基于GIS技术的岷江百合本底数据库的构建与研究

第一章 绪论

1.1 岷江百合资源及利用研究进展
岷江百合生性强健，极耐寒，亦耐盐碱，抗病性强，具有很高的观赏及药用价值，并且由于其具有很高的抗逆性，在杂交育种工作中也一直是育种工作者所亲睐的杂交亲本。目前针对岷江百合资源的研究主要集中在资源育种、生理及形态学和资源调查研究等方面。
1.1.1 育种研究
岷江百合对于病毒病害具有较强的抗性，1903 年 Wilson 收集并命名了岷江百合，之后英国和美国先后引进该物种，曾拯救了西方百合危机。在国内百合育种中，岷江百合对喇叭型百合和麝香百合杂种系都有重要基因贡献，因此也一直为育种工作者所重视。杨利平等(1998)将抗性强的条叶百合(Lilium callosum)和岷江百合进行种间杂交，获得的杂种后代结实率为 26%，并且杂种幼苗根系发达，生命力较强。黄济明(1998)将花大、抗性强的岷江百合与花瓣反卷、可以食用的川百合(Lilium davidii)进行种间远缘杂交，采用切割花柱后授粉的方法获得了岷江百合×川百合种间远缘杂交种。在岷江百合无性繁殖育种方面，国内也有很多学者做了相关工作。孙晓梅等(2001)在岷江百合组培繁殖试验中，指出在相同的温度、湿度等外界条件下，选择颗粒饱满、胚清晰、度过休眠期的成熟种子作为培养材料能取得较好的试验效果，适宜的培养基为 1/2MS+蔗糖 30g/L+琼脂6g/L，适宜的 pH 为 5.8-6.2。许宝辉(2003)分别用岷江百合的子房和叶片进行组织培养试验，结果发现用子房比叶片更易诱导成苗且诱导效果较好，诱导子房膨大和出芽的最佳激素浓度为 BA1.0mg/L+NAA0.5mg/L。张克中等(2003)对岷江百合雄性不育突变体无性系‘白天使’小孢子败育的过程进行了显微观察，推测减数分裂及绒毡层行为的异常共同导致了其小孢子的败育。陈丽静等(2010)以‘白天使’鳞片为外植体，就不同因素对‘白天使’离体快繁的影响进行探讨，指出不同质量浓度的植物生长调节剂对‘白天使’的离体快繁会产生较大影响。辛培尧等(2007)以岷江百合新鳞茎为材料进行组培繁殖试验，指出MS+NAA0.05mg/L+6-BA 2.0mg/L 为岷江百合最佳不定芽诱导培养基，1/2MS+IBA0.5 mg/L +活性炭 1g/L 为最佳生根培养基，这与常立(2004)的研究结果不一致，常立认为最佳芽诱导培养基为 1/2MS+BA 1.0mg/L+NAA 0.1mg/L，最佳生根培养基为 1/2MS+IBA 0.1mg/L+NAA0.1mg /L。常立(2004)以岷江百合鳞片为外植体诱导愈伤组织，指出诱导愈伤组织的最佳培养基为 l/2MS+BA 2.0mg/L+NAA1.0mg/L；刘坤等(2007)则认为 MS+6-BA 1.0-2.0mg/L+NAA0.1mg/L+3%蔗糖诱导愈伤组织效果最佳，适宜的光照条件有利于愈伤组织的生长；姜新超等(2011)认为愈伤组织在 MS+picloram 2.0mg/L+蔗糖 30mg/L 培养基上诱导率最高，获得了3 种不同类型的愈伤组织。
1.1.2 生理及形态学研究
在岷江百合生理生化研究方面，胡适宜等(1982)对岷江百合花柱采用 GMA 切片方法进行光学显微镜观察和超薄切片的电子显微镜观察，表明岷江百合通道细胞是一种典型的分泌型传递细胞。刘兴梁等(1998)在岷江百合质体和线粒体研究中，指出在刚形成的岷江百合的生殖细胞中含有少量的质体和大量的线粒体，为岷江百合质体和线粒体具有母系遗传方式和父系细胞质不能作为遗传传递的机理提供科学依据。牛立新等(2008)、靳磊等(2008)在对岷江百合抑菌性研究中，指出岷江百合鳞茎提取物对革兰氏阳性和阴性细菌均具有抑制活性，同时通过相关性分析指出，影响岷江百合抑菌活性的主要次生代谢物为生物碱类和黄酮类化合物。杨炜茹等(2009)以离体扩繁的岷江百合幼苗为试验材料，研究了高温胁迫对岷江百合耐热指数和有关生理生化指标的影响，指出随着温度的升高和处理时间的延长，植株的耐热指数不断下降。陈丽静等(2011)针对岷江百合对冷胁迫的抗性方面进行了研究，指出GPAT 基因在岷江百合抵抗冷胁迫的过程中具有重要的作用。形态学研究方面。姜福星(2006)在对岷江百合的两个野生群体遗传结构的研究中，通过分析岷江百合个体间亲缘关系的聚类分析图和空间位置分布图，指出大部分岷江百合个体间的亲缘关系与空间位置距离分布存在较强的正相关性。吴祝华(2007)在对岷江百合原生境群体进行调查的基础上，利用 ISSR 分子标记法对岷江百合群体进行遗传结构及其空间自相关分析的研究，并指出岷江百合群体的遗传多样性较高，岷江百合群体间遗传分化较小，遗传变异主要存在于群体内。而张彩霞等(2008)的研究结果显示岷江百合表型性状在群体间存在广泛变异，群体内变异不显著，并且指出岷江百合性状的表型特征并没有依地理距离而聚类。王红霞等(2003,2006,2008)在岷江百合 4 个不同居群核型变异研究中，提出在常规染色体水平下，岷江百合 4 个居群内无染色体数量变异和倍性变化，但结构变异明显，存在核型多型性，为揭示岷江百合形态变异式样及变异规律和岷江百合引种驯化、杂交育种提供依据。
1.1.3 资源调查研究
岷江百合天然分布于四川岷江上游环境恶劣的干旱河谷地区，生境复杂。吴祝华等(2007)、姚青菊等(2007)、邓明文(2008)、李文媛(2009)先后对岷江百合的原生境进行多方面的考察，包括岷江百合分布地经纬度、海拔、气候环境、植被群落等环境因素，以及岷江百合株高，叶、花、果的形态大小等形态特征，为今后进行岷江百合的相关研究提供参考。本课题组针对岷江百合资源的研究主要集中在分子生物学方面，杨素丽(2009)首次构建了岷江百合花发育全长 cDNA 文库，并在此基础上建立了岷江百合花的 EST-SSR 标记。范志刚(2010)根据杨素丽(2009)建立的岷江百合 cDNA 文库，PCR 扩增后进行基因测序，并进行了 cDNA 文库质量的鉴定。由此可见，目前岷江百合资源的研究主要集中在资源育种研究、生理及形态学研究和分子生物学研究等方面，虽然也有岷江百合资源调查的报道，但针对其资源监测保护的研究却鲜有报道，而岷江百合资源分布地环境恶劣且资源分布较为集中，一旦资源受到破坏，很难恢复，因此极需要对其进行相应的监测保护工作。

    1.2 植物资源监测保护研究进展 ...................11-16 
    1.3 花粉种质资源保存研究 ...................16-21
        1.3.1 花粉贮藏方法研究 ...................16-17
        1.3.2 花粉生活力研究 ...................17-21
    1.4 本研究的课题背景、目的及意义 ...................21-23
第二章 基于3S技术的岷江百合种质资源本底数据库的构建................... 23-41
    2.1 数据库构建环境 ...................23-25
        2.1.1 软硬件环境 ...................23
        2.1.2 采用的坐标系统 ...................23-24
        2.1.3 3S 技术简介 ...................24-25
    2.2 岷江百合种质资源本底数据库的构建 ...................25-40
    2.3 小结与讨论 ...................40-41
第三章 岷江百合本底数据库更新与资源动态监测 ...................41-50
    3.1 本底数据库更新简介 ...................41-43
        3.1.1 数据更新采集技术 ...................41-42
        3.1.2 航测法更新 ...................42
        3.1.3 利用遥感影像更新 ...................42
        3.1.4 数据库更新 ...................42-43
    3.2 岷江百合本底数据库更新 ...................43-48
        3.2.1 岷江百合资源对比 ...................43-45
        3.2.2 遥感影像更新 ...................45-46
        3.2.3 地形图更新 ...................46-47
        3.2.4 岷江百合资源复查 ...................47-48
    3.3 小结与讨论 ...................48-50
第四章 岷江百合花粉种质资源保存研究 ...................50-57
    4.1 试验材料 ...................50
    4.2 试验方法 ...................50-51
        4.2.1 新鲜花粉萌发力测定 ...................50-51
        4.2.2 花粉贮藏及萌发力测定 ...................51
        4.2.3 看护培养法 ...................51
    4.3 结果与分析 ...................51-56
        4.3.1 花粉贮藏对花粉萌发力的影响 ...................51-55
        4.3.2 看护培养对花粉萌发率的影响 ...................55-56
    4.4 小结与讨论 ...................56-57

结论

以 3S 技术为核心的岷江百合本底数据库的构建，是岷江百合资源监测与保护的基础，本文在 ArcGIS 等相关软件、GPS 导航仪、数码相机和 TM 遥感影像的协助下，针对岷江百合 7 个典型植物群落，主要进行了以下研究：
(1)首先在岷江百合 7 个分布群体内进行坐标点和群落数码影像的采集，记录其时间、地点、经纬度坐标、海拔和群落内植物组成等信息；
(2)然后采用国家基本比例尺 1:5 万地形图，在 Photoshop 和 ArcGIS 等相关软件的协助下，完成岷江百合调查区数字栅格图(DRG)产品的制作；
(3)采用美国 Landsat-5 TM 遥感影像，在 ArcGIS 软件中进行影像镶嵌，合成自然彩色图像，完成岷江百合调查区遥感影像的制作；
(4)采用国际科学数据服务平台 30米分辨率数字高程数据(DEM)，在 ArcGIS 系统中完成岷江百合调查区 DEM 数据的制作，为下一步进行三维地形图的合成做基础。最后将上述制作的岷江百合调查区 DRG 产品、TM 遥感影像、DEM 产品和调查区群落属性数据经过质量检查后，导入 ArcGIS 系统中，作为本底“历史数据库”进行保存。
另外，我们还将生成的 DEM 数据与遥感影像结合，在 ArcGIS 系统中进行三维地形图的模拟试验，然后利用生成的 2007 年、2008 年三维地形图，重点探讨汶川大地震前后岷江百合调查区植物群落的变化情况。但由于遥感影像分辨率的限制，未能很好的进行群落动态变化的分析，因此下一步的工作重点为本底数据库的更新，特别是遥感影像和地形图数据的更新。

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