百合科黄精族的系统学研究

黄精族隶属于广义的百合科，通过对其研究历史的回顾，指出了它目前存在的问题，即(1)族的概念和范围不清、(2)属间的界限模糊、(3)族内各属的系统排列不明确．针对这些问题，本文从形态、解剖、胚胎、孢粉和细胞方面对族内各类群进行了野外调查和一些实验工作，本此基础上，并结合前人的工作，对黄精族的系统发育进行了探讨． 一, 形态本文通过黄精族各属大量标本，尤其是国产类群标本的认真研究，并结合6个多月的野外调查资料，分析了本族植物21个形态性状及其状态在属间和属内的分布，指出了一些性状的稳定性及其系统学价值， 二，解剖本文对黄精族5属17个种的茎、根状茎及子房进行了解剖学观察，同时对7属41种植物的叶表皮进行光镜观察，并对5属12种的叶表皮进行扫描电镜的观察，结果表明：(1)七筋姑属花葶的维管柱缺乏纤维鞘，这和本族其它类群不同．(2)扭柄花属、黄精属、竹根七属和鹿药属植物子房中具草酸盐针晶，而七筋姑属和万寿草属未发现这种晶体．(3)本族植物的气孔器均为无规则型，但邻近细胞及其周壁的形状在不同类群中是不同的，据此我们将本族叶表皮划分为七个类型，并认为叶表皮邻近细胞呈多边形、周壁直是黄精族叶表皮最基本的形式． 三，胚胎本文对黄精族3属4种植物以及铃兰(Convallaria majalis)进行了胚胎学研究，其中小玉竹(Polygonatum humile)和铃兰得到了完整的胚胎学资料，实验结果显示(1)黄精族植物小孢子发生过程中胞质分裂均为连续型，胚乳发育为核型;(2)小玉竹的胚囊发育方式为葱型，鹿药(Smilacina japonica)为英地百合型．万寿竹(Disporum cantoniense)和长蕊万寿竹(D. bodinicri)为蓼型，铃兰为葱型或英地百合型;(3)周缘细胞的有或无在小玉竹，鹿药和铃兰中是不稳定的． 四，孢粉本文对6属42种植物花粉进行了扫描电镜观察，结果表明(1)萌发孔的类型和数目在本族中不稳定，系统价值不大;(2)花粉外壁纹饰比较稳定，是一个十分重要的分类学性状．我们将黄精族植物的花粉外壁纹饰划分为9种类型．并认为孔穴型是一种原始类型，其它类型是由它演化而成， 五，细胞在前人工作的基础上，通过与其它性状的综合分析，本文认为黄精族植物有五种原始染色体基数：七筋姑属x=7;万寿竹属和扭柄花属x=8;黄精属x＝9：鹿药属和舞鹤草属x＝ 18;竹根七属x=20． 在上述实验结果的基础上，结合前人的工作，对黄精族的各种性状进行了分析，本文得出如下结论： 1．包括万寿竹属、扭柄花属、七筋姑属、黄精属、竹根七属、鹿药属和舞鹤草属的黄精族是一个单系类群． 2．本文赞同Dahlgren et al．(1985)，Tahktajan (1987)对黄精族系统位置的处理，即它与铃兰族，蜘蛛抱蛋族和沿阶草族关系较近，且共同组成铃兰科．相比之下，黄精族是该科中比较原始的一个族. 3．本文在性状分析的基础上，总结出20个比较稳定、系统价值较大的性状，并指出了它们的演化趋势;同时总结出黄精族原始类群应具有如下特征：(1).具细线形根状茎;(2).地上茎具分枝;(3).叶茎生;(4).具腋生的圆锥或总状花序;(5).花为三基数，花被片离生;(6).花被片具多条开放型脉;(7) .胚珠多数;(8).胚囊发育为单孢子型;(9).厚珠心胚珠;(10) .花粉外壁具覆盖层． 4．本文认为黄精族植物可分为三支：一是以染色体基数x＝9及其衍生的类群，包括黄精属，竹根七属、鹿药属和舞鹤草属;二是以x=8为基数的一支，它包括万寿竹属和扭柄花属;三是七筋姑属单独形成的一支，它的染色体基数x＝7．同时认为万寿竹属是本族比较原始的一个类群． 5．本文认为东亚北方是黄精族植物起源地． 6．本文赞同汤彦承(1978．见汪发缵、唐进1978)对卵叶扭柄花(Streptopus ovalis (Ohwi) Wang et Y.C．Tang)的分类学处理，而不赞同汪发缵、唐进(1983)把金佛山鹿药(Smilacina jinfoshanica Wang et Tang)从鹿药属转隶至黄精属的观点． 7．本文认为鹿药属和舞鹤草属亲缘关系较近，但区别特征明显，从而不赞同LaFrankie (1986),李恒(1990)将二者合并的观点。

牡丹复合体的研究

牡丹复合体属芍药属(Paconia)牡丹组(Sect. Moutan)．原有6个种名，包括花壬 牡丹、名贵野生花卉紫斑牡丹，著名中药牡丹皮原植物，野生种类为我国特有，仅分 布在以秦岭为中心的较小区域．本研究从山西、陕西、河南、湖北、甘肃共采集14 个居群（包括复合体不同类型）．通过野外居群调查、样方研究，移栽实验，以及细 胞学观察、孢粉学观察分析、种子蛋白和DNA水平多样性的探索性的工作，并结合 聚类分析方法，对牡丹复合体进行了分类学和保护生物学两方面的研究，主要结论 为： 1．本复合体为多年生木本植物，生长缓慢，在天然状况下，从种子播种到开花结实长达7年．枝条通常具隔年开花习性．严格单花顶生，花期短(5-10天)．雄蕊先熟，以异花传粉为主（主要传粉者有甲虫和野蜂）．自交亲和，甲虫在传粉过程中常常破坏心皮和胚珠．胚珠败育比例很高，紫斑牡丹50%．其它类群达90%． 2．种子生物学特性研究，发现本复合体种子属正统种子，但种子衰变快．种子萌发时间长，一般的化学及物理处理对种子萌发无明显促进作用，种子具上胚轴休眠特性．打破休眠需要两个条件：一是胚根长足3 cm．二是10℃左右的低温或GA3处理，野生紫斑牡丹种子较大，复合体其它野生类群种子较小．野生牡丹的种子活力相当低，萌发时间更长． 3．样方的调查统计表明，稷山和永济两地区的矮牡丹株数一龄级分布规律是2—5年生个体最多，随年龄级的增加，个体数目减少．居群呈增长趋势．紫斑牡丹株数一龄级分布规律是青壮年时期个体数目多，幼年时间和老年时期个体数目少，居群呈衰退的趋势，这与其本身繁殖方式和人为破坏程度相关． 4．对13个居群花粉扫描电镜观察表明，本复合体紫斑牡丹(P. rockii)为粗网纹，网眼大，其它类群为细网纹、网眼小． 5．通过18个居群的核型分析并结合前人工作，发现本复合体染色体数目稳定2n =10．核型差别不大，野生类群和栽培品种间有一定分化，但总体上核型多样性比较贫乏．通过8个居群C带研究，发现带纹很少，但多样性很丰富．8个居群表现出7种带型． 6．种子蛋白和DNA水平多样性的初步研究，发现复合体具有较丰富的多样性．但多样性的分布对类群的划分帮助不大，有待进一步研究． 7．通过形态性状分析发现产自各地区矮牡丹、河南粉花类型、神农架红花类型具根出条现象，并以此为主要繁殖方式，紫斑牡丹无此现象．神农架红花类型植株矮小，复合体其它类群较高．产自各地区的矮牡丹和神农架红花类型为二回三出复叶．小叶数目多为9．矮牡丹顶生小叶具浅裂、中裂或深裂，裂片具齿，神农架红花类型顶生小叶仅具浅裂或齿（全缘）．河南粉花类型为二回羽状复叶．小叶数目12-15．紫斑类型叶为二回或三回羽状复叶、小叶数目15-40．小叶分裂方式分两种类型，秦岭西部居群以浅裂、全缘为主，东部居群以中裂或深裂为主，裂片具齿．神农架红花类型花为平展型、较小，其它地区花杯状、较大．花盘有二种类型．紫斑类群花盘黄色或白色．1／2-4／5包被心皮，心皮被稀疏长柔毛，其它类群花盘紫红色，全包心皮，心皮密被短硬毛．根据形态性状分析．并结合细胞学、孢粉学和地理分布研究，对复合体做如下处理：(l)把神农架红花类型做为新种处理P．quii Y.L．Pei et Hong．(2)保留P.rockii(S.G.Haw et L.A. Lanener)T.Hong ct J.J.Li和P.ostii T.Hong et J．X. Zhang．前者进一步分成二亚种：subsp. rockii和subsp. lanceolata Y.L．Pei et Hong（新亚种）．后者包括河南粉花类型，中药丹皮原植物．(3)保留P．suffruticosa Andr.种内分二亚种：subsp. suffruticosa和subsp. spontanea (Rehd．)S．G. Haw et L．A, Lauener. (4)废弃P.papaveracea Andr.和P.jishanensis T.Hong et W.Z.Zhao (5)P．yanancnsis T．Hong et M.R．Li作为存疑种处理． 8．通过上述研究对野生牡丹濒危原因加以分析，认为致濒原因主要是人为干扰和种子萌发和传粉特点等生物学特性造成，但以前者为主，建议应广泛开展各个层次多样性研究，为生物多样性保护利用奠定基础。

银杉的遗传多样性及系统位置的研究一兼论松科的分子系统学

银杉属Cathaya是我国著名植物学家陈焕镛和匡可任建立的松科单型属，该属是否成立及该属在松科中的系统位置至今仍众说不一。银杉Cathazyaargyro phylla是银杉属的唯一幸存种，被誉为第三纪的活化石，并被列为我国一级保护的濒危植物，也是世界植物红皮书所列少数几种濒危裸子植物之一，保护区虽已设立数个，但该物种的濒危原因仍为未解之谜。本文针对上述问题开展了松科植物的分子系统学研究，探讨了银杉属的系统位置及松科的属间关系，并通过遗传多样性的研究探讨了银杉的濒危机制及保护策略。 1．松科的分子系统学研究 为选取合适的分子标记，本文先探讨了ITS-1在松科等裸子植物中的系统学价值。对1 6种裸子植物（其中含松科10属12种）的ITS-1的扩增结果如下：ITS-1在裸子植物属闻存在极大的长度变异(约600-2600bp)，因而不适用于属级以上的系统学研究;在同属种中，ITs-1的长度虽较一致，但与被子植物的ITS-1相比，裸子植物的ITS-1太长(如在松属中超过2600bp)，难以进行大规模研究。银杉属ITS-1的扩增产物中，一个片段的长度与松属ITS-1的长度相当，另一个片段的长度与云杉属ITS-l的长度相当，这三属间的关系值得进一步研究。此外，在松科植物ITS-1的研究中必须注意真菌“污染”这一问题。 由于ITS不适用于裸子植物属间关系的研究，因而本文运用rbcL-accD基因片段及trnK基因的PCR-RFLP分析探讨银杉属的系统位置及松科的属间关系。rbcL和trnK虽然都是叶绿体基因，但位于trnK内含子区的natK基因与rbcL基因在所受的选择压及进化速率上相差甚远，通过这两个基因研究结果的比较有助于评价系统树的可靠性。此外，考虑到松科的10个属中有9个属的rbcL基因序列已被测定，我们补测了银杉属的rbcL基因序列，进而对松科10个属的rbcL基因序列进行了全面分析。PCR -RFLP分析及rbcL基因的序列分析结果如下： A. PCR扩增的松科rbcL-accD基因片段均长约2550bp，属间没有明显的长度变异，1 8种限制性内切酶的单酶切及7种组合双酶切共获得86个酶切位点，其中54个为变异位点。PAUP和MEGA软件分析均表明：银杉属、松属、黄杉属和落叶松属构成一个单系群，且银杉属与松属的关系似乎近于它与另外二属的关系，但这一结果来得到bootstrap分析的较强支持;黄杉属近缘于落叶松属;冷杉属近缘于油杉属。 B．PCR扩增出的松科trnK基因均长约2557bp，在属间也没有明显的长度变异。16种限制性内切酶的单酶切及7种组合双酶切共获得92个酶切位点，其中68个为变异位点。变异位点中的35个具有系统发育信息，其中28个位于matK基因上。分布于整个trnK基因上的informative位点和仅分布于matK基因上的informative位点分别用于PAUP(version 3.1.1)分析，且PAUP分析中分别用Wagner简约法和Dollo筒约法构建系统树。总体看来，Wager简约树和Dono简约树的结构基本一致（Cedrus的位置除外）：Abies、Keteleeria、Tsuga和Pseudolarix分为一支，且这一支在所有的简约树中均得到分辨;Pseudotsuga近缘于Larix,而Abkes相对近缘于Keteleeria; Cathaya与Ables-Keteleeria-Pseudolarix-Tsuga这一支的关系较远，它与松科的其它属聚在一起，但b∞tstrap分析也不支持它与任何一个属有很近的关 系，说明Cathaya是比较孤立的一个属。Cedrus的位置较特殊，在Wagner简约树中它位于松属以外的其它8个属的基部（因松属为外类群），而在Dollo筒约树中它位于Al}ies-Kete~eer uz-Pseudo/zr/x- Tsuga达一支的基部，并且它与这一支的关系得到了bootstrap分析的较强支持。 C．银杉的rbeL基因长1425bp，其序列与松科其它9个属的rbcL基因序列均有较大差异，从遗传距离(Mega软件中的P-distance)上看，银杉属作为一个属是无可非议的。PAUp和Mega软件分析均表现：Abies、Keteleeria、Pseudolter和Tsuga分为一支，且Cathaya与这一支的关系较远;Pseuaiotsuga近缘于Larix,且这二属间的关系得到了bootstrap分析的强烈支持;Abies近缘于Keteleeria，Pseudolarix近缘于Tsuga，且这两支也得到了bootstrap分析的较强支持;Cathaya与Pinus聚为一支，但支持强度不高。Cetirus的位置与trnK基因的PCR-RFLP分析结果极为相似。 根据rbcL-accD基因片段及trnK基因的PCR-RFLP分析以及rbcL基因的序列分析可以得出如下结论：<1> Cathaya作为一个属不仅是成立的，而且是一个较为孤立的属，将它置于其它任何属内都是不正确的，该属与Abies-Keteleer ia-Pseudolarx-Tsuga这一支的关系较远，相对而言Cathaya与Pinus的关系可能稍近一些。<2>松科主要分为两大支：一支含Abies、KeteZeera、Pseudolarx和Tsuga，该支中Abies近缘于KetelaeriaPseudolarix近缘于Tsuga;另一支含Pseudotsuga、Larix、Cathaya、Pinus和Picete，该支中Pseudotsuga明显近缘于Larix;Cedrus可能更近于Abies-Keteleeria-Pseudolarix-Tsuga这一支。 2．银杉的遗传多样性研究 本研究运用随机扩增多态DNA(RAPD)方法对银杉的1 1 3个个体（分别采自现存全部4个居群：金佛山、花坪、大瑶山和八西山)进行了遗传多样性检测。21个1O-mer的寡核苷酸引物共检测11个位点，其中42个位点是多态的，占37%，这一多态位点百分率仅为裸子植物多态位点百分率平均值的一半左右，说明银杉的遗传多样性水平很低。对多态位点的分析发现银杉屠群内发生了十分严重的遗传漂变，因而导致屠群间的强烈分化。AMOVA分析表明：银杉的遗传变异中，34.7%的变异存在于居群闻，这一数值是裸子植物GST平均值(6。8%)的5倍多;在金佛山屠群中，17%的遗传变异存在于亚居群间，这一数值也是裸子植物GsT平均值的两倍多。银杉的这一居群遗传结构与其它裸子植物的居群遗传结构截然不同。此外，我们提出了度量遗传多样性水平的分化指数概念及其计算方法，并发现遗传多样性水平的高低与生境的复杂程度有一定的相关性。 银杉的遗传多样性水平很低，其适应幅必然很窄，且由于严重的遗传漂变导致居群间的强烈分化，使基因流受阻，进而产生严重的近交，近交又使银杉的适应能力进一步下降，并使极为有限的遗传多样性进一步丧失，这种恶性循环会导致银杉濒危程度的加剧，甚至绝灭。 鉴于银杉独特的居群遗传结构，即有相当大一部分遗传变异存在于居群之间，取样保护时，不仅要在每个居群中取足够多的个体，而且要在尽可能多的居群中取样。就原地保护而言，由于每个居群和亚居群都有独特的基因型，因而都具有保护价值。另外，人工加强居群间的基因流（如人工授粉）对提高银杉各居群的适应能力肯定是有益的。

低等金缕梅类的系统学：分子和发育学证据

传统的低等金缕梅类包含7个科，即领春木科（Eupteleaceae）、昆栏树科（Trochodendraceae）、水青树科（Tetracentraceae）、连香树科（Cercidiphyllaceae）、折扇叶科（Myrothamnaceae）、悬铃木科（Platanaceae）和金缕梅科（Hamamelidaceae）。这些科之间的谱系关系以及金缕梅科内部的谱系关系是研究被子植物系统和进化的主要问题之一。本研究的目的在于通过对现有的和本研究中产生的分子和发育学资料的分析来对这些谱系问题进行探讨，希望使我们对这些类群的认识提高到了一个新的水平。 本研究测定了包括连香树科、领春木科、悬铃木科、水青树科和金缕梅科内所有亚科代表共计14个种的rbcL基因，matK基因和18S-26S核核糖体（nrDNA）内转录间隔区（ITS）的序列，并结合原有资料对所有低等金缕梅类（除非洲分布的折扇叶科）及其相近类群进行了分支分析。主要结论包括;传统低等金缕梅类是一个复系类群;金缕梅科也是一个复系类群;ITS序列分析支持将连香树科包含在金缕梅科内，但是，rbcL资料和matK资料不支持将连香树科包含在金缕梅科内。本研究支持金缕梅科内6个亚科的分类系统，即将其分为阿丁枫亚科（Altingioideae）、红花荷亚科（Rhodoleioideae）、马蹄荷亚科（Exbucklandioideae）、壳菜果亚科（Mytilarioideae）、双花木亚科（Disanthoideae）和金缕梅亚科（Hamamelidoideae），但壳菜果亚科的山桐柴属（Chunia）应置于马蹄荷亚科内。 本研究首次描述和报道了金缕梅科5个亚科6个种的花的形态发生。通过对本研究发现的新证据和文献中记载的资料分析表明金缕梅科的花发育的特征无明显的共同式样。从本研究提供的花发育资料得出的值得注意的结论是红花荷属在金缕梅科中的亚科地位得到支持。对牛鼻栓（Fortunearia sinensis Rehd. et Wils.）的花发育研究表明其花性分化在发育晚期才出现。 本文首次对显脉红荷（Rhodoleia henryi Tong）的胚胎学进行了研究。尽管红花荷属是金缕梅科内适应鸟传粉的特化类群，但其胚胎学的特征与金缕梅科其它植物并无明显区别。因此，本研究不支持红花荷属独立成科而支持其在金缕梅科内的亚科地位。

金粟兰属的系统学研究

本文在形态学、解剖学、孢粉学、细胞学和分子系统学研究的基础上，对金粟兰属进行了世界性的专著性研究。主要内容包括： 1. 形态学 在标本室研究和野外考察的基础上，对金粟兰属植物形态性状的变异式样及其分类学意义进行了分析，发现习性、雄蕊的颜色和形状、花柱的有无等性状在种内稳定，是比较可靠的分类学性状。通过查阅模式，发现湖北金粟兰和多穗金粟兰是宽叶金粟兰生长发育的后期阶段，单穗金粟兰和安徽金粟兰是及己生长发育的后期阶段;认为菲律宾金粟兰、轮叶金粟兰和台湾及己与台湾金粟兰是同种植物，全缘金粟兰、石棉金粟兰和毛脉金粟兰与网脉金粟兰是同种植物：推测天目山金粟兰是依据及己的畸形植株发表的。最后，认为金粟兰属在全世界仅有10种植物，即鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰、台湾金粟兰、狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草。 2. 解剖学 通过对金粟兰科4属16种植物的叶表皮特征的观察，发现叶表皮性状，尤其是气孔器的类型对于理解该科的属间和种间关系有重要意义。环列型气孔器可能是联系Ascarina与草珊瑚属和金粟兰属的关键性状;根据气孔器的类型，金粟兰属的10种植物可以分为两类：第一类包括鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰和台湾金粟兰，其叶片下表皮的气孔器以平列型为主;第二类包括狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草，其叶片中的气孔器以侧列型为主。显然，叶表皮性状不支持前人依据习性对该属所作的划分，但与基于雄蕊形态的划分基本吻合。 3. 孢粉学 在扫描电镜下对金粟兰属植物的花粉进行了观察，发现花粉性状在属内比较一致，对于探讨属内种间关系意义不大。 4. 细胞学 对金粟兰科11种植物进行了细胞学研究，首次报道了5种植物的染色体数目和核型，并首次在金粟兰属发现了六倍体。核型分析的结果表明，草珊瑚属与金粟兰属在间期核形态、前期染色体形态和中期染色体形态上均存在明显差异，因而将它们分开的处理是完全正确的：在金粟兰属，根据前4对(四倍体种丝穗金粟兰的前8对)染色体的形态，已有核型资料的八个种可以分为两类：在狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草中，这些染色体全部为具中部着丝粒染色体;而在鱼子兰、金粟兰、及己和华南金粟兰中，这些染色体为各种类型。 5. 分子系统学 首次对金粟兰属植物ITS区和trnL-F区序列进行了测定。在ITS、trnL-F分开处理以及将二者结合起来构建的系统树中，金粟兰属的10种植物均被分为两支：一支由狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草组成，另一支由鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰和台湾金粟兰组成。 6. 金粟兰属的属下分类系统 从上研究结果可以看出，叶表皮、细胞学和分子资料均不支持前人依据习性对金粟兰属的划分，但支持前人依据雄蕊形态的划分。因此，本文把金粟兰属分为两个亚属，即金粟兰亚属和银线草亚属;金粟兰亚属又分为两个组，其中金粟兰亚组包括鱼子兰和金粟兰，及己组包括华南金粟兰和台湾金粟兰;银线草亚属包括狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草。 7. 属的系统位置 综合已有的各方面的资料，对金粟兰科的属间关系进行了评价，认为草珊瑚属与金粟兰属关系最近，Ascarina是二者的姊妹群，雪香兰属是上述三属的姊妹群。

冷杉属的系统学研究

冷杉属是松科中的第二大属，在北半球有着广泛的分布区，从温带的高纬度地带到亚热带（偶达热带地区）的山地，呈间断不连续的分布。虽然一些学者曾对冷杉属进行过大量的分类学和系统学研究，但该属复杂的变异式样至今仍困扰着植物系统学家们。本论文是在腊叶标本和野外实地调查的基础上，从形态学、解剖学、分子系统学和植物地理学等方面进行分类学和系统发育的分析研究。现得到以下初步结果。1.对冷杉属叶角质层内表面胞间凸缘的研究结果表明，可以分为4种类型： 1. 弯曲且发达的单凸缘;2直且发达的单凸缘;3不发达的单凸缘;4双桥型凸缘。分布于欧洲和亚洲的绝大部分种类都是弯曲且发达的单凸缘类型（日本一种除外），而分布于北美的种类则具有四种不同的类型。 2. 叶横切面的研究结果表明皮下层细胞的发育状况和树脂道的位置与大小在Sect. Balsamea中稳定，皮下层细胞的缺失和不发育、树脂道大且中生在该属中可能反映原始状态。 3. 本研究首次发现nrDNA ITS的长度在属下有较大的变异，变异幅度1700 bp-2500 bp，分析得出引起这一变异的主要原因是由于ITS1中有以GGCCACCCTAGTC为核心数目不等的重复序列的存在，并讨论了ITS长度的变异在冷杉属和松科系统演化中的意义。 4. nrDNA ITS的RFLP分析结果和5种冷杉的ITS序列分析结果（以Keteleeria davidiana为外类群）表明A. bracteata与Sect. Balsamea总是聚在一起，亲缘最近;A. kawakamii应属于Sect. Momi。 5. 地理分布和系统发育分析的研究结果表明，冷杉属的多样性中心在北美西南部、而种类分布最大多的地区为东亚、种群分化最强烈的地区为我国的横断山脉。根据冷杉属的系统发育、化石资料和现代冷杉属的地理分布格局，冷杉属可能起源于白垩纪的高纬度地带。 6. 结合ITS RFLP和ITS序列的分支分析结果以及某些形态特征和地理分布资料，重建属下分类系统，将冷杉属分为8组2亚组。探讨了各组间的亲缘关系，认为Sect. Balsamea是冷杉属中的原始类群，Sect. Balsamea是与Sect. Balsamea亲缘最近，形态上十分特化的类群。来自ITS的分析结果为摒属下亚属的划分和将A. kawakamii自Sect. Balsamea中移出，放入Sect. Momi中提供了强有力的证据。经过标本和文献考证，综合各方面的资料，本文对冷杉属进行了全面系统的分类学修订，包括44种17变种1亚种，系统排列如下： 组1. 树脂冷杉组Sect. 1. Balsamea Engelmann。该组包括8种4变种：Abies balsamea, A. lasiocarpa, A. sibirica, A. sachalinensis, A. fraseri, A. koreana, A. nephrolepis, A. veitchii, A. bracteata。 组3. 日本冷杉组Sect. 3. Momi Franco。 亚组1.日本冷杉亚组Subsect. 1. Firmae (Franco) Farjon et Rushforth。该亚组包括6种3变种：A.holophylla, A. homolepis, A. firma, A. beshanzuensis, A. chensiensis, A. pindrow, A. beshanzuensis var. ziyuanensis, A. chensiensis var. ernestii, A. chensiensis var. salouenensis。 亚组2. 鳞皮冷杉亚组Subsect. 2. Squamatae E. Murray。该亚组包括12种6变种：A squamata, A. delavayi, A. nukiangensis, A. recurvata, A. spectabilis, A. mariesii, A. kawakamii, A. forrestii, A. fargesii, A. fansipanensis, A. fanjingshanensis, A. yuanbaoshanensis, A. delavayi var. fabri, A. delavayi var. motuoensis, A. spectabilis var. densa, A. forrestii var. georgei, A. forrestii var. ferreana, A. fargesii var. faxoniana。 组4. 冷杉组Sect. 4. Abies。该组包括7种1变种1亚种：A. alba, A. cephalonica, A. nordmanniana, A. nebrodensis, A. cilicica, A. pinsapo, A. numidica, A. nordamanniana ssp. equitrojani, A. pinsapo var. marocana。 组5. 太平洋冷杉组成Sect. 5. Amabiles (Matzenko) Farjon et Rushforth。该组仅一种：A. amabilis。 组6. 高贵冷杉组Sect. 6. Nobilis Engelmann。该组有2种1变种：A. procera, A. magnifica, A. magnifica var. shastensis。 组7. 大冷杉组成Sect. 7. Grandes Engelmann, emend. Farjon et Rushforth。该组包括4种2变种：A. concolor, A. grandis, A. durangensis, A. guatemalensis, A. concolor var. lowiana, A. durangensis var. coahuilensis。 组8. 墨西哥冷杉组Sect. 8. Oiamel Franco, emend. Farjon et Rushforth。该组包括A. religiosa, A. vejarii, A. vejari var. mexicana, A. hickelii

中国野青茅属的分类学修订

　　通过野外观察和标本研究，本文分析了中国野青茅属植物主要形态性状的变异式样，对其叶片表皮进行了光镜和电镜观察，对外稃表皮进行了电镜观察，分析了该属植物的生态和地理分布。在此基础上，对中国野青茅属植物进行了分类修订。 1．形态性状分析 分析结果显示：野青茅属植物形态变异极其复杂，性状之间大多缺少相关性，属内有分类价值的性状较为贫乏。一般来说，颖片表面特征、基盘毛与外稃的相对长度、外稃的质地及表皮结构、外稃背部具芒与否、芒的伸出位置等性状在种内较为稳定，是本属首要的分类性状。植株疏丛型或密丛型、花序宽大开展或短小紧缩、小穗的大小等性状在分类上具有第二位的重要性。而叶鞘、叶舌、叶片的长宽、颖片边缘是否具睫毛等性状往往在种内没有稳定性，在分类中应该审慎对待。但是，应该特别指出，即便是通常比较稳定可靠的性状， 在少数类群中也可能存在较为复杂的变异，而那些通常没有稳定性的性状，在个别类群中又可能表现出稳定性，在分类上具有重要的价值。 2．叶表皮 在光镜和扫描电镜下观察了叶表皮结构，结果表明：上表皮结构无规律性可循，难以用来分类;下表皮结构为典型的狐茅型，脉间长细胞、刺毛、硅细胞的形态具有一定的分类学意义。 3．外稃表皮 在扫描电镜下观察了外稃表皮结构，结果表明：所有类群的外稃表皮均由长细胞和刺毛组成，偶见硅细胞而无气孔。根据外稃表皮的结构特征可将本属植物分为4类，第1类：长细胞厚壁，边缘显著波状弯曲，刺毛基部浅表型;第2类：长细胞厚壁，边缘微波状或波状弯曲，刺毛基部浅表型;第3类：长细胞薄壁，边缘波状弯曲，刺毛基部下陷;第4类：长细胞厚壁，边缘微波状或波状弯曲，刺毛基部下陷。 4．生态与地理分布 野青茅属植物分布于南北半球的温带地区以及热带的山区，主要生于较潮湿的环境，如林缘、灌丛、低海拔的湿草甸、高山和亚高山草甸、山坡草地等。该属植物在中国主要分布在西南山区和青藏高原，分布种类在海拔3000-4000米最为丰富。 5．区系地理成分分析 中国野青茅属植物的区系地理成分以中国一喜马拉雅成分、中国特有成分为主体，包括环北极成分、旧世界温带成分、中国一日本成分等共5种。认为中国的西南山区至喜马拉雅一带为野青茅属植物的多样性中心之一。 6．根据标本资料，绘制了每一种在中国的地理分布图，以及大部分种的垂直分布柱状图。并首次提供丁8个种的标本绘图。 在．上述工作的基础上，本文对中国野青茅属进行了分类学修订，归并12种，12变种，其中包括新异名16个;作出新组合2个，其中包括1个改级新组合。本文确认了产于中国的该属植物3 1种，3变种（不包括原变种）;另有8种1变种暂存疑。经本文修订后，原中国植物志记载的43种14变种，目前被确认27种2变种。

松属植物rRNA基因的变异模式及其进化生物学意义

被子植物的rRNA基因已经得到深入研究。二倍体被子植物一般拥有1-4对18S-5.8S-26S rDNA位点和1-2对5S rDNA位点。作为特殊的多基因家族成员，rDNA会受均一化力 (homogenizing forces) 的作用，通过基因转换、不等交换等机制，形成基因的致同进化 (concerted evolution)。长期以来，我们一直认为动植物rDNA致同进化水平很高，各种拷贝的序列几乎完全一致，因此可以直接应用PCR测序的方法进行分子系统学研究。但是在裸子植物中由于研究资料的匮乏，使我们对裸子植物rDNA的变异模式了解甚少。松属植物作为裸子植物的最大类群，它的rDNA变异和进化有何特点、与被子植物是否相同，是这个重要类群的进化研究中目前尚未解决的问题。本文的研究内容从三个方面进行： (1)rDNA的染色体定位 目前，松属的18S-5.8S-26S rDNA的染色体定位研究只包括5种植物，其中的3种同时涉及到5S rDNA定位。这些研究结果表明，不同种存在相异的rDNA位点数目，甚至不同的个体的rDNA位点均有变化。其共同点是，18S-5.8S-26S rDNA位点数平均较被子植物多，5S rDNA除Pinus radiata外，在其它种里则与被子植物相似。这种现象是松属或裸子植物的共同特征，亦或是特例呢？有限的研究限制了对裸子植物rDNA的了解。本研究的目的之一就是研究松属植物rDNA的染色体空间分布特征，希望借此了解松属植物间的关系，比较裸子植物和被子植物rDNA在染色体组水平的差异。 (2)5S rDNA的分子进化 5S rDNA的序列水平的进化研究在松属中尚属空白。5S rDNA在染色体数目上没有显示裸子植物与被子植物的差异，是否意味着松属乃至裸子植物的5S rDNA也同被子植物一样——致同进化完全，序列高度一致呢？利用克隆测序方法对松属植物5S rDNA的研究无疑是有开创性的工作，可以探讨裸子植物的5S rDNA的进化机制和种间关系。 (3)杂种基因组研究 杂交物种的起源演化是当前生物学研究的热点，通过杂种基因组的研究，可以了解杂种的的基因组构成，组织方式和进化历史，探讨杂交事件对成种过程的影响及意义。这项研究涉及到高山松、云南松和油松。之所以采用这三种植物，因为等位酶、cpDNA和mtDNA证据证明高山松为油松和云南松的自然杂交种。但这些证据不足以反映杂种核基因组的重组特征和构成及其进化规律。我们利用rDNA-FISH、5S rDNA和基因组原位杂交分析三种松树间的基因组关系，为揭示高山松的进化机制和历史提供新的依据。 本项研究得到以下结果： 一. rDNA荧光原位杂交 (FISH) 通过对华山松和白皮松两种单维管束亚属植物及油松、云南松、高山松、马尾松和南亚松等五种双维管束亚属植物的18S rDNA与5S rDNA的荧光原位杂交，结果表明： ⑴ 裸子植物的18S rDNA位点数目明显多于二倍体被子植物。其中主要位点数目，油松有7对，高山松5对，云南松8对，马尾松10对，南亚松6对，白皮松3对，华山松10对，平均在7对;另外，部分松树还存在弱位点。无论强弱位点都有部分存在于染色体的着丝粒区，除了赤松 (Pinus densiflora)，在其它松科植物中并没有发现这种现象。究竟是基因转移的结果或该位点是18S rDNA的原始起源位置还有待确证。 ⑵ 5S rDNA位点相对变异较小，与被子植物相当。除了华山松5S rDNA有4对位点，马尾松只有1对位点外，其它松树的5S rDNA位点数目均为2对，并且在双维管束亚属植物中有一对属于弱位点。 ⑶ 两种rDNA存在不同连锁模式。双维管束亚属植物中，5S与18S rDNA连锁在同一染色体的同一臂或两条臂上。在同一染色体臂时，18S rDNA在臂的远端。单维管束亚属植物的5S与18S rDNA或连锁于同一染色体的同一臂上，或分别处于不同染色体。前一情况，5S rDNA位于臂的远端。据此可以说明两个亚属的rDNA结构在染色体组水平的很大分化。 ⑷ 松属植物的关系及高山松核型特征。由于5S与18S rDNA连锁关系的不同，可以将单维管束亚属和双维管束亚属分开。各亚属的不同物种可以依据杂交位点的多少、位置、信号强弱构成的核型图加以区分，并且构成一定的系统关系。杂交起源的高山松在染色体组上，表现出对油松和云南松两亲本不同染色体特征的分别继承与重组，并产生独有的特征。其II同源染色体之一18S rDNA位点的缺失，可能是染色体重组的痕迹。 二. 5S rDNA的序列变异与分子进化 利用分子克隆和DNA测序分析了油松、云南松、马尾松、白皮松和不同遗传背景的高山松居群的5S rRNA基因序列变异及基因进化规律，得到以下主要结果： ⑴ 5S rDNA的结构特征。双维管束亚属植物长度在658-728 bp，白皮松则为499-521 bp。长度差异体现在基因间隔区，而基因区极端保守，基本为120 bp。基因转录区内部存在着转录控制区，决定了5S rRNA的转录起始与转录效率。5S rRNA基因能够折叠成正常的二级结构，其中，相对于干区来说，环区要保守，但环E却表现出异乎寻常的变异，转换/颠换比值高达7.1，这种突变可能是假基因的产物。基因间隔区存在一定的保守单元，其中一些与转录的起始和终止调控相关，有些是裸子植物未知功能的特异保守区。 ⑵ 松属植物5S rDNA存在着基因组内与种间的异质性。基因组内的各个克隆中有超过80%的特异的，彼此不相同。整个5S rDNA分化距离为0.042 - 0.051，其中，间隔区的分化比基因区高，其速度约是基因区的3-7倍。比较种间5S rDNA序列发现：在122个克隆中，基因区只有50个特异的序列。基因组间的序列变异度与基因组内 (个体内) 没有明显差别。白皮松的间隔区与双维管束亚属松树的5S rDNA间隔区差异极大，几乎不能排序，而四种双维管束亚属植物的5S rDNA间隔区种间种内差异不大。 ⑶ 松属植物5S rDNA进化。PAUP分析建立的5S rRNA基因树显示，5S rRNA基因在基因组内是多系的 (polyphyletic)，表明成种事件以前，祖先种就已经存在序列的分化。观测到的5S rRNA基因序列变异状况，并非完全是致同进化或独立进化的单一因素造成的，而是二者的相互作用的结果。致同进化确实存在，只是速度较慢而已。 ⑷ 高山松5S rDNA 组成。高山松拥有最高的基因组内的序列多样性，高山松的5S rDNA拷贝既有亲本类型，又有重组类型，并且不同地理及遗传来源的高山松显示一定的分化趋势，有更多的拷贝来自母系亲本。 三. 基因组原位杂交 以油松和云南松总DNA作为探针，相互进行基因组原位杂交，结果显示云南松和油松的染色体组可以完全被对方探针标记，在现有基因组原位杂交的分辨率下不能将两个基因组区分开。说明云南松和油松基因组之间存在高比例的同源序列，两种松树的基因组组成十分相似。利用油松和云南松总DNA作为探针，对高山松的染色体组进行双探针基因组原位杂交。结果表明，高山松全部基因组都能与两亲本探针完全杂交，说明三者间有着异乎寻常的亲缘关系。但在PH失调影响下，高山松只有部分基因组被杂交，并且两种探针的杂交信号有轻微差异。这可能是高度重复序列优先杂交的结果。这些情况表明，高山松虽然在基因组构成上与两个亲本基本一致，但基因在染色体组的空间排布上是存在差异的，这一点可以从rDNA-FISH中证明。

云南中西部地区晚第三纪孢粉植物群及其古植被和古气候研究

晚第三纪是云南地区环境演变过程中的关键地质历史时段，本论文以晚第三纪晚中新世（吕合）、晚上新世（羊邑和龙陵）地层中的孢粉为研究对象，结合同层位大化石植物证据，参照现代植被，恢复了云南三个化石出产地区的古植被垂直分布景观，并定性地描述了古气候;同时运用共存分析方法（The Co-existence Approach）定量化地重建了三个地区的古气候参数值;初步推测了沉积地可能的古海拔。 吕合晚中新世孢粉植物群含52个孢粉类型，隶属38科，其中25个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占73.1%，裸子植物占11.5%，蕨类植物占15.4%。 吕合孢粉植物群的组成反映该地区在沉积时期植被具有垂直分带特征，沉积地附近分布有常绿阔叶林，包括壳斗科的青冈属、栲属、石栎属和漆树科等植物，以及多种亚热带和温带阔叶成分;林中混生少量针叶树（如松属和杉科等）;林内蕨类植物较少;距沉积地较远的海拔较高的地区分布由铁杉属、冷杉属、雪松属和云杉属组成的针阔混交林或针叶林。 吕合地区晚中新世的气候参数：年均温：13.3-20.9℃，最热月均温：22.5-27.5℃，最冷月均温：2.5-12.6℃，年较差：12.1-24.8℃，年降雨量：803.6-1254.7mm，最大月降雨量：179.4-281.9mm，最小月降雨量：10.2-18.5mm。 羊邑晚上新世孢粉植物群含52个孢粉类型，隶属32科，其中36个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占61.5%，裸子植物占9.6%，蕨类植物占25.0%，藻类植物占3.9%。 羊邑孢粉植物群的组成反映在沉积时期该地区的植被具有明显垂直分带特征。湿性常绿阔叶林分布在沉积地附近，以壳斗科的石栎属、青冈属和栲属为主，混生漆树科、桃金娘科、蓼科、大戟科和金缕梅科的枫香属等植物，林内蕨类植物丰富;针阔叶混交林分布在距沉积地较远海拔较高的山地，主要包括松属，铁杉属，罗汉松属和一些阔叶植物类群;云杉林、冷杉林和铁杉林分布在更高海拔的地区。 根据植物群的组成推测羊邑沉积地的古海拔不高于2000m。 羊邑地区晚上新世的气候参数：年均温：13.3-20.9℃，最热月均温：22.5-27.5℃，最冷月均温：1.9-12.6℃，年较差：12.3-25.8℃，年降雨量：797.5-1254.7mm，最大月降雨量：172.4-249.6mm，最小月降雨量：7.2-12.7mm。 龙陵晚上新世孢粉植物群含86个孢粉类型，隶属61科，其中45个类型鉴定到属级。植物群中被子植物占69.0%，裸子植物占4.6%，蕨类植物占24.1%，藻类植物占2.3%。 龙陵孢粉植物群反映当时沉积地区的植被具有明显垂直分带特征。沉积地附近分布有湿润常绿阔叶林，以壳斗科的青冈属、栲属和石栎属为主，混生杜鹃花科、藤黄科、漆树科和无患子科等植物，林内蕨类植物丰富;在距沉积地较远的高海拔的山地上分布有针阔混交林和针叶林，以松属、云杉属、冷杉属和铁杉属植物为主。 龙陵地区晚上新世的气候参数：年均温 18.6-22.1℃，最热月均温：22.8-27.5℃，最冷月均温：9.7-15.1℃，年较差：12.3-18.1℃，年降雨量：815.8-1254.7mm，最大月降雨量：172.4-249.6mm，最小月降雨量：9.8-11.3mm。 综合吕合、羊邑和龙陵孢粉植物群新研究资料和云南地区已有的第三纪孢粉学资料，云南地区晚第三纪时期孢粉植物群组成相对稳定，均已经反映常绿阔叶林、针阔混交林或针叶林垂直分布的植被景观，具有湿润的山地亚热带气候特点。与我国北方晚第三纪孢粉植物群相比，在对全球气候变化的响应上，云南地区晚第三纪孢粉植物群的变化不如北方显著;与我国南方其它地区晚第三纪孢粉植物群相比，虽然在对全球气候变化的响应均表现出不明显，但云南地区在植物区系组成上更为丰富。

中国麻黄属植物的分类——兼论麻黄属的演化

根据中国麻黄属植物分类及麻黄属起源和演化研究中存在的争论，本论文主要进行了分类学、形态学、微形态学、解剖学、形态发生学、孢粉学、古植物学、植物生态学和植物地理学等方面的研究。 1、分类学 从性状变异式样的分析入手，结合标本馆工作和野外调查，确认了中国麻黄属植物共有13个种;合并了丽江麻黄(Ephedra likiangensis)、雌雄麻黄(E. fedtschenkoae);澄清了前人在细子麻黄(E. regeliana)、灰麻黄(E. glauca)、草麻黄(E. sinica)和双穗麻黄(E. distachya)等种类鉴定中混乱的问题，并描述了一个新种——日土麻黄（Ephedra rituensis Y. Yang, D. Z. Fu et G. Zhu）。 2、形态学 提供了中国麻黄属种类的标本（包括模式标本）照片资料及中国麻黄属植物的雌球花和雄球花的照片资料，为麻黄属分类和系统学研究提供了证据。 3、微形态学 首次报道了中国麻黄属植物的种子表面微形态特征，聚合囊表面纹饰、小枝表面特征。 种子表面特征可分为4种类型。类型I：种子表面平滑，包括：中麻黄(Ephedra intermedia)、双穗麻黄、细子麻黄等;类型II：种子表面具疣状突起，仅发现木贼麻黄(E. equisetina)一种;类型III：种子表面具横向片层状突起，仅有斑子麻黄(E. rhytidosperma)一种;类型IV：种子表面具纵条纹，包括喜马拉雅特有的3个大种子的种类，即矮麻黄(E. minuta)、山岭麻黄(E. gerardiana)和藏麻黄(E. saxatilis)。 对小枝表面扫描电镜下的微形态构造的研究并没有发现前人报道的毛状体特征，而只有一些疣状角质突起和有变异的气孔，同时注意到，麻黄属植物的小枝表面特征受到生境、发育阶段的影响。 麻黄属聚合囊顶孔开口处具脑波状纹饰，而聚合囊表面纹饰具二级纹饰。麻黄属聚合囊表面纹饰非常独特，为该属在地层中雄性生殖构造的发现提供了可参考的性状。 4、孢粉学 补充了麻黄属中非常特化的种——斑子麻黄的孢粉资料，同时也对膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、中麻黄、细子麻黄和木贼麻黄的孢粉重新进行了研究。结果表明斑子麻黄的花粉形态也非常特殊，其纵肋数目5条左右，纵肋波状扭曲，肋间沟槽内透明线发达且分枝。膜果麻黄的花粉与前人描述的一致，但是，中麻黄、细子麻黄和木贼麻黄的花粉形态可能受到发育的影响而与前人报道中描述的有些差异。讨论了麻黄属4种花粉类型的演化趋势。 5、形态发生学 对麻黄属雌球花三种代表类型的个体发育研究表明，三胚珠球花发育早期球花主轴的顶芽发育，双胚珠球花的顶芽没有发育，而在单胚珠球花中，雌性生殖单位直接占据顶芽的位置发育。这三种类型也代表了麻黄属球花演化的三个阶段，三胚珠球花代表麻黄属雌球花的原始式样，而单胚珠雌球花则为麻黄属雌球花最为特化的式样。总之，麻黄属雌球花有简化的趋势，伴随着这种趋势，雌球花苞片数目减少、种子数目减少、种子体积增大、表面复杂度增加。 6、解剖学 对斑子麻黄种子表面微构造的形态发生及解剖研究表明，斑子麻黄雌性生殖单位发育早期，其表面为平滑型，因此，突起为次生的。这些突起是由雌性生殖单位外盖被表皮细胞的外壁向外突出形成，这种突出生长常常在相邻细胞之间同时发生，因此，出现片层状构造。石蜡切片显示，这些突起在发育早期有完整的细胞核、细胞质等结构，但在种子发育晚期和成熟后，这些外壁突起的细胞成为空腔隙，本文对这种构造的生态学意义进行了分析。 7、古植物学 本文描述了早白垩麻黄科的2个大化石种。 古斑子麻黄（Ephedra archaeorhytidosperma Y. Yang, B. Y. Geng et D. L. Dilcher et Z. D. Chen）发现于辽西义县组尖山沟层，时代为早白垩的芭雷姆期。该种的雌球花具2对苞片、1或2枚种子、珠孔管短直或顶部稍弯、种子表面具横列片层状纹饰等特征而与现存的斑子麻黄特征最为相近。二者之间如此多的相似之处只有一种解释，那就是它们曾经有过共同祖先。因此，该种应归属于麻黄属的肉苞组。古斑子麻黄雌球花特征的稳定性同时也表明，在麻黄属中也存在所谓的“形态演化停滞现象（morphological stasis）”，而这种现象也是首次在买麻藤类植物中报道。 星学异麻黄（Alloephedra xingxueii J. R. Tao et Y. Yang）产于吉林大拉子组，时代属早白垩的阿普特期——阿尔布期。该种雌球花具2对苞片、2枚种子，种子长椭圆形且具短的珠孔管与现存麻黄科植物最为相近，但是，其分枝式样与麻黄属不同，因此，本文在麻黄科中建立了一新属新种。此外，麻黄科植物常被看作是干旱区植被的代表，但是，对星学异麻黄当时所处的环境研究发现，大拉子组当时具有较明显的亚热带气候条件下的植被性质，因此，星学异麻黄即使需要干旱的条件，可能也只是局部小生境的条件。 8、生态学和植物地理学 本文首次对麻黄属植物生存环境中的水热条件进行了调查。从所选择的8个分布点来看，除了拉萨外，在麻黄属生殖生长期，其余7个分布点的湿度均是一年中最底的时期，而温度在这个时期逐渐升高。 对各地区内麻黄属种类的分布情况的分析发现，麻黄属的种类主要集中在三个地区，一是我国西北、前苏联的中亚地区及邻近地区，二是美国西南部、墨西哥西北部的地区，三是南美的智利、阿根廷等地。

铁线莲属尾叶铁线莲组的修订－兼论铁线莲属基于花粉形态学证据的系统发育

铁线莲属尾叶铁线莲组是该属中记录种类最多的类群，主要分布在亚洲亚热带至温带地区，少数种类分布至亚洲及非洲的热带地区。由于缺乏野外观察和标本不够丰富等原因，有些种类的分类处理尚不能令人满意，应予修订。尾叶铁线莲组的组下分类系统以及与近缘组之间的系统关系也存在争议，还需深入研究。本文作者经过大量的标本馆工作和全面的文献考证，结合野外观察，对该组植物进行了分类学修订，同时通过基于形态性状的分支系统学和花粉形态研究对尾叶铁线莲组及铁线莲属的系统发育进行了探讨，结果如下： 1.分类修订 通过对国内外近20 个标本馆的5000 余份馆藏标本研究，结合全面的文献考证和广泛的野外观察，发现花丝形态、花药毛被状况、药隔是否凸起、萼片外侧附的属物等性状较为稳定，是分亚组的主要依据。而复叶类型、花序形态及花梗毛被状况、萼片颜色等性状为较好的分种性状。 本文在考证了近140 个种及种下等级的分类学名称后，确认尾叶铁线莲组植物共有37 种20 变种，共分为5 个亚组，另有4 种7 变种暂存疑;2 种、2 变种降为新异名;新组合6 个，其中5 个为改级新组合;发表新亚组1 个;发现中国新纪录变种1 个;纠正了以前研究者工作中对C. aethusifolia var. latisecta 的鉴定错误;初步澄清了C. jingdungensis 及C. jinzhaiensis 的一些名实混乱;指出了前人工作中的一些拼写错误;统一了植物的中文名称，并新拟了15 个分类群的中文名称;给出了各个种的形态描述、地理分布图以及分亚组和分种检索表。 2.分支系统学 在分类修订基础上选取了35 个形态性状，对尾叶铁线莲组的37 个种，和尾叶铁线莲组的近缘组Sect. Bebaeanthera 中的2 个种，以C. alternata 为外类群，利用系统发育分系软件PAUP 4.0 beta 10 对数据矩阵进行分析。共得到182 棵最简约树，树长为182 步，一致性指数（CI）=0.385，保持性指数（RI）=0.685。结果显示：尾叶铁线莲组为一并系类群，Sect. Bebaeanthera 中的两个种：C. pseudopogonandra 和C. barbellata 与Subsect. Otophorae 亲缘关系更为接近，应并入尾叶铁线莲组中;Subsect. Otophorae 与Subsect. Grandiflorae 各自聚为两大支，从分支图基部与其他类群分开，为本组早期分化出的类群;Subsect. Acutangulae 与Subsect. Connatae 中具有红色花的C. lasiandra 和C. dasyandra 近缘;分布于东亚北部地区的Subsect. Aethusifoliae 与分布于我国横断山区的C.rehderiana 和分布于印度的C. roylei 近缘;根据分支系统学分析的结果，对尾叶铁线莲组组下分类系统进行了调整，建立了新亚组Subsect. Otophorae。 3.花粉形态 在扫描电镜下研究了铁线莲属148 种12 变种和锡兰莲属3 个种的花粉形态特征，并在透射电镜下研究了部分种类的花粉外壁结构。 结果表明：铁线莲属花粉粒一般为近球形、球形或扁球形。具三沟的花粉赤道面观为椭圆形或近圆形，极面观为三裂圆形，大小为14.8-32.1 μm ×14.2-28.7 μm;具散沟或散孔的花粉（全为球形）直径大小为14.8-36.6 μm。花粉具三沟、散沟或散孔。在三沟类型中常伴有不同比例的散沟花粉。萌发沟狭长或稍宽，有整齐或不整齐下陷的边缘，沟膜上有颗粒状纹饰或刺状纹饰;萌发孔一般圆形或不规则形，分布不规则。外壁由薄到较厚，厚度为0.8-2.5 μm，外层稍厚于内层。在透射电镜下本属花粉外壁具备被子植物花粉典型的外壁层次，即外壁内层和外壁外层。外壁内层为一层均匀的质密的无结构的层次。外壁外层由3 层组成：覆盖层，柱状层，和基层。覆盖层上均匀分布有小刺状纹饰和小穿孔。 锡兰莲属花粉粒为圆球形，其直径大小为14.9-18.8 μm。具散孔。萌发孔一般圆形，分布不规则，孔膜上有颗粒状纹饰或刺状纹饰。外壁厚度为0.8-1.8 μm，外层稍厚于内层。覆盖层上均匀分布有小刺状纹饰和小穿孔。 根据花粉形态在花粉粒大小、萌发孔的类型和外壁纹饰方面的差异将两个属的花粉分为6 个类型，其中类型1 再分为两个亚型。在这些花粉类型中，类型1 为三沟花粉，类型3 为三沟至散沟花粉，其余类型为散孔花粉。类型1 的亚型 1b 在铁线莲属中分布最广，18 个组中有13 个组具有这种类型的花粉，是铁线莲属中最原始的花粉类型，其他类型和亚型均由此亚型直接或间接演化而来。 推测这两属花粉形态特征的演化趋势为：1. 萌发孔. 三沟→（散沟）→散孔。 2. 花粉粒大小. 小（散孔，直径14.9-18.8 μm）←中等（三沟，24.2 μm ×24.8 μm） →大（散孔，直径28.9-36.5 μm）。3. 表面纹饰. 小刺不明显、分布密集→小刺明显、分布稀疏。 铁线莲属及锡兰莲属花粉形态特征对于这两个属植物的区分以及铁线莲属下组间系统发育关系的探讨具有重要意义。锡兰莲属与铁线莲属中的Sect. Naraveliopsis 亲缘关系紧密;铁线莲属内具有散沟、散孔花粉类型的Sect. Naraveliopsis、Sect. Viticella、Sect. Tubulosa、Sect. Viorna (sensu Tamura 1995)为铁线莲属中的进化类群; Sect. Tubulosa 与Sect. Campanella 亲缘关系较远，而与Sect. Clematis 近缘。

土圞儿属和旋花豆属的系统学研究

土圞儿属（含8种）和旋花豆属（含2种）隶属于豆科、菜豆族、刺桐亚族。土圞儿属呈东亚-北美间断分布，旋花豆属分布于喜玛拉雅地区。传统上，这两个属被认为系统关系非常近。目前对于土圞儿属中种的划分和分类问题缺乏世界范围内的深入研究，因此该属应予以修订。另外，土圞儿属内种间和土圞儿属与旋花豆属间的系统关系也需要进一步研究。本文对这两个属进行了世界范围内的分类学修订。同时，基于形态学、解剖学、孢粉学特征和分子系统学方面的研究，对土圞儿属内部和这两个属之间的系统发育关系进行了探讨。结果如下： 1. 形态学 在标本室研究和野外考查的基础上，对土圞儿属和旋花豆属植物形态性状的变异式样及其分类学意义进行了分析，发现块茎的形态、小叶的大小和形态、花序的类型和花冠的形态等特征在种内稳定，是比较可靠的分类学性状。通过对花序的研究，认为花序的类型可能反映了土圞儿属内各种之间的演化关系，推测肉色土圞儿可能是土圞儿属中较为进化的种类，而云南土圞儿和纤细土圞儿则可能较为原始。 2. 叶表皮特征 首次在光学显微镜和扫描电子显微镜下，对土圞儿属和旋花豆属全部8种植物的叶表皮进行了观察。发现这两个属叶表皮的性状，特别是表皮细胞的形状、垂周壁的式样和蜡质纹饰的特征，对于理解土圞儿属内和这两个属之间的系统关系有重要意义。叶表皮的特征支持以下结论：纤细土圞儿是一个独立的种，而不是云南土圞儿之下的一个变种;对于土圞儿属进行亚属的划分是不合理的。 3. 孢粉学 在光学显微镜和扫描电子显微镜下，对7种土圞儿属和旋花豆属植物的花粉进行了观察。这两个属的花粉均为三孔沟，三角球形或球形。土圞儿属的花粉可划分为两种类型：肉色土圞儿的花粉外壁为典型的网状纹饰;其他的种花粉外壁较光滑，具颗粒状或短条纹状纹饰。肉色土圞儿花粉外壁纹饰的类型可能反映了其在Apios属中较进化的位置。旋花豆属的花粉特征和肉色土圞儿相似，这也许说明了两者之间的亲缘关系较近。 4. 分子系统学 通过对土圞儿属和旋花豆属6种植物的两个DNA片段ITS和H3D进行简约性分析，构建了这两个属之间的系统关系树。结果如下：土圞儿属和旋花豆属是亲缘关系较近的姐妹群;土圞儿属自身组成一个单系群，是一个自然的类群;北美的土圞儿聚成一支，隐藏在东亚的种里。分子证据和花序类型、花粉形态等重要的形态学证据相吻合。基于上述证据，我们对土圞儿属东亚-北美间断分布的格局及其可能的成因进行了初步探讨。 5. 分类修订 对土圞儿属和旋花豆属进行了分类修订，考证了关于这两个属曾发表过的所有的名称。确认了土圞儿属应包含6种，旋花豆属有2种。排除了5个不包括在土圞儿属内的种名。此外，本文还给出了这两个属各个种的地理分布图、分种检索表、形态描述和插图。

独花兰和扇脉杓兰的传粉生态学

兰科植物精巧的花部结构及其独特的传粉机制为自然选择理论和异花受粉优势学说提供了强有力的证据。开展兰科植物的传粉生态学研究对进一步探讨植物进化中的一些关键问题（如生殖隔离、物种形成、适应和繁育系统进化等）具有重要意义。本文通过对独花兰 (Changnienia amoena) 和扇脉杓兰 (Cypripedium japonicum) 两种兰科植物进行植物与传粉者之间关系、种内形态变异、花粉散布等方面的研究，探讨其适应进化方式、传粉系统的进化趋势，同时为开发适用的分子标记，在独花兰中初步摸索和探讨了微卫星标记的分离。主要研究结果如下： 1. 濒危植物独花兰的传粉生态学 在神农架2个地点进行了连续2年的野外观测和实验。结果表明，独花兰是一种自交亲和、需要昆虫传粉的欺骗性植物。在2个地点独花兰的传粉者种类不同，在龙门河三条熊蜂 (Bombus (Diversobombus) trifasciatus) 是主要传粉者，在关门山仿熊蜂 (B. (Tricornibombus) imitator) 是唯一的传粉者。尽管它们出现的丰度和觅食行为不同，但其传粉行为和携粉部位非常相同，因此，可以看作是一个功能群（functional group）。从种群水平上看，开花个体的分布式样不是显著的偏斜曲线图，传粉者的有效访问主要集中在开花的前、中期。由于没有花蜜，传粉者在花内停留的时间很短，花粉块输出和传粉发生在熊蜂劳而无获的访问、退出花时。自然条件下，独花兰的结实率很低，只有6%-12%，并呈现明显的年份和地点变化。传粉者限制是结实率低的主要原因。与同亚族近缘种布袋兰相比，分布于中国中部的独花兰受冰期的影响很小，其传粉环境相对稳定，在进化历史中，形成了一种稳定的传粉系统。本研究结果纠正了前人对独花兰繁殖方式的错误认识，并为其保护策略的制订提供了重要资料。 2. 独花兰种群大小、传粉者访问和花粉流 为了检验独花兰种群大小、空间格局与传粉者访问之间的关系，连续2年对10个独花兰种群的花粉块输出和输入进行了统计分析，同时对花粉块进行标记研究其散布式样。结果显示，花粉块输出比例与种群大小之间关系在2003年呈显著负相关，但在2004年这种负相关关系不显著。尽管独花兰的空间分布格局在不同种群不同，但传粉者的访问除了在有蜂巢的种群为聚集式访问外，其余种群内均为随机访问式样。花粉块的散布式样呈尖峰态分布，多数花粉块散布很短的距离，少数散布较远。花粉块的平均散布距离在龙门河为7.3 m，在关门山为10.6 m。由于各种群之间相隔很远，种群之间花粉块交流受到限制，很少有种群外的花粉块输入。花粉块传递只在种群内近缘个体中进行，有可能导致种内遗传或形态分化。 3. 独花兰种内形态变异及其适应意义 对庐山、新宁和神农架3个地点15个独花兰自然种群的形态变异进行了研究，探讨了形态多样性水平和地理变异式样及其可能的适应机制。结果表明，在物种水平上独花兰形态性状存在丰富的变异。单因素方差分析显示3个地区间多个形态性状存在极显著差异（P<0.01），UPGMA聚类分析也表明这3个地区分别形成明显不同的分支，说明3个地区种群植物形态已经出现分化。在神农架地区，龙门河和关门山两个地点间出现明显的形态分化，而这两个地点的传粉者在形体大小表现出显著差异。适合度与形态性状之间的相关性分析显示，独花兰种内形态分化是以传粉者为媒介的自然选择作用的结果。移栽实验显示，本地传粉者对本地和移栽种群花的访问表现出一定的选择性。 4. 扇脉杓兰的传粉生态学研究 与独花兰同域分布、花期不遇的扇脉杓兰是杓兰属的一个特殊类群，具有典型“Japonicum”型唇瓣类型。对神农架6个种群连续两年野外观测和实验结果表明，扇脉杓兰是一种自交亲和、需要昆虫传粉的欺骗性植物。在种群水平上开花个体的分布式样呈显著的偏斜曲线图，在短时间内迅速到达盛花期。扇脉杓兰的传粉者是三种熊蜂，其访问频次很低，访问时间很短，有效访问主要集中在开花的前、中期。自然结实率只有4.3％－8.5％，人工授粉实验证明，传粉者限制是结实率低的主要原因，且传粉者限制程度在花期不同阶段和不同地点存在差异。对欺骗性植物聚集生长、开花有利于吸引传粉者这一假说进行检验，结果显示，克隆群丛大小与传粉者有效访问（花粉块输出比例）呈弱负相关关系。聚集生长的结实率与分散生长的没有显著差异，说明繁殖成功与开花个体的密度无关。扇脉杓兰的花粉集结为未蜡质化的花粉块，是杓兰属中粘质花粉和蜡质花粉块的中间进化类型。传粉生态学和形态学证据显示C. acaule和扇脉杓兰是东亚-北美间断分布的姐妹种对。 5. 独花兰微卫星位点的分离 为了深入研究独花兰种群的基因流和交配系统，用Dynabeads和选择性杂交法分离微卫星位点、筛选引物。首先将基因组DNA用合适的内切酶消化为400-1000 bp大小的片段，然后用生物素标记的简单重复寡核苷酸序列做探针与其杂交，杂交复合物用抗生链霉素蛋白包裹的磁珠吸附，经过一系列洗脱、沉淀，得到富含重复片段的DNA，然后在进行克隆、测序，利用SSR两侧翼区设计引物，经过多态性分析可得到微卫星标记。结果显示，35个克隆序列中18个（51.4％）含有重复片段（SSRs），说明用Dynabeads富集效率明显高于传统方法。到目前为止所得引物共4对。这一实验方法的探索为以后分离杓兰属等兰科植物微卫星位点、进而进行群体遗传学研究奠定了一定的基础。

陆地植物对环境变化的响应

陆地植物起源以后，地球上的环境发生了巨大的变化。大气CO2浓度自泥盆纪早期的2000-4OOOμml•mol_1下降至石炭一二叠纪的300μml•mol_1左右，02浓度在泥盆纪至石炭一二叠纪时期，由20-30μml•mol_1上升到70-80μml•mol_1，随后又下降到目前的水平。陆地植物登陆后，形态结构也发生了显著的改变，气生部分表而分化出了通气结构--气孔器和保护结构--角质层。泥盆纪首选标志植物刺镰蕨（Drelpanophycus spinaefrmis）在整个泥盆纪，广布全世界。刺镰蕨的气孔器类型一直存在两种观点，一种认为刺镰蕨的气孔器是平列型，即气孔器山两个保卫细胞和两个副卫细胞组成：另一观点认为刺镰蕨的气孔器为不规则型，即气孔器仅有两个保卫细胞构成，不具副卫细胞。我们借助于扫描电镜、石蜡制片技术和叶表皮离析法，细致地研究了现代石松（Lycopodium japonicum）叶的横切而、表皮及气孔器的内外表面结构，并同刺镰蕨的表皮和气孔器进行了对比。认为刺镰蕨的气孔器和所有的化石石松类及现代石松类的气孔器一样，均属于不规则型。从而解决了关于刺镰蕨气孔器类型的长期争论的关键性科学问题。 胡桃科青钱柳属植物起源于晚白垩世的环北太平洋沿岸，化石植物最早发现于北美古新世和早始新世的Motana,，Wyoming，North Dakota，north Colorado地区，欧亚地区仅出现在渐新世至上新世的Kazakhstan、Germany、Romnania、Russia、Japan、中国云南远谋和四川米易地区。我们将采于吉林省珲春组始新世的叶化石鉴定为一青钱柳相似种，该化石成为东亚地区出现最早的青钱柳属植物，这一发现也支持晚白垩至早第三纪时期环北太平洋两岸曾经相连的观点，青钱柳属在晚白垩由北美起源，在始新世经东亚向欧亚大陆扩散，由于环境变迁，第四纪以后，青钱柳属仪剩一种植物分布于中国的亚热带地区。文中还利用共存分析方法估测出始新世吉林省珲春地区属于暖温带至亚热带气候。 统万城遗址位于我国黄土高原向毛乌素沙漠过渡地带的北缘，属于暖温带森林草原向温带干草原、温带荒漠草原过渡的地区，同时又是东部季风区向西北干旱区过渡的生态环境敏感带。今天统万城地区的自然景观属于沙漠，仅存稀疏的次生灌丛和草本群落。但是，通过对统万城城墙内的孢粉和木材进行的综合研究表明，在约1600年前，当地为温带草原，在塬面或山丘上分布有侧柏林，沟谷、河岸边生长喜温湿的乔木，河流、湖泊、沼泽中水生植物繁盛，在丘间低洼处或盐碱土上分布有灌木和草本植物。当时该地区的年均温为7.8 ℃-9.3℃，最热月平均温度23.0℃-24.9℃，最冷月平均温度-12℃-5.6℃，年较差28.5℃-3 8.2℃，年降雨量403.4-550．Omm，最大月降雨量83.8-123.9mm，最少月降雨量4.4-12.2mm，当时气候比现在温暖湿润，年均温比现在高出0.2-0.7℃，年降雨量也高出60--lOOmm。而如此的历史景观今天已经向南迁移，侧柏林或森林草原退缩至延安以南地区。在此近1600年的时间里，毛乌素沙漠分布范围不断扩大，其南部边缘推进了约200 km，推测沙漠扩展的速率达到平均125m/a。

兰科根茎兰属(Galearis Rafin.)的系统学研究

根茎兰属为兰科中的一个小属, 主要分布于东亚地区, 仅有一个种Galearis spectabilis L.见于北美。根茎兰属为Rafinesque (1833) 基于产自北美的兰亚族Orchis 的一个种Orchis spectabiltis L.建立的。该属具肉质, 匍匐的根状茎, 粘盘包裹于一个明显的粘囊中而与Orchis 及其邻近属明显区分开来。根状茎是划分本属属级单位的重要性状之一。然迄今为止, 对根茎兰属及其邻近属所具有的根状茎在兰亚族中的系统学意义尚未进行过详细的研究。对于根茎兰属除根状茎之外的其它性状以及花的结构亦未有详细全面的研究。细胞学方面本属虽然已有部分种类报道过染色体数目, 然尚不全面。鉴于上述背景,本研究制定了以下目的: (1) 深入了解根茎兰属根状茎以及其它重要性状, 重点了解本属主要器官的结构与性状, 尤其关注粘囊的数目, 柱头的结构: (2) 在不同层次, 用不同方法研究根茎兰属及其邻近属不同分类性状的系统学意义, 力求建立根茎兰属内自然的系统。本文通过对根茎兰属及其部分邻近属植物的形态性状、花发育形态、花粉形态学、种子形态学、细胞学及植物地理研究, 确认了根茎兰属的独立地位并对该属进行了分类学修订。结果如下: 1. 形态性状分析 在查阅国内外馆藏标本及野外居群观察的基础上, 对根茎兰属及部分邻近属的形态性状进行了详细地比较分析, 重新评价了各性状的分类学价值, 认为根状茎, 粘囊及柱头结构对于根茎兰属及邻近属的划分具有重要的系统学意义; 叶片数目、唇瓣形状、距的形状及长短对属下分类有一定的意义; 叶的形状与大小、花色、花被片上斑点多少(斑唇根茎兰除外)有无等特征在种内变化较大, 不宜作为种的划分依据, 至少不能作为主要的或唯一的依据。 2. 合蕊柱结构及花部形态发生 根茎兰属植物合蕊柱结构解剖及花器官扫描电镜观察显示: 所观察材料的除二叶根茎兰柱头为2 部分组成, 柱头侧裂片舌状远伸出于蕊喙下凹穴之外, 其余种类柱头皆为3 部分组成, 柱头侧裂片皆垫状加厚, 位于蕊喙下凹穴之内; 粘囊数目除黄龙根茎兰为两个, 明显分开, 分居蕊柱两侧之外, 其余种粘囊皆为1 个。本研究结果不支持Aceratorchis 及Aorchis 划分为属级单位的观点。本研究结果认为黄龙根茎兰可能是根茎兰属与具根状茎的舌唇兰属植物间的一个过渡类型, 但二叶根茎兰的系统位置却难以确定。 3. 花粉形态学 扫描电镜下观察了根茎兰属及其邻近属5 个属19 种23 个样品。结果共观察到8 类花粉表面纹饰: 光滑微糙、光滑皱褶、光滑具不规则的浅凹穴、具皱褶的、光滑穿孔、疣状的、网状异型网胞、棒状具基柱的, 其中光滑具不规则的浅凹穴的为新发现的一种类型。研究发现花粉表面纹饰在属间及属内表现出极明显的差异, 对研究属下类群及属间关系具有重要的系统学意义, 而花粉小块的形态及大小不具有划分种的分类学意义。比较具根状茎的植物与具块茎的植物花粉表面纹饰发现, 前者纹饰较为简单相似, 主要表现为光滑皱褶的及疣状的, 后者纹饰复杂变异很大, 主要为网状异型网胞的、网状的或棒状具基柱的。共观察到根茎兰属内5 种花粉表面纹饰: 光滑微糙, 光滑皱褶, 光滑具不规则的浅凹穴, 疣状的及网状异型网胞。多样的纹饰说明根茎兰属与舌唇兰属、尖药兰属甚至Ponerorchis 、舌喙兰属可能有较近的关系。 4. 种子形态学 在体式镜及扫描电镜下观察了根茎兰属及其邻近属6 个属9 种的植物种子的形态及种子表面微形态特征。结果显示:所有观察材料的种子形态属于Orchis 型。种子大小、种子长宽比率及种皮表面纹饰存在较大的属间差异, 可应用在属间界定及关系判别上。根茎兰属种子大小及长宽比率处于蜻蜓兰属、角盘兰属及舌唇兰属、兜被兰属之间, 可与此4 属清楚区分开来, 但正如Tohda 所述, 本研究亦发现根茎兰属与Ponerorchis 难以区分开。种皮纹饰在根茎兰属亦存在种间差异。本研究结果显示种子形态可能与其相应的地理来源有关。但本研究不支持将根茎兰属归并入广义红门兰属中的处理。 5. 细胞学资料 本文共研究了根茎兰属5 种植物的染色体数目、静止核和有丝分裂前期的染色体形态, 其中4 种是首次报道, 3 种植物的染色体数目为2n = 42, 1 种植物的染色体数目为2n=63, 70。所有观察材料间期染色体形态皆为介于简单染色中心型及复杂染色中心型的中间类型。 6. 分类修订 在应用上述性状分析结果、解剖大量泡花及查阅国内外大量标本的基础上, 重新划定了根茎兰属的概念, 包括新性状的补充, 对该属植物进行了系统的分类修订。确定了根茎兰属目前包括7 种, 其中发现一个新种黄龙根茎兰, 该新种与卵唇根茎兰及二叶根茎兰近缘, 与二者之区别在于具明显分开的粘囊及柱头侧裂片短舌状; 作出2 个新组合。另描述了每个种的性状特征、变异情况、地理分布、生态生境、相关的分类学处理及其与近缘种的关系。