軟體以內插法計算得到產物長度進行分析。實驗皆重複一次進行確認。 1.空間分析 以Ripley’s K spatial analysis進行分析。 2.遺傳歧異度分析 遺傳歧異度以Shannon’s information index, Nei’s gene diversity, Coefficient of gene differentiation (Gst), Estimate of gene flow (Nm)代表。 3.遺傳結構分析 以Tanimoto distance計算不同空間尺度下成對植株的遺傳距離。 取樣 基因型態分析 資料分析 * Shannon = Shannon's Information index * Nei = Nei's gene diversity * Nm = estimate of gene flow from Gst. Nm>1則基因交流未受阻隔，易使遺傳結構均值化 * 樣區內的Gst值由東西兩山頭的植株互相比較計算而得 1.同為分布狹隘的種類，相較於南鳳山地區台灣山茶族群的遺傳歧異度(Shannon指數0.161，Nei指數0.108) ，恆春山茶的遺傳歧異度較高。相較於台灣原始觀音座蓮在烏來及蓮華池的族群(Shannon指數0.409，Nei指數0.262)而言恆春山茶的歧異度則較低。 2.由基因分化指數值可知欖仁溪樣區內族群未有明顯分化，應仍屬同一族群。甚至南仁湖樣區的樣本與欖仁溪樣區的族群分化亦不明顯。台灣粗榧的Nm值為2.4486，台灣原始觀音座蓮的Nm值為9.171，恆春山茶介於其間。 圖三、以Tanimoto distance計算不同空間尺度下植株間的遺傳距離 為在各空間尺度下Tanimoto distance平均值 為5%隨機區間(經位置隨機置換1000次後所得) 遺傳結構 結果與討論 空間分佈 圖二、Ripley’ K 空間分布類型分析圖 為計算所得之分布類型數值，值大於隨機區間為 群聚分布，落入隨機區間則為隨機分布(根據公式計算 所得) 為5%隨機區間 為1%隨機區間 所有植株在任何空間尺度下皆呈現聚集分布(d)。 在分為三個徑級之後 小樹群在半徑小於5公尺的距離尺度內，皆呈現隨機分布，而在半徑大於或等於5公尺時，皆呈現聚集分布(a) 。 成樹群無論在任何距離尺度下皆呈現聚集分布(b) 。 老樹群在半徑小於10公尺的距離尺度內，皆呈現聚集分布，而在半徑大於或等於10公尺時，呈現聚集分布(c) 。 全部植株在較小的空間尺度下其遺傳距離顯著較小(60m以內)，在60m~165m尺度下落入隨機區間內，在較大的空間尺度下(165m~255m)其遺傳距離顯著較大。 在分為三個徑級後 成樹的表現與全部植株近似，但遺傳距離顯著較大及較小的空間尺度較小(30m以內及165m以上)。小樹與老樹則大多落入隨機區間。 故結果假設(1)相符，與假設(2)則不盡相同。