中国簇毛黄耆亚属的分类修订和系统位置初探

摘要 "簇毛黄耆亚属隶属于豆科黄耆属，主要分布在青藏高原和横断山区，大多数种类都是狭域分布的。由于缺乏野外工作，标本不够丰富，模式标本不易收集齐全等原因，相当一部分种类的划分尚不能令人满意，应予以修订。除此之外，这个亚属的范围及其系统位置也存在一定的争议，还有待于深入的研究。本文对我国簇毛黄耆亚属的种类进行了分类修订，通过形态学和分子系统学两方面的研究，重新界定了该亚属的范围，并对其系统位置进行了探讨。 1. 分类修订 通过查阅文献，标本室研究与野外观察相结合，对簇毛黄耆亚属形态性状的变异式进行了分析，特别调查了性状在居群中的变异幅度。发现茎和花的长短以及果实的形态等是可靠的分类性状。另外，茎和小叶的被毛状况，小叶和小苞片的形状以及花的颜色等对于亚属下种类的划分也有重要的意义。 本文将7种植物从簇毛黄耆亚属中分出，9种处理为异名，确认中国簇毛黄耆亚属植物有23种。多尼尔黄耆是中国分布新记录种，亚东黄耆和单花黄耆都是该种的异名。狭叶黄耆、芒齿黄耆和丽江黄耆是弯齿黄耆的异名，这些种类中存在的分类困难得到了澄清。本文给出了每一个种的形态描述和标本信息以及亚属内的分种检索表。 2. 微形态学 观察了簇毛黄耆亚属植物花柱的发育过程，发现通常使用的术语“柱头具毛”没有准确地描述其中一部分簇毛黄耆的特征。这些植物的毛只是长在花柱的顶端，柱头是光滑无毛的。除毛被直立且向上指外，其它与花粉刷（pollen brush）相关的特征，在这些植物中也出现。所以，这些簇毛黄耆的花柱及其毛被也应该叫做花粉刷。在山羊豆族中，花粉刷正是区分鱼鳔槐亚族的关键特征。因此，这一构造支持将一部分簇毛黄耆从黄耆属（黄耆亚族）中分出，作为一个属放入鱼鳔槐亚族当中。 3. 叶表皮研究 在光学显微镜下观察了代表簇毛黄耆亚属4个组的11种植物的叶表皮。发现所观察种类都具有两种气孔类型，以无规则型为主，放射状细胞型数量很少。 表皮细胞根据细胞轮廊和垂周壁的情况，可以分为三种类型：一是表皮细胞不规则形，垂周壁波状纹或深波状纹，代表为扁荚组植物;二是表皮细胞为多边形，狭长形为主，垂周壁平直，略有浅波状纹，袋果组植物属于这种类型;三是表皮细胞为多边形，垂周壁平直，属于这种类型的有膨果组和背扁组植物。表皮细胞形状对于亚属范围的确定以及亚属下组的划分有一定的意义。 4. 分子系统学 测定了簇毛黄耆亚属植物的ITS序列，并从Genbank中下载了48个种的ITS序列，包括了黄耆属及其临近12个属的代表。以锦鸡儿属（Caragana）为外类群，进行简约性分析，构建簇毛黄耆亚属与其临近类群的系统发育树状图。结果显示，扁荚组与亚属其余类群在系统树上处于不同的分支，亲缘关系较远，表明包括扁荚组的簇毛黄耆亚属不是一个单系类群;膨果组，背扁组和袋果组的代表作为一个单系类群能得到ITS序列的支持，但它们与鱼鳔槐亚族关系更近。这种分支方式能够得到形态证据的支持，说明一部分簇毛黄耆的确与鱼鳔槐亚族有更近的关系，这些种类的分类位置值得重新考虑。"

旌节花科的分类和系统学研究

旌节花科是东亚特有科，仅有旌节花属1属。本文研究了该科植物的生活习性、外部形态、花粉形态和外壁超微结构以及花器官发生，并根据多个DNA区段的序列探讨了科的系统位置和属下关系。在此基础上，综合各方面的证据，对旌节花科进行了全面的分类学修订，完善了该科的分类系统。主要内容包括： 　　1、习性和外部形态学 　　结合室内标本和野外考察，对旌节花科植物的生活习性、叶、花序、花和果实各个性状的变异式样、变异幅度、变异规律及其相关性进行了深入研究，并讨论了它们的分类学价值。结果表明：叶片形状、叶缘齿、花序下的叶片是否宿存以及花序是否具花序梗等性状在种间变异非常大，单个性状对旌节花属属下分类意义不大;而叶片毛被、脉序和结构，花序长度，花的大小和颜色以及果实大小等性状通常较稳定，可作为旌节花属划分种和变种的重要依据。 　　2、花粉形态学和外壁超微结构 　　在透射电镜下研究了旌节花属5个代表种和1个外类群（Crossosoma californicum）的花粉外壁超微结构，并在扫描电镜下研究了外类群Crossosomataceae 1个代表种（Crossosoma californicum）的花粉形态学特征，结合前人的研究，探讨了上述性状的分类学意义。结果表明：旌节花属植物花粉形态的共同特征是：花粉粒球形或近球形，三孔沟;外壁具穴状纹饰，穴较细小;外壁内壁分层明显，容易区分（柳叶旌节花除外），覆盖层光滑，几无附属物，柱状层明显，穿孔较少，不形成半覆盖层。各种植物花粉外壁超微结构的特征在旌节花属两个组中较一致，但其差异可作为探讨属下种的分类和系统学关系的依据。此外，对旌节花科和Crossosomataceae花粉表面纹饰和外壁超微结构的研究结果提示：这两个科与省沽油科和山茶科厚皮香亚科有较近缘的关系，而不支持这两个科的姐妹群关系。 　　3、花器官发生 　　首次对旌节花属常绿组和落叶组共2个代表种的花器官发生进行了研究，结果表明：该科植物花为功能性单性花，雌雄异株，花发育过程长达10个月，其中2-3个月是冬季休眠期。在花发育早期，雄花和雌花的发育没有差异，花性别的分化发生在花发育后期，即每年春天花开前后的2-3天，雌花中雌蕊的子房开始膨大，柱头伸长，胚珠多数，能育，而雄蕊逐渐干瘪收缩直至最后花粉不育;此时雄花的雄蕊发育良好，花丝粗壮发达，花药饱满，花粉能育，而雌蕊发育逐渐停滞直至败育。花器官发生方式为向心式，发生顺序为：苞片—外轮萼片—内轮萼片—花瓣—外轮雄蕊—内轮雄蕊—雌蕊。花萼4枚，两轮，交互对生，花瓣和雄蕊均4枚一轮几乎同时发生，花瓣覆瓦状排列。旌节花属常绿组和落叶组植物的花器官发生发育过程没有差别。 　　4、基于多个DNA区段序列的系统发育分析 　　首次选取进化速率较快的5个DNA区段：核核糖体ITS区和叶绿体rps16, ndhF，trnL-F及trnS-G-G区段，对旌节花属分别代表常绿组和落叶组的10种2变种及外类群Crossosomataceae和省沽油科3种植物的相关序列进行测定，并将上述序列合并构建系统树。研究结果表明：旌节花科作为一个单系群得到很好的支持。旌节花属落叶组和常绿组的划分在基于ITS、叶绿体4个区段单独分析及联合分析得到的系统树中没有得到支持，表现在该联合分析得到的树的两个分支与该属植物的习性和外部形态特征无关，而与它们的地理分布密切相关：其中一支主要分布在东亚的偏北部，另一支主要分布在东亚的南部地区，常绿和落叶的种类则混合在这两支中。此外，分子序列分析的结果对该属植物的分类、系统关系、起源和该科的系统位置均有重要意义。系统树显示出分布于台湾的S. sigeyosii与分布于日本的早春旌节花聚成稳定的一支，说明前者与后者，而不是与西域旌节花关系密切。叶绿体基因树与核基因树存在冲突，表明该属经历过网状进化。推测变种披针叶旌节花与云南旌节花可能是杂交起源。根据叶绿体rbcL序列得出的系统树显示旌节花科与产北美的Crossosomataceae的姊妹群关系支持率低于50%。基于最大似然树，运用罚分似然法推算出这两个科分化时间为68.25 ± 10.36 MYA，这两者共同与省沽油科近缘。 　　5、分类学研究 　　综合上述研究结果，对旌节花属进行了分类学修订。属下不设立组;确认该属植物有6种6变种，其中中国特有种3个，变种3个。5种5变种被作为新异名，新组合3个，其中2个改级新组合。对西域旌节花、云南旌节花和滇缅旌节花等进行了模式指定。本文还给出了分种和变种检索表、各类群的形态学描述、地理分布图、标本引证和讨论等。 　　

普通烟草与毛曼陀罗族间体细胞杂交的研究

采用PEG／DMSO融合法，从普通烟草(Nicotiana tabacum L.cv.Xanthi nc)叶肉和毛曼陀罗(Datura innoxia Mill.)茎或叶愈伤组织原生质体融合获得I5株花盆中健康生长的族间体细胞杂种植株;其中11株是在没有选择压力的条件下获得，4株则是在有IOA和R6G选择系统存在下获得。同时获得一株试管开花且形态异常的植株和一株花盆中生长的嵌合植株。lOmM IOA和I5μ g／ml R6G均能分别有效地抑制烟草叶肉和毛曼陀罗愈伤组织原生质体的分裂;10% DMSO能显著提高原生质体融合率;PEG种类并不重要，但浓度则很重要;BAP较ZT，KT对植株分化有更好的诱导效果。杂种的形态、细胞、同工酶、Southern杂交，花粉育性分析结果如下：1、l5株杂种较双亲普遍株型矮小，生长缓慢，形态接近烟草但不很正常，根据形态特征可分为两种类型：(1)共有8株，其叶片大小、形状、颜色、开花习惯、花类型（单花）等均与毛曼陀罗接近，但子房败育;(2)共有7株，其株型、叶片形状、颜色、光滑度、花形状、类型（圆锥状花序）、颜色更接近烟草，但少数杂种开单花或先单花后圆锥状花序或先单花后两种花并存，且开花时间不一，部分子房败育。2、杂种染色体数目大都在60～90之间，个别者较少(48条)或较多(125条)，没有一株为双二倍体(2n=96)，并全部为混倍体。3、15株杂种植株均有双亲的细胞色素氧化酶同工酶特征谱带;大部分都有双亲的过氧化物酶同工酶特征谱带，少都仅具烟草的谱带。4、Hae Ⅲ／水稻rDNA的Southern杂交分析表明杂种1较双亲多一条谱带，杂种2较双亲也多一条弱带，其它杂种尚待定。5、花粉活力测定表明毛曼陀罗（种子再生而来）的为99%，烟草（原生质体再生而来）为80～90%，而杂种的为24～61%，育性普遍低于双亲。