高山松的群体历史及其适应性进化研究

物种形成一直以来是进化生物学的一个中心议题。因为杂交能够快速创造出新的遗传变异和提高基因组重组率，加速物种形成和适应性进化，所以杂交物种形成是其重要的组成部分。但是直到最近几年，人们才逐渐意识到同倍体杂种形成的重要性和普遍性。此外，人工杂交种群结果证实了杂种的适应性起源于亲本基因的超亲分离现象，这些基因之间通过加和效应或上位效应相互连锁，并在杂种后代中逐渐固定，因此，探讨维持这种适应机制的杂种的连锁不平衡模式就显得尤为重要。到目前为止，关于自然杂种的核苷酸多态性和连锁不平衡结构的报道非常稀见，对杂种的进化历史知之更少。高山松能生长于亲本种不能正常繁殖生长的青藏高原上，这种极端环境为杂种的适应性进化和与亲本的生态隔离造就了绝佳的条件，其生态和生殖的稳定性极大地方便了我们研究植物物种形成和适应性进化的遗传机理，对高山松开展的生态学、遗传学的系列分析已使高山松成为同倍体杂种形成的经典范例。 该论文通过随机挑选7个核基因位点对5个高山松群体、3个油松群体和3个云南松群体的164个大配子体单倍体基因组进行了核苷酸多态性分析。研究发现：所有基因座位的单倍型组成和基因谱系的拓扑结构都支持高山松的多次杂交起源。高山松的平均核苷酸多态性与油松相当，θW达到0.0107;比云南松高出一倍;高于已报道的裸子植物类群遗传变异水平。高山松如此高的遗传多态性与其杂交特性和有效群体大有关。我们运用分子钟和共祖模拟分析，推测出高山松的有效群体为7.32 x 105。等位基因共祖时间模拟分析发现，杂交过程早于青藏高原的隆升，也即是说，在杂种稳定成种以前，两个亲本种之间存在广泛的渐渗杂交。此外，高山松杂种的群体间分化严重，并且在不同的群体中，我们找到了多个偏离中性的基因座位。由此说明，高山松复杂的进化历史和适应的策略区域化。 在显著偏离中性的基因座位上，选取群体历史清晰的高山松群体，对其全基因序列多态性和连锁不平衡结构进行了深入调查，以期找到选择作用位点或区域。Ara-like和Dhn1两个基因在高山松与亲本之间都没有发现固定变异。在高山松中，Ara-like基因和Dhn1基因核苷酸多态性式样和连锁不平衡结构存在明显差异，这说明在两个基因上选择作用的程度和方向不尽相同。 我们对Dhn1基因的多态性分布、LD结构和中性偏离水平进行了分析，结果表明，该基因可能在PdNX和PdLZ群体中受到平衡选择的作用。从Dhn1基因谱系结构可以看出有两种来源的等位基因造成这种平衡多态性，一种属于祖先类型，另一种是从云南松继承衍生而来。这两种等位基因之间的分化很大，极有可能造成编码蛋白的亚功能化。事实上，Dhn1编码的脱水蛋白在植物对环境的抗逆过程中发挥着重要作用。由此我们推测高山松在高海拔极端环境中的适应性进化与Dhn1基因的平衡作用有关。 对Ara-like和Dhn1基因进行HKA检测，结果表明，与Dhn1基因相比，在Ara-like基因上，双维管束亚属与单维管束亚属之间存在显著分化，沉默突变位点的分化Ksil达到了0.1392，远远高于平均水平0.0508;在双维管束亚属共发现了43个固定突变位点，其中有6个能导致氨基酸突变，它们有可能导致了Ara-like基因功能的分化。结合裸子植物近缘物种间共享多态性的普遍性，我们推测Ara-like基因可能在单维管束亚属中的进化速率加快，暗示其在单维管束亚属中的适应性进化。 最后，基因内连锁不平衡分析结果显示，随机筛选的基因座位之间不存在连锁不平衡。高山松平均的基因内LD程度非常低，仅有18%的信息位点之间显著连锁。平均基因内LD在油松和高山松中的衰减速率很快，尤其在杂种中下降最快，在不到200bp以内就降到0.1以下。 LD的结果印证了高山松的有效群体大和多次起源特性。另外，我们也怀疑杂交物种形成过程中染色体组的重组和重排频繁发生，也是造成自然杂种现有群体的LD水平低的一个主要原因。 通过LD衰减曲线估计高山松的平均单位重组率,比亲本油松高17倍，比云南松高45倍。这个结果表明，杂种共适应的基因间要维持超亲分离，需要强烈的自然选择压力，才能保持它们之间的连锁不平衡。

芍药属芍药组的变异与进化：形态、染色体和分子证据

芍药属Paeonia是芍药科Paeoniacea内唯一的一个属。包括大约35个种，间断性的分布于北温带地区。其内三个组分别是牡丹组(sect. Moutan)、北美芍药组(sect. Onaepia)和芍药组(sect. Paeonia)。芍药组是芍药属中最大，也是唯一具有染色体倍性变化的一个组，现有大约25个种。其中，大约半数的种是四倍体（2n＝20），主要分布于地中海地区。虽然有证据表明四倍体类群大多为异源起源，但芍药属内一致的核型、相似的形态和重叠的地理分布使得它们的起源和分类一直存在很大的争议。本研究利用了4个细胞核DNA片段（乙醇脱氢酶基因－Adh1和 Adh2;nrDNA的内转录间隔区－ITS;甘油－3磷酸乙酰转移酶基因－GPAT）和4个叶绿体DNA片段（matK基因;基因间隔区trnL-trnF、psbA-trnH和rps16－trnQ）对芍药组的网状进化进行部分重建。并在此基础上，对推测为杂交起源的P. anomala进行了形态学和细胞发生的研究。主要研究结果如下： 1． 芍药组的系统学 利用多个DNA分子标记(cpDNA: matK, rps16-trnQ; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2)，芍药组的二倍体和四倍体类群的系统发育被部分重建。基于最大简约法、贝叶斯法和最大似然法的系统发育分析表明： (a) 除P. tenuifolia之外，所有地中海地区分布的二倍体类群构成一个单系分支。该支与亚洲分布的二倍体类群以及P. tenuifolia成并系关系。 (b) 核和叶绿体DNA系统发育树的不一致，以及ITS、Adh基因的多态性的分析，表明部分二倍体类群间和四倍体类群间都存在杂交事件。这些类群包括：中国新疆阿勒泰地区分布的二倍体种P. anomala和P. intermedia（杂种个体XJ053）;高加索地区分布的二倍体种P. tenuifolia和P. daurica（杂种个体H9933）;土耳其分布的四倍体种P. mascula和P. kesrouanensis（杂交个体在两个居群中检测到）。 (c) 不一致的核和叶绿体DNA系统发育树，以及Adh基因表现出的相同多态性模式进一步支持早先的推测，即四倍体类群P. arietina是异源四倍体。同时扩大的数据分析显示P. obovata近缘类群为其母系亲本，P. tenuifolia近缘类群为其父系亲本。此外，形态上具有一定分化的两个亚种P. arietina ssp. arietina和P. arietina ssp. parnassica是多次起源。 (d) 现今地中海分布类群的近缘种参与了四倍体种P. kesrouanensis 和P. coriacea，以及P. wittmanniana和P. mascula的物种形成。依据Adh序列种内的多态性，初步推测P. kesrouanensis 和P. coriacea可能是异源四倍体，其另一个亲本与P. arietina母系亲本近源。而P. wittmanniana和P. mascula可能是同源四倍体。 (e) P. saueri和P. peregrina的两个亲本类群分别与P. tenuifolia和现今地中海分布二倍体种的近缘类群。 (f) Adh1基因序列中近缘的重组类型暗示：四倍体种P. macrophylla和P. banatica很可能是同倍性杂种。 2． P. anomala的杂交起源和细胞发生 P. anomala新疆阿勒泰地区分布的居群核型第一次被报道。该地区分布的类群核型为2A型(核型公式：2n = 2x = 10 = 6m+2sm+2st)。减数分裂的观察统计显示：阿勒泰地区所有检测个体都是臂内倒位杂合子。基于断片大小以及不同个体染色体桥和/或断片出现率的差异，我们发现该类群臂内倒位存在多态性。荧光原位杂交（FISH）证实P. anomala共有8个18S rDNA位点，并且定位了一个倒位片段在3号染色体的短臂上。此外，高频率的棒状二价体和单价体，以及低的同源染色体的配对系数说明该类群同源染色体间存在分化。染色体结构杂合能够导致部分花粉败育，所有被检测个体的花粉败育率约为8.8 – 29.4%。 扩大的居群取样以及多基因(cpDNA: matK, psbA-trnH, rps16-trnQ, trnL-trnF; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2, Gpat)的系统发育分析，进一步支持P. anomala杂交起源于P. veitchii 和P. lactiflora的近缘类群。cpDNA片段和核DNA片段（ITS、GPAT）基因树间的不一致，以及P. anomala Adh1和Adh2序列表现出的多态性都支持该类群杂交起源的推测。不过，表型分析显示P. anomala在形态上偏向于P. veitchii。 3． P. obovata Maxim.四倍体类群的起源 与原先基于形态性状的认识不同，P. obovata 四倍体类群并不是一个严格意义上的同源四倍体。它起源于二倍体P. obovata中国和日本分布的两个地理亚种之间的杂交。Adh2基因仅在中国分布二倍体居群的扩增失败支持这一推测。此外，Adh基因系统发育分析显示：间断性分布于中国中部和中国东北部的四倍体类群是独立起源。

三叶木通花发育相关基因的结构、功能和进化研究

花是被子植物最关键的创新（innovation）性状。在被子植物的不同类群中，其形态多种多样，尤其以基部真双子叶植物的花形态最为丰富。大量的系统发育分析表明，在核心真双子叶植物起源之前，几个与花发育相关的MADS-box基因亚家族均发生了大尺度的基因重复事件。因此，在被子植物的不同物种中，花发育相关基因的组成并不相同，并且它们经历了不同的进化历史，这意味着这些基因可能以不同的方式调控花的发育。基部真双子叶植物，作为基部被子植物和核心真双子叶植物之间的过渡类群，对于我们理解被子植物花的进化，揭示核心真双子叶植物花的起源以及基部真双子叶植物花多样性分化的分子机制非常重要。本文以基部真双子叶植物三叶木通为研究材料，着重进行了以下研究工作： 1. 花器官发生过程的观察。三叶木通的花为雌雄同序的单性花。而且，根据成熟花的形态，三叶木通的雌花和雄花都只有一轮花被器官，即三个花瓣状的萼片。扫描电镜的观察结果表明：1）在花器官的发生和发育过程中，在萼片和雄蕊原基之间，确实没有花瓣原基或另一轮萼片原基发生。2）雌花和雄花都是以两性花的方式发生发育的。3）单性花是由于在花发育的最后阶段，雌花中雄蕊或者雄花中心皮的退化而产生的。 2. 花发育相关基因的克隆。应用5’/3’ RACE的方法，我们从三叶木通不同发育阶段的混合花芽中共分离到九个与花发育相关的MADS-box基因： AktFL1、AktFL2、AktAP3_1、AktAP3_2、AktAP3_3、AktPI、AktAG1、AktAG2和AktSEP3。 3. A类MADS-box基因的进化。由于A类基因在进化过程中序列结构的改变，再加上取样的限制，使得A类基因间的进化历史一直不能被很好的理解。因此，本文对A类基因的研究从构建该基因亚家族的系统发育树开始。主要结果如下：1）通过扩大在基部真双子叶植物和被子植物其它重要类群的取样，我们的系统发育树基本上反映了现存被子植物的系统发育关系。2）核心真双子叶植物的A类基因由三个分支组成：euFUL、euAP1和AGL79，它们是通过发生在核心真双子叶植物起源之前的两次几乎同时的基因重复事件产生的。3）在基部真双子叶植物中，山龙眼目、毛茛目和黄杨科的A类基因各形成一支。而且，在这些类群内，发生了多次小尺度的独立的基因重复事件。4）来自单子叶植物的FUL-like基因明显地构成一个单系，并且包括三个分支：OsAMDS14、OsMADS15和OsMADS18。它们是由于两次不连续的基因重复事件产生的。5）不同类型的A类基因产物在C末端拥有不同的保守基元。6）从基因组结构上看，所有的A类基因都拥有八个外显子和七个内含子。7）通过对三叶木通中两个FUL-like型基因（AktFL1和AktFL2）表达式样的观察，我们发现它们在叶原基和发育早期的花原基以及发育着的花器官中都有表达。此外，A类基因表达式样的进化分析结果表明被子植物中该类基因的祖先可能具有广泛的功能，既在营养器官中表达又在生殖器官中表达 。 4. B类基因表达式样的保守性和多样性。通过对B类基因的系统发育和表达式样分析，得到以下结果：1）三叶木通中的三个paleoAP3基因是通过两次基因重复事件产生的。2）在木通科或木通属内，PI型基因并没有发生基因重复事件。3）RT-PCR结果表明，AktAP3_1在雌花中的表达量比雄花中高，而AktAP3_2则在雄花中的表达量比雌花中高。AktAP3_3和AktPI在雌花和雄花中的表达水平相似。4）原位杂交分析显示这些基因在发育着的雄蕊和心皮中表达。此外，AktAP3_3和AktPI还在萼片中表达，可能参与花瓣状萼片的发育。 5. 三叶木通C/D和E类基因的序列结构和表达分析。通过序列结构分析，我们发现，与其它被子植物AG同源基因编码的MADS-domain蛋白一样，AktAG1和AktAG2在MADS结构域的N末端都拥有一段氨基酸序列的延伸，AktAG1为20个氨基酸;AktAG2为7个氨基酸。原位杂交分析表明AktAG1和AktAG2主要在发育着的雄蕊和心皮中表达，说明它们具有决定生殖器官发育这一保守的功能。 AktSEP3属于AGL9型的E类基因。该基因在所有花器官中都有表达，说明和其它被子植物的E类基因一样，AktSEP3在三叶木通中对于所有花器官的发育都是必需的。 6. 各类MADS-domain蛋白间的相互作用。在前面工作的基础上，我们首次对三叶木通中上述MADS-domain蛋白间的作用方式进行了研究。酵母双杂交结果表明：1）AktSEP3的C末端具有转录激活功能。2）三个AktAP3蛋白与AktPI蛋白都能够形成异源二聚体，但是它们之间的作用能力并不相同。3）AktSEP3蛋白可以与AktFL1、AktPI、AktAG1和AktAG2形成异源二聚体，充分体现了E类基因产物作用式样的保守性。4）AktFL1与AktPI、AktSEP3和AktAG2也能形成异源二聚体，这与核心真双子叶植物的euFUL型蛋白在作用式样上是非常相似的。 综合以上结果，我们探讨了三叶木通花发育的分子机制。在三叶木通的三轮花器官中，与拟南芥等模式植物相似的是：E类（AktSEP3）基因在每一轮花器官中都起作用;此外，A类（AktFL1）和B类（AktAP3_3和AktPI）基因在花瓣状的萼片中有不同程度的表达，类似于拟南芥的第二轮;B类（AktAP3_1、AktAP3_2、AktAP3_3和AktPI）和C/D类（AktAG1和AktAG2）基因在雄蕊的发育过程中起作用;C/D类（AktAG1和AktAG2）基因对心皮的发育起作用。与拟 南芥等模式植物不同的是：1）虽然原位杂交分析表明，AktFL1、AktAP3_3、AktPI和AktSEP3都在花瓣状的萼片中有 不同程度的表达，但是它们的蛋白质产物AktFL1与AktSEP3和AktAP3_3与AktPI都只能形成较弱的异源二聚体。而 且，根据我们的研究结果，在三叶木通中没有找到euAP1型的A类基因，只有两个FUL-like型的A类基因。它们的功能 与核心真双子叶植物中的euFUL型基因相似。因此，AktFL1很可能与其它调控因子共同作用负责花分生组织的形成;AktFL1/AktAG2则可能在花发育的后期起作用。那么，三叶木通花瓣状萼片的发育是否需要AktFL1/AktSEP3和 AktAP3_3/AktPI的参与，还是另有其它转录因子的参与，仍然需要更深入的研究。2）虽然在三叶木通中，雄蕊的发 育同样需要B、C/D和E类基因的参与，但是由于小尺度的基因重复事件，在该物种中只拥有三个paleoAP3型基因，而没有euAP3型基因。而且，由于复制拷贝间的亚功能化，AktAP3_1/AktPI主要参与雌花的发育过程;而AktAP3_2/AktPI主要参与雄花的发育过程。

芍药属两物种染色体结构变异杂合性研究

芍药属由大约35个灌木和多年生草本种组成，分为三个组：牡丹组(Sect. Moutan)、北美芍药组(Sect. Onaepia)和芍药组(Sect. Paeonia)。四川牡丹(Paeonia decomposita Handel-Mazzetti)和块根芍药(P. intermedia Meyer)分别隶属于牡丹组和芍药组。在该属的所有种中，染色体基数均为 x = 5，最短的五号染色体是端部着丝粒染色体，很容易辨认。 本论文研究了块根芍药三个居群22个个体和四川牡丹两个居群13个个体的减数分裂。减数分裂异常广泛发生，以至于发现所有被研究的个体都有数量不等的桥、断片和单价体。结果表明在中期I，块根芍药第一个居群平均每个小孢子母细胞有2.17个棒状二价体和2.7个环形二价体，第二个居群平均每个细胞有2.04个棒状二价体和2.86个环形二价体，第三个居群平均每个细胞有2.21个棒状二价体和2.71个环形二价体。而在四川牡丹中，第一个居群平均每个小孢子母细胞有2.09个棒状二价体和2.81个环形二价体，第二个居群平均每个细胞有1.85个棒状二价体和3.08个环形二价体。 块根芍药第一个居群的平均减数分裂染色体构型是2n = 10 = 0.25 I + 4.87 II，第二个居群是2n = 10 = 0.20 I + 4.90 II，第三个居群是2n = 10 = 0.17 I + 4.92 II，在该种的平均构型是2n = 10 = 0.21 I + 4.89 II。四川牡丹第一个居群的平均减数分裂染色体构型是2n = 10 = 0.21 I + 4.90 II，第二个居群是2n = 10 = 0.14 I + 4.93 II，在该种的平均构型是2n = 10 = 0.20 I + 4.90 II。在块根芍药中，不同个体的配对系数变化范围在69.5%和81.07%之间，在四川牡丹中在72.97%和81.37%之间。 在后期I和末期I，出现了染色体桥、断片、落后染色体、不等分离等异常现象。最明显的减数分裂异常是后期I桥/断片。尽管在不同的居群中桥/断片异常出现的频率有所变化(块根芍药居群一是26.03%，居群二是11.67%，居群三是13.39%;四川牡丹居群一是7.59%，居群二是9%)，但是这种异常出现在所有个体中(块根芍药平均为18.67%，四川牡丹平均为7.69%)。结果表明，所有的个体都是染色体臂内倒位结构杂合体，广泛存在于野生自然居群中，可能存在某些选择优势。而且，桥的出现频率和断片的大小在个体之间是变化的，这因此表明在这两个种中存在不同的倒位。然而，这两个种在野生居群中是如何维持染色体结构杂合的，其维持机制还有待于进一步阐明，还需要更进一步的证据。 该研究还揭示了块根芍药和四川牡丹这两个种具有共同的第五号染色体减数分裂异常：与长臂相比，短臂在遗传距离和物理距离之间存在巨大的背离。短臂的遗传距离，通过交叉频率计算出来，约是长臂的三十分之一（块根芍药）。然而，物理距离用臂的比率表示，大约是长臂的三分之一，物理距离是遗传距离的十倍。 在四川牡丹红心桥居群和其它居群之间，臂比存在微小的差异，而且在芍药属不同的种内也发现了存在差异。在四川牡丹中，环形二价体(两个臂形成交叉)和棒状二价体(仅一个臂形成交叉)的比率是1.94 : 98.06，而在块根芍药中是3.42 : 96.58。在这两个种中，棒状二价体大大多于环形二价体。在第五号染色体的短臂上可能存在某些“搭车效应”，这表明第五号染色体的短臂上存在高度永久杂合，导致短臂高度保守、极为稳定。这与芍药属古老的分布格局、进化历史长可能存在某些联系。四川牡丹第五号染色体的后期I倒位桥出现频率非常低，仅为0.51 - 3.47%，平均为1.43%。而且断片长度是变化的，其变化范围在1.7 - 10.8 µm之间。

海南岛长昌盆地始新世孢粉植物群及其古植被和古气候研究

植物作为气候环境变化的敏感指示物，能够提供许多有价值的气候环境变化信息，通过保存在地层中的植物化石和孢粉研究第三纪气候和环境变化已成为当今国际上的重要研究领域。 近年来，随着许多定量化的古气候分析方法(如：叶相分析法、树木年轮气候学法、共存分析法和特有种气候分析法）的不断出现，研究精度愈来愈高，已从定性描述过渡到定量化重建的阶段。 在本研究论文中，我们利用德国科学家Mosbrugger和Utescher在1997年倡导的共存分析法对海南岛长昌盆地始新世气候进行定量研究，并对盆地当时的古植被进行了重建。 长昌盆地始新世孢粉植物群以被子植物花粉占绝对优势(94.5%)，主要以壳斗科个体极小的三沟、三孔沟花粉为主(88.9%)，其他热带一亚热带分子有枫粉、山矾粉、棕榈粉和桃金娘粉等;裸子植物花粉含量较低(<3%)，以松粉为主，铁杉粉、杉粉和麻黄粉零星出现;蕨类植物孢子含量低(<2.7%)。孢粉组合表明始新世时盆地中央的平原或丘陵地带生长着亚热带常绿落叶阔叶林，在盆地周围的山地生长着温带常绿落叶阔叶林和针叶林植被。 通过共存分析获得的长昌盆地始新世气候参数如下：年均温为14.2 - 19.4oC;最热月均温为24.1-29.1 0C;最冷月均温为1.7-8.6 0C;年较差为18.6-24.6oC;年均降雨量为797.5 -1113.3 mm;最大月降雨量为141.5 -268.1 mm;最小月降雨量为8.9- 14.1 mm。 我们将长昌盆地始新世孢粉植物群和古气候与吉林珲春始新世孢粉植物群和古气候进行比较，结果表明始新世时两地虽然相距23个纬度，但南北气候差异不大，均比较温暖湿润。其可能原因是：一方面，当时我国位于欧亚大陆的东南缘，受大气环流和洋流的影响比较均一;另一方面，始新世时青藏高原抬升并不剧烈，我国大部分地区的地势较为平缓，地面大气层的密度比较均匀，气温保持匀和状态。

丁香属（Syringa L.）的分类学修订

丁香属隶属于木犀科，分布于东南欧和东亚至喜马拉雅地区，我国是丁香属的现代分布中心。《中国植物志》（61卷，1992）记录了我国野生丁香种类16种;《Flora of China》（15卷，1996）记录了中国原产丁香种类16种，并认为全世界大约有20种。丁香属属下分类等级划分分歧较大，很多种的划分也存在争议。花叶丁香、四川丁香等种类是根据栽培植物描述的，没有指定模式标本，给分类处理带来了一定困难。另外，丁香属很多分类群的性状变异非常复杂，仅根据有限的标本很难做出合理的分类处理。本研究通过广泛查阅文献和标本，同时进行野外居群取样和性状观察，对各类群的性状在居群内和居群间的变异进行统计学分析，判断其分类价值，并运用多变量分析的方法，为各类群的合理划分提供依据。结合性状分析和地理分布等证据，做出分类处理。 作者查阅了国内外16个标本馆的近2000份标本，其中模式标本约70份。对我国12个省市的40余个居群进行了取样和观察，采集标本500余份，涉及了《中国植物志》61卷收录的除了藏南丁香以外的所有类群。通过对9个复合体的40余个性状在居群内和居群间的变异进行统计分析，发现叶片类型、叶柄长度、花序着生类型、花冠大小、花丝长度、花药颜色在不同类群间差异明显，可以用作划分种的依据;叶片形状、叶片毛被、花序轴毛被、花冠管形状等性状在有些复合体内的居群间呈现连续的变异，只能用作种下等级（亚种）的划分;叶片大小、花序轴形状、花药着生在花冠的位置、蒴果是否被皮孔等性状在不同复合体的居群间呈现间断或连续的变异，视不同情况可以用作种间或种下等级的划分依据，或作种内变异处理;而叶脉、花色、花萼齿裂、花冠裂片形状等性状在居群间差异不大，不适合用作分类依据。 在性状分析和多变量分析的基础上，本文将丁香属划分为2组2系12种13亚种，其中短花冠管组有1种3亚种;长花冠管组的顶生花序系有5种5亚种，侧生花序系有6种5亚种，并指定了各组和系的模式种;编制了属下各组、系、种和亚种划分的检索表，对12种13亚种进行了形态描述、标本引证，给出了地理分布图和生境，并提出了分类处理依据。文中对巧玲花、皱叶丁香、红丁香和云南丁香等复合体内的一些分类群进行了归并，做出4个新组合：S. pubescens ‘Meyer’、S. villosa subsp. wolfii、S. yunnanensis subsp. sweginzowii和S. yunnanensis subsp. tomentella，处理了11个新异名（S. fauriei H. Lév.、S. julianae C. K. Schneid.、S. meyeri var. spontanea M. C. Chang、S. pinetorum W. W. Sm.、S. wardii W. W. Sm.、S. oblata var. donaldii R. B. Clark et J. L. Fiala、S. afghanica C. K. Schneid.、S. protolaciniata P. S. Green et M. C. Chang、S. tibetica P. Y. Bai、S. reflexa C. K. Schneid. 、S. wilsonii C. K. Schneid.）。作者指定了3种4亚种(S. reticulata subsp. reticulata、 S. reticulata subsp. amurensis、S. pubescens subsp. microphylla、S. oblata subsp. dilatata的后选模式，并对其它10个名称指定了后选模式。文中还提出了分类处理原则，对我国丁 香属的分布及各地方植物志的记载进行了评述，并对丁香属的分布格局提出了作者的看法。 作者还对13个分类群的16号材料进行了染色体观察，发现除了毛丁香有染色体2n=48外，其它均为2n=46，其中朝阳丁香的染色体数目为首次报道。对小叶巧玲花不同异名（包括小叶蓝丁香、小叶巧玲花与小叶蓝丁香的杂交种）的材料进行染色体观察时，发现它们之间差异很小，进一步佐证了作者将其合并的合理性。另外野生的花叶丁香（华丁香）与栽培的花叶丁香在染色体数目上也无差异，支持了作者认为二者为同物异名的观点。

紫堇属的系统学研究

紫堇属（Corydalis DC.），广义罂粟科Papaveraceae的最大属，隶属于荷包牡丹亚科Fumarioideae的紫堇族Corydaleae，属内440余种，广布于北温带地区。我国产300余种，大部分种类为特有且狭域分布。本属形态多变，且网状进化明显，分类上十分困难。首先，鉴于对本属的系统划分及组间关系上所存较多争论，我们期望通过本研究获取一更自然的分类系统并追述真实的属下辐射进程。 研究内容包括两部分：分子系统学及孢粉学。 选取紫堇属100余种，几乎包括各组代表，通过测取叶绿体rps 16及matK序列信息，重建本属系统发育，实验获得98种rps16和78种的matK序列数据。分析显示，两个序列信息分别构建的系统树拓扑结构一致，支持5个分支结构。一些组的系统位置得以确定，一些类群的分类等级被界定，组间发育关系与传统观点差异显著。 根据对130余种，几含全部组代表的孢粉学研究观察，其结果支持分子系统学所得的多数结论，其它部分结论如下：1. 大叶紫堇组及高紫堇组所具的孢粉形态为次生性状，是由更原始的近光滑型及穿孔型演化而来;2. 糙果紫堇组，曲花紫堇组，鳞茎紫堇组做为近缘组，孢粉形态复杂而特化，组内个别系的孢粉形态与其它系的差异大于属下组间，如：Sect. Rupiferae Ser. Feddeana 该系种类外壁纹饰更近于穿孔型。3.刻叶紫堇组是一不自然的类群，支持其中个别种类与毛茎紫堇组这一单型组近缘。此外，也探讨了本属植物孢粉形态的演化趋势。 综合考虑两项研究的结果，结合形态信息，主要结论有： 其一：直茎黄堇组所代表的形态特征，如：植株具主根;叶羽状;花具短距，黄色;花柱柱头简单，乳突不为双生等, 具稀穿孔的近光滑孢粉外壁纹饰等为本属的原始形态特征。 其二：个别形态上一致的种类，实源于趋同进化，系统发育上即非一自然类群，化归为一类也无法真正体现属下真实的网状进化及形态趋同过程，如糙果组及鳞茎组两者的部分种类应并入曲花紫堇组，并且，后者应至少分立出大海黄堇组，并属于不同的亚属;同时，多叶紫堇组与钩距黄堇组近缘;大叶紫堇组与高紫堇组近缘;空根紫堇组与叠生延胡索组等块茎类关系极为密切。 其三：与传统处理不同，主张划分本属为5亚属，即：直茎亚属Subg. Cremnocapnos;黄堇亚属Subg. Sophorocapnos;延胡索亚属Subg. Corydalis;曲花亚属Subg. Rapiferae (C.Y.Wu et H. Chuang) Y. W. Wang stat. nov.;簇根亚属Subg. Fasciculatae (Maxim.) Y. W. Wang stat. nov.。 其四：推测本属植物在其演化历史上发生过至少两次较大规模的分化，第一次发生在晚白垩纪，期间适应各种气候类型的多年生原始种类出现;至第三纪早期开放的白令海峡允许不具长距离扩散能力的陆地植物类群扩散到北美;第二次发生在喜马拉雅隆升过程中，区域的气候变化使须根类群迅速发展，并形成该属位于青藏高原及横断山区的现代分布中心。

滇西北地区晚更新世以来植被演替与气候变化研究

随着全球环境的变化，人们迫切的希望了解整个地球环境的变化过程、规律和未来发展的趋势。对地质历史时期发生过的环境事件的了解，能为我们研究现在的和预测未来的环境变化提供有价值的资料。 孢粉分析作为一种古环境的代用指标，在恢复古植被与古气候方面起着不可替代的作用。而精确的孢粉分析建立在对现代花粉与当地植被的关系正确的认识基础上，由此才可以更准确地提取地层中的花粉所蕴含的植被和环境信息。 云南省地理位置较特殊，地貌复杂，气候类型多样，与之对应的植物种类多样性丰富，植被类型多样。本项研究选择云南省南部和西部地区作为研究地点，采集表土、地表苔藓、蜘蛛网、树皮和树上地衣苔藓五种天然孢粉捕捉器来研究现代花粉与当地植被的关系，为认识现代花粉雨提供新的研究思路。同时，我们在滇西北选择拉市海、文海、哈里谷和属都湖这四个高原湖泊来研究晚更新世以来滇西北地区植被演替和气候变化，为云南历史时期气候变化提供新的研究资料，同时也为全面认识晚更新世以来的气候变化提供新的证据。研究结果如下： 1. 现代花粉雨与当地植被关系的研究 对云南省西北部、中部和南部采集的19个蜘蛛网样品分析得出：云南省西北部样品中共鉴定20个孢粉类型，分属于16个科;云南省中部样品中共鉴定28个类型，分属于23个科;在云南省南部勐腊县采集的样品中共鉴定28个类型，分属于25个科;在望天树北京植物园中采集的样品共鉴定38个类型，分属于34个科;在西双版纳北京植物园中采集的样品中共有11个类型，分属于10个科。结果表明：蜘蛛网样品中分析出的孢粉类型反映了云南省从南到北不同的植被类型，说明蜘蛛网可以作为一种天然孢粉捕捉器来进行现代花粉雨的研究。 同时，在云南西北部文笔水库采集的五种天然孢粉捕捉器（表土、地表苔藓、树皮、蜘蛛网、树上地衣和苔藓）进行了对比研究。结果表明：表土所得的孢粉中木本植物花粉的百分含量为90.5-96%，远大于地表苔藓（53.1-81.7%）、蜘蛛网（61.7%）、树皮（53.8%）和树上地衣、苔藓（50-53.6%）所获得的木本植物花粉的百分含量。与当地植被进行对比结果表明：这五种天然孢粉捕捉器中，表土、地表苔藓和蜘蛛网比树皮和树上地衣、苔藓能更好的反映当地的植被。 2. 滇西北地区晚更新世以来植被演替与气候变化 在过去2, 5000年左右的地质历史时期，滇西北地区植被和气候变化大致经历了以下三个发展阶段。 （1） 2, 5381 B.P—1, 9335 B.P.：属都湖地区（海拔：3620m）主要是以蓼科植物为主的草甸植被，气候寒冷湿润。 （2） 1, 9335 B.P.—1, 2426 B.P.：属都湖地区是以藜科或蒿属为主的草甸植被，气候从湿润过渡到干旱;而在海拔稍低的文海地区（海拔3080m），主要是阔叶栎林或针阔混交林，气候温凉略湿到寒冷干旱。 （3） 1, 2426 B.P.—至今：属都湖地区是以蓼科为主的草甸植被，气候仍寒冷湿润;海拔稍低的哈里谷（海拔3277m）是以松和冷杉为主的针叶林，气候冷干;文海地区的植被逐渐演替为以松和冷杉为主的针阔叶混交林，但栎属花粉的含量远高于哈里谷地区，说明当时文海的气温虽然低，却比哈里谷稍高;而海拔更低的拉市海（海拔2440m）则是以松为主的针叶林，气候比其他几个地区温暖。 在全新世气候最适宜期（约8000 B.P.以来），哈里谷是以栎和松为主的针阔混交林;文海是以松为主的针阔混交林;而拉市海是以松和蕨类植物为主。说明随着海拔的升高（从拉市海到属都湖），温度逐渐下降，植被类型也由暖性针叶林过渡到针阔混交林再到草甸。 从6000 B.P.至今，文海和哈里谷植被在这一阶段都是以松和冷杉为主的暗针叶林，少量混生一些阔叶类植物，气候变得冷湿;属都湖则仍是以蓼科为主的草甸，气候变得更加寒冷。 研究证明：滇西北地区总的气候变化趋势与全球变化规律基本一致，在1,1805—9990 B.P.期间发生新仙女木事件，在8000B.P.以来，气候变得温暖湿润，为全新世气候最适宜期。此后，气候逐渐变得接近现代。

浙江嵊州早上新世植物群重建和古气候定量研究

上新世时期是地球环境发展变化过程中由温暖的中新世向冰期-间冰期交替出现的更新世的过渡时期，研究上新世的气候有助于研究现代全球气候变化趋势。我国上新世植物群研究不多，尤其缺乏早上新世植物群的研究。在研究化石植物群的过程中，叶角质层的信息通常被忽视。迄今，我国古气候的定量研究主要集中在山东山旺和云南地区，研究的主要是中新世和晚上新世的古气候，早上新世气候的定量研究国内外都未见报道。 本论文以采自浙江中部嵊州地区硅藻土中的植物叶和果实为材料，通过光学显微镜、荧光显微镜和扫描电镜观察，对提取的化石叶角质层和叶结构进行研究，对比研究现代相关类群植物的叶片，确定了化石植物类群计15科24属（或亚科）34种。同时参照现代植物分布，恢复了早上新世嵊州地区古植被情况，进一步运用共存分析（Co-existence Approch）定量重建了当时的古气候，得到古年均温、古年较差和古年降水量等7个参数。 研究表明，叶结构和叶角质层可以应用于化石植物类群的鉴定。光学显微镜和荧光显微镜下可以获得的信息有：气孔、表皮细胞形状及大小、表皮细胞垂周壁、分泌结构、表皮毛或毛基等。扫描电镜观察的是叶表皮细胞表面的情况，如细胞外壁是否被蜡质以及蜡质的交结情况，气孔外壁是否增厚呈环等。 经化石植物类群鉴定，早上新世（约4Ma）嵊州地区植被属亚热带常绿阔叶林。推测：该地区当时存在一个较大的湖泊，湖泊边缘水中生长有菱角，湖泊周边可能有海拔超过1400m的山地。 常绿阔叶林主要成分是壳斗科植物，其中青冈属植物可能是建群植物。自低海拔到高海拔地区都有分布的是：栎属、栗属、桤木属植物，青杨梅。低海拔地区（<600m）分布的植物有：海南锥，樟。中低海拔地区（300-1000m）分布着：柯属、黄杨属植物，水青冈，海南油丹，江南油杉，福建柏。中高海拔地区（>700m）分布有：高山栎、黄肉楠属植物，米心水青冈，榉树，建始槭，天台鹅耳枥和昌化鹅耳枥。除了上述类群，林中还散布着鼠李属、杜鹃花属和冬青属的植物，豆科崖豆藤属植物则缠绕一些较大乔木生长。另外，在一些土壤、有机质易堆积的洼地生长有竹林，山地贫瘠的地方生长着柏属植物。 嵊州早上新世化石植物群反映的植被同浙江地区现代植被相似。第三纪浙江地区从针叶林或阔叶树为主的针-阔叶混交林过渡到常绿-落叶阔叶林，再发展为常绿阔叶林。 依据23个植物类群分析获得7个古气候参数：年均温17.7-21.4°C，最热月均温22.2-27°C，最冷月均温8.4-13.4°C，年较差12.1-15.3°C，年降水量1136-1869.9mm，最大月降水量211.8-283.3mm，最小月降水量20.3-36.8mm。 对比现代嵊州地区气候参数，早上新世嵊州地区年降水量略高于现代，年均温比现代高1.3-5°C，年较差为12.1-15.3°C。早上新世期嵊州地区四季气温比现代平稳。

山东山旺中新世气候定量重建的综合研究

新生代以来，全球气候经历了一系列的冷暖交替，呈现总体变冷的趋势。对该时期不同区域气候变化过程的深入研究有助于我们更好地理解现今全球气候变化规律。中新世是新生代古气候与古环境演变的一个重要转折时期，定量重建山东山旺中新世气候是认识和理解中国东部与东亚新近纪气候演变的一个关键环节。 将化石植物作为气候代用指标，用于研究过去全球气候变化，已经广为国际科学界接纳。国际上，定量研究第三纪气候的植物学方法按照不同原理可以划分为两大类，其各自代表分别为基于化石的现存最近亲缘类群生态适应度推演古气候参数值的共存分析法（Coexistence Approch, CA ）和基于叶片形态特征与气候相关关系的叶缘分析（Leaf Margin Analysis, LMA ）与气候叶片多变量程序（Climate Leaf Analysis Multivariate Program, CLAMP）。两大主流方法各有优势，也各有局限性。前人运用两大主流方法对山旺中新世植物群相同地层，同套数据的分析结果表明：LMA 和CLAMP 所估测年均温数值要显著低于CA 所估测的数值。其差异的原因既可能是LMA 和CLAMP 由于埋藏因素的影响造成估测值偏低，也可能由于CA 数据库数据主要来自于欧洲和北美而缺乏东亚的资料所致。 本论文提出了一种新的方法——分布区叠加分析（Overlapping Distribution Analysis, ODA ）对山旺中新世古气候进行定量重建。ODA 采用最近亲缘类群在叠加区间的气候参数来重建化石植物所生活的当时当地的气候。其详细步骤如下：1. 鉴定化石植物和认定它们的最近亲缘类群（尽量到种级水平）。2. 调查这些最近亲缘类群的分布数据（包括经度、纬度和海拔数据）。某些类群可能会有不止一个最近亲缘类群，须将这些最近亲缘类群的分布数据合并。3. 对分布数据分析，得出包含最多类群的最大叠加区间。4. 调查在最大叠加区间中气象站点的气候数据。5. 按照公式（1）和（2）来转换年均温数据TU=T0 - (HU -H0)×Γ (1); TL=T0 - (HL -H0)×Γ (2) 其中HU (m) 是海拔叠加区间的上界; HL (m) 是海拔叠加区间的下界; H0 (m) 气象站的实测海拔; T0 (ºC) 气象站的实测年均温; TU (ºC) 在海拔叠加区间气温的下界; TL (ºC) 在海拔叠加区间气温的上界; 系数Γ 为大气垂直直减率，年均温为0.5ºC/100m，最冷月均温为 0.45ºC/100m，最热月均温为 0.6ºC/100m。同样的方法，在海拔叠加范围内最冷月均温与最热月均温范围也可以确定，而降水量则采用气象台站的原始数据。6. 在这些转换数据的基础上，得出年均温，最冷月均温，最热月均温，年较差和年平均降水量波动范围。 ODA 分析结果表明：山旺中新世时期年均温为10.9-14.5oC，年较差为21.1-22.7oC，最冷月均温为-0.5-3.3oC，最热月均温为21.9-25.0oC，年平均降水量为1107.3-1880.0mm 。同时本论文还定量恢复了山旺硅藻土矿各层的古气候参数，其所估测的古气候参数数值与CLAMP 和LMA 的结果一致，而与CA 不同。对山旺气候参数的恢复表明，虽然其中新世年均温与现在相似，但最冷月均温要高于现在。 本项研究的创新之处是选择同一个研究地点（山东山旺），依据同一套数据（化石植物的类群资料），采用国际上以不同原理为基础的主流方法，同时加入我们自己提出的新方法，进行的古气候重建，对所获得气候参数值进行对比和验证，并对其存在的差异进行分析和探讨。

云杉属的分子系统学与生物地理学研究

云杉属植物是非常重要的森林树种，广泛分布于北半球的寒温带、温带高山和亚高山地带。该属为松科中仅次于松属和冷杉属的第三大属，约有 28-56 种。自云杉属建立以来，其属于松科没有任何疑议。然而，由于云杉属物种间频繁杂交、形态趋同和取样困难，尽管已经有基于形态学、细胞学、化学成份、叶绿体 DNA RFLP 等方面的研究，该属的属下分类仍然存在诸多争议。本文利用父系遗传的叶绿体基因和母系遗传的线粒体基因序列重建了云杉属的系统发育关系，探讨了云杉属生物地理格局的形成过程。在此基础上，我们研究了低拷贝核 CAD 基因在云杉属的进化式样。另外，我们还对裸子植物线粒体基因 rps3 的内含子分布和进化进行了初步研究。 1． 云杉属的系统发育和生物地理学研究 我们选择了 Farjon (1990) 确定的 34 个种中的 33 种 (另一个种在 Flora of China 未得到承认)，共 103 个个体，对这些个体的叶绿体 DNA 片段 trnC-trnD 和 trnT-trnF 以及线粒体基因 nad5 的第一个内含子进行了序列测定。在两个叶绿体基因片段联合分析构建的系统发育树上，北美西部的 P. breweriana 和 P. sitchensis 位于最基部。其余的物种分为三支：第一支由北美的两个物种组成;第二支包括分布于喜马拉雅-横断山区及其周围地区的八个种、台湾的 P. morrisonicola、西亚的 P. orientalis、日本的两个种及北美的 P. chihuahuana;第三支中，北美的 P. pungens 位于基部，亚洲东北部的种 (除 P. maximowiczii 和 P. torano 外)、P. retroflexa 和欧洲的 P. abies 构成一个单系群，并与北美的 P. mariana 和 P. rubens 及来自巴尔干半岛的 P. omorika 形成姐妹支。所有样品的 nad5 第一个内含子序列可分为 A、B、C、D 和 E 5 种单倍型，北美的物种拥有前 4 种，而且 A、B 和 C 单倍型为北美所特有;欧亚的物种仅含 D 和 E 两种单倍型。 上述结果结合 MacClade 和 DIVA 分析及化石证据，我们推断云杉属起源于北美，至少两次经白令陆桥扩散至亚洲，然后从亚洲扩散至欧洲。亚洲东北部的绝大多数物种和欧洲云杉 P. abies 的种间遗传变异非常低，而且线粒体单倍型均为 D，可能来源于一次近期的辐射分化。云杉属的现代分布中心之一喜马拉雅-横断山区的物种可能不是一次起源，日本的物种同样如此，这可能与第三纪气候变冷和第四纪冰川导致的物种迁移有关。此外，我们发现目前用于云杉属分类的一些形态性状（如叶扁平、菱形等）在系统发育树上位于不同的位置，说明这些性状可能不是一次起源或是祖征在不同支系中的保留，用于云杉属的系统划分须慎重。 2． 云杉属 CAD 基因的进化研究 裸子植物的多倍体特别少，且以基因组庞大而著称。被子植物中的很多单拷贝基因在裸子植物中以低拷贝或多拷贝基因家族的方式存在。CAD 基因在木质素单体合成的最后一步起作用，在松属中只发现了一种 CAD 基因拷贝，在欧洲云杉中却发现了三种拷贝，而且 Southern 杂交和子代分离鉴定结果表明这三种拷贝至少位于两个位点上。然而，对云杉属三个物种 (包括欧洲云杉) 构建的遗传图谱却都只发现了一个 CAD 基因位点。由于云杉属 CAD 基因的数目和分布存在很大争议，我们根据构建的叶绿体基因树，选择了不同支上的 20 个物种、29 个样品研究该基因的进化式样。结果表明：云杉属不同物种中 CAD 基因的拷贝数为 1-4 种，多数为 2-3 种。系统发育分析发现有些物种的所有 CAD 基因拷贝聚成一支，另有一些物种的 CAD 基因拷贝位于不同位置。此外，我们对 GenBank 中云杉属三个物种 CAD 基因的 EST 序列分析后发现：EST 序列的差异主要发生在 3’-UTR 区，表现为序列长短的不同，这有可能是进行体外反转录时引物结合于不同的位置所致。因此，结合前人研究（包括遗传图谱分析），我们推测 CAD 基因在云杉属内发生了多次重复，重复拷贝很可能呈串联排列。 3. 裸子植物线粒体基因 rps3 的进化研究 线粒体基因内含子的获得/丢失已经被广泛应用于系统发育研究。rps3 为分布最广的线粒体核糖体蛋白基因，一般含一个内含子，前人研究显示其在裸子植物中多了一个第二类内含子 rps3i2，并将这个内含子作为区分裸子植物和其它植物类群的标志之一。然而，该研究只选择了苏铁和银杏作为裸子植物的代表，取样代表性不足。在本研究中，我们对裸子植物每个科至少选择一个物种作为代表，通过 DNA 序列和部分物种的 RT-PCR 分析，探讨 rps3 基因在裸子植物中的进化。结果表明 rps3 基因内含子的分布与裸子植物系统发育关系相吻合：Conifer II、松科的落叶松属和黄杉属及百岁兰科不仅不含 rps3i2，而且丢失了第一个内含子;金钱松属缺失第二个内含子。我们推断在 Conifer II 的祖先和百岁兰科中分别一次性丢失了两个内含子;在松科中则发生了两次单独的丢失事件，一次是在落叶松属和黄杉属的祖先中丢失了两个内含子，一次是在金钱松属中丢失了第二个内含子。另外，在 Ephedra 中没有扩增出 rps3 基因，Gnetum 中具有第二个内含子，倪藤科的 rps3i2 似乎支持松科与倪藤纲的关系更近。对 rps3i2 的进一步分析发现，其序列结构与松科的系统发育关系非常吻合。根据上述结果和 mRNA 编辑位点分析，我们认为 Conifer II等类群中的两个rps3内含子丢失可能是反转录酶介导的 cDNA 反转录造成的。Psuedolarix 的内含子丢失也可能为相同机制，但因缺乏材料而未能进一步研究。

唇柱苣苔属及其近缘类群（苦苣苔科）的系统发育研究

中国的苦苣苔科－长蒴苣苔族存在两个古老又难以界定的大属：唇柱苣苔属Chirita和长蒴苣苔属Didymocarpus。唇柱苣苔属至少有140种，其中75％以上的种分布在中国南部。尽管Wood和王文采（中国种）已经作出较为全面的修订，但唇柱苣苔属的界定以及属下再划分仍然存在争议。传统分类一直认为唇柱苣苔属非单系类群，尤其与长蒴苣苔属、小花苣苔属、文采苣苔属以及报春苣苔属等近缘属之间的关系难以确定，还需进一步研究。长蒴苣苔属已经被拆分为三个不同的属，其中的狭义长蒴苣苔在我国有20多种。针对以上问题，本文通过大量的标本研究、野外考察以及分子系统学研究，得出了一些初步的结果。 形态学 通过大量的标本观察及野外考察，发现唇柱苣苔属及其近缘类群营养性状变异非常复杂。然而，营养体变异受环境饰变大，不适合作为划分组和属等较高级分类单元的主要依据，是区分近缘种的主要分类依据。在生殖器官中，一些性状，如子房和蒴果形状和大小，在唇柱苣苔属和其近缘属中存在大量的过渡类型，不宜将单独或2－3个性状作为主要分类依据。同时笔者发现两个新种，即长萼唇柱苣苔（C. longicalyx J. M. Li & Y. Z. Wang）和匍匐唇柱苣苔（C. prostrata J. M. Li & Y. Z. Wang）。匍匐唇柱苣苔属于钩序唇柱苣苔组，系多年生植物，致使我们国家分布的钩序唇柱苣苔组扩大为两种。它的特殊习性以及极其有限的分布区表明，它是一个在不利的生境下偶尔幸存的残遗种。 2．分子系统学 首先通过对两个DNA片段ITS和trnL-F数据以及它们的联合数据进行最简约分析和贝叶斯分析，并结合形态特征演化来研究唇柱苣苔属唇柱苣苔组和小花苣苔属系统发育关系。结果表明，小花苣苔属和唇柱苣苔组（唇柱苣苔属）Chirita sect. Gibbosaccus构成一个单系群，强烈支持小花苣苔属归并到唇柱苣苔组（唇柱苣苔属）中，而且二者形态性状极其相似。上述事实说明唇柱苣苔组（唇柱苣苔属）和小花苣苔属具有很近的亲缘关系，而与麻叶唇柱苣苔组Chirita sect. Chirita关系较远。研究一些关键地区植物的物种形成，将提高对这些地区植物区系发生与发展的认识，喀斯特地区就是这样一个非常独特与关键的地区。特产于这种干湿交替、温度变化显著的特殊生境里的的类群，如唇柱苣苔组和小花苣苔属，存在着非常近的系统发育关系。最后笔者建议把小花苣苔属置于唇柱苣苔属唇柱苣苔组里，而不是将该属单立出来。 在上述研究基础上，本研究进一步选择唇柱苣苔属的其他近缘属，通过对两个DNA片段ITS和trnL-F数据以及联合数据进行最简约分析，旨在揭示在唇柱苣苔属内的系统发育及其和周边近缘属系统发育关系。该研究结果表明狭义长蒴苣苔属、朱红苣苔属、报春苣苔属、文采苣苔属以及小花苣苔属都置入唇柱苣苔属内。其中，报春苣苔属、文采苣苔属以及小花苣苔属和唇柱苣苔组具有相似的柱头，在系统树上，也构成一个单系分支。虽然许多学者认为柱头形状是很重要的分类性状，也是唯一用来界定唇柱苣苔属的，但是非常不可靠的，因而唇柱苣苔属至少分成两个属。 文采苣苔属和小花苣苔属无论从分子上还是从形态上都得不到证明是单系类群，应该归并到唇柱苣苔属中;而报春苣苔属很可能是最近从唇柱苣苔组里分化出来的类群。 东南长蒴苣苔和朱红苣苔属植物形态十分相似，除了营养体差别不大外，他们还具伸出花筒外的柱头和小而尖的花冠裂片等共同特征，分子树上也组成一个单系，为东南长蒴苣苔归并到朱红苣苔属提供了强有力的分子证据。 在狭义长蒴苣苔属Didymocarpus s. str.两个组中，Didymocarpus sect. Elati的一个种D. citrinus与长蒴苣苔组Didymocarpus sect. Didymocarpus构成姐妹群关系。二组植物构成一个单系分支又与圆唇苣苔属Gyrocheilos构成姐妹群关系。因此，虽然我们的数据支持圆唇苣苔属与长蒴苣苔属近缘，但是不支持圆唇苣苔属作为一个亚组放在长蒴苣苔里。

苔藓植物一些东亚特有属的分子系统学研究

苔藓是高等植物（有胚植物或陆地植物）中最原始的一类，但种类却丰富多样，其形态和生长环境的多样化程度高于蕨类和裸子植物，且对极端环境的忍耐力更强，分布范围也更广。“特有”是一个地理概念，它是相对广布而言，当一个类群的分布范围有一定的限制时即为特有现象。“东亚特有”是指分布范围主要局限于中国，朝鲜，日本和蒙古等，向北可及俄罗斯远东地区，少数可分布至中国南部相邻地区的植物类群。东亚地区主要以温带植物区系为主，但也包含一些热带植物区系成分，还因为第四纪以来受冰川活动影响较少，因此植物种类非常丰富。东亚地区也是苔藓植物的多样性中心之一，这里有较多的特有成分。在我国总共分布有苔藓植物东亚特有属35属，其中苔类5属，藓类30属。长期以来，特有成分始终引起人们的极大关注，不仅是因为其在植物地理学上的重要性，还因为特有类群中包含了孓遗类群，往往系统位置比较关键，此外，大部分特有类群对人为干扰比较敏感，对其保护就愈加重要，因为它在这个地区的消失就意味着一个类群的灭绝。 我国对苔藓植物东亚特有类群已有较好的认识，在前人知识积累的基础之上，我们期望通过分子系统学的方法，开展对东亚特有苔藓属的研究，逐步揭开特有属植物的神秘面纱，最终在系统树上找到它们各自应该属于自己的位置。 在本次研究中，我们总共得到十一个苔藓植物东亚特有属的新鲜材料。在实验室中我们对这十一个特有属叶绿体和核的六个基因（叶绿体atpB, rbcL, cp-SSU, cp-LSU 和核18S，26S rDNA）进行了测序，并在此基础之上，构建了来自苔藓植物106个属上述六个基因的联合矩阵，并对它们进行了系统学分析。本文所选十一个特有属中除三个苔类属和一个线齿藓类的属之外，其它七个特有属都属于侧蒴藓类。根据近几年的研究结果，侧蒴藓类中灰藓目被认为是起源自一次快速辐射演化，灰藓目各科之间的关系以及各科的范围都很难确定。即便本实验测序一万多bp，这一支之内的关系仍不能解决。 在以上结果的基础上，本文对线齿藓类的树发藓属（Microdendron）进行了较为详细的研究，我们用最大简约法分析了金发藓目15属，33种的18S, rbcL和trnL-F序列的联合矩阵。对树发藓属的微形态进行了电镜扫描。形态和分子数据的分析结果表明，这个特有属在属级水平是不成立的，它仅是小金发藓属的一个种。此结果支持将这个东亚特有属降为种的等级。此外，本文还对囊绒苔属（Trichocoleopsis）和新绒苔属（Neotrichocolea）的系统位置做了比较详细的研究。我们分别分析了一个苔类植物57属的四基因（cp-SSU, cp-LSU, atpB and rbcL）矩阵和一个苔类植物24属的九基因（cp-SSU, cp-LSU, atpB, psbA, rps4, rbcL, 18S, 26S and nad5）联合矩阵，结果显示囊绒苔属和新绒苔属互为姐妹群关系，而毛叶苔属（Ptilidium）又是它们二者的姐妹群。研究结果支持了囊绒苔属和新绒苔属组成新绒苔科（Neotrichocoleaceae），而不同于前人的观点：将上述两属放置于毛叶苔科（Ptilidiaceae）、绒苔科（Trichocoleaceae）或多囊苔科（Lepidolaenaceae）。另外值得注意的是这两个特有属和毛叶苔属组成的一支位于叶苔类（Leafy liverwort）中“Leafy I”和“Leafy II”两大支之间，但这一支确切的系统位置没有解决，仍有待于进一步研究。 除此之外，本文还利用GenBank中的数据对东亚特有属日鳞苔属（Nipponolejeunea）和耳坠苔属（Ascidiota）（未获得实验材料）进行了初步的系统学分析。结果表明传统上放在细鳞苔科的日鳞苔属与毛耳苔科的毛耳苔属（Jubula）为姐妹群关系，建议将日鳞苔属置于毛耳苔科;耳坠苔属是光萼苔科的成员，属的分类等级是合理的。 最后本文利用罚分似然法，选取多个化石作为标定点，对来自苔藓植物主要类群及其它陆地植物共115个类群5个基因（atpB, rbcL, cp-SSU, cp-LSU, 18S）的矩阵进行了分子钟的分析，初步估算11个东亚特有属的分化时间。

毛茛目的系统发育分析：分子和形态证据

本研究选取毛茛目99属，利用四个叶绿体和核基因或DNA片段，并结合形态性状，在属的水平上构建毛茛目的系统发育关系。分子数据用简约法和似然法分析，分子和形态性状联合数据用简约法分析。具体结果如下： 1) 毛茛目的单系性 毛茛目的单系性在所有的分析中都得到强支持。这也被形态性状所支持，包括大的S-型筛管分子、表皮层具蜡质的管、离生并折合状发生的心皮、两层珠被形成的珠孔、无托叶、轮状花被(花被在领春木科可能是次生性丢失)和2-3层细胞组成的内珠被等。 2) 科间系统发育关系 毛茛目由三个主要分支构成：领春木科、罂粟科和核心毛茛目。罂粟科是核心毛茛目的姊妹群，二者通常具复叶、单叶分裂或单叶掌状脉，雄蕊轮状排列以及胚珠无丹宁酸组织。核心毛茛目的单系性得到强支持，花3基数、雄蕊和花被片对生以及外部花被片具三或更多的微管束迹等是其共有衍征。木通科和星叶草科形成一支，细胞型胚乳是它们的共有衍征。防己科、小檗科和毛茛科形成一支，核型胚乳和具小檗碱支持该支的单系性。小檗科和毛茛科的姊妹群关系得到草本习性、具根状茎、V-型木质部和外珠被至少四层细胞等性状的支持。 3) 科下系统发育关系 a. 罂粟科 罂粟科分为两个单系支：狭义罂粟科形成一支，Pteridophyllm、角茴香属和狭义荷包牡丹科形成另一支。是否具乳汁、小苞片状的萼片是否包着其他花部器官、雄蕊数目和花粉外壁纹饰等性状支持这种划分。这两支分别被给予亚科的分类等级。Pteridophyllm是角茴香属的姊妹群也得到分辨，叶和雄蕊的性状支持这两属近缘。 b. 星叶草科 独叶草属和星叶草属形成一支得到强支持，二者组成星叶草科。二叉状分支的叶脉、条纹状的花粉纹饰、单珠被、薄珠心和无外种皮等性状是该科的共有衍征。 c. 木通科 木通科的单系性得到强支持。大血藤属是其他木通科的姊妹群，因其在心皮数目、心皮排列、胚珠数目、胚珠方向、染色体数目和植物化学等方面不同于其他类群，建议给予亚科的分类等级。此外，猫儿屎属和串果藤属均具有一些独特的性状，分别给予族的等级。 d. 防己科 古山龙属和Anamirta形成一支，意味着族Anamirteae sensu Diels应该被承认;广义的青牛胆族应包括天仙藤族;无胚乳的粉绿藤族嵌合在蝙蝠葛族之内。子叶和花柱残基对科内的划分是非常重要的。虽然传统上认为胚乳是科下划分最重要的性状，但它在防己科内应该是次生性丢失。 e. 小檗科 六个间断分布的属或属对被证实。单心皮瓶状发生是小檗科的共有衍征。小檗科分为三个主要分支：南天竹属(x = 10)和染色体基数为8的类群形成强支持的一支，这也得到胚珠数目(2-4)和圆锥花序等性状的支持;x = 7的类群形成一支，花瓣基部内侧具2枚腺体，花粉具平滑的外壁和未分化的外表层等是其共有衍征;x = 6的类群形成一支，被条纹状的花粉外壁和不连续的花粉外壁内层所支持。这三支分别被给予亚科的分类等级。 f. 毛茛科的单系性得到强支持。雄蕊多数和胚珠多数是毛茛科的共有衍征。毛茛科由五个分支组成：Glaucidium、Hydrastis、染色体基数为9的类群形成一支、染色体基数为7的类群形成一支、染色体基数为8的类群形成一支，分别给予亚科的分类等级。Glaucidium是所有其他毛茛科的姊妹群。染色体基数为8的类群的单系性得到极弱的支持，不含有或者含微量的苄基异喹啉生物碱及具R-型染色体似乎也支持该支为单系。星果草属应隶属于毛茛亚科而与黄连属和(/或)人字果属关系遥远。在唐松草亚科，具瘦果的唐松草属嵌合在具蓇葖果的类群之内，意味着依据果实类型划分该亚科是不合适的。美花草属和毛茛族及银莲花族形成一支，而与侧金盏花属关系遥远。美花草属在胚珠着生位置、珠被数目和植物化学等方面不同与毛茛族和银莲花族，因此我们建议给予美花草属族的分类等级。 根据分析结果，我们提出了毛茛目一个新的分类系统

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。