石荠苎属的系统学与进化

石荠苎属(Mosla (Benth.) Buch.-Hamilt. ex Maxim.)是唇形科的一个小属，仅分布于东亚，该属复杂的变异式样一直困扰着系统学家．本论文是对该属进行三年物种生物学研究的结果．本研究从居群生物学出发，在广泛的野外调查后选取了47个居群进行取样和观察，在控制环境因素的实验设计条件下，测量了31个居群53个形态性状并分析了其变异规律;在扫描电镜下观察了含外类群在内的6属38个居群的花粉和小坚果表面微形态：对27个居群做了细胞学研究：对22个居群15个酶系统做了等位酶分析，获得了28个位点的资料;进行了35个组合的796次人工杂交．综合上述各方面资料的分析结果，对石荠苎属的形态变异与进化、居群分化、生殖隔离、物种形成、类群划分，以及起源和扩展作了详细的分析和讨论． 形态特征的数量遗传学分析表明，叶片大小和形状、苞片形态、花序（果序）和花萼（果期花萼）的复杂变异式样是造成分类混乱的主要原因．叶片大小和形状在小鱼仙草(M. dianthera)中呈现幅度很宽的连续变异，极端情况常分别被描述为不同的种，如M．remottllora和M．grosseserrata．少数突变体以及种间偶尔产生的杂交个体在苞片和花序形态上表现异常，都曾引起分类的混乱．本研究已经澄清M. bracteata和M. tamdaoensis是突变体，而M. exfoliata和M. longispica则是种间杂种．M.fomosana花萼上唇裂片长度的变异是导致分类困难的另一个原因，是小鱼仙草花萼上唇中裂片变异的极端类型。 通过比较分析揭示了石荠苎属中苞片形状、花序结构、花朵大小、花萼形态、小坚果和花粉粒表面纹饰以及染色体的变异和演化趋势，苞片由发达的叶状类型向披针形方向演化;花序由花朵疏离的松散状向紧缩的头状类型演化;花萼由近辐射对称，五个裂片近等长向二唇形演化;花冠由发达、鲜艳向退化方向演化：小坚果由具旋涡状深雕纹向具网纹类型演化;花粉粒由无明显突起向有明显条文或块状突起的类型演化;核型由不对称性小向不对称性增强发展;繁育系统由以异交为主向以自交为主演化，并且带动一系列花部形态的相关变异． 等位酶分析结果表明，石荠苎属种内的进化以遗传变异的积累和繁育系统的转变造成的居群间分化为主要特征．杭州石荠苎各居群的平均遗传距离为0.026，聚类分析结果发现7个居群明显分化为两支，居群3704，4704和3712为一支，其他居群为一支，等位酶资料获得的结果也得到形态和生殖特征的支持．3704、4704和3712在毛被、花朵大小、小坚果大小和颜色在均与其他居群有差异，繁育系统上，这三个居群表现出更明显的异交特性．小鱼仙草居群之间遗传分化甚至大于少数亲缘种之间的遗传分化，平均遗传距离达到0.034，但杂交实验发现，居群之间并不存在生殖隔离，不同的居群之间在叶片大小、叶形、苞片长短和花萼上唇中裂片的长短也有所不同．杭州石荠苎和小鱼仙草种内居群之间的形态和等位酶分化说明居群之问正处于分化和物种形成的早期阶段，生殖隔离还没有建立。 突变（包括染色体结构变异）的积累和繁育系统的转变是石荠苎属物种形成的基础，苏州石荠苎和石荠苎的分化是由于染色体结构变异的积累，具体表现在核型不对称性上的差异，造成生殖隔离．另一些比较明显的物种形成机制为：染色体多倍化，形成M.pauciflora;染色体结构变异，如随体染色体的臂间易位，产生M.cavaleriei;繁育系统由异交转变为自交产生M．chinensis．另外，在物种形成过程中，花期和生态位分化等促进了生殖隔离的完善． 石荠苎属形态上界限清楚，而且存在生殖隔离的种有八个，它们是小花荠苎(M.cavaleriei Levl.);石香薷 (M. chinensis Maxim.);小鱼仙草 (M. dianthera (Buch.-Hamilt. ex Roxb.) Maxim.);杭州石荠苎(M．hangchouensis Matsuda);日本石荠苎(M. japonica (Benth.) Maxim.);疏花荠苎(M. pauciflora (C. Y. Wu) C. Y. Wu et H. W. Li);石荠苎(M. punctulata (J.F. Gmelin) Nakai)和苏州石荠苎(M. soochouensis Matsuda). 石荠苎属的近缘属是香薷属(Elsholtzia)、香简草属(Keiskea)和紫苏属(Perilla)。石荠苎属与近缘属的分化大约在260万年之前，因为那时石荠苎属的祖先就发生了分化，形成以杭州石荠苎一一石香薷的祖先和以小花荠苎一一小鱼仙草的祖先为代表的两条进化主线，从香薷属和香简草属的现代分布式样-以及石荠苎属的分布特点推断，华东地区可能是石荠苎属的起源和演化的舞台，华东地区具有最大的种类多样性、变异性、特有性和多度．

绵枣（Scilla sinensis Merr.）多倍体复合体（广义百合科）的物种生物学研究

本文采用物种生物学的方法分析了绵枣[Scilla sinensis (Lour.) Merr.]多倍体复合体细胞地理、形态、生态适应和发育节律的变异。此外，还对AA细胞型居群进行了等位酶分析和杂交实验。结果如下： 1. 细胞学检查秀自中国境内45个居群，检出AA、AB、BB、AAA、BBB和AABB 6个细胞型。多数居群由1种细胞型组成。AA几乎占据着该复合体在中国的整个分布区。BB仅局限于华中和华东地区。AABB分布于华中和华东地区的北侧、东北地区的东南部及台湾岛。45个居的细胞型组成以细胞地理分布图表示。总结前人与我们的工作，该复合体中已发现12个整倍体细胞型（AA、AB、BB、AAA、ABB、BBB、AAAA、AABB、ABBB、BBBB、AABBB和AAABBB）和各种基于多倍体的非整倍体。其基本细胞型为AA、BB和AABB。AA分布于除日本和大陆上BB分布区中心外该复合体的整个分布区。BB分布中国华东和华中地区、朝鲜的济州岛和日本。AABB分布日本、朝鲜和中国东北地区的东南部及华中、华东地区的东侧。另外，BB居群染色体数量最多，AABB次之，而AA最低。 2. 野外调查和栽培实验表明AA细胞型在中国东部和西部地区间存在形态和生态分化，东部居群形态变异较小，其共同特征是纺锤形鳞茎，红褐色;根茎短柱状;叶多灰绿色，蜡质明显，斜升;花葶较强壮而直立;花紫红色;子房每室1胚珠。西部为AA细胞型的现代变异中心，居群间形态变异大，区别于东部居群的特点是鳞茎纺锤形或近球形，根茎短柱状或盘状，叶鲜绿色，蜡质不明显，平卧地面;花葶1－4枝，直立，多花葶时斜升;花白色或淡红色，子房每室胚珠1 ～ 2枚。AA和BB细胞型是向着适于不同地理区的环境发展，因而具有不同的形态和生物学特性的两个类型。BB鳞茎近球形，黄褐色，根茎不明显，为盘状;叶墨绿色，柔软而平卧地面，是适于阴湿的林下环境的结果。春季萌发较早，约在3月初，其夏季休眠特性刚好可渡过华中地区东部夏季的高温多雨，待秋季温度下降时开花结实。而AA划适应了光照较强而干旱的山坡草地灌丛的类型。其发育节律变异较大，但萌动较BB晚，无夏季休眠。AABB细胞型的形态介于两祖先二倍体之间，没有形成独特的生态适应和发育节律。 3. 对AA细胞型的等位酶分析表明，该种的居群表现出较高的遗传变异（A = 2.0, P = 58.6%, H_o = 0.172 和 H_e = 0.185）。居群间存在较明显的分化(F_(ST) = 0.314)。东西两地区间也存在遗传分化。 4. AA居群间多数组合的F_1都低于对照的花粉育性和结实率。尤其是东部和西部居群间组合的F_1花粉育性和结实率极低，几近不育。如果仅仅考虑该复合体的形态变异，它只能作为一个形态复杂多变的种，Scilla sinensis (Lour) Merr.。可是如此处理就掩盖了其细胞型间清晰的进化关系。为弥补这一缺陷，当研究细胞型间的进化关系时，可采用生物学和概念。AA细胞型为S. sinensis (Lour.) Merr.， 可分两亚种：subsp. sinensis 和 subsp. alboviridis (Hand.-Mazz.) K. Y. Ding。BB细胞型为S. thunbergii Miyabe et Kudo。而ABB及含有A和B染色体组的多倍体作为杂交种S. x sino-japonica K.Y.Ding。两个二倍体种形态界限很清楚，但AABB的存在湮灭了两者的间断。

水杉的分类、历史地理分布及其与古气候变迁的关系

本文所用标本为采自中国东北晚白垩世或古新世黑龙江省嘉荫县乌云组和早始新世辽宁省抚顺市西露天矿古城子组和计军屯组的水杉植物化石。标本包括营养结构如两种小枝，生殖结构如雄花枝和雌球果。本论文对水杉的形态结构包括叶表皮及在雄球花苞叶的上下表皮结构及花粉结构作了详细的研究。 水杉属目前已建立21个种，由于保存的原因，多数种建立在保存下来的都分器的特征上。通过对中国东北材料与曾建立的14个种M. milleri，M. glyptostroboides, M. disticha, M. japonica, M. chinensis, M. cuneata, M. papillapollenites, M. miocenica, M. kimurae, M. onukii, M. europaea, M. asiatica, M. nathorstii, M. occidentalis 之间进行的详细对比，发现这些种之间存在着极大的相似性。现代水杉M. glyptostroboides的研究非常详细，且化石种缺乏足够的特征与其相对比，因此现代水杉可作为一个生活种而存在。M. milleri和M. glyptostroboides相比较表明：二者的雄球花及木材的解剖结构特征不同，以上其他的化石种由于保存的局限性，不具有可与M. milleri对此的相应的解剖特征，认为化石种M. milleri成立。M. disticha, M. japonica, M. chinensis, M. cuneata, M. papillapolenites, M. miocenica, M. kimurae, M. onukii, M. europaea, M. asiatica, M. nathorstii 11个化石种均归于M. occidentalis。由于M. wigginsii, M. neosibirica, M. krysthofovichi, M. spitzbergensis, M. paradoxa 5个种仅建立在具有互生叶的小枝或叶表皮的基础上，M. sibirica和M. klerkiana两个种仅建立在木材解剖的结构特征上,故此7个种有待于进一步研究.因此,水杉属下确定存的有3个种:1个现代种:M. glyptostroboides;2个化石种:M. occidentalis和M. Milleri. 本文还通过收集水杉栽培状况的资料,对水杉生长的环境和生长状况统计分析,得出水杉生存繁衍的气候条件要求范围:年降水量为1000.0 - 1865.5 mm,年均温为13-16 ℃, 一月均温为-3.1至4.2 ℃,极端低温为-12 ℃, 七月均温为17.7 - 27.9 ℃。这一条件也是水杉在地质克史时期分布区应该具备的气候限制因素。本文通过收集大量的文献资料得到水杉从晚白垩世至今在全球范围内的分布状况，发现：由于自晚白垩世以来气候逐渐转冷的变化，水杉的分布范围也在逐渐变小，最后仅自然分布于中国中部湘鄂川三省的交界。以时间为横轴，水杉分布的纬度为纵轴得到水杉分布的纬度变化曲线，从各个时期最北界为点建立的曲线的起伏变化表明，除从古新世至始新世曲线稍微升高外，晚白垩世以来曲线大都在下降，反映了气温在古新世晚期略微升高，其它时期都在下降之中，这一结论与氧同位素的结论基本一致。

稻属A基因组的分子系统发育--兼论亚洲栽培稻的起源

稻属Oryza隶属禾本科Poaceae，包括20多个野生种和2个栽培种(亚洲栽培稻O. sativa L和非洲栽培稻O. glaberrima Steud) ，广泛分布于全球热带和亚热带。稻属物种可划分为10个基因组(又称染色体组)类型：A, B, C, BC, CD, E, F, G, HJ 和 HK。栽培稻所属的A基因组是稻属中物种数目最多、地理分布最广的基因组类型，由8个种组成。由于栽培稻属于A基因组，故A基因组物种是栽培稻遗传改良的巨大基因源。数十年来，国际上许多学者对A基因组类群开展了大量涉及形态、细胞、同工酶和分子标记方面的研究，但由于A基因组物种间遗传关系十分接近，形态上差异小且地理分布重叠，使得A基因组物种的系统发育、物种起源和生物地理学等方面存在诸多悬而未决的问题，是稻属中分类和鉴定困难较多的类群。本文利用核基因内含子序列，结合转座子插入分析，重建了A基因组的系统发育，估测了各类群的分化时间;与此同时，基于多克隆测序和基因谱系分析，探讨了O. rufipogon和O. nivara遗传关系以及亚洲栽培稻起源。主要研究结果如下： 1. A基因组的系统发育 在水稻全基因组数据库搜索的基础上，测定了4个单拷贝核基因（Adh1 及3个未注释基因）的内含子序列，构建了稻属A基因组8个种的系统发育关系。基于最大简约法和贝叶斯法的系统发育分析表明：1）澳大利亚的O. meridionalis为A基因组的基部类群;2）亚洲栽培稻两个亚种O. sativa ssp. japonica 和 O. sativa ssp. indica分别和不同的野生类群聚为独立的两个分支，支持japonica 和 indica为多次起源;3）O. rufipogon和O. nivara在系统发育树上完全混在一起，显示出二者间不存在遗传分化;4）非洲一年生野生种O. barthii是非洲栽培稻O. glaberrima的祖先，而非洲多年生野生种O. longistaminata与O. glaberrima/O. barthii.亲缘关系较远;5）分子钟方法估测A基因组类群约在2百万年前（2.0MYA）开始分化，亚洲栽培稻和非洲栽培稻，以及亚洲栽培稻的两个亚种则分别在0.7和 0.4 MYA左右开始分化。此外，通过核基因内含子序列与其它常用片段如ITS，matK等对比分析表明，进化速率相对较快的核基因内含子序列可以有效地用于近缘类群的系统发育研究。 2. Oryza rufipogon 和O. nivara群体遗传研究及亚洲栽培稻起源 对于亚洲野生类群O. rufipogon和O. nivara是合并为一个种还是处理为两个独立的种一直存在争议。在系统发育研究基础上，我们选取4个核基因内含子或5’-UTR区（Waxy, LHS，CatA和1个未注释基因），对采自整个分布区的群体样品进行了多克隆测序，结果表明：1）检测到O. rufipogon和O. nivara均有较高的核苷酸多态性，4个位点上π值和θw值平均分别为0.011和0.014;2）且二者在遗传上没有明显分化，两个类群在4个核基因位点上均检测到大量共享多态（shared polymorphism），未发现固有差异(fixed difference)，表明它们历史上可能属于一个大群体，支持将二者作为种内不同生态型或亚种处理;3）基因谱系树表明亚洲栽培稻的两个亚种indica和japonica分别和不同的O. rufipogon (包括O. nivara)群体聚在一起，进一步从基因谱系角度支持亚洲栽培稻多次起源假说。 3．转座子在群体遗传与系统发育研究中的应用 鉴于目前植物谱系地理学研究中缺乏具有足够信息量的分子标记用于检测种内遗传变异，我们选取3个核基因中的转座子，通过对取自O. rufipogon和O. nivara整个分布区的37份样品的克隆测序，探讨了进化速率快、信息含量丰富的转座子序列在群体遗传上的应用。结果表明：1）无论在物种水平还是群体水平，转座子能检测到比包括内含子在内的其它DNA区域高得多的遗传变异;2）在物种水平上，异交多年生的O. rufipogon和自交一年生的O. nivara多样性均较高，且2个种间相差很小，二者在3个位点上平均核苷酸多样性π值均为0.013，差别主要表现在O. rufipogon杂合位点比例（46.1%）明显高于O. nivara（9.1%），说明交配系统不同并不一定和物种多样性水平相关;3）是否发生转座子序列插入是有价值的系统发育信息，发生在不同染色体上3个基因中的转座子插入进一步证实A基因组基部类群是O. meridionalis;通过叶绿体中3个转座子的插入现象推断了稻族一些四倍体物种，如稻属BC基因组的一些类群的母本来源。

中国堇菜属的分类修订

堇菜科堇菜属全世界约有525–600种，分布于除南极洲之外的广大地区，大部分种类分布于北温带地区和南美洲安第斯山脉地区。我国是堇菜属的主要物种多样性中心之一，《中国植物志》(51卷)记载了111种，另外有58个基于中国产的模式标本描述的学名在该著作中没有处理。由于本属形态变异复杂，分类相当困难，我国该属植物同物异名、名实不符的问题相当常见，《中国植物志》遗漏种类过多，因此需要全面修订。 通过文献查阅、标本研究、野外考察和部分种类的移栽实验，本文对中国堇菜属进行了力所能及的分类修订。描述新种和新变种9个(Viola dimorphophylla、 V. muliensis、 V. bulbosa var. oblonga、 V. gongshanensis、 V. guangxiensis、 V. hui、V. magnifica var. qianshanensis、 V. miaolingensis和V. nitida;其中V. dimorphophylla为全世界堇菜属中发现的唯一具轮生叶的种类)，做出新组合6个(V. biflora var. rockiana、 V. dissecta var. incisa、 V. prionantha var. taishanensis、 V. philippica var. stenocentra、V. kosanensis subsp. pendulicarpa、V. kosanensis subsp. serrula)，补充记载11个以前发表而后来未再在我国有 关分类学著作中提及的种(V. belophylla、V. yunnanfuensis、V. tienschiensis、 V. duclouxii、 V. fargesii、 V. hondoensis、V. kosanensis、V. japonica、 V. striatella、 V. kwangtungensis 和 V. perpusilla)， 确认我国没有V. yezoensis和V. faurieana的分布，发现中国分布新记录种和变种各1个(V. violacea和V. tokubuchiana var. takedana)，将85个学名降为异名，另外对58个《中国植物志》(51卷)中没有处理的学名全部进行了分类处理。我们的修订结果承认中国有堇菜属植物101种、3亚种和13变种，1种因未见模式标本暂存疑。本文对所有种给出了分种检索表、形态描述和标本引证，对大多数种进行了分类学评论和绘出了地理分布图以及形态图解。此外, 本文指定了33个名称的后选模式。 根据形态学、地理分布和细胞学证据，本文将匍匐堇菜组和蔓茎堇菜组予以归并;根据形态特征，在合生托叶组内建立了两个新系，即圆叶堇菜系和鳞茎堇菜系;我们认为前人在二裂花柱组内单纯强调距的长短而完全忽略其他性状划分的两个亚组——长距堇菜亚组和短距堇菜亚组——不合理，故结合根状茎、根、地下匍匐茎和花冠的有关性状对本组重新进行了亚组划分，合并长距堇菜亚组和短距堇菜亚组，建立一个新的亚组，即灰叶堇菜亚组。此外, 本文对3种(V. magnifica、V. henryi和V. pendulicarpa)的系统位置进行了调整。 本文对我国堇菜属34种共42个居群进行了染色体记数，其中20种的数目为首次报道。我们发现合生托叶组的染色体基数应该为x=6,而不是先前认为的x=12, 合生托叶组的大部分种类为多倍体，其中具有种内多倍性的种类具有很强的杂草习性。蔓茎堇菜组的多数种类的染色体数目为2n=24, 与合生托叶组很相似，另外这两个组具有相似的形态和地理分布特征，我们认为蔓茎堇菜组与合生托叶组的亲缘关系较紧密。

稻属C染色体组物种的群体遗传学和物种形成研究

植物近缘物种系统发育和物种形成过程一直以来都是植物进化生物学研究中最基本的问题之一，是人们理解自然界物种多样性产生和变化的前提。近缘物种间通常形态相似，遗传和分子水平的分化很小且常受诸如渐渗杂交、谱系分选、种内重组等微观进化事件的影响，导致植物近缘物种间系统发育和物种形成过程研究极为困难。在过去十多年中，生物技术的革新和理论方法的发展极大地推动了进化生物学研究，促进了人们对一些重要模式生物与其近缘种间的系统发育关系和物种分化过程的认识，如人、果蝇、线虫、拟南芥和玉米等。然而，迄今在植物中，许多重要类群及其近缘种的系统发育和物种形成过程研究仍不多见，包括在具有特殊重要性的栽培作物中，如稻属（Oryza L.）。由于属内包含有重要粮食作物水稻，稻属向来都是禾本科内备受关注的一个类群。本研究中，我们通过多基因序列的方法，探讨了稻属C染色体组三个近缘二倍体物种的系统发育和物种形成过程，主要研究结果如下。 为选择适宜的实验策略和保证序列数据的真实性，我们利用不同聚合酶扩增自交的栽培稻Oryza sativa ssp. japonica和异交的O. longistaminata不同类型的基因片段，采用克隆测序的方法，评估聚合酶链式扩增反应（PCR）中产生的非真实变异的状况。我们使用exTaq、exTaq和Pfu混和酶和PfuUltraTM酶三种不同聚合酶扩增了Adh1、GPA1和Waxy三个基因片段。在检测到的非真实变异中，PCR 错误的类型主要为单碱基变异和不同等位基因间重组，其中以单碱基变异为主，且突变类型以转换占绝大多数。比较不同酶扩增错误的结果表明，高保真PfuUltraTM酶对PCR反应错误有显著的改善，在扩增产物的单克隆中几乎检测不到PCR噪音，错误率仅为0.0001%，而exTaq和混和酶的错误率分别为0.096%和0.073%。从不同物种比较结果来看，exTaq酶和Pfu酶混用时在自交的O. sativa ssp. japonica内对PCR错误也表现明显的改善，但在异交的O. longistaminata中改善效应不太明显。在三个不同基因位点上，PCR扩增错误出现频率随扩增区域增长而变大。在PfuUltraTM酶的扩增产物中发现重组最少，exTaq和混和酶重组较多，且混和酶对重组改善效果不明显。基于不同聚合酶扩增错误对比研究结果，我们认为，由于能保证序列变异的真实性且不遗漏等位基因，核基因的克隆测序较宜于分离杂合个体中不同的等位基因。 基于随机挑取4个叶绿体和10个核基因位点，利用12份Oryza officinalis、8份O. eichingeri和4份O. rhizomatis材料，对稻属C染色体组三个近缘二倍体物种的系统发育关系作了深入分析。利用不同的系统发育分析方法对单基因位点序列和合并序列数据作了分析，结果表明，稻属C染色体组三个近缘种间呈多歧分支。因此，三个二倍体C染色体组物种可能经快速辐射分化形成。在不同核基因和叶绿体基因的系统发育树中各分支枝长均很短，也表明C染色体组的三个物种可能在较短时期内分化出。不同基因间拓扑结构不一致主要受谱系随机分选的影响。此外，C染色体组不同物种间的种间渐渗和不同等位基因重组对系统发育树的冲突也有影响。值得注意的是，C染色体组三个物种的辐射分化不排除由于相邻两次物种形成事件间隔时间太近、目前数据量不够而无法分辨的可能。在本研究中，我们发现，对于系统发育重建困难的类群，利用等位基因构建物种谱系树有助于挖掘不同基因间结果不一致的因素。 基于10个随机选取的核基因序列数据，利用物种水平的取样方式和群体遗传学分析方法，我们研究了稻属C染色体组三个近缘物种O. officinalis、O. eichingeri和O. rhizomatis的核苷酸多态性，并根据多态性水平和式样，推测了三个近缘种分化的历史。结果表明，在C染色体组的三个近缘种中，仅分布于斯里兰卡的O. rhizomatis的核苷酸多态性水平相对最低（θsil = 0.0038），而间断分布于非洲和斯里兰卡的O. eichingeri最高（θsil = 0.0057）。与被子植物其他类群相比，稻属C染色体组三个物种的核苷酸多态性水平显得较低，O. eichingeri的核苷酸多态性仅约为玉米及其近缘野生种的23-46%和拟南芥的35%。C染色体组内三个野生种相对较低的核苷酸多态性水平可能起因于其较小的祖先有效群体。物种形成模型分析表明，O. officinalis和其近缘种从最近共同祖先分化开后可能经历了居群缩减的历史，且自最近共同祖先分开后，三个物种彼此间并无显著的基因交流。基于分子钟粗略估算了C染色体三个物种分化时间，结果表明，三个物种彼此在很短的时期内分开，约0.63-0.68 Myr。同时，O. eichingeri在非洲和斯里兰卡两个地理宗的分异时间约为0.37 Myr，且推测斯里兰卡的O. eichingeri主要由西非经长距离扩散传播到斯里兰卡。

水稻Phi类谷胱甘肽转移酶基因家族的功能分化研究

在植物中大多数功能基因是以基因家族的形式存在的，而基因重复则是基因家族的一种重要的进化方式。很多基因往往是由重复事件产生形成不同的拷贝，进而分化形成基因家族。谷胱甘肽转移酶（GSTs）是一类古老、庞大、行使解毒、抗逆、信号转导等多种功能的一个基因家族。本研究以栽培水稻（Oryza sativa ssp. japonica c.v. Nipponbare）为研究材料，以栽培水稻的Phi类GST的5个基因（OsGSTF3、OsGSTF6、OsGSTF14、OsGSTF15、OsGSTF16）为研究对象，分析了它们的系统发生和起源历史、不同组织的差异性表达、编码蛋白质的功能差异等问题，探讨了基因重复后5个基因的功能变化，主要结果如下： 1. OsGSTF3、OsGSTF14、OsGSTF15、OsGSTF16由串联重复产生，而OsGSTF6则由DNA转座产生;它们起源时间早在稻属（Oryza）分化之前。 2. 对水稻不同部位组织的RT-PCR结果表明这5个基因在水稻中的特异性表达组织部位有较大差异：OsGSTF3基因在叶、叶鞘、茎、根4个部位均有大量表达;OsGSTF6基因仅在叶中有表达;OsGSTF14基因在叶鞘、茎2个部位中有表达;OsGSTF15基因在茎、根2个部位中有表达;OsGSTF16则在叶、茎、根3个部位中有表达。 3. 将这5个基因连接原核表达载体PET30a并转化大肠杆菌BL21（DE3），获得了高表达菌株。将表达菌株进行大量表达，表达形式分析显示OsGSTF3蛋白是可溶性表达，而其余4个蛋白以包涵体的形式表达。通过亲和层析获得了纯化的OsGSTF3融合蛋白，OsGSTF3融合蛋白对底物CDNB和NBD-Cl具有高活性，酶动力学分析显示OsGSTF3融合蛋白对GSH与NBD-Cl有较高的亲和力，热力学分析显示该蛋白在40℃以下是热稳定的。通过对包涵体进行洗涤、亲和层析获得了纯化的OsGSTF6、OsGSTF14、OsGSTF15、OsGSTF16的融合蛋白，OsGSTF14融合蛋白对NBD-Cl有微弱活性，OsGSTF15融合蛋白对NBC有较高的活性，而没有检测到OsGSTF6与OsGSTF16融合蛋白的活性。

稻属的系统发育基因组学研究

稻属（OrvzaL．）是禾本科(Poaceae)中的重要植物类群，包含20多个野生种和两个栽培种，共有十个基因组类型，即A，B，C，E，F，G，BC，CD，HJ和HK，蕴藏了极为丰富的遗传资源，是水稻遗传改良的重要基因库。考虑到该属现存物种中的多倍体都是由二倍体杂交起源的，因此，弄清二倍体基因组之间的进化关系对于正确理解整个稻属的进化历史至关重要，同时也为稻属及其近缘类群的进化生物学、比较基因组学和功能基因学研究等提供了一个重要的工作基础。迄今，对稻属各基因组之间的系统发育关系还没有一致的结论，特别是对A、B和C基因组三者之间的关系，以及稻属基部类群的归属问题还存在争议。本研究选取来自不同二倍体基因组的6个稻属物种为研究对象，以近缘属Leersia中的L，tisserantti作外类群，通过对基因组水平的多基因序列数据的详尽分析，探讨了稻属二倍体基因组之间的亲缘关系问题，基因树与基因树之间冲突的机理，以及利用基因组水平的多基因序列做系统发育分析的方法，主要研究结果如下。 利用已完成的水稻两亚种（O．sativaL．ssp. indica和O．sativaL．ssp.japonica）的全基因组序列，筛选并扩增出遍布核基因组12条染色体的142个单拷贝核基因片段。通过对全部基因位点的合并分析，我们得到了一棵有完全分辨并得到显著统计支持的系统树。分别提取各基因的外显子区、内含子区和第三密码子进行合并建树时发现，除了合并外显子区的MP分析以外，所得系统树的树形均不变，说明这棵树基本上不会因为选取基因组不同区域或碱基位点而改变，尽管不同区域或碱基位点受到不同的选择约束力。以基因为单位进行放回式抽样也强烈支持合并建树的分析结果，表明多基因合并序列的系统发育估计并没有受到少数特殊基因的支配。为了考察基因组内物种取样对建树的影响，我们增加了2个A基因组物种以及C基因组的另外两个物种，随机选取其中的62个基因位点进行扩增和测序（增加的O．sativa的序列来自BGI-RIS数据库）。将全部II个物种62个基因位点的序列合并建树分析，得到基因组之间的进化关系均未改变。我们进一步评估了合并数据的系统误差，结果发现，合并数据的系统发育重建也未受到系统误差的影响。综上所述，本研究通过系统发育基因组学方法所得到的系统树反映了类群真实的进化关系。 为了深入探讨以往研究中出现相互矛盾的系统发育关系的原因，我们对142个基因位点分别做了单独的建树分析，并用系统发育网络方法分析了数据中基因之间系统发育信息矛盾的集中位置及其矛盾程度。基于单基因的建树分析及系统误差分析，我们排除了随机误差和系统误差直接造成基因之间信息冲突的可能性。基于溯祖理论( Coalescence theory)的进一步分析表明，稻属进化过程中发生了两次世代间隔较短的连续分化事件，由于祖先居群较大引起基因的谱系分选，进而使得在利用现有物种基因序列来重建这些分化事件时基因树不能正确反映物种树，且呈现出基因组水平的基因树冲突现象。这两次间隔较短的连续分化事件分别对应了稻属中两次物种快速分化过程，整个稻属基因组的多样性几乎都是在这两次物种快速分化过程中形成的。随机抽样分析表明，需要大量的分子序列数据才能正确分辨稻属二倍体基因组的系统发育关系（若取95%的概率，则至少需要120个基因或50kb的随机碱基位点）。本研究用基因组水平的多基因合并数据克服了谱系分选对构建系统树所带来的“噪音”，在存在广泛单基因系统发育信息矛盾的前提下获得了对物种树的正确估计，这充分证明系统发育基因组学方法在解决快速分化类群的进化关系问题中有着巨大潜力和广阔的应用前景。 基于本文所采用的142个核基因，我们初步探讨了利用多基因序列数据构建系统树时如何进行模型选择和插入缺失编码等问题，并评估了数据缺失对基因组水平系统发育重建的影响。结果表明，对合并数据而言，混合模型比单一模型能更好的拟合数据的进化模式;找到合并数据中异质性的根源并做出适当的数据分割是成功运用混合模型的关键;某些模型成分在提高模型对数据的适合度上发挥着重要作用，尤其要考虑位点之间以及谱系之间的突变速率异质性。我们认为，在设置模型时，最复杂的不一定是最好的，把握数据中最重要的进化特征远比简单的增加模型的复杂度重要。插入缺失的编码分析表明，编码后显著增加了对A基因组和B基因组聚为一枝的支持，但对稻属基部类群的分辨状况改善不明显。另外，我们通过去除数据缺失比例较大的类群来降低数据缺 失对系统发育推断的影响，结果所得的系统发育关系不变，支持率也仅有极微小的变化，说明基因组水平的多基因数据由于具有丰富的系统发育信息，因而对数据缺失具有很好的缓冲能力。

国产十大功劳属植物的分类学修订

本文通过广泛的标本室研究结合野外实地调查，对十大功劳植物进行全面的形态学性状分析研究，据此对国产十大功劳植物进行分类学修订；还开展了叶表皮形态、孢粉学和分子系统学等方面的研究，并就这些性状在十大功劳属植物中的分类价值以及属下系统发育的关系及意义进行了讨论。结果如下： 1. 形态学特征 在对国内、外18 家标本馆1500 余份标本（包括模式标本）的查阅及40 余个县针对性的野外居群考察基础上，对十大功劳属植物形态性状（包括前人使用过的）的变异式样及其分类学意义进行了分析，并对一些数量性状进行了详细的统计分析。最后确认叶柄长度、小叶形状、小叶宽度、锯齿类型、花梗与苞片的相对长度、苞片和外萼片形状、中萼片与内萼片的相对长度、花序类型、苞片形状、外萼片形状、花瓣顶端是否裂等性状在种内变异稳定，是比较可靠的分类学性状。然后，利用这些可靠的形态学性状对国产十大功劳属下种的范围进行了界定。 2. 叶表皮形态 通过对十大功劳属植物4组12个亚组53 个种及两个其它属近缘植物（Ranzania japonica and Nandina domestrica ）叶表皮特征分别在光镜和电镜下进行观察，光镜下叶表皮细胞形状多为不规则形，少数为近多边形，垂周壁为波状或近平直；电镜下根据叶片下表皮的角质层突起及气孔特征将十大功劳属植物分为10 种类型，气孔都分布于下表皮。叶表皮性状对理解该属的属下系统关系有重要意义。 3. 孢粉学研究 通过对十大功劳属植物4组9个亚组18 个种植物的花粉特征的观察，发现花粉形态在属内变化比较一致，对于讨论属内组间、亚组间和种间的演化关系意义不大。 4. 种子形态 通过对十大功劳属植物4个组9个亚组的24个种及一个相关种Nandina domestica 种子形态特征研究，发现种子形态（特别是种皮纹饰）在十大功劳属内具有重要的系统学意义。根据种皮纹饰（网眼形状、网脊等）可将十大功劳属植物分为9 个类型。 5.分子系统学 在前人的工作基础上增加了15 个种，基于44 种十大功劳植物和6 种小檗属植物ITS 序列分析，显示该属可分成4 大支，基本上支持前人的4个组的划分。但就中国种类而言，尽管有几支能被明显的划分，但总体上组下关系仍不明确。另外，以M.polydonta、M.Longibracteata、M.paucijuga 为主的一支与美洲种类聚在一起，这说明这一支所代表的种类与美洲种类有较近的关系。 6. 分类处理 基于上述研究，我们对国产十大功劳属植物进行了全面的分类学修订。与《中国植物志》相比：发现新分类群2 个，新等级4 个，增加新异名3个，省级新分布1 个，并对4 个种进行了补充及订正描述。并对一些疑难类群进行了充分讨论，最后确认国产十大功劳属植物共包括38 个种，2个亚种。同时基于叶表皮、种子形态、分子序列等证据，对十大功劳属下系统进行了讨论。

杉料（Taxodiaceae）植物精油和双黄酮成分研究及化学分类初探

本文以杉科（Taxodiaceae）五属六种植物--杉木属（Cunninghamia）的杉木（C. lanceolata）、水松属（Glyptostrobus）的水松（G. pensilis）、落羽杉属（Taxodium）的池杉（T. ascendens）、水杉属（Metasequoia）的水杉（M. glyptostroboides）、柳杉属（Cryptomeria）的柳杉（C. fortunei）及日本柳杉（C. japonica）为材料，进行了以下研究： 1、用气相色谱－质谱－计算机联用法，在统一条件下测定了上述植物叶的精油成分及各成分百分含量。共检测到七十余种成分，包括α－蒎稀（α－pinene）、龙脑（borneol）、乙酸松油酯（terpinyl acetate）、杜松烯（cadinene）等十六种共有成分和其它分布各异的成分。 2、用柱层析和薄层层析法从杉木中提取、分离、纯化了5个双黄酮成分，鉴定为一类3'-8"联接的化合物，分别为穗花杉双黄酮（amentoflavone）、长叶世界爷双黄酮（sequoiaflavone）、银杏双黄酮（gingetin）、榧黄素（kayaflavone）和金松双黄酮（sciadopitysin）。 3、用薄层层析法检测上述5个双黄酮成分在6种植物中的分布，发现每一植物均含有这五个已知化合物。 4、根据以上结果并结合文献资料，讨论了以下问题： 1）、杉科植物精油成分及其组成特点; 2）、杉科植物双黄酮成分及其分布规律; 3）有关柳杉与日本柳杉关系的化学证据; 4）有关水杉归属的化学证据。

利用反义RNA技术进行木质素生物合成调控的研究

木质素是一类酚类次生代谢产物，在植物体内行使重要的生理功能，但它却是形成造纸污染的主要来源。利用基因工程手段，在分子水平调节木质素的生物合成，降低木质素的含量或改变组分以培育适合造纸的植物原料树种具有较大的应用价值和环保效益。本研究利用反义RNA技术，主要围绕木质素合成三种相关酶咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT）、咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(CCoAOMT)、4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）的基因对植物木质素生物合成途径调节的研究，取得如下进展： 1.农杆菌介导法将COMT和CCoAOMT基因的单价和双价的反义表达载体导入烟草，比较了两个甲基化酶的功能。PCR-Southern和Northern点杂交结果表明反义基因已整合到烟草基因组DNA上，并在转录水平表达。两种反义基因对木质素生物合成调节的效果显示，CCoAOMT能更有效地调节木质素生物总量的合成，COMT仅特异调节S木质素的合成。表达反义CCoAOMT基因的转基因毛白杨，内源CCoAOMT基因的表达在转录和蛋白水平均受到抑制，最终引起转基因植株木质素含量普遍降低，最多降低达26.20%，筛选出木质素含量下降10%以上的转基因毛白杨株系8个，为源头治理造纸废水污染奠定了基础。 2． 对克隆的4CL基因进行了表达特性分析， RT-PCR分析表明，分离的毛白杨4CL基因主要在木质部丰富表达，叶中表达量较少，树皮中不表达。在毛白杨的一个生长季，该基因表达显示明显的双锋特征，该表达模式与木材早材和晚材的发育时期相吻合，表明分离的毛白杨4CL基因与木质素的生物合成密切相关。农杆菌介导法将反义4CL基因导入烟草和毛白杨，利用分子生物学检测手段对转化植株进行筛选，获得批量转基因植株。Klason木质素含量测定分析表明，抑制内源4CL基因表达，能有效降低转基因植物中的木质素含量，且不影响植株正常生长和发育以及碳水化合物的合成。转基因毛白杨的茎杆上一些区域呈红棕色，颜色的深度与转基因毛白杨木质素含量的下降幅度呈一定的正相关性，颜色变化可作为转基因植株筛选的一个辅助指标。现已获得木质素含量下降10%以上的转基因株系3个，最多下降达41.73%，可供中试与制浆实验，为培育低木质素环保型毛白杨提供理论与实践依据。 3.为了优化现有的表达框架，使目的基因更有效地调节木质素的生物合成，应用PCR技术从毛白杨基因组中分离得到C4H(肉桂酸4—羟基化酶)基因启动子片段（GenBank注册号：AY351673）。GUS荧光活性分析和组织化学染色显示，该启动子在一些木质化的组织和器官中特异表达，随着组织成熟度和木质化程度的增加，表达活性逐渐增强，并且该启动子受伤诱导。反义CCoAOMT基因在C4H启动子的调控下，会引起转基因烟草木质素均有不同程度的减少，但不影响碳向碳水化合物的转换合成，对植物的生长发育也无明显负效应。这些结果证明了从毛白杨中分离的C4H 启动子可以应用于造纸原料树种材性改良的遗传工程操作。 4．首次从水稻中华10号（Oryza sativa L. ssp. japonica）分离了CCoAOMT基因家族的三个成员，对其基因结构及表达特性的分析表明，该基因家族的三个成员与水稻的木质化进程关系密切，研究结果有助于了解单子叶植物中的甲基化途径发生机制，为高产水稻抗倒伏和茎杆饲料作物的遗传改良奠定了基础。

水稻灌浆期籽粒与 胚乳发育的蛋白质组学分析

籽粒的灌浆是将光合器官合成的有机物贮存在籽粒中的过程。这一过程直接决定了籽粒的产量及品质。先前研究表明灌浆籽粒中贮存物质的累积是各种代谢活动和细胞学过程协同作用的结果，但灌浆的分子机制目前还不是非常清楚。水稻是研究籽粒灌浆的优良模式材料，不仅因为它是世界上最重要的淀粉食物来源，更重要的是其全基因组的测序完成为分子机制的研究带来极大的便利。我们对发育水稻籽粒的观察表明在开花后6 天，籽粒就已完成了胚的分化和胚乳的细胞化；此后籽粒经历了一个显著的细胞增大过程，并在开花后12 天左右达到成熟籽粒的大小；而籽粒的灌浆过程起始于开花后6 天，这个过程一直持续到开花后20 天。因此，我们将开花后6 天到20 天的籽粒分为8 个连续的发育阶段进行动态的蛋白质组分析，396个蛋白点的表达在灌浆过程中发生了两倍以上变化。质谱鉴定得到的345 个差异表达的蛋白划分为10 个不同的功能类别。其中新陈代谢类（45%）和蛋白合成/终点（destination）类（20%）两个功能类别中就包括了大多数的差异表达蛋白，预示着这两类蛋白在籽粒发育中的重要性。蛋白功能群的表达分析显示与淀粉合成和乙醇发酵相关的蛋白在发育过程中大幅度的上调，而与碳代谢中心过程（糖酵解和三羧酸循环）相关蛋白呈现明显的下调趋势。大多数的功能类或（亚类）也呈现出下调的表达趋势，如细胞生长/分裂类，蛋白合成类，水解类，信号传导类和转录类。蛋白表达分析的结果表明蛋白的表达随籽粒的发育发生了显著的变化，这些变化与籽粒在不同阶段的发育和代谢过程密切相关并协调一致，是细胞从生长分裂过渡到以淀粉合成为中心的物质基础。同时也说明代谢重点由中心碳代谢向乙醇发酵的转变对于籽粒的发育和淀粉的合成与累积具有重要意义。 籽粒发育的研究表明在长到成熟籽粒大小后（开花后12 天），籽粒的代谢集中到淀粉累积途径上，一直持续到进入脱水期（18 天），绝大多数淀粉合成相关蛋白在这期间到达表达的顶点。为了解淀粉累积关键时期淀粉合成关键部位（胚乳）的发育规律，我们进一步应用DIGE 技术对这一淀粉累积关键时期（灌浆中后期，开花后12 到18 天）的蛋白表达特性进行分析。细胞学的观察发现胚乳在灌浆后期先后经历了过氧化氢的爆发、半透明胚乳的形成以及胚乳细胞死亡事件。相应的DIGE 分析显示有321 个蛋白点在胚乳的后期发育中发生了显著的表达变化。细胞学的观察结合DIGE 分析显示胚乳的后期发育是一个典型的衰老过程：细胞结构的崩溃；氧化自由基的爆发；脱水干燥；蛋白、脂类和DNA 由同化作用向异化作用的代谢转化。与代谢转化相伴随的细胞营养的重新分配是胚乳后期发育的一个显著过程。DIGE分析全面展示了参与营养重新分配相关蛋白在后期发育中的表达变化，为细胞学中观察到的有机物向淀粉的转化提供了清晰的蛋白水平的证据支持。在鉴定的差异表达蛋白中有2/3 的蛋白是已知的对氧化电位变化敏感的蛋白，表明由H2O2 爆发形成的氧化压力将引起氧化还原调控从而对胚乳的后期发育进行全面的影响。而其中与碳元素代谢相关的代谢途径中尤其富含氧化还原电位敏感的蛋白，表明后期的营养重新分配以及淀粉的累积受到氧化还原电位的紧密调控。另一方面，H2O2 的爆发激发了胚乳中的抗氧化体系。由抗氧化蛋白（如thioredoxin、抗坏血酸和超氧化物歧化酶等）、氧化还原敏感蛋白、代谢中间产物以及glyoxalase 构成的抗氧化体系在胚乳后期发育中协同作用调节氧化还原电位的变化，从而控制胚乳细胞衰老的节奏。另外，我们发现与RraA 相关的转录本的调控在胚乳发育末期急剧上调，在调控的代谢途径、调控时间以及调控的部位与氧化还原调控相重叠，并且支持RraA 活动有利于胚乳细胞对氧化压力的适应。所有这些结果表明内生的过氧化氢（或氧化自由基）在胚乳的后期发育和淀粉累积中起到核心的调控作用。

北京市土壤--植物系统重金属硫的分布迁移相互间关系和主成份分析

本文选择了北京市香山北京植物园、北京动物园、长安街和北京化工厂4个功能区和国槐（Sophora japonica (L) Beauv)、毛白杨 (populus tomentosa Carr)、丁香(Syringa Oblata)、野牛草(Buohloe dactyloides (Nutt) Engelm)4种植物;采集植物样品105个、土壤样品40个;测定了各样品的镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬 (Cr)、硫(S)7种元素含量;通过对样品元素含量的直观分析、回归分析、主成份分析(PCA)，得出以下结论：各样品各元素含量的最高值或异常值多出现在化工厂内，其次是长安街、动物园、北京植物园无;各功能区各样品各元素含量大小顺序多是：化工厂><长安街>动物园><北京植物园：表明化工厂内土壤、植物受污染的程度较重，其次是长安街，动物园稍轻，北京植物园则较洁净。土壤中7种元素分布特征是：S > Zn > Pb > Cr > Cu > Ni > Cd;植物中7种元素分布特征是：S > Zn >< Cu > Pb > Cr >< Ni >< Cd。7种植物样品对S、Zn、Cu、 Cd具较大的富集系数;对Ni、Pb、Cr具较小的富集系数;说明前者比后者在土壤—植系统中较易迁移。7种植物样品对S均具积累效应;毛白杨叶对zn，毛白杨叶、枝、国槐皮对Cd，野牛草对Cu也都具积累效应。国槐各器官元素含量分配是：皮含量>叶含量>枝含量;毛白杨各器官元素含量分配是：叶含量>枝含量;表明植物各器官中，枝元素含量较低。对元素含量回归分析，发现植物各器官元素含量间具显著性正相关系;植物中元素含量与土壤中元素含量绝大多数呈正相关。前者说明植物各器官生长发育的正相关性;后者说明土壤条件与植物生长发育的正相关性。对元素含量的主成份分析和样品排序，揭示出采自同一功能区的样品大都可形成一集团，但尚存在交叉、重叠和过渡的样品;化工厂集团多处在排序图Z1轴左边，长安街集团多处在Z2轴上方，北京植物园集团多处在Z1轴右边或Z2轴下方。可明确得出，化工厂土壤、植物污染较重（元素含量较高），其次是长安街;动物园污染稍轻，北京植物园较洁净的结论。还可知，化工厂、长安街某些样点污染较轻;而北京植物园、动物园某些样点污染较重。

点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响

三峡库区一些污染严重的工业企业是当地主要的点源污染源，对周围植物群落产生了巨大危害，而植物是生态系统赖以存在的基础，它的生长发育直接影响到生态系统的结构及其正常功能的实现。本研究按照与点源污染源的距离为梯度，通过在三峡库区兴山县白沙河磷化工厂周围布设了32个植物群落固定样地，并以点源污染无法影响到的植物群落为对照，进行样地的野外群落学调查;在每个样地取不同种植物叶片100克左右和样地0~20cm土壤500克，以石灰滤纸法同步进行大气氟化物的取样。样品带回室内应用氟离子选择电极法，测定大气氟化物含量、植物叶片氟的累积量和土壤水溶性氟的含量。同时在野外调查时使用PAM2100叶绿素荧光仪测定植物最大光化学效率即Fv/Fm的值。通过野外调查试验和相关的室内分析，研究了（1）：点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和物种多样性的影响;（2）：点源污染中的主要污染物对植物及土壤环境的影响;（3）：不同物种叶片最大光化学效率Fv/Fm对污染胁迫响应的差异。结果如下： 点源污染对植物群落物种丰富度以及Pielou均匀度指数均有不同程度的影响，对于群落结构相对简单的马尾松林和柏木林的不利影响更为显著。相对于污染区来说，对照区中物种重要值的集中程度有所下降。许多物种的重要值在污染区与对照区有明显的变化。马尾松（Pinus massoniana）、檵木（Loropetalum chinense ）、铁仔（Myrsine africana）、卷柏（Selaginella tamariscina ）等对照区重要值较污染区为高，黄檀（Dalbergia hupeana ）、菱叶海桐（Pittosporum truncatum）、君迁子（Diospyros lotus）等污染区的重要值较对照区为高。群落中有些物种比如柏木（Cupressus funebris）的天然更新也受到污染的影响。 污染区土壤pH值大多低于对照区，但是与离污染源距离的相关性不强。污染区有些物种比如马尾松、柏木等叶片中的全氟含量与大气中氟化物的含量和土壤水溶性氟含量明显正相关。但是另外有些物种氟的累积量受点源污染的影响不显著，比如菱叶海桐、翅柃（Eurya alata）等在污染严重的样地内生存状况仍然很好。 在距离点源污染近的样地内，大多数物种的最大光化学效率Fv/Fm的值显著下降。栓皮栎（Quercus variabilis）、马尾松和柏木等的Fv/Fm值与距污染源的距离呈明显的正相关，都是随着离污染源越来越近而逐渐降低。根据污染区相对对照区Fv/Fm值下降幅度的不同，把植物划分为三种类型：对污染敏感型如柏木、铁仔、檵木等，中等敏感型如油桐（Vernicia fordii）、香叶树（Lindera communis）和不敏感型如山胡椒（Lindera glauca）和 蝴蝶花（Iris japonica）等。

染色体加倍对忍冬生物学性状及其生态适应性的影响

忍冬（Lonicera japonica Thunb.）属忍冬科忍冬属，是一种重要的药用植物，其花蕾称为金银花（Flos Lonicerae），在我国已有1000多年的药用历史，具有清热解毒、凉散风热等功效。我们利用秋水仙素诱导二倍体“大毛花”品种茎尖选育出同源四倍体“九丰一号”品种，并在生产中发现花蕾产量显著提高，而药效成份含量是否发生变化了呢？四倍体忍冬表现出典型的器官巨大性，这些变化是否与其较强生态适应性之间存在联系呢？染色体加倍增强了忍冬的生态适应性，其生态修复功能如何呢？在本研究中，主要从以下几个方面进行了探讨：（1）染色体加倍对其叶片，茎、花蕾和花蕾产量及其药效成份等生物学性状的影响;（2）染色体加倍后植物对水分胁迫的响应;（3）染色体加倍后植物对热胁迫的响应;（4）除上述两个品种外，增加一个变异品种“红银花”，探讨3个忍冬品种对退化生态系统的修复功能。主要结果如下： 1. 通过测定根尖细胞染色体数目和使用流式细胞仪分析茎尖细胞DNA含量，表明四倍体忍冬（2n = 4x = 36）确实来自二倍体忍冬（2n = 2x = 18）的染色体加倍。四倍体忍冬气孔细胞大小显著大于二倍体，而气孔密度显著低于二倍体。四倍体忍冬没有光合“午休”，而二倍体存在明显的光合“午休”，这可能与其存在抗高温的叶片解剖结构特性有关。四倍体忍冬叶片较二倍体变大、变厚、变浓绿（较高叶绿素含量）。与二倍体相比，四倍体忍冬单位叶面积重量显著增高，表明其具有较强的生态适应性。四倍体忍冬单个花蕾的鲜重和干重均显著大于二倍体。连续3年的花蕾产量调查表明，四倍体显著高于二倍体。染色体加倍使其茎干粗壮、节间变短、新梢上着生花蕾数目增多及单个花蕾变大，这是其花蕾高产的生物学基础。对金银花的药效成份而言，染色体加倍不影响绿原酸的含量，但增加了木犀草苷的含量。结果表明，染色体加倍能增加金银花的产量和药效成份的含量，建议四倍体忍冬在药材生产中推广应用。 2. 水分胁迫显著降低二倍体和四倍体忍冬叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。水分胁迫也降低电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，而增加非光化学猝灭、总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体忍冬对水分胁迫的响应表现为其叶片水势、气体交换、叶绿素荧光和有关代谢物含量的变化程度低于二倍体，并且复水后其恢复能力快于二倍体，表明染色体加倍增强了忍冬的抗旱能力。分析其主要原因，可能是由于四倍体植株总叶面积减少、单位叶面积重量增加、叶片表皮细胞和栅栏组织增大以及叶片表皮毛较浓密等形态解剖结构特性有关。结果表明，染色体加倍能增加忍冬植物的抗旱能力，而使其具有较强的生态适应性。 3. 二倍体和四倍体忍冬受48 ºC热胁迫处理6 h和恢复10 h，以及离体叶片45 ºC，50 ºC，55 ºC 水浴热胁迫3 min，应用叶绿素荧光成像系统研究了它们对热胁迫的响应。热胁迫显著降低了两个品种叶片的最大光化学效率、电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，降低了四倍体的非光化学猝灭，而增加了二倍体的非光化学猝灭。热胁迫增加了两个品种叶片的总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体受热胁迫的叶绿素荧光参数和有关代谢物的响应程度低于二倍体，以及其恢复程度快于二倍体，表明染色体加倍提高了抗热性。此外，叶绿素荧光成像的异质性也表明，四倍体的抗热能力大于二倍体。进一步的叶片解剖结构分析表明，四倍体叶片的表皮细胞变大、栅栏组织增厚、表皮毛较浓密等特点，是其抗热性强的主要原因。 4.根据以上的研究结果，通过四倍体忍冬生态修复功能的野外试验证明染色体加倍后其生态适应性变化。在本研究中，针对北京市门头沟区大面积不同类型的废弃地急需恢复植被和景观的问题，在恢复生态学理念的指导下，综合运用集成技术，将3个忍冬品种植物用于这些退化生态系统的恢复。在王平镇的公路下边坡（以碎石和矿渣为主）、煤矿、石灰窑和采石场4种类型废弃地建立生态修复的试验示范区。结果表明，在4个废弃地类型上引进的3个金银花品种，具有使示范区快速复绿、当年成景和群落快速形成的潜力，并具有对不同退化迹地的适应能力和恢复效果，其中四倍体忍冬效果更好些，这主要与其形态解剖结构和较强的生态适应性有关。