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。"

稀有植物太行花的保护生物学研究

悬崖代表着一个残遗的、较少受到干扰的古生境，悬崖也是生物多样性的避难所。这个特殊生境中分布种类丰富的稀有植物和特有植物，而这些稀有和特有植物又往往以悬崖为唯一的生境，在长期的演化历史进程中形成彼此相互适应的关系。这种分布在特殊生境中的稀有植物为保护研究提出了新的研究方向和问题。本文以蔷薇科的中国特有植物太行花（Taihangia rupestris Yü et Li）为对象，对这个仅分布在有限的地理范围内悬崖上的稀有物种进行了保护生物学的研究。 利用RAPD分子标记技术对太行花8个居群的遗传多样性和遗传结构进行了检测分析。结果表明太行花居群内维持着较高的遗传多样性水平，未显示遭受过严重遗传瓶颈的迹象。同时，居群间遗传分化显著，与居群间的地理距离相关，聚类分析得到的树系图与太行花种下两个变种（太行花原变种Taihangia rupestris var. rupestris和缘毛太行花Taihangia rupestris var. ciliate Yü et Li）的划分相符。 通过栽培实验，研究了太行花对光照和养分的反应，从生态学角度检测植物对环境因子变化的适应能力。结果表明光照处理显著影响太行花的气体交换参数，且显示出随季节不同而变化的趋势。在8月第一次测量时，光合速率随着光照水平的增加而增加;而在9月底第二次测量时，高光下植株的光合速率反低于中光条件下的植株。光合光反应曲线表明太行花对不同光照水平（高光、中光和低光）均显示出一定的光合适应性。 光照对太行花的生长反应、形态、解剖等指标均具有显著的作用。在收获时，高光下植物形成小而厚的叶片，更快的叶片形成速率足以弥补单叶面积上光合速率的下降，使植株维持最大的总生物量。中光条件下的植株具有更长的叶柄，更大的叶面积，大而薄的叶片，和更大的叶面积比，被认为是对较弱光照环境适应的表现。而光照对叶片的气孔指标（气孔密度、气孔指数和大小）没有作用，养分施加对太行花的影响也甚微。总体来说，太行花显示出对光照变化的生理适应性和形态可塑性，光照和养分这两个环境条件均非影响太行花局限分布的关键因素。 同时，我们采用扫描电镜手段跟踪观察了太行花的花的早期发育过程。太行花早期发育过程中苞片内残留的退化花痕迹表明，太行花的顶生单花其实是有限聚伞花序中其它花芽败育的结果，显示出从花序向单花演化的趋势。同时，雌蕊的发育在早期是正常的，未显示出退化痕迹。 根据以上结果表明，局限分布在特殊生境上的太行花并未显示出生理适应幅度的狭窄性和遗传多样性水平的降低，因此，太行花在长期的进化过程中形成了对特殊生境——悬崖的适应性，遗传衰退和缺乏适应性不是稀有植物太行花局限分布的原因。在对太行花的保护中应进一步加强对其生境的保护，并在进行迁地保护和回归引种时应兼顾不同变种和地理分布的居群，以实现对其遗传完整性的有效保护。

壳斗目的系统发育研究

本文采用来自三个基因组——叶绿体、线粒体和核基因组的六个DNA序列片段，对壳斗目的系统发育进行了重建，主要探讨了壳斗目八个科的科间系统演化关系及不同基因系统树间存在冲突的原因。在此基础上针对具体问题，进一步选用核光敏色素PHYC基因序列对杨梅科在壳斗目中的系统位置进行了更深入的探讨。在对壳斗目开展大量分子系统学研究的同时，还对胡桃科化香树属Platycarya的花形态发生过程进行了详细的扫描电镜观察，讨论了胡桃科单性花的起源和演化问题。主要内容包括： 1 基于四个叶绿体DNA序列的分析 以金缕梅属Hamamelis 和朴树属Celtis 为外类群，对壳斗目几乎所有属的代表共31种植物的trnL-F、matK、rbcL和atpB 序列进行了测定，通过四个序列单独和联合分析，得到如下结果：除rbcL基因树由于信息位点少而分辨率较低之外，壳斗目各科作为单系类群在各种分析中都得到了较强的bootstrap（BS）支持。壳斗目的八个科分为三支：南青冈科Nothofagaceae是基部分支;壳斗科Fagaceae接着分出;核心高等金缕梅类 (core “higher” hamamelids) 聚为一支, 这三支也都得到了强支持。基于不同序列构建的系统发育树，主要区别在于对核心高等金缕梅类六个科，即第三支内部分支关系分辨的不同。在trnL-F树上核心高等金缕梅类又分成两个亚支，一亚支是木麻黄科Casuarinaceae－(桦木科Betulaceae－核果桦科Ticodendraceae)，另一亚支是杨梅科Myricaceae－(胡桃科Juglandaceae－马尾树科Rhoipteleaceae);matK树上，杨梅科则与前一亚支，即木麻黄科和桦木科聚在了一起;atpB树上杨梅科又成了其他所有核心高等金缕梅类的姐妹群;基于四序列联合分析构建的系统发育树的拓扑结构基本上与matK基因树一致。胡桃科和马尾树科的亲缘关系在对不同序列的分析中都得到了较强的支持，但对杨梅科的聚类，支持率都很弱。 2 基于线粒体matR基因序列的分析 除南青冈科作为其他所有壳斗目类群的姐妹群得到强支持外，其余的壳斗目的科间系统发育关系都未得到很好的分辨。最简约树的严格一致树显示杨梅科和木麻黄科聚在一起得到的BS支持不强，另外桦木科和核果桦科，壳斗科和马尾树科分别聚在一起，但得到的支持都未超过50%。 3 基于核核糖体18S rDNA序列的分析 在18S rRNA基因最简约树的严格一致树上，壳斗目被分为两支，一支由壳斗科和南青冈科组成，另一支由核心高等金缕梅类组成，BS支持率均不高。核心高等金缕梅类又分成两个亚支，桦木科，核果桦科和木麻黄科组成的亚支得到了较强的支持，由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成的另一亚支得到了更强的BS支持。胡桃科和桦木科的单系性都得到了分辨，虽然BS支持率不高。 4 六个DNA序列的联合分析 通过对六个DNA序列的单独和联合分析，探讨了引起基因树间拓扑结构冲突的可能原因。分别用MP法、NJ法和贝叶斯推论对壳斗目进行了系统发育重建，联合分析提供了分辨率最好、支持率最高的壳斗目谱系关系图： 1、 南青冈科是壳斗目其余类群的姐妹群;2、各科的单系性得到很好支持;3、壳斗科是核心高等金缕梅类的姐妹群;4、核心高等金缕梅类分为两个亚支，一亚支包含桦木科、核果桦科和木麻黄科;另一亚支由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成，杨梅科是胡桃科和马尾树科的姐妹群，这一亚支的BS支持率仍然很弱。胡桃科和壳斗科的属间关系未得到很好分辨，多数分支的BS支持率和后验概率值都不高。 5 基于核PHYC基因序列证据对杨梅科系统位置的分析 用壳斗科的栎属Quercus和南青冈科的南青冈属Nothofagus做外类群，核心高等金缕梅类分为两支。桦木科和木麻黄科聚在一起，胡桃科和马尾树科为姐妹群再与杨梅科构成一支，这两个分支都得到很强的BS支持。核基因分析支持六个序列联合分析对核心高等金缕梅类各科间关系的分辨。 6 化香树的花器官发生 在扫描电镜下系统地研究了柔荑花序类植物化香树的雄花、雌花和两性花的发生和发育过程。结果表明：该植物雄花和两性花中小苞片和花被片缺乏;雄蕊轮状发生，成熟阶段雄蕊的不规则排列是由于花托的延伸且和苞片的基部融合后造成的;雌花中存在环状的花被片结构但极度退化，雌花两侧的小苞片和花被片的侧面部分构成小坚果的翅;化香树的两性花向心发生，雄蕊先发生，然后雌蕊发生。胡桃科中的单性花是由两性花退化而来。 本研究的主要发现和结论如下： 1第一次用来自不同基因组的多个DNA 序列探讨了壳斗目八科的系统发育关系;取样包括了所有科的几乎所有的属;所得到的系统树具有较高的分辨率和置信度。主要结论是壳斗目的八个科分为三支，南青冈科是最基部的分支，壳斗科做为核心高等金缕梅类的姐妹群第二个分出，核心高等金缕梅类聚在一起，并进一步分为两个亚支：第一亚支包括桦木科、核果桦科和木麻黄科;另一亚支则由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成，杨梅科是胡桃科和马尾树科的姐妹群。 2用核光敏色素PHYC基因较好的解决了杨梅科的系统位置，尽管造成杨梅科在叶绿体基因树和核基因树上具有不同系统位置的原因尚需要进一步探讨。在PHYC基因树上桦木科和木麻黄科聚在一起，胡桃科和马尾树科为姐妹群再与杨梅科构成一支，这两个分支都得到很强的支持。 3首次在壳斗目植物中用扫描电镜观察到了雄花的发生过程和两性花的发生方式，澄清了在化香树属植物中关于雄蕊排列方式、花被式样、以及果翅来源等问题的疑惑或争论。

毛鳞菊属和细莴苣属的系统学研究

毛鳞菊属和细莴苣属为菊科菊苣族植物，属于中国-喜马拉雅分布类型。该两属植物性状变异较大，并与莴苣属等近缘属之间性状严重交叉，构成了菊苣族中极为混杂的类群“Lactuca-Prenanthes”复合群，是菊科植物系统学研究中的疑难点之一。本文通过对毛鳞菊属和细莴苣属及部分近缘属植物的形态性状、叶表皮特征、瘦果解剖特征和表面微形态特征以及细胞学等的研究及对该两属植物的生境和地理分布的分析，确认了毛鳞菊属和细莴苣属的独立地位，阐明它们与近缘属间的系统学关系，并对该两属进行了系统的分类学修订。 1. 形态性状分析 　　我们在检查大量国内外馆藏标本和野外居群观察的基础上，对毛鳞菊属和细莴苣属及部分近缘属植物的形态性状及其变异式样进行了详细地比较分析，重新评价了各性状的分类学价值，认为冠毛、瘦果特征和总苞片层数及排列方式等对于毛鳞菊属和细莴苣属与近缘属的划分具有重要的系统学意义;而小花的颜色、总苞片毛被的位置，小花的舌片与花冠管的长度比及瘦果的形态等特征对属下分类具有重要的意义。而传统上作为种间划分依据的叶片形状、毛被多少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. 叶表皮特征 　　首次在光镜下观察了毛鳞菊属和细莴苣属14种植物的叶表皮，发现其共同的特征为：上、下表皮细胞的形状均为无规则型，垂周壁式样为波状;气孔器类型均为无规则型，在气孔的两极，角质侵入呈棒状或者“T” 型加厚或者不加厚;并认为上、下叶表皮细胞的波状程度、表皮细胞的大小、气孔指数、气孔密度，角质加厚情况等特征对种的划分具有一定的意义。 3. 瘦果解剖特征观察 　　通过对毛鳞菊属和细莴苣属及近缘属植物的瘦果解剖研究发现有两种类型：翅型和肋型。翅型瘦果的特征是在横切面上不仅有肋，而且在两侧具有明显突起的翅，中果皮由薄壁细胞和纤维细胞组成，且纤维细胞局限于翅和肋上，而不见于肋间，莴苣属，岩参属，翅果菊属，毛鳞菊属和细莴苣属具有这种类型的瘦果解剖结构;肋型瘦果的特征是在横切面上仅有肋而无翅，中果皮全部由纤维细胞组成，在肋和肋间连续，紫菊属和假福王草属具有这种果壁解剖结构。而中果皮的薄壁细胞和纤维细胞的数目和位置等特征在两种类型内的属间表现出很大的差异。瘦果的解剖特征对于属间划分具有分类学意义。 4. 瘦果表面微特征的观察 　　我们对毛鳞菊属和细莴苣属及近缘属共20种植物的瘦果表面进行了电镜扫描微形态特征的观察。结果表明：瘦果表面性状具有属级的特征，在表皮细胞形状，细胞外壁纹饰类型等方面存在较大的属间差异，可应用在属间界定及关系判别上。毛鳞菊属和细莴苣属植物由于具有短急尖端壁的椭圆形和钝端壁的长纺锤形的表皮细胞和疣状乳突的外壁纹饰等特征而区别于莴苣属等其他属。瘦果表面微特征在所观察的属内种间有着较高的一致性，但表皮细胞的大小，端壁形状及蜡质的发育程度等性状在毛鳞菊属内存在种间差异，为种间的划分提供了一定的依据。 5. 细胞学研究 　　我们研究了2种莴苣属，1种毛鳞菊属和1种翅果菊属植物的染色体数目，其中毛鳞菊属1种为首次报道，并对它们全部进行了核型分析。毛鳞菊属植物的染色体数目为2n=16 （x=8），为二倍体，染色体核型为“3B”型，不对称性较强。根据文献资料，细莴苣属的染色体数目也为2n=16 （x=8），为二倍体，染色体核型为“3A”型，不对称性也较强。毛鳞菊属和细莴苣属植物的染色体数目较莴苣属等近缘属（2n=18）减少了两条， 核型对称性下降。染色体核型资料可以说明毛鳞菊属和细莴苣属植物在Lactuca-Prenanthes复合群中处于较进化的位置。 6. 分支系统学研究 　　对30个广义形态学性状进行了分支系统学分析，得到53棵同等简约树。在简约树中，内类群形成两大支，一支为所有具有翅型瘦果的类群，另一支是具有肋型瘦果的类群，前者包括毛鳞菊属、细莴苣属、莴苣属和翅果菊属，它们的成员分别各自聚在一起，并获得很高的支持率;后者包括假福王草属和紫菊属等，它们的成员也分别聚在一起，并获得很高的支持率。分析结果支持石铸将它们分别独立成属的分类处理。 通过对毛鳞菊属和细莴苣属及近缘属植物的广义形态学性状的分支分析研究，认为毛鳞菊属和细莴苣属的关系最近，获得了66%的支持率，而二者与翅果菊属的关系较为接近。毛鳞菊属和细莴苣属的多数性状都是衍生的和进化的，显然它们在Lactuca-Prenanthes复合群中处于比较进化的地位。 7. 分类学修订 　　在应用上述性状分析结果及查阅国内外大量标本的基础上，重新界定了毛鳞菊属和细莴苣属的概念，包括新性状的补充，对该两属植物进行了系统的分类学修订。确定了毛鳞菊属目前包括13种1变种，归并了8种，作出一个改级新组合，确认一名称不属于该属，另有一种的分类学地位有待进一步研究;细莴苣属目前包括3种，归并了3种。“分类处理”部分还描述了每个种的性状特征、变异情况、相关的分类学处理及其与近缘种的关系，最后列出所研究的标本。

云南元谋和山西太谷上新世化石木群研究

首次报道了云南元谋盆地（虎跳滩土林、湾堡土林和新华土林）晚上新世的硅化木材植物群和山西太谷盆地晚上新世的炭屑木材植物群，分析了这两个盆地当时的植被、环境和气候，为认识我国西南地区和北方中部地区晚上新世气候变化提供了生物学证据。 1。云南元谋盆地晚上新世沙沟组（相当于钱方等1991元谋组下部一、二段）化石木植物群包括：裸子植物1种，归属于三尖杉科(Cephalotaxaceae)三尖杉属(Cephalotaxus)或红豆杉科(Taxaceae)穗花杉属(Amentotaxus);被子植物11种，分别归属于楝科(Meliaceae)香椿属(Toona)、大戟科(Euphorbiaceae)秋枫属(Bischofia)、榆科(Ulmaceae)榉属(Zelkova)、豆科(Fabaceae)黄檀属(Dalbergia)、壳斗科(Fagaceae)锥属(Castanopsis)、青冈属(Cyclobalanopsis)、 千屈菜科(Lythraceae)紫薇属(Lagerstroemia)、桑科(Moraceae)桑属(Morus)、胡桃科(Juglandaceae)、豆科和壳斗科。其中三尖杉属或穗花杉属、楝科香椿属、豆科黄檀属、壳斗科锥属、青冈属、千屈菜科紫薇属、桑科桑属、胡桃科和壳斗科的化石木在我国为首次报道。依据植物群的组成，当时该盆地周围山地上的森林是以锥属、青冈属和三尖杉属或穗花杉属为主要分子的常绿针阔混交林，盆地内的树木包括楝科香椿属、大戟科秋枫属、豆科和千屈菜科紫薇属等植物;当时的气候为亚热带气候，温暖湿润。与印度同时代植物群相比，元谋植物群不具有典型的热带雨林分子如龙脑香科植物，而在印度晚第三纪则常见热带雨林分子。这种差异可能是因为中印植物区系起源不同，以及地质历史时期青藏高原的隆升造成区域气候分异，从而导致中印古植物区系不同。 2．山西太谷盆地晚上新世小白组化石木植物群包括榆科(Ulmaceae)榆属(Ulmus)、蔷薇科(Rosaceae)李属(Prunus)和桑科柘属(Cudrania)，它们的标本保存为炭屑木材。该化石木群的发现，以及综合通过孢粉学研究得出的古气候研究结果，表明当时当地属于典型的温带气候。化石木清晰的生长轮表明当时气候具明显的季节性。现代生态木材解剖学研究发现温带干旱地区植物群中导管分子壁的螺纹加厚比例较高、且明显。化石木标本导管分子壁具明显的螺纹加厚也表明盆地内为温带的气候类型。孢粉学研究和地层中丰富的石膏层也表明当时气候具有明显的干湿波动，地层中多层炭屑的存在证明了当时气候条件下森林火频繁发生。这些炭屑木材的发现丰富了太谷盆地晚上新世植物群，为古植被重建和古环境恢复提供了新的证据

落叶松属的分子进化与生物地理学

　　松科植物的核基因组十分庞大，基因常形成复杂的基因家族，核rDNA ITS 区在基因组内和基因组间存在广泛的长度和序列变异，但染色体数目和核型却高度保守，几乎均为二倍体(2n＝24)，与被子植物频繁的多倍化和高度均一的ITS区形成鲜明对比;叶绿体、线粒体和核基因组分别为父系、母系及双亲遗传，这种独特的遗传体系组合为系统发育重建研究提供了便利条件。因此，松科植物不仅是阐明基因树/物种树这一理论问题的理想试材，而且是基因和基因组进化及核rDNA致同进化机制研究的好材料。此外，松科植物的进化历史悠久，很多类群经历了多次重大的地质历史事件，并呈各种间断分布格局，其生物地理学问题受到广泛关注。本文对落叶松属所有物种(L. lyallii除外)和大部分变种的叶绿体基因组trnT-trnF区、低拷贝核4CL基因家族 (4-香豆酸辅酶A连接酶基因)及多拷贝核rDNA ITS区进行了序列分析，重建了该属的系统发育并揭示了其地理分布格局的形成过程，同时基于克隆和基因谱系分析，探讨了核4CL和rDNA ITS这两个基因家族的进化式样及规律。 　　1. 叶绿体trnT-trnF区和核rDNA ITS区的研究结果表明：落叶松属的种间遗传分化程度很低，北美的种类构成一个单系分支，并为欧亚种类的姐妹群。短苞鳞的欧亚落叶松组和长苞鳞的欧亚红杉组之间的分化较早，接近欧亚和北美种类间的分化时间。换句话说，苞鳞长短的分化在落叶松属中至少发生过两次，其中一次在落叶松属分化的初期，另一次在北美的种类中。结合化石、地史及气候资料，我们推测：落叶松属的共同祖先通过白令陆桥扩散，并形成欧亚和北美两支,然后在不同的板块上独立进化。落叶松组的泛北极分布是冰期后的回迁形成的，而红杉组的物种在第三纪全球气温降低时向南迁移，进而形成东亚－北美间断分布，特别是欧亚红杉组的祖先曾伴随青藏高原的隆升而发生辐射分化。 　　2. 在落叶松属4CL基因家族的研究中共获得44个差异的克隆，除华北落叶松外，其它种类均含2-4个成员。系统发育分析表明： 4CL基因频繁发生重复/丢失，并导致谱系拣选。该基因在落叶松属的共同祖先中发生一次重复，形成4clA和4clB，4clA再次发生基因重复形成4clA1和4clA2。重复产生的这两对并系基因拷贝在进化速率上呈显著差异，其中一个拷贝的进化速率明显加快，可能与进化制约的减弱或功能分化有关。结合其它核基因的研究结果，我们推测频繁的基因重复/丢失可能是形成和维持松科植物庞大核基因组的重要机制之一。 　　3. 对落叶松属101个nrDNA ITS克隆进行了序列及分子进化分析，发现极少数克隆存在较大的长度及（或）序列变异，并可能为假基因或重组体，其它克隆间的序列分化水平较低。因而，落叶松属核rDNA的致同进化速率比松科中两个古老的属（松属和云杉属）快。该致同进化速率的加快可能与落叶松属年轻的进化历史及染色体上较少的rDNA位点数目有关。由于一些特异克隆含嵌合序列及极高的序列变异，推测它们可能来源于物种进化过程中染色体重排形成的小位点(minor loci)或为孤独基因(orphons)。此外，我们发现nrDNA ITS克隆的分布式样与落叶松属的分化及地理分布格局的形成有密切关系：在欧亚红杉组中，克隆常按分类群（物种或变种）形成单系分支，表明这些类群的分化曾伴随着强烈的nrDNA ITS奠基者效应;相反，在欧亚落叶松组中，所有物种的克隆均混杂在一起，说明这些物种的分化时间较晚或在冰期后回迁的过程中曾发生频繁的种间基因交流。

山东山旺中新世植物重要类群演化生物学与古气候定量重建的研究

　　早在20世纪三十年代，前人发现山旺中新世具有丰富的植物化石，枝叶、果实、花保存完好。1940年我国植物学家胡先骗与美国加州大学钱耐发表研究专著《中国山东山旺中新世植物群》，报道了30科61属84种植物，为最早系统地进行山旺植物研究的奠基之作，至今仍然具有很高的科学价值和国际影响。1946年布朗发表论文涉及山旺部分属种修订工作。1951年斯行健发表文章：评胡先骗与钱耐著“山东中新统植物群”， 对部分属种鉴定提出异议。1978年植物所与南古所老一辈科学家又作了大量补充与修订，完成合著《中国新生代植物》，该书对山旺植物群进行了系统整理，总计43科87属125种植物，奠定了 山旺植物群的基本面貌。此后，山旺植物群陆续有新的类群添加。目前所知山旺植物群主要以温带落叶植物为主混生了部分亚热带常绿和落叶阔叶植物。该植物群不仅种类繁多，数量丰富，而且保存完整，是我国新生代植物群中研究程度最好的代表。 尽管山旺研究已经取得如此丰富的成果，但是在Hu&Chaney (1940)研究山旺植物群之后的长达60年里( 1940-1999)，关于山旺叶、果实与花的研究仅局限于外部的形态描述，缺乏对其进行细胞形态结构和角质层等结构植物学的实验分析研究，从而大大制约了对该植物群性质的理解和类群演化生物学的深入的研究。 近年来我们通过与国际国内同行的广泛合作，运用国际古植物学研究的新技术、新方法，如叶结构分析、角质层分析、细胞形态结构分析等，在光学显微镜与电子显微镜不同层次的观察上，将植物体外部形态学与内部细胞结构研究相结合，开展对山旺植物群的类群研究，取得了重要进展。我们首次成功提取了山旺植物“阿斯羌属”(As tronium)的角质层，并观察到气孔器结构，为该类群的正确修订提供了确凿的生物学证据，建立了化石新属钱耐属(Wang andManchester，2000)。山旺中新世地层中过去报道存在大量的“阿斯羌”花化石，为五个萼片宿存的辐射对称的花，果实球形，一枚，项生。这种生殖结构也普遍见于欧洲大陆的中新世地层和北美大陆美国的始新世地层中。欧洲人Heer在1859年提出它属于分布于东亚的旋花科的飞蛾藤属(Porana)植物; Weyland在1937年认为它应当是热带龙脑香科非洲马达加斯加岛屿特有分布的Mono tes属植物;美国人MacGinitie在1953年认为它属于分布于南美的漆树科的阿斯羌属(Astronium)植物，其确切系统位置众说纷纭。在中国新生代植物一书中，采用了美国人MacGinitie在1953年的观点，称之为阿斯羌花。斯行健先生认为是旋花科的飞蛾藤属植物。 我们调查了密苏里北京植物园标本馆馆藏的南美和非洲标本，以及哈佛大学标本馆的馆藏东亚标本，对上述科属现存植物的花结构进行了全面的详细研究。发现5个萼片宿存的辐射对称的花见于多个不同的科属类群，是一种趋同演化性状，而萼片脉纹与表皮细胞气孔器排列、果实形态与数目等特征在上述不同类群中极易区分。因而逐一排除了属于上述现存类群的可能性。我们研究的山旺与北美的化石标本显示的果实个体发育过程与现存植物苦木科苦木属(Picrasma)的果实发育相似，果实发育早期为5枚分离，后期3-4枚退化，仅1-2枚，通常为1枚球形果实留存，花瓣脱落，萼片宿存。但是，它们二者在果实形态与萼片表皮结构上，仍存在很大差异。现在认为它属于一个绝灭的植物类群，化石的系统位置尚无法放入现存的科属系统，可能接近于苦木科。因此，建立了一个化石新属钱耐属(Chaneya)。目前，该属包含二个种，一个分布于北美始新世地层，另一个分布于东亚中新世地层，欧洲的材料由于缺乏深入研究，尚无法确定归属。钱耐属在北半球第三纪地层中呈东亚北美间断分布。钱耐属的研究，不仅为探讨东亚与北美植物区系的联系和植物类群的分化历史提供了重要的证据(Wang and Manchester，2000)，更为深入探讨山旺化石植物重要类群的结构与演化生物学研究提供了成功的范例。 山旺的榉属(Zelkova)是山旺植物群的一个常见分子。榉属是欧亚大陆分布的植物，现存6种，在欧亚大陆第三纪地层中发现了大量的榉属化石，包括果实与叶连生的枝条。在北美大陆虽然有榉属化石报道，但是由于缺乏果实，仅靠叶的特征难以令人信服，榉属是否存在于北美仍有争议( Manchester，1989;Manchester，个人通讯)。近年基于我们在山旺组发现和采集到大量的榉属离散叶片以及联生有果实和叶的生殖枝条的深入研究，获得了化石叶结构、表皮细胞、表皮毛、气孔器、核果的大量结构生物学信息。通过与奥地利维也纳大学的 Ferguson教授合作，建立了欧亚现存榉属6个种的生物学形态与结构信息参照系，古今对比结果清楚表明山旺榉的叶缘齿式结构及表皮特征组合最接近我国南部分布的Z. schneideriana，而不是Hu and Chaney (1940)建议的广布于东亚的Z serrata，也明显不同于欧亚大陆共有、分布于西亚伊朗和东欧高加索地区的Z. carpinifolia。常见于欧洲第三纪的翁格榉(Z. ungeri)在形态学更接近Z.carpinifolia。因此，山旺榉明显不同于翁格榉，有其独立的种级特征，应建立东亚中新世榉属的一新种一山旺榉(Z shanwangensis sp. nov.)。榉属在欧亚大陆上的种级分化可能至少在中中新世即已出现。 我们1995年报道了山旺中新世地层发现中国特有植物杜仲化石，并利用先进的电子显微镜设备，找到了确凿无疑的原位化石杜仲特殊胶丝结构直接证据。《美国植物学报》1997年发表文章评论这是目前我国唯一可靠的、保存有精美的胶丝细胞结构的杜仲化石。近年我们迸一步采用古今结合的方法，运用自创的“特有种气候分析法”，对中国重要特有植物杜仲开展了多学科综合研究，利用现存杜仲种子春季萌发需要特定温度的生理学研究结果，结合自然分布区的温度分布，定量恢复了山旺中新世古春季温度数值;该项研究工作的论文列入著名国际SCI刊物《美国植物学报》2003年1月第一期首篇文章。美国植物学报评审人评价：这是应用现代植物实验数据解决地质时期古气候学问题的一个极好例子，是经典之说“现代是（认知）过去的钥匙”的例证，更是当前古植物学研究的一个范例。该文作出的重要贡献体现在如下几个方面：1、提供了现代植物生理生态的实验数据;2、提供了古植物学研究需要的解剖学证据（胶丝）;3、更正了古生物地理方面的一个假说（杜仲何时在中国出现）; 4、提出了一个解答古气候学问题的新方法。 最后一点实际上也是最重要的一点。” 油杉属的研究显示该属现代有三个种，生活在东亚中国，越南和老挝。它曾经在北半球广泛分布，以球果、种鳞、具翅的种子、木材等形式保存在新生代第三纪地层中，如已经有报道的北美大陆美国俄勒冈渐新世和中新世，欧洲中部中新世，亚洲日本中新世和上新世，俄罗斯远东渐新世到中新世地层。本次山旺中中新世与美国俄勒冈渐新世Rujada flora发现的油杉，接近现存油杉属的属型种油杉。北美中新世和亚洲日本中新世和上新世报道了接近于现存种铁坚油杉的化石。这些证据反映了东亚与北美第三纪植物区系的联系远比今天密切，油杉在北美中新世末期后、在欧洲早更新世之后和在东亚日本上新世结束，在上述地区消失。油杉今天仅孑遗分布于东亚中国秦岭以南、雅砻江以东，长江以南及台湾、海南岛和越南、老挝等亚热带至热带北缘的低山、丘陵山区。山旺油杉的球果化石具有现存油杉和铁坚油杉复合种的特征，可能代表了兼具中国两种油杉共同特征的一个早期类型，由此也表明油杉和铁坚油杉的物种分化在中国有可能是1500万年以来发生的新近事件。同时，油杉球果（松科）的首次发现，解决了山东山旺中中新世化石产地有无裸子植物这个长达半个世纪的争论(Hu andChaney，1940：斯行健，1951)，进一步确证了山旺中中新世气候为亚热带山地气候类型。

辽西中生代银杏目和茨康目植物生殖器官研究

本文研究了采自辽宁西部下白垩统义县组和上三叠统羊草沟组的三种植物的生殖器官，它们分别属于银杏目 (Ginkgoales) 和茨康目 (Czekanowskiales)。辽宁银杏 (G. liaoningensis Liu, Crane, Li et Wang sp. nov.) 和纤细堆囊穗 (Sorosaccus gracilis Harris 1935 emend. Liu, Hueber, Li et Wang) 是银杏目植物的雄球花，通过将这两种雄球花与现存银杏 (Ginkgo biloba L.) 雄球花的对比研究，讨论了自晚三叠世至今银杏目雄性生殖器官可能的演化途径。蟹形薄果穗 (Leptostrobus cancer Harris 1951 emend. Liu, Li et Wang) 是茨康目植物的雌性生殖器官，我们根据辽西标本对该种的特征集要做了修订，并对薄果穗属 (Leptostrobus Heer 1876) 的种进行了讨论，将三个种归并到蟹形薄果穗薄。主要内容包括： 1. 银杏属植物雄球花——辽宁银杏 采自中国辽宁下白垩统义县组的辽宁银杏，为葇荑花序状，主轴基部有鳞片。小孢子叶螺旋排列在主轴上，小孢子叶上着生3—4个 (少数为2个) 卵形到椭圆形的小孢子囊。小孢子囊下垂，纵状开裂。成熟花粉粒单沟，长椭圆形;而未成熟的花粉粒处在四分体阶段。辽宁银杏的特征和现存银杏十分相似。主要差别在于辽宁银杏的小孢子叶着生3—4个 (少数为2个) 小孢子囊，而现存银杏的小孢子叶绝大多数着生2个小孢子囊。辽宁银杏在大小及小孢子囊数目上区别于其它的银杏属雄球花化石种，如：英国约克郡侏罗纪的胡顿银杏 (Ginkgo huttoni (Sternberg) Heer) 雄球花，加拿大阿尔贝塔晚白垩世一个未定名的银杏属雄球花。辽宁银杏 (化石) 和银杏 (现存) 的比较支持了根据银杏属胚珠器官而提出的缩减假说，因为自早白垩世至今，银杏属雄球花小孢子叶着生的小孢子囊的数目经历了从3—4个到2个的减少。 2. 银杏目植物雄球花——纤细堆囊穗 本文研究的纤细堆囊穗采自中国东北上三叠统羊草沟组。这种雄球花小孢子 叶末端的裂片在形态上差异很大，这是在以前对这种植物的研究中没有发现的重要特征。这些保存精美的化石对于纤细堆囊穗特征的阐明和修订以及种的复原很有帮助。将中国的标本与西伯利亚堆囊穗 (Sorosaccus sibiricus Prynada 1962)、小堆囊穗 (S. minor Harris 1935)、乌马尔堆囊穗 (S. umaltensis Krassilov 1972) 和被定为长叶拜拉 (Baiera longifolia (Pom.) Heer 1876) 的雄球花进行了比较，发现它们与纤细堆囊穗在特征上一致，故将它们处理为纤细堆囊穗的异名。同时，也讨论了堆囊穗属可能的演化意义。它可能是银杏属的远祖，经过小孢子囊数目的减少和小孢子叶长度的缩短而演化到现在的银杏，而辽西早白垩世的辽宁银杏可能代表了堆囊穗和现代银杏在演化上的一个中间阶段。 3. 茨康目雌性生殖器官——蟹形薄果穗 本文研究的蟹形薄果穗采自辽西上三叠统羊草沟组和下白垩统义县组。羊草沟组的材料是蟹形薄果穗属最早的纪录，从而该种的分布在时间上有了新的资料：从晚三叠世到早白垩世。据标本穗轴顶端的完整性，我们修订了蟹形薄果穗的特征集要和提供了它的复原图，并将三种薄果穗归并到蟹形薄果穗。我们也回顾了薄果穗属自1876年建立以来100多年的研究历史，并列出了该属所有材料，还讨论了该属各种的主要特征和建种依据。

中国郁金香属(广义)的系统学研究

郁金香属（Tulipa L.）是世界著名的观赏植物，广泛分布于欧洲、亚洲的温带地区以及非洲的西北部，中亚地区是其分布和多样化中心。该属包括老鸦瓣组、长柱组、郁金香组、毛蕊组、扭药组、鸡冠组和无毛组共七个组，40至150种。老鸦瓣组是东亚特有类群。中国共有郁金香属植物16种，主要分布于西北（新疆）以及中东部地区，其中老鸦瓣组有4个种，占该组全部种类的4/5。长期以来，由于对老鸦瓣组的生物学特性及其地理分布缺乏了解，该类群的归属问题一直都是该属系统学研究中争论的焦点之一。因此，本文以分布于我国的郁金香属作为主要研究对象，通过对其形态学、胚囊发育的比较胚胎学以及分子系统学研究，对老鸦瓣组的系统位置以及上述特征在该属分类中的意义进行了探讨。主要结果如下 1)通过对该属18种植物（包括土耳其的3个种）28个形态性状数据的分支分析，表明广义郁金香属并不是一个单系类群。Tulipa sect. Amana与该属其他四个组（sect. Orithyia、sect. Eriostemones、sect. Leiostemones和sect. Tulipanum）在分支树上各成一支，它们与Lloydia属构成一个大支的三个分支。同时，sect. Amana具有与子房近等长的花柱以及2-3（-4）个苞片等与郁金香属不同的形态特征。因此，我们认为sect. Amana应从广义郁金香属中独立出来，恢复其老鸦瓣属Amana Honda作为属的分类地位。 2)发现了一个新种：Amana kuocangshanica D.Y. Tan et D. Y. Hong。该种与A. erythronioides 和A. anhuiensis近缘，区别在于鳞茎皮内侧光滑无毛，下部叶披针形，自基部向上2/3处最宽，果喙长0.64±0.08 cm。 3）对16种植物叶表皮形态观察的结果表明，老鸦瓣属4个种的叶上表皮细胞为矩形或矩圆形、下表皮为菱形或矩形，垂周壁为直线形或波形，上表皮无气孔或气孔密度较小，这些特征与狭义郁金香属的种差异显著。在狭义郁金香属中，叶表皮特征在种间差异明显，可以作为分种及种间亲缘关系探讨的依据，但在组间没有明显的差异。 4）对19种植物的花粉形态观察表明，Amana属的4种为近椭球形、舟形和肾形， 外壁纹饰网状，网脊浅皱波状，与狭义郁金香属的15种具明显不同。在狭义郁金香属中，花粉外壁纹饰虽然在种间存在一定程度的差异，但对组的划分意义不大。 5）从种皮形态及微形态特征看，在所观察的16种植物中，Amana属的种子小，呈半月形，较厚，种柄明显，胚不易见;种皮纹饰为皱波状或不规则，与狭义郁金香属存在显著的差异。狭义郁金香属的12种在种皮纹饰、网眼大小及形状、网脊宽窄等方面均存在明显的差异，但组间无明显差别，说明这些特征在种的划分上具有一定的分类学意义。 6）对16种植物的胚囊发育过程观察表明：共有6种胚囊发育类型，即Fritillaria type、Drusa type、Tulipa iliensis type、Tulipa tetraphylla type、 Adoxa type和Eriostemones type。其中Tulipa iliensis type为所发现的一种新的胚囊发育类型。Tulipa iliensis、T. heterophylla和T. heteropetala3个种具有两种胚囊类型。在郁金香属中，胚囊的发育类型具有一定的系统学意义。 7）通过对21种郁金香以及猪牙花属2种植物基于nrDNA ITS区和cpDNA trnL-F 区的序列分析，发现广义郁金香属并非一单系类群，老鸦瓣属为猪牙花属的姐妹群。在狭义郁金香属中，sect. Orithyia、sect. Tulipanum以及sect. Eriostemones得到了该分子系统学分析的支持，而sect. Leiostemones是否成立及其系统关系问题尚有待于进一步研究。

车前科和苦苣苔科一些典型类群花对称性基因的进化发育生物学研究—兼论地黄属和崖白菜属的系统位置

在模式植物金鱼草中的花对称性分子发育与遗传学研究揭示出相关调控基因在花对称性形成过程中的功能和表达式样及其相互作用机制，但被子植物中花对称性的繁杂多样远非模式植物的表达模式所能概括。因此，我们选择车前科和苦苣苔科中与金鱼草较近缘的典型类群地黄属和非洲紫罗兰属作为研究对象，针对它们在花对称性形成方面区别于金鱼草的不同式样，开展这些类群中花对称性主控基因CYCLOIDEA(CYC)类基因的进化发育生物学研究。该研究旨在探讨CYC 类基因的功能和表达式样的变化在进化上的内在联系。 地黄花对称性基因的进化发育研究结果显示，地黄中CYC 类基因RgCYC 的表达模式与CYC 基因在金鱼草中和McCYC 基因在Mohavea 中的表达模式存在明显的差异。首先， RgCYC 基因在近轴雄蕊预期发生位置表皮细胞下的强烈表达与地黄近轴雄蕊的缺失密切相关。转录因子中的氨基酸替代所导致蛋白质功能的改变使RgCYC 基因对细胞周期基因cyclin D3b 抑制作用的增强可能是地黄中近轴雄蕊原基发生过程被彻底阻断的主要原因。由此看来，CYC 类基因的作用不仅导致近轴花器官生长缓慢或退化，而且可能与自然类群中花近轴器官丢失的现象有关。其次，同McCYC 基因在Mohavea 中的表达模式相似，RgCYC 基因的表达也从近轴雄蕊延伸到了两侧雄蕊，但是并没有强烈地抑制两侧雄蕊的发育，仅仅使得两侧雄蕊短于远轴雄蕊从而在地黄中形成二强雄蕊。这一现象可能是由于RgCYC 基因的表达与McCYC 基因的表达在时间和空间上的差异所造成的，并显示地黄中二强雄蕊的形成机制和金鱼草完全不同。第三，RgCYC 基因在近轴花冠裂片的表达没有象CYC 在金鱼草中一样明显促进它们的生长。此外，近轴花冠裂片明显的自身对称性显示在地黄中RgCYC 基因在两侧对称性形成方面可能单独对近轴花器官进行调控。地黄中RgCYC 基因的表达模式反映了广义唇形目中从五数花到四数花进化过程的一种新的进化机制。 两侧对称花向次生辐射对称花的反演进化机制在花对称性进化发育研究中倍受关注。我们在苦苣苔科中选择非洲紫罗兰栽培品种作为研究材料，通过 mTAIL-PCR 分别在两侧对称花和辐射对称花的栽培品种中分离出了包含完整的 ORF 的CYC 类基因：SiCYC1A 和SiCYC1B。这两个基因的完整序列在DNA 水平的相似性为88%，均包含了完整的TCP domain, R domain 和 5’ 端区段。令人意外的是SiCYC1A 和SiCYC1B 这两个基因的DNA 序列在两侧和辐射对称花品种中均完全一致。根据对导致辐射对称花产生机制的比较分析，我们认为在这两个栽培品种中的SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因可能存在着某一共同的调节因子对其进行调控。其可能途径是该调节因子同时调控SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因，这一共同的调节因子的改变导致了SiCYC1A 和 SiCYC1B 基因部分或完全失去功能，从而使两侧对称花转变为辐射对称花。 崖白菜属的花部器官发生研究显示其花萼和花冠裂片的发生顺序与毛地黄族和婆婆纳族相似，花冠裂片早期生长的迟滞和花冠裂片折叠式样介于毛地黄族和婆婆纳族之间。但是，近轴雄蕊的发育缺失完全不同于毛地黄族中的其它类群。对地黄属和崖白菜属以及它们近缘类群的ITS 或trnL-F 序列所构建的系统树的分析显示，地黄属和崖白菜属呈姊妹群。然而，分子系统学研究结果并不支持传统系统学和个体发育研究对这两个属科级系统位置的认识。毛地黄属与婆婆纳属和车前属构成一个单系分支，而地黄属与崖白菜属则形成另外一个独立的分支，并与泡桐属与透骨草科所形成的分支首先聚在一支。因此，毛地黄族可能并不是一个单系类群，地黄属和崖白菜属的科级系统位置可能需要重新考虑。

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。

睡莲科的花的生物学和生殖形态学研究

最近的一系列分子系统发育分析一致认定睡莲目为3 个最早的被子植物谱系（ 即包括Amborellaceae 、睡莲目和一个由八角目、Trimeniaceae 、 Austrobaileyaceae 组成的分支在内的ANITA）之一，这些研究结果和新近发现的早白垩世时期的睡莲类植物花化石的记录，支持过去长期认为睡莲目代表原始类群的观点。作为睡莲目组成之一的睡莲科，虽然在被子植物分类系统中一直处于关键的核心的系统发育位置，但对于这个科的生殖生物学和生殖形态学的研究还没有得到足够的重视。本文对睡莲科的王莲属、萍蓬草属和睡莲属的花的生物学、 Nuphar microphylla 的胚胎学、睡莲科的花粉形态学、睡莲科的胚珠和种子的发育形态学、以及睡莲科的柱头的形态解剖学开展了深入细致的研究工作。 本文所研究的睡莲科植物的花都具有开花生物钟的特性，在开花时期花器官的开放和闭合呈现有规律的运动。睡莲科的有些种植物（如睡莲属的一些种）的花是白天开放晚上闭合，而另外一些种（如王莲属）的花却是晚上开放白天闭合。睡莲科的不同物种的花的开花天数不同，一般是2 到数天。花大多是雌性先熟的，通常从开花的第二天开始释放花粉。睡莲科的不同属植物在开花时间，花的气味，花的颜色，各种花器官的形状和功能，以及传粉者方面存在很大差异。克鲁兹王莲的花具有大型的，单生的，多数花器官，花器官呈现有规律的开放和闭合运动，雌性先熟，能散发强烈气味，能够改变颜色，温度发生变化等特征。作者认为这些特征是高度特化的，它们适应于昆虫传粉。对Nuphar microphylla 的花的生物学研究支持Lippok 等人的观点：在任何居群，蝇、蜜蜂和甲虫对传粉贡献的相对大小更多地取决于这些昆虫的相对丰富度和可替换食物的多少，而不是取决于旧世界与新世界的萍蓬草属植物之间的雄蕊长度的差异。 本研究首次在Nuphar microphylla 中发现了一种新的4 细胞5 核雌配子体（具有1 个卵细胞，2 个助细胞和1 个具有2 个单倍体核的中央细胞）类型，这种雌配子体通过受精作用将产生三倍体的胚乳。作者认为这种雌配子体可能是最小的性功能单位，代表着被子植物的祖征。 睡莲科是一个具有多形态花粉的科，花粉沟有远极单槽和环槽两种类型。当前研究建议萍蓬草属的远极单槽花粉在睡莲科中是最原始类型。花粉形态学研究支持睡莲科是一个原始类群的观点。在所观察的睡莲科植物中，内珠被都作为一圈圆形的突起被产生，而外珠被是半圆形的，稍后形成兜状，在珠柄的凹面侧没有外珠被。在印度红睡莲、埃及白睡莲、墨西哥黄睡莲、芡实、以及克鲁兹王莲的胚珠的发育后期，珠柄的凹面侧产生不同长度的外珠被，所以它们成熟胚珠的外珠被为杯状。作者认为睡莲科的兜状的外珠被是原始的，杯状的外珠被是进化的。睡莲科的柱头形态高度多样化。睡莲属的柱头表面分布有许多拥挤的多细胞的乳头，萍蓬草属和芡实属的柱头是分泌性的，柱头表面具有单细胞乳突。王莲属柱头表面形成许多不规则的隆起。柱头形态学研究支持睡莲属和Ondinea 具有密切的亲缘关系的观点。

稻族的分子系统学研究

稻族（Oryzeae）是禾本科中包含多种经济植物的重要类群，现有大约12个属，广布于全球的热带和温带地区。虽然有证据表明稻族是一个单系类群，但稻族的分类处理和属间系统发育关系以及稻族的生物地理学等方面仍存在许多悬而未决的问题。本研究利用了7个DNA片段，包括2个叶绿体基因片段（trnL和matK）、1个线粒体基因片段（nad1）和4个分布在不同染色体上的核基因片段（Adh1、Adh2、GPA1和Waxy）以及形态性状（87个）重建了稻族的系统发育关系，并在此基础上利用6个DNA片段（trnL、matK、nad1、Adh1、Adh2和GPA1）探讨了稻属基部类群的系统发育关系。同时在系统发育研究的基础上，进一步探讨了稻族物种间的分歧时间及生物地理学问题。主要结果如下： 1.稻族的系统学 多基因和形态性状的分析表明：1）稻族是单系类群可分为两个主要分支，相当于传统的两个亚族，第一个亚族（Zizaniinae）包括稻属﹑假稻属和Porteresia，而第二个亚族（Oryzinae）包括其余8个属。两性花是稻族的原始状态，而单性花多次起源，共起源了3次，因此单性花和两性花的区别不宜作为划分亚族的依据;2）Zizania 与分布在南美的单型属Rhynchoryza关系最近;3）一些单型属（Hydrochloa、Porteresia和Prosphytochloa）的确立得不到分子证据的支持，特别是Hydrochloa，形态证据分析的结果明确不支持建立该单型属;4）形态分析结果支持Zizania 4个种聚为一支，而东亚的一个种（Zizania latifolia）为该属基部类群。 2.稻属基部类群的系统发育关系 多基因系统发育分析表明：1）稻属是一个单系类群;2）所有数据都支持稻属10种染色体组类型各自为单系，包括稻属中最后确定的染色体组类型HK（Oryza schlechteri和Porteresia coarctata）;3）F染色体组与HK和HJ中的H染色体组关系最近，类似于E染色体组与异源四倍体的CD染色体组中的D染色体组关系最近; 4）双亲遗传的核基因和母系遗传的线粒体和叶绿体基因的对比分析表明，HJ染色体组两个物种的母系来源是H，而HK染色体组两个物种母系来源是K。三个染色体组相比较，H分化较早，J次之，K分化最晚;5）在系统发育研究基础上，本研究认为稻属4个复合体的划分是可信的，原来未划分到任何一个复合体中的两个种O. brachyantha和O. schlechteri以及新近归入稻属的Oryza coarctata都应归入O. ridleyi复合体。 3.稻族各谱系的分化时间及其生物地理学意义 利用分子钟及其改进方法对稻族各谱系的起源和分化时间进行了估测，并在此基础上探讨了形成各类群地理分布式样的可能原因。结果表明，稻族在始新世（Eocene）晚期（3640万年前）起源于东南亚随后分为两大支。稻属基部类群G染色体组物种与稻属其他物种在1200万年前分开;稻属中A/B/C/E染色体组类群在700万年前开始分化。 在稻族的第一大支Oryzinae亚族中，稻属和假稻属1400万年前分开后，通过远程扩散及随后的漫长的历史过程形成了目前的分布格局。稻属从东南亚起源并逐渐扩散到非洲、澳洲及美洲;而假稻属则从非洲出发扩散到全球的热带和亚热带地区。这两个属的演化历史非常相似，都是全球广泛分布且起源时间较晚。 在稻族第二大支Zizaniinae亚族中，Zizania是稻族中唯一欧亚-北美间断分布属，与其分布在南美的姊妹群Rhynchoryza在2554万年前分开，这一支可能是先从南美扩散到东亚，然后再从东亚扩散到北美;Zizaniopsis和Luziola两属在南美洲和北美洲都有分布，其分歧时间为2180万年前，这两属具有类似的进化历史，即通过上新世（Pliocene）末期隆起的巴拿马陆桥形成现在的分布格局;Chikusichola与Potamophila/Prosphytochloa这一支从中新世（Miocene）早期（2270万年前）开始分化，由于Chikusichola（分布在东南亚）、Potamophila（澳大利亚）和Prosphytochloa（非洲）相距很远，这3个属的扩散必然与跨洋远距离扩散有关。

新生代孢粉分析与古气候定量重建的研究

定量重建地球生态系统的气候参数是当前国际古气候研究的目标之一. 自20世纪70年代以来, 尤其是在海洋学研究领域, 新技术的不断应用使得定量的古气候研究蓬勃发展. 相比之下陆地古气候参数的重建要困难得多, 陆地植物作为对环境的良好记录，一直备受重视. 近数十年来, 国际上广泛开展了利用植物材料定量研究气候的探索, 大量新的方法层出不穷. 德国科学家Mosbrugger和Utescher在1997年倡导的共存分析法(The Coexistence Approach)就是其中之一, 它依据现存最近亲缘类群原理以及植物分布与气候的关系原理, 找到化石植物群中各类群的现存最近亲缘类群对各气候参数的耐受范围; 并将各亲缘类群对同一气候参数的耐受范围叠加一起, 获得对该气候参数的共存区间, 用该区间作为对古气候参数的精确估测. 本文首先阐述在原文位于展开讨论的共存分析的理论基础——探讨植物分布与气候之间关系的耐受性理论. 并以此为指导, 对在该方法中气候台站的选用方法作了改进, 气象台站的选择应以植物的标本记录点为基础: 即使在某一特定的植物分布区内部也应该查看气象台站所在县级行政区域是否有该植物的标本采集信息, 并以此为依据来决定是否选用该气象台站的记录; 选用的气象台站的数量多寡应该以植物分布点的多少来决定. 以此为基础, 我们采用中国的植物分布与气象记录数据, 利用孢粉学的研究结果，定量重建了我国新生代三个地点的古气候参数, 结果如下: 1.内蒙古呼伦湖地区全新世初期气候 MAT: 4.4~10.2℃; MWMT: 22.9~24.1℃; MCMT: -18~-9.1℃; DT: 33.5~40.9℃; MAP: 354.3~686.7mm; MMaP: 103.8~191.9mm; MMiP: 2.7~7.3mm. 我们以扎赉诺尔地区的孢粉学研究为基础, 依据孢粉和盘星藻(Pediastrum Meyen)提供的环境信息并结合前人工作, 恢复了全新世初升温期的植被变化; 定量重建了10.4~10.2kaB.P.时的气候, 为全面理解呼伦湖地区的气候变化以及东亚的夏季风变化提供新的依据. 2.云南洱源上新世气候 MAT: 13.3~18.6℃; MWMT: 24.6~27.5℃; MCMT: 1.9~12.1℃; DT: 14.2~16.6℃; MAP: 619.9~1484.3mm; MMaP: 143.8~245.6mm; MMiP: 12.7~16.4mm. 该结果与羊邑、龙陵上新世古气候及三地的现代气候分析对比表明, 在上新世, 三地年均温符合纬向变化, 而降水量则基本一致. 在现代，洱源与羊邑在气候与植被上很相近, 且与上新世相差不大; 而龙陵地区则发生了显著的变化, 年均温比上新世低, 而降水量则大幅增加. 该变化指示了上新世以来作为青藏高原东部边缘的龙陵地区可能出现了地形的抬升. 3.吉林珲春始新世和中新世气候 始新世: MAT: 14.3~14.9℃; MWMT: 25~26.3℃; MCMT: 1.9~3.7℃; DT: 21.7~23℃; MAP: 797.5~1344mm; MMaP: 185.3~209.8mm; MMiP: 14.2~16.4mm. 中新世: MAT: 14.3~14.9℃; MWMT: 24.3~25.4℃; MCMT: 2.1~3.7℃; DT: 21.7~22.7℃; MAP: 658.7~817.7mm; MMaP: 158.9~174.6mm; MMiP: 7.4~7.6mm. 通过对两个时段的气候参数对比, 始新世时, 吉林珲春地区的气候属于北亚热带气候; 中新世时气候发生了改变, 归属于暖温带南部的气候, 改变了前人关于中新世也归属于被亚热带的认识, 这反映了我国东北部地区与全球新生代降温总趋势具有一定的同步性.

金粟兰花器官特征基因CsAP1、CsAP3和CsSEP3的结构、表达和进化研究

花是被子植物特有的繁殖器官。花的发育取决于一个复杂的涉及到多个基因和过程的调控体系，因此花的起源和多样化过程实际上可以理解为这个调控体系的进化过程。所以，要全面地理解花和被子植物的起源和多样化，就必须研究花发育基因的功能和进化。 金粟兰科（Chloranthaceae）是基部被子植物的代表类群之一。与研究得比较深入的模式植物（如真双子叶植物中的拟南芥、金鱼草和矮牵牛等，和单子叶植物中的水稻和玉米等）相比，该科植物的花比较简单。花被以及雄蕊或雌蕊的丢失使得该科一些类群（如草珊瑚属Sarcandra和金粟兰属Chloranthus）具有被子植物中最简单的两性花（仅含一枚雄蕊和一枚雌蕊），而另一些类群（如Ascarina和雪香兰属Hedyosmum）具有了被子植物中最简单的单性花（雄花仅由一枚雄蕊、雌花由一枚雌蕊构成）。因此，对金粟兰科植物中花发育基因的研究不仅有助于理解花的起源和早期分化机制，还将为认识花部构造简单化的机制提供资料。 本研究以金粟兰（Chloranthus spicatus）为研究材料，从它的花和花序中分离得到了六个可能与花被的发生和发育有关的MADS-box基因，分析了它们的序列结构、系统发育关系、表达式样和进化中所受到的选择压力，探讨了金粟兰花发育和花被缺失的分子机理。主要研究结果包括： 1. 构建了金粟兰的花和花序的cDNA文库。构建工作使用了Clontech公司的SMART试剂盒，并采用其中的LD PCR方法，还使用了Stratagene公司的包装蛋白。该文库的初始滴度大约为5 × 106 pfu，重组率大约是90%, 插入片断几乎均大于0.5 kb。因此该文库质量优良，为以后的研究工作奠定了基础。 2. 从金粟兰的花中分离出了CsAP1、CsAP1a、CsAP1b、CsAP1c、CsAP3和CsSEP3基因。氨基酸序列分析结果表明它们都是MIKCc型MADS-box基因。系统发育分析结果表明CsAP1、CsAP1a、CsAP1b和CsAP1c与AP1/SQUA类基因聚在一起，而CsAP3和CsSEP3分别与AP3/DEF类和SEP1/2/3/4类基因聚在一起。CsAP1b和CsAP1c可能与CsAP1a互为复制本。但是二者在序列上有异常之处，因此可能只有CsAP1a具有功能。从序列上看CsAP1和CsSEP3能够正常行使功能。CsAP3的C末端出现了一个由鸟嘌呤到胸腺嘧啶的点突变，因此paleoAP3基序不完整，这可能影响了它的功能。 3. 用原位杂交的方法分析了CsAP1、CsAP3和CsSEP3的表达式样。CsAP1在穗状花序分生组织（包括苞片原基）、花原基、雄蕊和心皮原基、雄蕊裂片、花粉囊、胚珠、珠被和胚囊中表达。CsAP3在穗状花序分生组织中不表达，在花原基上发生雄蕊的位置开始表达，进而在雄蕊原基、雄蕊药隔裂片和花粉囊中表达，却不在心皮原基和心皮上表达。CsSEP3在穗状花序分生组织中也不表达，而在花原基、雄蕊原基、药隔裂片、花粉囊、心皮原基和胚珠中表达。CsAP1的表达模式反映了A功能基因决定花分生组织特性的原始作用;CsAP3的表达模式体现了B功能基因在雄性器官中的固有表达，反映了该类基因在两性器官分化中的原始作用;CsSEP3的表达模式反映了E功能基因提供成花背景（floral context）的作用。 4. 分析了已知的金粟兰的花发育相关基因受到的选择压力。同大多数近缘同源基因相比，CsAP1、CsAP3、CsPI、CsAG1受到负选择并且其强度没有明显差异;CsAG2和CsSEP3受到了更强的负选择;CsAP1a则受到减轻了的负选择。该结果表明除了CsAP1a之外，其它基因的功能可能没有改变。 5. 综上所述，在无花被的金粟兰中，仍然存在着与花被发育相关的基因，并且它们的功能没有改变，这充分反映了花发育ABC模型的保守性。金粟兰中花被的缺失可能与这些基因的下游基因有关，也可能与其它途径相关。CsAP1的复制以及CsAP3的末端突变可能是花被缺失之后的结果，而不是花被缺失的原因。