中国碎米蕨类及其相关类群的系统学研究

通过形态学、解剖学、孢粉学、植物地理学及分子系统学等方面的研究，探讨了中国碎米蕨类及其相关类群的系统关系，并对它们的分类进行了修订。 1.解剖学 对碎米蕨类及相关类群36个种的叶表皮特征进行了研究，结果发现该性状对于划分大的类群具有一定的系统学意义。大多数中国蕨科成员如粉背蕨属、旱蕨属和黑心蕨属等连同裸子蕨科中的泽泻蕨属和金毛裸蕨属在叶表皮性状上比较一致。它们之间的亲缘关系较近，是碎米蕨类成员。金粉蕨属、粉叶蕨属、翠蕨属和铁线蕨属与上述类群不同，其上表皮细胞或上下表皮细胞均明显加长，但气孔器仍同碎米蕨类植物一样，为无规则型、极细胞型或腋下细胞型。在所研究的类群中，只有凤尾蕨属和Anopteris的气孔器为聚合型。 2.孢粉学 在光镜和扫描电镜下对中国蕨科、裸子蕨科和凤尾蕨科等83种 (含变种) 植物的孢子进行了观察。根据孢子的颜色、结构和表面纹饰等可将其分成3种类型：大多数中国蕨科成员如粉背蕨属等和裸子蕨科中的泽泻蕨属和金毛裸蕨属的孢子同属第一种类型，颜色较深，表面纹饰由周壁形成。珠蕨属和凤丫蕨属的孢子属第二种类型，颜色较淡，周壁薄，由外壁和周壁共同形成表面纹饰。金粉蕨属、凤尾蕨属、翠蕨属和粉叶蕨属的孢子为第三种类型，颜色较浅，由外壁形成表面纹饰的基本轮廓，具明显的赤道翼。从孢粉学的角度来看，中国蕨科和裸子蕨科都是不自然的。中国蕨属和薄鳞蕨属的孢子形态同粉背蕨属相似，应并入后者。另外，同属新旧世界的种类其孢子纹饰往往有明显的区别, 可能代表了不同的类群。 3.分子系统学 测定了碎米蕨类及相关类群34种植物的rbcL 和trnL-F序列，并结合GenBank上下载的相关资料进行分析。结果发现中国蕨科和裸子蕨科都不是自然类群。在系统树上，Cheilanthes、隐囊蕨属、粉背蕨属、旱蕨属、黑心蕨属等同裸子蕨科中的泽泻蕨属和金毛裸蕨属等聚在一起，构成碎米蕨群。珠蕨属、凤丫蕨属和Llavea则形成另一分支，不是碎米蕨类成员。金粉蕨属在分支图上与南亚的Actiniopteris形成姐妹群，并与凤尾蕨属、粉叶蕨属和翠蕨属等关系近缘，放入凤尾蕨类应更为合适。 系统分析的结果表明，旧世界分布的类群与美洲的同属植物大都关系疏远，如黑心蕨属、金毛裸蕨属和Cheilanthes等。另外，亚洲分布的中国蕨属、粉背蕨属、碎米蕨属、薄鳞蕨属、隐囊蕨属和拟旱蕨属Mildella的成员聚在一起，它们之间的系统关系因为形成了多歧分支而没有得到很好的解决。但是，薄鳞蕨属、中国蕨属和大理碎米蕨等同粉背蕨属的成员聚在一起，并入后者应更为合理。另外，宜昌旱蕨与碎米蕨属的成员关系近缘，支持将前者转入碎米蕨属。 4.植物地理学 碎米蕨类植物的间断分布非常明显。泽泻蕨和戟叶黑心蕨等在形态特征上与美洲的同属种类有明显的区别，可能代表了不同的类群。大多数亚洲碎米蕨类成员如粉背蕨属、中国蕨属和薄鳞蕨属等以中国西南部的横断山区或喜马拉雅为分布中心，可能与喜马拉雅山的隆起有关。 5.分类处理 综合各方面的研究成果，作者认为国产碎米蕨类包括6个属3个群：黑心蕨属、旱蕨属、粉背蕨属、碎米蕨属、拟泽泻蕨属和拟金毛裸蕨属。《中国植物志》中记载的隐囊蕨属、毛旱蕨和旱蕨类成员因其系统学位置不清，暂时作为独立的群处理。 在野外考察和大量标本（包括模式）考证的基础上，对国产碎米蕨类及其相关类群 (特别是粉背蕨属) 进行了修订, 澄清了一些种的分类问题。发现1新种，对1新变种进行了拉丁文描述，使其名称有效。提出新组合5个，另有6种7变种被首次归并。