Catechol 2,3-dioxygenase-assisted cleavage of aromatics by “anaerobic” termite gut spirochetes and genomic evidence of a complete meta-pathway

The termite hindgut microbial ecosystem functions like a miniature lignocellulose-metabolizing natural bioreactor, has significant implications to nutrient cycling in the terrestrial environment, and represents an array of microbial metabolic diversity. Deciphering the intricacies of this microbial community to obtain as complete a picture as possible of how it functions as a whole, requires a combination of various traditional and cutting-edge bioinformatic, molecular, physiological, and culturing approaches. Isolates from this ecosystem, including Treponema primitia str. ZAS-1 and ZAS-2 as well as T. azotonutricium str. ZAS-9, have been significant resources for better understanding the termite system. While not all functions predicted by the genomes of these three isolates are demonstrated in vitro, these isolates do have the capacity for several metabolisms unique to spirochetes and critical to the termite system’s reliance upon lignocellulose. In this thesis, work culturing, enriching for, and isolating diverse microorganisms from the termite hindgut is discussed. Additionally, strategies of members of the termite hindgut microbial community to defend against O₂-stress and to generate acetate, the “biofuel” of the termite system, are proposed. In particular, catechol 2,3-dioxygenase and other meta-cleavage catabolic pathway genes are described in the “anaerobic” termite hindgut spirochetes T. primitia str. ZAS-1 and ZAS-2, and the first evidence for aromatic ring cleavage in the phylum (division) Spirochetes is also presented. These results suggest that the potential for O₂-dependent, yet nonrespiratory, metabolisms of plant-derived aromatics should be re-evaluated in termite hindgut communities. Potential future work is also illustrated.

On the ecology of species belonging to the genus Mesocyclops Sars (Crustacea, Copepoda) dwelling in the water-bodies of the Urals and Pri-Ural territory. [Translation from: Zoologicheskie Zhurnal 44(1) 127-130, 1965. ]

In the waterbodies of central Russia, the Urals and western Siberia four species of Crustacea, related to the genus Mesocyclops, are widely distributed: M. (s.str.) leuckarti (Claus), M. (Thermocyclops) oithonoides Sars, [M.](Th.) crassus (Fisch.) and M. (Th.) dybowskii (Lande). Numbers and biomass of Mesocyclops oithonoides in the pelagic water of various water-bodies of the Urals are presented and observations on the above mentioned species are discussed.

Utilização de sistema multiplex de marcadores do tipo INDELs em identificação humana por DNA

Os INDELs são polimorfismos de comprimento, gerados a partir de inserções e/ou deleções de um ou mais nucleotídeos. Os marcadores INDELs, que estão amplamente distribuídos pelo genoma e se caracterizam pela alta estabilidade devido à baixa taxa mutacional (10-9), podem ser analisados a partir da amplificação por PCR (Reação em Cadeia da Polimerase). A facilidade de análise e a possibilidade de construção de sistemas multiplex capazes de gerar amplicons curtos (menores que 100 pb) tornam os INDELs uma importante ferramenta para identificação humana por DNA. Para avaliar a eficiência e validar a metodologia que emprega os polimorfismos de inserção/deleção na identificação humana, utilizamos o sistema Indel-plex ID, capaz de amplificar simultaneamente 38 loci INDELs bialélicos de cromossomos autossomos. Diferentes amostras biológicas (cabelo, saliva, sangue, sêmen e urina) foram genotipadas apresentando reprodutibilidade entre todas as tipagens. A concentração mínima de DNA necessária para amplificação dos 38 loci INDELs foi de 0,5 ng. Artefatos do tipo split peaks foram observados em algumas amostras. Os produtos da PCR foram purificados em resina Sephadex proporcionando melhores condições de análise, redução de artefatos e aumento na intensidade média de fluorescência dos alelos amplificados. A eficiência do sistema Indel-plex ID na amplificação de DNA degradado foi verificada durante as análises das amostras de DNA extraídas de restos mortais (ossos e dentes). Comparativamente ao sistema Identifiler, o Indel-plex ID, se mostrou mais eficiente em termos de número de loci genotipados e qualidade de amplificação. Nas investigações de vínculos genéticos realizadas com o sistema Indel-plex ID foi possível corroborar resultados anteriores obtidos pela análise de marcadores STR. Nas análises com amostras in vivo foram obtidos valores máximos de Probabilidades de Paternidade de 99,99998%. Para casos envolvendo supostos pais falecidos, o sistema Indel-plex ID reforçou resultados obtidos com o sistema Identifiler e Minifiler. A Probabilidade de Paternidade de 99,953%, obtida com o sistema Indel-plex ID, conjugada com a Probabilidade de Paternidade de 99,957%, obtida como o sistema Minifiler, possibilitou um índice final de 99,99998%. Os resultados evidenciaram que os loci INDELs do sistema Indel-plex ID são altamente informativos, constituindo uma ferramenta importante em estudos de identificação humana e de relações de parentesco

Marcadores Inserção/Deleção (Indel): estudo de ancestralidade e identificação humana na população brasileira

Os polimorfismos denominados Indels são variações de comprimento geradas por inserção ou deleção de um ou mais nucleotídeos em uma sequência de DNA. Estes marcadores genéticos vêm apresentando um grande potencial para fins forenses e populacionais por combinar características dos marcadores SNPs, tais como a capacidade de analisar fragmentos curtos (menores que 250pb) e baixas taxas de mutação, com a facilidade da genotipagem dos STR em uma única PCR, seguida de detecção dos fragmentos amplificados por eletroforese. Com o objetivo de avaliar a eficiência dos Indels em aplicações forenses e esclarecer os detalhes da formação de diferentes populações brasileiras através de dados genéticos, amostras populacionais de diferentes estados brasileiros foram genotipadas através de dois sistemas multiplex. O primeiro (indelplex-HID) foi otimizado para fins de Identificação Humana (HID) e inclui um grupo de 38 marcadores Indels selecionados por apresentarem altos valores de diversidade genética dentro das principais populações continentais. Já o segundo (46-AI-indels), foi selecionado para estudos de ancestralidade e é composto por um conjunto de 46 marcadores informativos de ancestralidade (AIMs). Nesse último caso, ao contrário do anterior, o sistema multiplex inclui marcadores com alta divergência nas frequências alélicas entre populações continentais. Na primeira etapa, o multiplex HID foi aplicado em uma amostra populacional do Rio de Janeiro e em uma amostra populacional dos índios Terena. Um banco de dados de frequências alélicas foi construído para essas duas amostras populacionais. Os valores das frequências alélicas foram utilizados nas comparações estatísticas e parâmetros de vínculos genéticos e forenses foram calculados. O Poder de Discriminação acumulado na população do Rio de Janeiro para os 38 loci testados foi de 0,9999999999999990 e na população dos índios Terena de 0,9999999999997, validando o uso desse sistema numa população heterogênea como a brasileira. A eficiência do indelplex-HID também mostrou-se elevada nas amostras de casos forenses comprometidas, apresentando melhor resultados que marcadores STR em termos de número de loci genotipados e de qualidade de amplificação. Na segunda etapa, o multiplex 46-AI-indels foi aplicado com objetivo de avaliar a ancestralidade em amostras de diferentes estados do Brasil por permitir a identificação de diferenças entre frequências alélicas de grupos populacionais separados geograficamente. A maioria das populações analisadas apresentou elevada herança européia. As populações do Rio de Janeiro, Pernambuco, Mato Grosso do Sul, Amazonas, Alagoas, Minas Gerais e São Paulo apresentaram cerca de 50% de ancestralidade européia, enquanto que nas populações que formam o sul do país e o Espírito Santo este percentual girou em torno de 70%. De uma maneira geral, as contribuições ameríndias e africanas variaram um pouco de acordo com a região. As amostras de Santa Isabel do Rio Negro e dos índios Terena (amostras indicadas como ameríndio-descendentes) de fato mostraram majoritariamente ancestralidade ameríndia (>70%). Os resultados obtidos indicaram que os dados gerados a partir da tipagem dos AIMs estão em estreita concordância com os registros históricos e com outros estudos genéticos acerca da formação da população brasileira e os loci do sistema HID evidenciaram que os são altamente informativos, constituindo uma ferramenta importante em estudos de identificação humana e de relações de parentesco.

Estudo da ancestralidade paterna em amostras de populações do Estado do Rio de Janeiro e do Oeste Africano: uma dinâmica populacional

O uso de marcadores do tipo STR e SNP tem se revelado de grande importância na discriminação entre indivíduos de uma mesma população, assim como para estudos evolutivos. A utilização de um conjunto de 17 STRs e 46 SNPs específicos de cromossomo Y permitiu a caracterização de um conjunto de amostras representativas das populações do Rio de Janeiro e do oeste africano, com uma avaliação mais ampla sobre a ancestralidade de origem paterna. Na primeira parte deste estudo foram analisados 605 indivíduos do sexo masculino do estado do Rio de Janeiro. Como resultado, não foram observadas diferenças significativas entre as populações do sudeste e do Rio de Janeiro, que apresentou uma alta diversidade de haplótipos (0,9999 0,0001) e de haplogrupos (0,7589 0,0171). A comparação da população miscigenada do Rio de Janeiro com diferentes grupos étnicos ou populacionais mostrou que a frequência de indivíduos com marcadores tipicamente Europeus é de 77%, africanos é de 14,87% e em ameríndios é de 2,31%. A segunda parte do estudo revelou uma grande diversidade haplotípica (1,0000 0,0018) numa amostra do Oeste africano. Quanto ao valor da diversidade de haplogrupos (0,6895 0,0200), este foi similar aos observados em populações de origem Bantu do oeste e centro africanos, principalmente de Benin, Nigéria e Costa do Marfim. A terceira parte deste estudo mostrou que não existem diferenças significativas entre o componente africano da amostra do Rio de Janeiro e as populações africanas do sudeste, oeste e centro oeste. Por outro lado, observamos diferenças significativas quando comparamos o componente africano do Rio de Janeiro e o oeste africano com populações de Uganda, Quênia e África do Sul. A ampliação de estudos genéticos nas populações da África se fazem necessários para o entendimento da diversidade genética no mundo. Este trabalho contribuiu para fornecer mais alguns dados genéticos, que podem ser somados aos estudos mundiais que estão sendo realizados, ampliando os nossos conhecimentos sobre a formação das populações que também foram influenciadas pelo fenômeno da Diáspora Africana.

毛茛科升麻族（广义）的系统学研究

本文利用多种实验手段，对升麻族(Cimicifugeae,s.l.)的节部维管系统、花瓣、花粉、种皮及细胞学性状进行综合分析，根据这些性状的演化趋势，探讨了升麻族的范围、系统位置和属间关系。 通过对节部维管系统的研究，作者发现升度族的节均为多隙节类型，填补了铁破锣属 (Beesia)和黄三七属(Souliea)叶隙节资料的空白。 通过对花瓣式样及其脉序类型的研究，提出了升麻族的花瓣演化路线，充实了毛莨科(Ranunculaceae)的花瓣来源于雄蕊这一观点，认为毛莨科的花瓣主要不源于雄蕊的药隔部分，具二歧脉的花瓣由药隔不突出的基着药雄蕊演化而来，而具三出脉的花瓣由药隔发达、有时先端突出的雄蕊演化而来。 作者除在扫描电镜下观察了升麻族的花粉形态外，还首次在透射电镜下观察了升麻族所有5属的花数外壁结构，发现黄三七属的花粉不仅具独特的条纹——网状纹饰，且其外壁具半覆盖层;在细胞学研究中，发现黄三七属的细胞间期核形态明显不同于金莲花亚科(Helleboroideae)的其它属，为复杂染色中心型(Complex chromocenter type)和棒状前染色体型(Rod prochromosome type)间的过渡类型。综合考虑本属和黄连属(Coptis)的体态、中期染色体形态及血清学证据，作者认为黄三七属是升麻族中的一个特化类群，是大（R-型）染色体往小（T-型）染色体演化的一个过渡类群，本属很可能与黄连族(Coptideae)植物关系较为密切。此外，作者借助扫描电镜的观察，发现升麻族的种皮向两个方向演化，一支适应风传播，表现为种翅发达;另一支适应动物传播，抗消化，表现为种皮坚硬，表面具密集的瘤状突起。 通过对升麻族地理分布格局的研究，作者认为本族可能是起源于东亚的一群极为古老的毛莨科植物，由毛莨科的祖先直接演化而来。铁破锣属和黄三七属很可能起源于中国西南山地。 最后作者基于自已的多种实验结果、前人的植化和细胞学资料，不同意铁破锣属放在金莲花族(Trollieae)或铁筷子族(Helleboreae)，对Tamura的升麻族概论及系统关系进行重大修改，不赞成升麻族来自驴蹄草属(Caltha)这一观点，而支持王文采的系统，把 铁破锣属移入升麻族，并认为修改过的升麻族是毛莨科中一个非常自然而以特殊的类群，除一系列形态特征不同于金莲花亚科的其它属外，该族植物不含毛莨科特征性成分—毛莨甙或木兰花碱，而含有独特的四环三萜式成分(Anemonopsis 是否含此成分，尚待研究)及呋喃色酮类化合物，染色体组分中，具5-6对大m的染色体，应独立作为一个新亚新——升麻亚科(Cimicifugoideae)，推测本亚科与金莲花亚科均来自毛茛科的祖先型。升麻亚科中，铁破锣属保留了很多原始特征，如单叶、无花瓣等，作者将其提升为族—铁破锣族(Beesieae)。伴随单叶往复叶的演化过程，升麻亚科的原始群（类似铁破锣族）分化为两支：一支的染色体演化较慢，但果实和种显示出明显的分化，形成升麻族(Cimicifugeae, s.str.)，包括垂果升麻属(Anemono psis)、升麻属和类叶升麻属;另一支的花瓣、花粉和染色体的演化水平较高，形成黄三七属，作者将其独立为一个新族——黄三七族(Soulieae)，除上述系统处理外，本文提供了包括升麻亚科所有属种的检索表。

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。

萱草属的进化与分类

根据现有记载，萱草属约有20种，主要分布在东亚，由于种间在外部形态和核型上的高度相似性，加之长期人工栽培，使本属植物的分类成为一个难题，我们做了大量的野外调查和温室栽培试验，获得了一些有意义的观察结果，对核型变异做了详细定量分析：系统观察了花粉扫描电镜特征，为了揭示属内可能的表征和分支关系，运用聚类分析，主成分分析及简约分析对属下类群做了定量研究．本文得到如下主要结论． 1．虽然迄今为止许多核型观察结果未能得到有分类学意义的结论，运用数量分析方法比较各分类群核型定量变异结果表明，其分类学意义是明显的，例如，北黄花菜、黄花菜和小黄花菜三者外部形态很一致，核型亦高度相似：大苞萱草和多花萱草的核型公式虽与前三者相同，但已出现明显的数量变异．同样，北萱草，折叶萱草和西南萱草虽有相同核型公式，亦出现明显数量变异．萱草则与所有其他类群的核型均有明显差别．核型对称性分析表明，臂比不对称性出现一个由低到高的演变序列：但长度不对称性与此无明显相关性．萱草和折叶萱草的臂比不对称性最低，西南萱草和北萱草升高，黄花菜，大苞萱草和多花萱草等最高． 2．观察到三种类型花粉;舟形具网纹，舟形具疣纹和亚球形具疣纹．萱草，北萱草，大苞萱草，北黄花菜，黄花菜，小黄花菜及多花萱草具第一种类型花粉;折叶萱草和西南萱草具第2种类型花粉;矮萱草具第三种花粉．以广义百合科其他类群作为复合外类群进行比较，推测花粉形态的演化序列为：舟形具网纹一舟形具疣纹一亚球形具疣纹． 3．在外部形态上，萱草因具二叉分枝花序，叶型苞片，根膨大适中，花蕾顶部绿色及花筒占花被比例较小等原始性状状态，结合不对称性较低的核型特征和舟形具网纹花粉特征，是现存种类中最原始类群;折叶萱草及北萱草等具较短的花筒，二叉分枝花序，单色花被及花蕾部绿色等特征显得进化程度不高．黄花菜因具夜间开花习性，长花筒，叶鞘红色等状态被认为是进化类群，大苞萱草高度压缩的花序形成头状花序，具总苞状宽大苞片及绳索状根被认为是特化类群，矮萱草个体矮小，单花，具亚球形疣纹花粉亦被认为是高度特化类群．外部形态，花粉特征，核型及地理分布之间存在着相关性;随地理水平分布由南向北，外部形态特征由原始到进化，核型不对称性由低到高：随地理垂直分布由低向高，形态特征由复杂到简化，核型不对称性由低到高，花粉形态由舟形具网纹到舟形具疣纹再到亚球形具疣纹，这两种趋势结合起来构画出了本属植物演化和地理分布的基本轮廊． 4．萱草是一个孤立的属，没有明确的外类群可供比较．在现存类群中．Dahlgren等(1985)认为本属与分布在非洲，地中海地区，西亚及中亚的Asphodeloideae（亚科）有较多的共有特征．本文比较了两个类群之后发现，萱草不但在许多一般特征上与Asphodeloideae -致，而且在小孢子同时型发生及含蒽醌等被认为是Asphodeloideae典型属性的特征上亦与后者相同．这些共有特征显示出二 者在系统发育上一定的联系．进一步比较发现两者在有差异的特征中，萱草属显得较为进化．二者的分布区是完全不同的;Asphodeloideae分布在中亚及其以西地区和非洲，而本属分布在东亚，延及西伯利亚，据本文分析，欧洲生长的一个种(H.lilioasphodelus，北黄花菜)是归化类群．北美和台湾没有自然分布，但栽培植物均生长良好，而且已有归化植物．由此似乎可以推测，本届的祖先与Asphodeloideae的祖先有亲缘关系，这种关系似可远溯到第三纪古地中海时期，或许当时与Asphodeloideae祖先有关系的一个分支分布于古地中海东南缘的康滇古陆，即与现今横断山地区相应的地区，由于喜玛拉雅造山运动引起的地质，地理和气候剧变，某些类群灭绝了，一个类群发展成现今的萱草属． 5．由于本属各分类群间形态及核型相似性程度较高，种间极易（人工）杂交，似无必要在属与种间增设组或系，根据本文研究结果及参考有关分类文献（国外种类），我们将萱草属处理为10种2亚种13变种：H.darrowiana Hu;小萱草(H.dumortieri Morr.)及北萱草(var. esculenta (Koidz.) Kitamura;西南萱草(H.forrestii Diels);萱草(H.fulva (L.) L.)及var. aurantiaca (Baker) Hotta, var. disticha (Donn.) Baker，重瓣萱草(var. kwanso Regel)，var. littorea (Makino)Hotta，长菅萱草(var. longituba (Miq.) Maxim，var. maculata Baroni，var. pauciflora Hotta et Matsuoka, var. rosea Stout, var. sempervirens (Araki) Hotta; H. hakuunensis Nakai;北黄花菜 (H. lilioasphodelus L. Var. lilioasphodelus)及黄花菜(ssp. citrina (Baroni) Xiong)，小黄花菜(ssp. minor(Mill.) Xiong)，var. corcana (Nakai) Xiong;大苞萱草 (H. middendorfii Trautv. et Mey var. middendorfii)及var. exaltata (Stout) Kitamura，长苞萱草(var. longibracteata Xiong);多花萱草(H. multiflora Stout);矮萱草(H. nana Smith ct Forrest);折叶萱草(H.plicata Stapf)。

铃兰族的系统学研究

铃兰族隶属广义的百合科，辖白穗花、吉祥草、铃兰、夏须草、万年青、开口箭和蜘蛛抱蛋七属．除开口箭属和蜘蛛抱蛋属外．其余5属皆为单型属。属间界限明确，但系统关系模糊．本文针对上述特点及存在问题，开展了下述工作： 一、形态： 根据大量的栽培植株观察和标本研究，对族内各属形态特征进行了详细研究，并报道了开口箭属的一个新种，对一些性状在系统发育研究中的重要性作了评估。 二、解剖： 本文对族内各属花维管束、根部和茎部的管状分子、叶片维管束和叶表皮特征等资料进行了综合，为系统发育研究积累资料。 三、花粉： 本文对铃兰族，特别是蜘蛛抱蛋亚族25种植物的花粉形态进行了电镜扫描，将蜘蛛抱蛋亚族的花粉划分为椭圆形具单槽、球形具单槽、球形无萌发孔沟三个类型，花粉形态的演化趋势为单槽，无萌发孔沟，椭圆形，球形。花粉形态与花结构和核型特征密切相关。 四、染色体： 本文对蜘蛛抱蛋属13种植物进行了核型报道，对各属染色体资料进行了详尽的总结分析．除夏须草属染色体数目为2n＝40外，铃兰族其余各属染色体数目为2n ＝38 (36)，核型分为单型性和二型性两大类，染色体数目、核型类型和花部式样密切相关．x＝19为族内染色体原始基数，x＝18为派生基数．核型演化趋势由对称→不对称演化，单型→二型性演化，此外，对核型进化的机制也进行了讨论。 根据上述研究结果，运用系统学原理，本文对铃兰族内系统发育关系进行了探讨，结论如下： 1、夏须草属为族内异质类群，建议将其从族内移出。其余各属构成一单系类群。 2、开口箭属和蜘蛛抱蛋属下皆可分为两大类群，且各具相关性状。 3、开口箭属内两大类群表现为复系关系。具单型性核型并具远极单槽花粉的开口箭种类与万年青属单系发生，而具二型性核型、无萌发沟孔花粉的开口箭种类则与蜘蛛抱蛋属成单系关系。 4、铃兰族与沿阶草族系统位置接近，与黄精族则稍远。 5、无可靠证据支持Hutchinson (1934)认为天南星科起源于铃兰族内蜘蛛抱蛋亚族的观点。 此外，本文选用21种限制性内切酶，对族内各属叶绿体DNA中rbcL基因片段的PCR产物进行酶切处理，计确定76个酶切位点，包括19个突变位点，并对RFLP结果进行聚类分析。结果与形态、染色体和孢粉学证据基本吻合。

绵枣（Scilla sinensis Merr.）多倍体复合体（广义百合科）的物种生物学研究

本文采用物种生物学的方法分析了绵枣[Scilla sinensis (Lour.) Merr.]多倍体复合体细胞地理、形态、生态适应和发育节律的变异。此外，还对AA细胞型居群进行了等位酶分析和杂交实验。结果如下： 1. 细胞学检查秀自中国境内45个居群，检出AA、AB、BB、AAA、BBB和AABB 6个细胞型。多数居群由1种细胞型组成。AA几乎占据着该复合体在中国的整个分布区。BB仅局限于华中和华东地区。AABB分布于华中和华东地区的北侧、东北地区的东南部及台湾岛。45个居的细胞型组成以细胞地理分布图表示。总结前人与我们的工作，该复合体中已发现12个整倍体细胞型（AA、AB、BB、AAA、ABB、BBB、AAAA、AABB、ABBB、BBBB、AABBB和AAABBB）和各种基于多倍体的非整倍体。其基本细胞型为AA、BB和AABB。AA分布于除日本和大陆上BB分布区中心外该复合体的整个分布区。BB分布中国华东和华中地区、朝鲜的济州岛和日本。AABB分布日本、朝鲜和中国东北地区的东南部及华中、华东地区的东侧。另外，BB居群染色体数量最多，AABB次之，而AA最低。 2. 野外调查和栽培实验表明AA细胞型在中国东部和西部地区间存在形态和生态分化，东部居群形态变异较小，其共同特征是纺锤形鳞茎，红褐色;根茎短柱状;叶多灰绿色，蜡质明显，斜升;花葶较强壮而直立;花紫红色;子房每室1胚珠。西部为AA细胞型的现代变异中心，居群间形态变异大，区别于东部居群的特点是鳞茎纺锤形或近球形，根茎短柱状或盘状，叶鲜绿色，蜡质不明显，平卧地面;花葶1－4枝，直立，多花葶时斜升;花白色或淡红色，子房每室胚珠1 ～ 2枚。AA和BB细胞型是向着适于不同地理区的环境发展，因而具有不同的形态和生物学特性的两个类型。BB鳞茎近球形，黄褐色，根茎不明显，为盘状;叶墨绿色，柔软而平卧地面，是适于阴湿的林下环境的结果。春季萌发较早，约在3月初，其夏季休眠特性刚好可渡过华中地区东部夏季的高温多雨，待秋季温度下降时开花结实。而AA划适应了光照较强而干旱的山坡草地灌丛的类型。其发育节律变异较大，但萌动较BB晚，无夏季休眠。AABB细胞型的形态介于两祖先二倍体之间，没有形成独特的生态适应和发育节律。 3. 对AA细胞型的等位酶分析表明，该种的居群表现出较高的遗传变异（A = 2.0, P = 58.6%, H_o = 0.172 和 H_e = 0.185）。居群间存在较明显的分化(F_(ST) = 0.314)。东西两地区间也存在遗传分化。 4. AA居群间多数组合的F_1都低于对照的花粉育性和结实率。尤其是东部和西部居群间组合的F_1花粉育性和结实率极低，几近不育。如果仅仅考虑该复合体的形态变异，它只能作为一个形态复杂多变的种，Scilla sinensis (Lour) Merr.。可是如此处理就掩盖了其细胞型间清晰的进化关系。为弥补这一缺陷，当研究细胞型间的进化关系时，可采用生物学和概念。AA细胞型为S. sinensis (Lour.) Merr.， 可分两亚种：subsp. sinensis 和 subsp. alboviridis (Hand.-Mazz.) K. Y. Ding。BB细胞型为S. thunbergii Miyabe et Kudo。而ABB及含有A和B染色体组的多倍体作为杂交种S. x sino-japonica K.Y.Ding。两个二倍体种形态界限很清楚，但AABB的存在湮灭了两者的间断。

木根麦冬rRNA基因进化的研究

木根麦冬（Ophiopogon xylorrhizus Wang et Dai）属于铃兰科（Convallariaceae）或广义百合科（Liliaceae s.l.）沿阶草族（Ophiopogoneae）沿阶草属（Ophiopogon Ker-Gawl.），属于典型的濒危植物。前人已从细胞学、种群生态学、生殖生物学和遗传结构与多样性等方面对木根麦冬进行了研究，但在分子进化和分子细胞遗传学水平上的研究近为空白。本文运用染色体的荧光原位杂交(FISH)、PCR扩增和克隆、DNA测序、系统发育重建等方法，对18S rDNA作了染色体原位定位，研究了木根麦冬的Ss rRNA基因结构特点，并重建了该基因的系统发育树，探讨了5S rRNA多基因家族的分子进化模式和木根麦冬的濒危机制。主要结果如下： 1．对木根麦冬三个居群七个个体、及其最近姐妹种林生麦冬（Ophiopogon svlvicola Wang et Tang）一个个体的5S rRNA基因进行了PCR扩增和TA克隆，在两个种中共得到1085个具有插入片段的阳性克隆。 2．对木根麦冬三个居群六个个体的294个SS rRNA基因克隆，及林生麦冬一个个体的45个克隆，总计339个克隆进行了DNA序列测定，这是目前已完成的最大的单个物种的5S rRNA数据。结果表明：两个种的序列高度多样化，在339个拷贝中仅仅有13对(3.8%)是相同的，序列长度变化在307bp-548bp之间，长度变异主要发生在间隔区，单个碱基的插入和缺失(indel)频率很高，5bp以上片段的插入，缺失有11个，插入的序列通常是其两侧序列的重复和倒位。术根麦冬序列的分化指数（sequence differentiation index，SDI）是0.078，林生麦冬是0.032，两个物种间是0.149，木根麦冬的序列之间的分化明显大于林生麦冬。 3．以PAUP程序对339个5S rRNA基因拷贝的DNA序列（包括编码区和间隔区）作了系统发育分析，结果如下：在得到一个唯一的最俭约树中，所有木根麦冬的拷贝被聚成一支，而林生麦冬的则被聚到另一支，统计支持率(bootstrap)达到lOO%，表明这两个物种所有的的5S rRNA基因拷贝分别来自各自的一个祖先拷贝（建立者拷贝），而其共同祖先的其它拷贝则在物种形成中或之后丢失：在多基因家族中如此长期而单一的拷贝偏选( sorting)过程尚未有前人报道;由此基因系统发育树可以看出，在这两个物种形成之后，“建立者拷贝”经历了多次扩增过程而形成了一个直系的（orthologous）多基因家族。 4．在木根麦冬分支中，很少有亚分支是全部由一个居群或一个个体的拷贝组成的，不同居群、不同个体的拷贝混合在同一个亚分支中;对基因系统发育树、序列多样性和序列分化指数分析表明，5S rRNA基因家族内一致化（homogeruzation）过程很弱，不同拷贝是独立进化的，这在串联．重复的多拷贝基因家族中是不寻常的;由上述分析我们推测，在术根麦冬的进化历史上，居群间的基因交流远远比今天频繁，可能是某些外在因素在近期发生变化，导致自交和自交衰退，并进而导致濒危。 5．利用荧光原位杂交技术，成功地将18S rRNA基因定位在木根麦冬减数分裂期的染色体上，两对强信号和一对弱信号分别位于三对二价体染色体上。

木根麦冬基因流动与居群遗传变异的时空动态研究

本报告对木根麦冬的生态、遗传与进化等方面进行了综合研究，分析了木根麦冬居群内个体育性变异与基因流的模式与强度，研究了木根麦冬居群遗传变异在时间与空间的动态变化过程，深入探讨了该物种的适应策略、自然选择与进化模式。同时对生物进化中的一些基本问题进行了尝试性探讨。 一、影响有性繁殖生物居群中交配与繁殖成功的行为、生态与遗传现象最终决定等位基因与基因型的相对频率及其在世代间的变化。植物的交配系统不仅决定了居群未来世代的基因型频率，而且还影响到植物居群的有效大小、基因流和选择等其它进化因素。我们利用等位酶多态性，采用似然性方法与计算机模拟为木根麦冬三个居群的种子确定父本。共有90.1%的种子可以在居群中找到唯一的最可能父本。在这些种子中，56.1%在0.95的显著水平上可以确定唯一亲本。并且还发现：1．个体自交越多，产生的种子就越多;2．个体提供 给自己的有效花粉比提供给别的植株的有效花粉多，3．只接受花粉而不提供花粉的植株产生的种子少;4．只接受花粉而不提供花粉的植株产生种子的机会也少，综合我们以前的研究结果，可以认为，木根麦冬的交配系统正在或已经发 生了转变，从以异交为主到以自交为主。 二、点模式分析的结果表明在所研究的三个居群中，木根麦冬个体都表现出相对随机的分布。空间自相关分析却发现开花个体在空间聚集分布，呈斑块状开花。这个结果也表明个体空间分布模式与开花状态没有直接关系，集团性开花可能是一个促进花粉传播的适应特征：开花个体的聚集可能对传粉者形成强有力的吸引。空间自相关分析表明木根麦冬居群中大多数等位基因都聚集成一定大小的斑块。基因的聚集突出的说明了木根麦冬居群内基因流动的状况，花粉与种子的传播受到限制。传粉能力弱的传粉者以及种子的近距离的散布使基因局限于一定的小范围内，从而形成基因斑块，而斑块的大小由传粉者的活动范围及种子的传播距离决定。 三、基因纯合导致有害的隐性基因或部分致死的基因表达，使纯合子适合度降低，因此纯合子频率在世代间的变化将是衡量近交衰退的一个较好的指标。木根麦冬中亲代居群的观察杂合度大大高于子代居群，这个结果表明大量的纯合子在从种子到成株的过程中被淘汰。大量的纯合子被淘汰可能时由于隐性致死或有害等位基因纯合的结果，自交以及有亲缘关系的个体之间交配使有害等位基因与致死等位基因纯合，从而使一个远交种中出现自交衰退，过量的纯合子被淘汰是自交衰退的直接后果。

《植物名实图考》中一些百合科植物考证兼论茄子在中国的栽培起源和传播——植物考据学个例研究

中国古代涉及植物学的文献可谓浩如烟海。由于中国植物种类繁多，加之方言的分化和文字的演变，古籍文献中的植物名称难以计数。距古愈久，失误愈多，渐至名称混乱难以分辨，同物异名、同名异物现象比比皆是。植物考据在这样的背景下产生了。本文确立了中国植物考据研究的范围、内容、证据、方法和目的，并以时间为线索，梳理了中国植物考据研究两千多年的历史，扼要评介了各个历史阶段的代表人物及作品。在此基础上，本文遵循“由近及远，先实后虚”的研究思路，考证了《植物名实图考》的几种百合科植物，同时选定茄子这一栽培植物，以它为点，利用中国古籍文献证据，研究它在中国的起源、驯化和传播，藉此探讨植物考据研究所能解决的植物学问题。 1. 粉条儿菜和肺筋草考 理清了近百年来“粉条儿菜”和“肺筋草”这两个植物中文名称的混乱，确认粉条儿菜一名最早见于《救荒本草》，实为菊科Compositae鸦葱属Scorzonera华北鸦葱Scorzonera albicaulis;首次记载于《植物名实图考》中的“肺筋草”才是Aletris 属植物，应为Aletris scopulorum，非前人考证的Aletris spicata。 2. 黄精属植物考 《图考》“黄精”包括了多花黄精Polygonatum cyrtonema、长梗黄精P. filipes和距药黄精P. franchetii，这三个种实际上是一个集合种 (species aggregate), 即使用现代分类的观点来看，它们之间也很难从外部形态区分开来;“黄精苗”可能为P. sibiricum或P. verticillatum;认为“滇钩吻（一）”应为点花黄精P. punctatum，这与前人的考证结果相同;“滇钩吻（二）”和“滇黄精”可能分别为卷叶黄精P. cirrhifolium和滇黄精P. kingianum中的某个种，但限于黄精属植物分类研究的程度，暂且存疑;“萎蕤”图所绘植物不属于黄精属Polygonatum，而为万寿竹属Disporum的横脉万寿竹D．trabeculatum。 3. 贝母考 《图考》贝母条下所附贝母图，不属于贝母属Fritillaria植物，而属天南星科Araceae，可能为半夏Pinellia ternata的幼苗;文中“点苍山生者”可能是鸭趾草科蓝耳草Cyanotis vaga;“张子诗”中的蔓生贝母为Bolbostemma paniculatum，这可能是中国古代最早利用的“贝母”，后来逐渐被Fritillaria属植物替代。 4. 茄子的栽培起源和传播 本文首先借助于现代系统学和遗传学的研究结果，理清茄子及其近缘种的分类、地理分布和可能的驯化过程;结合民族植物学研究和大量的野外考察，确认了茄子及其近缘种在中国的形态、分布和利用方法等等;而后将今论古，用严格的考据方法理清在浩如烟海的中国古籍文献中与茄子相关文献的科学含义。在这个基础上推演茄子在中国栽培起源和传播的途径。得到以下结论：茄子的野生种GroupF和原始栽培种Group G在中国南方热带地区存在，早在晋代记载的“茄树”很可能就是这个原始栽培种Group G;高级栽培种Group H最早在公元前一世纪就有记载，有可能在中国四川盆地南部山区的暖温带地区被首先驯化;中国有些茄子的高级栽培种Group H也有可能从印度传来，但传播路线应该是沿着由南向北的西南丝绸之路，而非如一些学者所认为的自西向东由西北丝绸之路首先传入长安;在中国，茄子的高级栽培种由成都平原向长江中下游地区传播，继而在公元五到六世纪传播到黄河中下游地区，栽培技术已经成熟，利用方法越来越多, 到了宋代已经遍布整个中国;茄子在中国的选育是向着果实体积变大、味道变甜的方向进行, 宋代茄子发生了明显的品种分化，出现了世界上最早的茄子图。

中国万寿竹属的分类学初步研究

万寿竹属(Disporum Salisbury)隶属于广义百合科广义黄精族(Liliacear s. l.-Polygonateae s.l )，分为Sect. Disporum（东亚，约20种）和Sect. Prasartes（北美，6种）两个组。对于Sect. Disporum，日本的研究者者进行了大量的形态学、细胞学、胚胎学、生态学和物种生物学方面的研究，但研究的地域主要局限于日本和尼泊尔等地，种类也主要是D. sessile（只分布于日本），D. smilacinum（分布于中国烟台，朝鲜，韩国，俄罗斯远东，日本）等中国不产或少产的种，或者在整个东亚都有分布的广布种，如D. cantoniense。对于只分布于中国则涉及很少，如D. bodinieri，D. longistylum，D. megalathum， D. hainanense, D. acuminatissimum， D. jinfoshanense等。尽管Hara于1988年对东亚的Disporum进行了一次系统的修订，但是对Disporum的认识混乱的情况仍然大量存在。因此，正本清源的工作就显得很有必要。 本研究主要包括以下几个方面的内容： a) D.bodinieri的文献考证和标本订正 结合文献考据和标本鉴定两方面的工作，认为D. bodinieri (Lévl. et Vant.) Wang et Tang在Flora of China Vol. 24 (2000)的分类处理，接受了Hara(1988)的观点，但是对国内的标本并没有进行相应的鉴定处理，其仍然被鉴定为D. bodinieri，但这些标本并不属于单一的分类学实体，而是包含D. bodinieri (Lévl. et Vant.) Wang et Tang和D. longistylum (Lévl. et Vant.) Hara两大类群，需作重新鉴定。 D. bodinieri和D. longistylum的形态学性状有很明显的区别，但是在所有被鉴定为D. bodinieri的标本中，真正的D. bodinieri (Lévl. et Vant.) Wang et Tang只占到10％，产生上述问题的直接原因是受到《中国植物志》第15卷（1978）的影响。 b) 发现并描述了一个新种：Disporum jinfoshanense X. Z. Li, D. M. Zhang et D. Y. Hong 该种与山东万寿竹D. smilacinum A. Gray相似，具卵形或椭圆形叶，顶生花序，花被片白色，开展，基部稍具浅囊;不同之处在于其茎高15(-20)cm，叶子3-4片，集中于茎上部，叶柄明显，长2-4mm，花被片内表面密布短柔毛。 c) 基于形态学数据的聚类分析 通过前期的性状研究，文献考证，标本订正以及发表新种，我们获得了大量的形态学数据。为了验证对D. bodinieri标本订正的正确性，我们利用PAUP软件采用UPGMA算法对标准化的形态学数据进行运算。获得的树状图显示：新种D. jinfoshanense和D. viridenscense、D. smilacinum聚在一起，如实反映了形态的相似性，说明该树图可信;被错误鉴定为D. bodinieri的标本和正确鉴定为D. longistylum的标本聚在一起，说明前面的判断是正确的。