八角科植物系统学研究 — 比较木材解剖学及花被片表皮比较形态学

本文回顾了八角科（Illiciaceae）的分类历史，对其现状进行了介绍，并提出了存在的一些问题，针对这些问题，我们对八角科及其近缘类群 [五味子科（Schisandraceae）和木兰科（Magnoliaceae）] 的木材解剖特征，以及对组成八角目(Illiciales)的八角科和五味子科的花被片表皮形态进行了研究，进一步确定了八角科在离生心皮类中的原始地位，且为其属的次级划分提供了更多的性状支持，更详尽地阐述了它与近缘类群间的系统学关系，确定了八角目的独立地位。 １　比较木材解剖学 在光学显微镜和扫描电子显微镜下，对八角科八角属（Illicium）2组19种1亚种43个材料、五味子科2属4种7个材料和木兰科1属3种4个材料的木材解剖结构进行了比较研究。 因八角科导管单独、多角形、密集、细长且具螺纹加厚，穿孔板梯状且细密，射线异形等特征，本文支持建立单属的八角科。在八角属内，由于八角组（Sect. Illicium）的导管分子密度较高和直径较窄，易损度为0.090，射线较高，而八角茴香组（Sect. Cymbostemon）的导管分子密度较低和直径较宽，易损度为0.194，射线较矮，因而本文支持将八角属分为八角组和八角茴香组，且八角组比八角茴香组原始。根据欧式距离，八角科与五味子科之间的相似性（d=4.690）比八角科与木兰科（d=4.899）之间的相似性大，本文支持建立八角目（Illiciales）。 2　花被片表皮比较形态学 在光学显微镜和扫描电子显微镜下，观察了八角科八角属2组11种20个样品、五味子科南五味子属（Kadsura）2亚属2组8种15个样品和五味子属（Schisandra）2亚属4组6种17个样品的花被片表皮形态特征。 首次报道了八角目2个科（八角科和五味子科）3个属（八角属、南五味子属和五味子属）植物花被片表皮细胞的形状、分泌细胞的形状及分布、气孔器的形状及分布、花被片表面的纹饰，在五味子科中发现2个新的性状（气孔对和环列型气孔）。 通过与八角目2个科3个属植物的叶表皮形态比较，发现花被片表皮气孔器外拱盖均为单层，与叶表皮气孔器外拱盖层数（常绿种类为双层和落叶种类为单层）之间没有相关性。通过对两性花、雌花和雄花花被片表皮观察，发现花被片表皮形态与花的性别之间没有相关性。通过对八角属、南五味子属和五味子属花被片表皮比较，发现五味子属花被片表皮形态比南五味子属花被片表皮形态表现出更多的衍生性状，南五味子属花被片表皮形态比八角属花被片表皮形态表现出更多的衍生性状;南五味子属花被片表皮形态与五味子属花被片表皮形态之间的相似性程度较大，与八角属花被片表皮形态之间的相似性程度较小，支持建立含南五味子属和五味子属的五味子科，支持建立只含八角属的八角科。

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。

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。

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。

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。

葛属(豆科)的分类学修订

本论文对葛属（Pueraria DC.）进行了形态学、解剖学及植物地理学研究，重点分析了小叶、托叶、花序及花的形态变异规律。首次发现葛属生长习性和种皮纹饰特征在组的划分上具有重要的分类学意义，支持前人运用托叶着生方式、花序类型及每节簇生花的数目等特征划分组的观点。首次在光学显微镜下对葛属植物14种1变种叶表皮性状做了较为全面、深入的观察，发现葛属叶表皮细胞的形状、垂周壁的式样以及气孔大小有一定分类学意义，为葛属的分类修订提供了新资料。首次应用电子扫描显微镜观察了葛属10种1变种和2个外类群广西土黄芪Nogra guangxiensis C. F. Wei和琼豆Teyleria koordersii (Backer ex Koord.-Schum.) Backer的种皮纹饰特征，发现葛属的种皮纹饰有网纹型、断棱型、复网纹型和锐棱型等4种类型，他们与托叶的着生方式具有一定的关联性。托叶背着的类群为网纹型，其中采自中国和越南不同居群的山野葛Pueraria montana (Lour.) Merr.种皮次级纹饰有差别，这显示山野葛分化比较活跃。托叶基着的三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth.、大花三裂叶野葛P. phaseoloides (Roxb.) Benth. var. javanica (Benth.) Baker、苦葛P. peduncularis (Graham ex Benth.) Benth.以及云南野葛P. yunnanensis Franch.的种皮纹饰为断棱形，小花野葛P. stricta Kurz种皮纹饰为复网纹型，喜玛拉雅葛藤P. wallichii DC.种皮纹饰为锐棱型。依据种皮纹饰推断，喜玛拉雅葛藤最原始，黄毛葛藤P. calycina Franch.最进化，与形态学特征演化方向相吻合。广西土黄芪种皮纹饰为网纹型，琼豆种皮纹饰为复网纹型，表明它们与葛属亲缘关系较近。这与形态学和分子证据相吻合。本文首次运用广义线形模型（GLM）结合地理信息系统（GIS）对葛属现有地理分布、潜在分布及50年后潜在分布进行了分析。所预测的潜在分布范围与观察到的地理分布范围一致，说明对特化的气候忍耐性是限制葛属物种地理分布的主要因素。温度、降水和海拔高度对葛属地理分布限制作用比较大。未来潜在分布预测显示葛属有向南、北扩散的趋势。 作者在研究了四千余份腊叶标本及野外形态考察的基础上，结合叶表皮及种皮纹饰资料，确认葛属分为3组，共19种3变种。其中，对Sect. Breviramulae Maesen ex Z. F. Le & X. Y. Zhu进行了合格发表，运用形态学、解剖学及种皮纹饰资料恢复了云南野葛种的地位，并为其指定了后选模式，P. pulcherrima (Koord.-Schum.) Merr. ex Koord.-Schum.正确的学名为P. sericans Schum.，对4个名称进行了归并。本文还给出了组和种的检索表、葛属各个种的形态描述、地理分布图及模式标本照片。

伞形科囊瓣芹属的系统学研究

囊瓣芹属Pternopetalum Franchet是伞形科Apiaceae/Umbelliferae芹亚科Apioideae芹族Apieae重要成员。全属包括约32个分类群（包括变种），分布于南朝鲜、日本、中国的西南部和邻近的喜马拉雅地区，中国西南部的横断山区是其多样性中心。典型的东亚特有格局和对东亚亚热带森林环境的偏爱是其东亚区系故有份子的特征。 基于19个标本馆标本材料、野外调查以及相应的实验证据，本博士论文从三个研究主题对囊瓣芹属展开了全面而系统的研究。一是通过标本观察和野外调查，利用标本管理系统BRAHMS和表型分析软件包DELTA系统，完成了囊瓣芹属的世界性分类修订；二是基于上述的分类方案，选择伞形科其它属的44个种作为参考性类群（Reference taxa），利用Winclada, NONA和MESQUITE软件包开展了分支系统学研究；三是基于坐标化的点分布数据，利用DIVA-GIS系统的生态位模型，进行潜在分布预测和生态地理分布特征的分析。研究的主要初步结论如下： 一、分类修订 根据对19个标本馆标本材料（包括85个模式采集）的考证，以及对云南、四川、贵州等地野外居群的观察，结合DELTA系统的表型分析，本研究确认囊瓣芹属包含14个种，提出了14个新异名，属下分为东亚囊瓣芹组Sect. I. Pteridophyllae H. Wolff和囊瓣芹组Sect. II. Pternopetalum H. Wolff两个组的分类方案。前者包括东亚囊瓣芹P. tanakae (Sav. & Franchet) Hand.-Mazz.、高山囊瓣芹P. subalpinum Hand.-Mazz.、洱源囊瓣芹P. molle (Franchet) Hand.-Mazz.等5个种；后者包括五匹青P. vulgare (Dunn) Hand.-Mazz.、囊瓣芹P. davidii Franchet和澜沧囊瓣芹P. delavayi (Franchet) Hand.-Mazz.等9个种。萼齿、花柱基、和花柱的形态是区别两个组比较好的形态学特征。叶的着生位置、最终末回裂片的形状（是否异形）、分裂回数以及伞形花序着生的位置和果棱表面的附属构造是种间识别有用的检索特征。 二、系统发育分析 根据如上的14个种的分类方案，另外选取了伞形科小芹属Sinocarum H. Wolff、丝瓣芹属Acronema Falc. ex Edgew.和鸭儿芹属Cryptotaenia L.等10个属共44种作为参考类群，基于63个广义形态学性状和58个种的形态学矩阵，利用最大简约法对囊瓣芹属进行了分支分析。结果表明，囊瓣芹属的14个种与日本特有单型的仙洞草Chamaele decumbens (Thunb.)Makino.形成一个单独分支，处于分支图的基部位置。表明囊瓣芹属与鸭儿芹属有较近的亲缘关系。长枝吸引可能是造成Chamaele Miq.与东亚囊瓣芹分支的非正常聚合的原因。囊瓣芹属可能是单系内群，但它与Chamaele Miq.属间关系需要进一步研究。属下形成以五匹青P. vulgare和东亚囊瓣芹P. tanakae为代表的两个主干演化线。分支进化（Cladogenesis）在两个主干演化线形成了形态和地理上对称分布的“种对”。根据形态特征的变异和地理分布，这些“种对”分为三种类型：1、形态上多变而地理上广布的类型，以东亚囊瓣芹P. tanakae和五匹青P. vulgare为代表；2、形态上稳定地理上狭域特有的类型，以薄叶囊瓣芹P. leptophyllum (Dunn)Hand.-Mazz. 和川鄂囊瓣芹P. rosthornii (Diels) Hand.-Mazz.为代表；3、形态上趋同而多变，地理分布上几乎完全重叠的类型，以洱源囊瓣芹P. molle和澜沧囊瓣芹P. delavayi为代表。 性状状态的分析显示，属下形态特征的趋异具有较强的同朔性。不等长的伞辐和花梗，以及囊状的花瓣基部三个形态学特征可以标识包括仙洞草在内的囊瓣芹分支。祖征状态的重建表明，东亚囊瓣芹分支相对保留了更多的祖征，是属下相对原始的类型；五匹青分支是后期生境需求的特化，适应潮湿和荫蔽环境的衍生类型。 三、生态地理分布 基于1128个坐标化的点分布数据和生态位模型，利用地理信息系统软件包DIVA-GIS对囊瓣芹属的物种多样性、现代地理分布、潜在分布进行了分析。结果表明，二郎山-峨眉山地区以及重庆金佛山及其临近地区是囊瓣芹属的两个主要的多样性中心。分布区内局部尺度上的异常性多样性（Diversity abnormalies）可能有两个来源：一是高的异质性生境条件下物种形成速率的差异；二是中国西南山地的“冰原岛峰效应”（Nunataks），比如峨眉山和金佛山，对属的早期演化线成员所起到的“避难所”（Refuge）的作用。 所预测的潜在分布范围与观察到的地理分布范围是一致的，说明对特化的气候忍耐性是限制囊瓣芹属物种地理分布的主要因素。温度和降水的季节性变化对囊瓣芹属代表中的地理分布限制作用比较大。亚热带-高山针阔常绿林是属下物种比较适宜的生境。属的地理分布可能形成于中新世以后，生态位的保守性是解释囊瓣芹属东亚本土就地分化和多样化的原因。属的分布范围的形成可能经历了一个早期南退西进的过程，后期分布范围变化可能主要是东西方向上的迁移和扩展。喜马拉雅—横断山—峨眉山/金佛山/神农架—日本、南朝鲜一线是囊瓣芹属多样化过程中分布范围东西延伸的重要通道。喜马拉雅—中国西南—日本朝鲜亚热带森林植被的完整性和连续性是囊瓣芹属演化和分布区形成的基本条件。

中国原产秋海棠属植物的形态和解剖结构

作者回顾了秋海棠属植物的发现、命名和引种栽培历史，概述了对该属的分类、形态、解剖、染色体研究取得的进展．结合查阅文献、标本和野外考察、栽培、实验观察，论述了秋海棠科的形态特征、秋海棠属中国种的分组、分布和生态习性、生物学特性、栽培繁殖技术和组织培养技术．强调了保护秋海棠属濒危物种的紧迫性，本论文描述了作者亲自采集或引种栽培的33种2亚种、57号中国原产秋海棠属植物的形态和解剖学特征，分析了结构与功能的关系和不同特征对分类与鉴定的价值，提出了中国产秋海棠属6个组和秋海棠科3个属的演化趋势及相应的形态与解剖学证据，就秋海棠科在分类系统中的位置进行了讨论．本文的主要观察结果和论点如下： 1．首次报道本属成熟根的结构：四原型或五原型，木质部由厚壁细胞和放射状排列的导管组成． 2．茎中维管束环状排列，维管束之间有较宽的束间区．直立茎和花序梗的束间形成层向内产生硬化和木化的薄壁组织，将维管束连成封闭的环，但在直立茎和花序梗的节附近以及根状茎中维管束和束间区硬化程度弱，不形成硬化的封闭环．硬化封闭环是和茎的机械支持功能相联系的，节附近硬化程度弱则为离层的形成做准备，有的种除了轴维管束之外还有髓维管束． 3．茎、叶柄和中脉维管束的数目和分布在不同部位可有或大或小的变化，但对种的鉴定仍有一定价值，重要的是要注意选取具有可比性的相同部位．木质部和韧皮部的比例有时也表现出明显的种间差异． 4．叶片气孔只见于下表面，首次发现内环为4个副卫细胞的螺旋型气孔（已有报道的有不等细胞型和内环为3个副卫细胞的螺旋型）．在茎、叶柄和托叶背面气孔生于看上去类似皮孔而实际上由初生组织构成的特殊通气结构上．在本属植物叶片上表面的突出体和子房翅有排水器存在． 5．对各器官特别是叶片表面的毛状体、突出体进行了肉眼、放大镜和显微镜观察，描述了它们的形态和组织学特征，比较了一些种间毛状体组型的区别及鉴定价值． 6．植物体内含有草酸和草酸钙晶体，晶体以棱晶、沙晶和晶簇的形式存在于秋海棠属植物的大部分器官和组织中，在几个细胞相邻处聚集的球形晶簇只见于Sect.Coelocentrum和Sect.Diploclinium，可能表明二者有较密切的关系． 7．根据对子房的解剖研究并结合营养器官特征，认为原来划归Sect.Reichenheimia的B．wangii实际属于Sect. Diploclinium，确认原来没有子房形态描述的B. peltatifolia属于Sect.Diploclinium，B.villifolia属于Sect. Platycentrum。 8．首次较详细描述了花柱和子房中引导组织的分布和形状变化情况。 9．通过对子房结构和其中维管束数目与分布的观察，认为Sect. Platycentrum的2室子房由3个心皮组成，它可能是由3室子房进化而来的． 10.推测中国原产的本属各组的演化趋势如下： (Sect. Mezierea ) →Scct. Sphenanthera → Sect. Begonia → Sect. Reichenheimia ↘Sect. Coelocentrum →Sect. Diploclinium↘ Sect. Platycentrum 11.推测秋海棠科内的演化趋势可能是：Hillebrandia→Begonia→Symbegonia． 12.秋海棠科叶片具单生气孔的种多数只有单表皮，叶片具气孔组的种多数有复表皮．单生气孔和单表皮是较原始的性状，气孔组和复表皮是衍生性状．在10．所列的各组和11.所列的Hillebrandia中，这些性状的发生是和主要依据子房特征而提出的演化趋势基本一致的． 13.中国种的花粉和种子形态变化幅度较小，组间差异不明显．花粉和种子形态表明中国种总的进化程度在秋海棠属中偏低，但没有非洲种所显示的极端情形． 14.证实文献报道的种子萌发时种盖掀起、颈细胞沿胞间层裂开，这是减少种皮对萌发种胚阻力的高度适应机制． 15.作者赞同秋海棠科比四数木科进化程度高、两个科关系最为接近的看法，认为Melchior (1964)修订的Engler系统和Takhtajan(1987)的分类系统对秋海棠科位置的安排可能更接近于反映秋海棠科和其他科之间的系统关系．

植物结构专题研究

1． 裸子植物次生韧皮部中晶体的分布类型及其意义 应用偏光镜检术和扫描电境一一能谱分析等手段对1 1科30种裸子植物次生韧皮部中晶体的形状、大小、分布类型和化学成分进行了系统研究。结果发现，所有的观察种类都具有晶体，钙是晶体的主要成分。在苏铁科、银杏科和松科，晶体存在于韧皮薄壁组织细胞的胞腔中：在其他各科，晶体则主要存在于韧皮细胞的胞壁上;通常胞腔中的晶体通常比胞壁上的大．苏铁科、银杏科和松科的晶体形状分别足棱形晶体、晶簇和柱状晶体或方形晶体．其他各科的晶体形状均为沙晶，但分布的部位各不相同。在杉科、柏科、和罗汉松科的韧皮部中，品体主要嵌埋在各类细胞的径向壁上：在三尖杉科的韧皮部，晶体主要存在于部分薄壁组织细胞的弦向壁上：在红豆杉科（澳洲红豆杉属除外），晶体嵌埋在韧皮纤维的外侧壁上;在麻黄科、买麻藤科，晶体主要存在于薄壁细胞间的胞间隙中，偶尔也在薄壁组织细胞的内侧，但在裸子植物的韧皮部，未见典型的针晶。根据晶体的上述变化，将晶体分布类型分成棱形晶体在薄壁组织细胞腔内、簇晶在溥壁组织细胞腔内、柱形晶体在薄壁组织细胞腔内、沙品在韧皮细胞壁上、沙品在韧皮纤维壁上和沙晶在韧皮薄壁组织细胞间的胞间隙内等六大类型，并依此讨论了它们在裸予植物各类群中的分类意义． 在红豆杉科中，晶体仪存在于厚壁组织细胞类的韧皮纤维上。根据该五属韧皮纤维．L晶体的比较观察，发现红豆杉属、白豆杉属的韧皮纤维具六角形和方形两种晶体，穗花杉属和榧树属仅具方形一种晶体，澳洲红豆杉属不具晶体．从晶体的有无和晶体的类型，讨论了它们在红豆杉科各属间的分类意义． 2． 长苞铁杉的结构及其系统发育的研究 长苞铁杉足我国特有的珍稀濒危植物。自发现以来，其分类位置曾几度变迁．1931年，郑万钧将其归属于铁杉属。1948年，Gaussen ＆van Campo-Duplan认为它是云南油杉和铁杉的杂交种，主张建立铁油杉属(Ts uga -Keteleeria). 1951年，胡先驌认为长苞铁杉与其他铁杉区别明显，提出建立新属- Nothotsuga. 1957年，喻诚鸿根据木材解剖的结果，认为长苞铁杉木质部缺乏正常树脂道，与铁杉属没有本质上的区别，建议将它归人铁杉属．<<中国植物志>>第七卷设长苞铁杉组(Sect. Heopeuce)，与铁杉组(Sect. Tsuga)平行，同归于铁杉属。 本课题对长苞铁杉营养器官的结构做了研究，发现长苞铁杉成熟部位的次生木质部具正常树脂道，创伤树脂道除切向连续分布外还有单个独生的现象，早晚材过渡不明显，射线管胞不发达，交叉场纹孔以杉木型为主，韧皮部中具树脂腔(Resin caviLy)。叶片气孔雨面生，维管束鞘明显，细胞大小均匀，树脂道1个边生。 上述特征都与铁杉属存在明显区别，因而作者支持胡先驌(1951)、Frankis(1989)、Faljon(1990)等关于建立长苞铁杉属的主张。 3． 白皮松的结构及其系统发育的研究 按<<中国植物志>>第七卷的分类系统，白皮松隶属单维管束亚属白皮松组，但其对分类位置曾有不同看法． 本课题通过白皮松营养体结构的研究，发现它在许多方面与单维管束亚属的其他种类有显著差异，白皮松针叶的气孔分布于背腹雨面，气孔间连结细胞的雨侧具石细胞，副卫细胞为近四方形且数目比较恒定，角质层内表面具深波浪状的胞间凸缘：次生木质部的射线管胞内壁具微锯齿状突起，交叉场纹孔松木型，管胞内表面及纹孔部分具明显的瘤层结构;树皮薄，其最外侧仅保留一层周皮，无内皮外皮之分，外侧的韧皮薄壁组织细胞与射线有明显的扩展与弯曲现象，韧皮薄壁组织细胞中的晶体有长柱形和短柱形雨种类型．依据上述结构特征结合前人从染色体、心边材抽提物化学成分析的研究结果，作者支持将白皮松从单维管束亚属中独立出来，成立白皮松亚属的主张。 4． C02浓度升高对植物生长的影响 大气中C02浓度的升高以及所引起的温室效应已成为了人们普遍关注的焦点。预计到21世纪下半叶，C02浓度将增加一倍(Gates，1983).由于C02是植物光合作用的重要原料， 它的变化将直接影响植物的生长和发育，进而引起生物圈乃至整个生态系统的变化。 本项目通过在人工气候室内增加C02浓度，观察大豆与黄麻的生长及其内部结构的影响。结果表明：在短期内，C02浓度升高对两种植物的生长有促进作用，对植物内部结构也有较明显的影响。其中包括种子的发芽率提高，幼苗生长加快，植株明显增高，叶面积增大，叶片加厚（栅栏组织层数增加），根系数量增多，气孔数量减少，茎干增粗、生长轮加宽，韧皮纤维和木纤维增长、大豆结实率增高。但C02浓度升高对两种植物的长期作用仍有待于进一步研究。 本项目还在进行之中。

苦苣苔科比较胚胎学和花粉形态学研究及其系统学意义

本文对苦苣苔科的3族8属10种植物进行了比较胚胎学研究，得出该科植物的基本胚胎学特征是： 花药具4个小孢子囊，当花药达到成熟期时，每—侧的两个小孢子囊由于隔壁的消失而连通。药壁由1层表皮，1层药室内壁，12层中层和1层绒毡层组成。花药壁的发育属双子叶类型，表皮细胞宿存，药室内壁在小孢子母细胞分裂成四分体后即开始纤维状加厚，到花药发育至成熟时期，药室内壁径向延长并由内切向壁向外和向上发生带状的加厚，但在同侧的两个小孢子囊的连接处并不发生纤维状加厚，以利于花药的开裂。中层细胞在小孢子母细胞分裂前即受到挤压，到发育后期被挤扁，．在成熟花药壁上只残留—些痕迹。有些种类中层细胞不退化，与药室内壁一样纤维状加厚。绒毡层初时为单核，在小孢子母细胞终变期分裂成双核，而当单核小孢子形成后，绒毡层细胞的两核可融合成单核，随后便解体。绒毡层为分泌型，在四分体分离成小孢子以后向药室内分泌乌氏体。在小孢子母细胞分裂前，细胞周围有大量的胼胝质出现。胞质纷裂为同时型。具四面体型的四分体。散粉时花粉具二细胞。 胚珠倒生，单珠被，薄珠心，珠被内无维管组织。珠心表皮下的—层细胞发育成为孢原细胞并直接起大孢子母细胞的功能，其胞质分裂伴随着减数分裂形成—直列式四分体。四分体珠孔端三个大孢子受挤压退化，合点端的功能大孢子进—步发育，经三次分裂形成蓼型胚囊。成熟胚囊的珠孔端部分圆形，合点端细长，如容量瓶状。胚囊内具—个由两个助细胞和—个卵细胞组成的卵器、两个极核和三个反足细胞。助细胞在花粉管通过珠孔进入胚囊后退化。极核在受精前不久融合，反足细胞形成后不久便退化。珠孔端的珠心细胞在功能大孢子发育后被挤压退化，也有的种类突出珠孔形成珠心喙，而合点端部分珠被最内的—层细胞则进—步发育，细胞质变浓，核体积增大，围绕胚囊的合点端细长部形成珠被绒毡层，此结构由胚囊形成到种子成熟—直存在，其中有丰富的内含物。 珠孔受精。胚乳发育为细胞型，种子成熟时几乎完全被胚吸收。合点端发育出具2核单胞的侵入性吸器，直达表皮。珠孔端吸器具2细胞。两种吸器的形态因种属不同而有很大差异。胚胎发生属柳叶菜型。 比较和分析表明，苦苣苔科的胚胎学特征与玄参科（Scrophujariaccae)、列当科（Orobanchaceae）和爵床科(Acanthaceae)较为相似，反映出这几个科在系统关系上比较接近。苦苣苔科族级分类群之间的胚胎学特征有一定的差异，但族内各属种的胚胎学特征差异较小，发育类型尤其是早期的形成过程非常相似。本文研究涉及的分类群在花药壁层的结构、反足细胞退化和极核融合韵时期、胚形成与胚乳发育的相对时间、吸器的有无及其形态等方面有所不同。 本文同时对苦苣苔科3族23属72种花粉，其中包括长蒴苣苔族(Trib. Didymocarpeae)16属56种、芒毛苣苔族(Trib. Trichosporeae)4属12种及尖舌苣苔族( Trib. Klugieae)3属4种，进行了扫描电镜观察。对族下各属种的形态特征作了详细的描述，每种花粉从极面观、赤道面观及局部放大三个侧面照相记录。以族为基本类群,对其中的各属的花粉形态结合系统学特征进行了讨论。 由此研究得出苦苣苔科植物花粉的基本特征是：所有研究属种的花粉均具三拟孔沟，拟孔极不明显。形状为近扁球形、圆球形、近长球形和长球形，极面观圆形、近圆形、近三角形和三裂圆形，赤道面观为圆形、近圆形、椭圆形和长圆形，不同材料各有差异，但在属内水平上基本—致。各属植物在花粉沟的形态和表面纹饰上有一定的区别。 在长蒴苣苔族中，本文对雇柱苣苔属(Chirita Buch．-Ham．ex D．Don)花粉进行了着重研究。结果表明：唇柱苣苔属在组内各种的花粉形态具有明显的相似性，但在组之间则有较大的差异。对本族其它各属的研究结果则充分表明各属花粉的形态特征有明显差别，可以从花粉形状、大小、沟的构造、沟膜的特点及表面纹饰等方面加以区分 在芒毛苣苔族中，紫花苣苔(Loxostigma griffithii)花粉沟膜表面残留着网状的覆盖层( tectum)，这种覆盖层可能代表—种较原始的性状。．在芒毛苣苔属’( Aeschynanthu8)中，花冠的檐部通常呈现不明显二唇形的显苞芒毛苣苔组(Sect���Haplotrichum)和大花芒毛苣苔组(Sect. Diplotrichum)的花粉粒较小，而花冠的檐部明显二属形的黄杨叶芒毛苣苔组(Sect. hlicrotrichium)、小齿芒毛苣苔组(Sect. Xanthanthos)以及全尊芒毛苣苔组(Sect���Aeschynanthus)的花粉粒较大。因此，花冠檐部的结构与花粉粒的大小表现出—定的相关性．在尖舌苣苔族中，异叶苣苔属( Whytokia)和尖舌苣苔属(Rhynchoglossum)的花粉沟较短，后者和十字苣苔属( Stauranthera)的沟膜表面具有密集或稀疏的颗粒状突起。河口异叶苣苔( Whytokia hekouensis)花粉沟的分化不明显，其沟膜上残留着网状的覆盖层可能代表着—种较原始的性状。具聚伞花序的盾座苣苔属( Epithema)和圆果苣苔属( Gyrogyne)，其花粉沟界极区及其沟间区呈皱波状(apocolpia and mesocolpia rugulate)，代表另一种演化方向。根据本文研究结果，并参考国内外有关报道，分别提出了芒毛苣苔族和尖舌苣苔族的以花粉特征为依据的分属检索表。

硬叶常绿阔叶林建群种-高山栎组的生物生态学研究

栎属(Quercus)高山栎组（Sect���Suber)是我国硬叶常绿阔叶林的主要建群种。本文从地理分布、群落特征、形态解剖特性方而对高山栎的生态适应性进行了研究，讨论了它们的起源与青藏高原隆升的关系。得到如下结论： 1．丽江一木里为现代高山栎的分布中心，高山栎组的种数等值线从这里呈同心园向外扩散。地质历史时期存在于该地的康滇古陆应当是高山栎的起源地。2．高山栎的水平分布不超过北纬32º，即亚热带的北界;垂直分布表现为超地带性的特点，从海拔1200到4300m，随海拔的增高而矮生。3．丽江有硬叶常绿阔叶林8种群落类型，它们的结构、分布各有其特点。4．高山栎组的表皮特征，除气孔器类型外，其他表皮性状受环境修饰，不是稳定的性状。气孔的大小、数目随环境有规律性地变化。5．川滇高山栎为复表皮，表皮附属物、角质膜及叶肉细胞随环境有规律性变化。6．虽然高山栎组的叶片表现为硬叶的特性，但解剖结构差别明显随环境发生变化。

山茶属茶组植物分子系统学初步研究

山茶科植物的叶绿体基因和nrDNA基因分别为母系和双亲遗传，二者的联合分析为系统发育重建，特别是揭示网状进化过程提供了便利条件。茶组(Sect. Thea (L.) Dyer )属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)，除茶（C. sinensis (L.) O. Kuntze）为广布种外，其余种主要分布在我国云南、广西、贵州和四川等地。自从W. T. Dyer（1874）建立茶组以来，该组作为一个自然类群，不存在大的争议，但是组下系统分类至今在国内外学术界中争议颇多。 本文选择来自于叶绿体的2个DNA片段，通过序列分析对茶组的28个种进行了系统发育重建。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA rpS12-rpL20和trnS-G的序列分析 2个叶绿体DNA片段联合分析，将茶组植物分为两大支，部分种之间的系统发育关系得到了分辨。该叶绿体基因的分析结果支持茶组植物为一个单系类群，但与以往将茶组分为子房五室类群和三室类群的观点不相吻合。 (2) 茶组nrDNA ITS区研究结果 选用14个种茶组植物，对其nrDNA ITS区进行序列分析。茶组植物nrDNA ITS区扩增比较困难，且存在种内多态性，因而在测序之前需要对PCR产物进行克隆。

昆明地区花卉害虫及天敌

1997 年5～ 8 月至1998 年4～ 8 月, 对昆明地区的花卉害虫及天敌进行了考 察和标本采集, 共采到花卉害虫及天敌标本4500 多号, 经鉴定分14 目, 65 科, 158 属, 205 种。标本保存在中国科学院昆明动物研究所。

滇南和滇西茶叶害虫群落结构与生态分布

对滇南和滇西茶叶害虫群落结构与生态分布进行了研究。该区域的茶叶害 虫隶属9 目, 57 科, 103 属, 167 种; 其中, 鳞翅目有16 科, 27 属, 53 种; 同翅目 13 科, 25 属, 35 种; 鞘翅目12 科, 23 属, 37 种; 直翅目4 科, 8 属, 17 种; 半翅 目4 科, 7 属, 10 种; 等翅目3 科, 5 属, 5 种; 缨翅目2 科, 4 属, 5 种; 竹节虫 目2 科, 2 属, 2 种; 双翅目1 科, 2 属, 3 种。同翅目、鳞翅目和鞘翅目的科、属、 种是整个茶园中优势类群; 直翅目、半翅目, 等翅目和缨翅目的科、属、种是茶叶 中常见类群; 竹节虫目和双翅目的科、属　种稀少。滇南和滇西的茶叶害虫绝大部 分属于东洋区成分种; 其生态类型可分为: 食嫩芽类型、食叶类型, 食果实类型, 为 害枝杆类型和食根及幼苗类型。

Linear semiconductor optical amplifiers

The chapter reviews properties and applications of linear semiconductor optical amplifiers (SOA). Section 12.1 covers SOA basics, including working principles, material systems, structures and their growth. Booster or inline amplifiers as well as low-noise preamplifiers are classified. Section 12.2 discusses the influence of parameters like gain, noise figure, gain saturation, gain and phase dynamics, and alpha-factor. In Sect. 12.3, the application of a linear SOA as a reach extender in future access networks is addressed. The input power dynamic range is introduced, and measurements for on-off keying and phase shift keying signals are shown. Section 12.4 presents the state of the art for commercially available SOA and includes a treatment of reflective SOAs (RSOA) as well. © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.