藏麻黄与丽江麻黄的形态及遗传变异研究

麻黄属(Ephedra)起源较早，该属植物的形态性状极度退化或简化，可用于经典分类学的有价值的性状非常有限。分布于青藏高原的藏麻黄（E. saxatilis）和丽江麻黄（E. likiangensis）二者间形态相似，性状变异连续，很难分辨，但被《中国植物志》中、英文版作两个种处理。 本文对藏麻黄和丽江麻黄的七个居群、151个个体的叶、雌球花和节间长等形态学性状进行了分析，发现各性状的变异情况在群体间无明显差异。同时我们还对154个个体的叶绿体DNA trnT-trnF和 trnS-trnfM区进行了序列分析，两个片段的联合矩阵长1382bp，共有29个变异位点，其中有9个碱基变异和2个indel，可划分为H1、H2和H3三种单倍型。这3种单倍型在丽江麻黄中均有分布，但藏麻黄仅含H1和H2。 综合来自形态学和分子方面的证据，我们发现藏麻黄和丽江麻黄的关系非常近缘，因此建议予以合并。同时本文还以膜果麻黄（E. przewalskii）为外类群，从谱系生物地理学角度探讨了三种叶绿体单倍型的进化关系，发现H2最原始，分布最广;H1与其它两种单倍型间的序列差异较大，可能是较进化的类型。此外，无性克隆的繁殖方式可能是导致Ephedra单倍型非常简单的重要原因之一。

崖柏属的系统发育与生物地理学研究－兼论广义柏科4CL基因的进化

第三纪末期和第四纪的气候变冷使广泛分布于北半球的暖温带/亚热带生物区系的分布区破碎化，形成了各种洲际间断分布格局。其中东亚—北美东部间断分布最为常见，自林奈时代起就吸引了植物学家们的关注。为了探讨这一地理分布格局的形成过程，前人开展了大量的研究工作，包括间断类群分布的比较、种间关系的经典分类学和化学分类学研究、地理分布的分支分析、遗传距离的估算等。随着分子系统学的发展，在各级分类阶元水平上探讨植物系统发育关系的研究取得了重大进展，很多植物类群的系统发育得到了重建，这使东亚－北美间断分布类群的历史生物地理学研究变得更为切实可行。同时，生物地理学的理论有了新的发展，新的分析方法不断涌现，化石记录及古气候和古地质资料得到大量积累，为深入探讨东亚—北美间断分布提供了条件。目前，已有20 多个东亚－北美间断分布的植物类群被详细研究，丰富了我们对这一现象的认知。然而，以往的研究多基于单亲遗传的叶绿体基因和（或）PCR 直接测序所得的nrDNA ITS 序列，在探讨杂交和网状进化方面存在较大的局限性。在本研究中，我们选取了崖柏属（Thuja L.）这一典型东亚—北美间断分布类群，用来自叶绿体和细胞核的多个基因序列重建其系统发育，探讨其地理分布格局的形成过程，并讨论不同遗传体系的多基因联合分析在植物生物地理学研究中的应用。此外，我们还初步探讨了低拷贝核基因4CL 在广义柏科的进化式样。 1、崖柏属的系统发育和生物地理学研究 崖柏属共 5 种，其中3 种分布于东亚，2 种分别分布于北美东、西部。我们用5 个叶绿体DNA 片段（rpl16 内含子, atpI-rpoC1、trnS-trnfM 和trnS-trnG 基因间区以及trnT-trnF 区）和3 个核基因片段（ITS，LEAFY，4CL）的序列重建了崖柏属的系统发育。发现：（1）基因树拓扑结构的冲突存在于叶绿体基因和核基因之间，甚至不同的核基因之间，说明崖柏属曾发生多次种间杂交并导致网状进化;（2）崖柏属中存在两个种对，即日本香柏－崖柏和朝鲜崖柏－北美香柏;（3）朝鲜崖柏在叶绿体和核基因树上位于不同的位置，可能因古老的杂交和叶绿体捕获所致;（4）北美乔柏的叶绿体基因存在镶嵌式的变异，可能在物种形成过程中发生了叶绿体重组。根据分子钟度量结果，崖柏属两个种对的分化时间为51.1±3.96 Mya，日本香柏和崖柏的分化时间为23.7±5.04 Mya，朝鲜崖柏和北美乔柏的分化时间为14.7±6.06 Mya。 基于多个基因的系统发育分析、DIVA 分析、化石证据和分子钟度量，我们推测崖柏属在古新世或更早的时候起源于北美高纬度地区，并通过白令陆桥扩散到东亚，然后通过隔离分化形成日本香柏－崖柏这一种对。白令陆桥和阿留申陆桥可能在崖柏属的进一步迁移中起了重要介导作用，使崖柏属内发生了多次种间杂交事件，并导致了崖柏－日本香柏和朝鲜崖柏－北美香柏这两种主要的叶绿体类型间的重组以及朝鲜崖柏对北美香柏叶绿体基因的捕获。携带重组叶绿体DNA 的杂交个体迁入北美西部，产生了北美乔柏。根据分子钟估算结果，该迁移事件可能发生在中新世。 鉴于以往对东亚—北美间断分布植物类群的分子系统学研究多基于单亲遗传的叶绿体基因和（或）PCR 直接测序的ITS 数据，这些类群中的网状进化事件可能被低估。同时，我们的结论也部分解释了为什么东亚、北美东部、北美西部三者间的关系存在很多争议：频繁的杂交和渐渗模糊了种间的系统发育关系。因此，我们建议在生物地理学研究中用来源于多个基因组的多基因分析，特别是用单/低拷贝核基因。 2、广义柏科4CL 基因进化的初步研究 广义柏科是松杉类植物中唯一在南、北半球广泛分布的类群，该科中既有古老的孑遗属和寡种属，也有第三纪起源、呈南北半球间断分布的类群。研究4CL 基因在这一类群中的进化，有助于探讨低拷贝核基因在松杉类植物中的进化式样和规律。4CL 在植物次生化合物的生物合成中起重要作用，它催化激活4-香豆酸和一些相关的底物形成不同的辅酶A，促进各种苯丙烷类的代谢。 我们从广义柏科 17 个属中扩增并克隆到23 条4CL 基因序列。基因结构和系统发育分析表明，4CL 在广义柏科中分为4CLI 和4CL II 两大类，二者间的序列相似性为67-70％，进化速率也有很大差异。RT-PCR 结果证明这两种类型均能转录，推测它们都具有功能，且基因结构的差异和序列之间的高度分化暗示这两大类可能执行不同的功能。在4CL 基因树中，落羽杉亚科、北美红杉亚科、狭义柏科的单系都得到了支持。尽管4CL 在广义柏科中的类型及拷贝数还有待研究，但4CLI 很可能以单拷贝或低拷贝存在，其高变的内含子序列可以用来探讨种间的系统发育关系。

全缘叶绿绒蒿的谱系生物地理学研究

青藏高原是我国植物多样性和特有性最高的地区，其中横断山区由于复杂的地质变迁历史和独特的地貌已成为研究物种多样性的一个热点。全缘叶绿绒蒿是分布于青藏高原及其周边地区的高山植物，该物种的谱系生物地理学研究不仅有助于揭示横断山区的物种分化机制及地理分布格局的形成过程，而且有助于探讨青藏高原隆升及新生代晚期气候变化对横断山区物种遗传结构的影响。 本研究对全缘叶绿绒蒿的12 个群体、153 个个体的叶绿体DNA trnS-trnfM片段进行了序列测定，比对校正后该片段的长度为877－962 bp，其中含6 个突变位点和5 个插入缺失（两个7 bp，两个39 bp，一个6 bp）。根据这些变异，可分为12 种叶绿体单倍型（H1-H12）。全缘叶绿绒蒿在物种水平上的核苷酸多态性分别为π = 0.00152 和θ = 0.00122，单倍型多样性为HE 为0.791，群体之间的遗传分化系数FST 为0.46579。中性检测结果显示无论在物种水平还是在群体水平，都没有显著偏离中性模式，说明该物种近期没有经历明显的瓶颈效应或奠基者效应等历史事件。我们从地理上将全缘叶绿绒蒿的群体分为四个地区，即云南、川西、川北和青海地区。AMOVA 分析显示群体间的遗传分化系数FST为0.46579，大多数的核苷酸多态性来自群体内（53.42%），其次来自于地区内的群体间（40.44%），而四个地区之间的分化非常小，仅占6.14%。失配分析显示在整个物种的分布范围内呈现单峰式样（r = 0.0475, P = 0.07924），这种分布虽然是不显著的，但P 值接近显著的临界，说明可能存在不明显的扩散，但在各个地区内的群体都没有扩散的迹象。 比较单倍型的地理分布和单倍型之间的进化关系，发现川西和川北地区存在明显差异，这两个地区都拥有比较古老的单倍型，也具有地区特异的稀有单倍型，因此很可能是全缘叶绿绒蒿在冰期时的避难所。云南地区只具有一个古老单倍型H1，这种分布可能是由川西和川北避难所的南迁造成的，也可能该地区自身就是古老单倍型H1 的发源地。青海地区只有两种古老的单倍型，由于冰期后物种有往高纬度迁移的趋势，因此这个地区的单倍型可能是在冰期后由川西和川北迁移过去的。全缘叶绿绒蒿在横断山区单倍型的片段化分布及多个避难所的存在可能与该地区独特的高山低谷相间地貌以及受多次冰期影响有密切关系。

黄杉属的分子系统发育与生物地理学

松科植物的叶绿体和线粒体基因分别为父系和母系遗传，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。此外，松科中的多个属（如黄杉属、铁杉属等）呈洲际间断分布，是研究生物地理学问题的良好试材。 本文选择来自于叶绿体和线粒体基因组的5个DNA片段，通过序列分析对黄杉属的所有8个种进行了系统发育重建;同时结合已有的对黄杉属的各方面研究，讨论了该属典型的东亚-北美间断分布式样的形成过程。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA片段trnfM-trnS、rpl20和trnP的序列分析 无论叶绿体基因两两组合分析还是3个叶绿体片段的联合分析均强烈支持东亚的6种黄杉属植物聚为一支（支持率>96%），其中日本黄杉位于最基部，其他分布于中国的5个种聚在一起。 (2) 线粒体基因nad5和cox1的序列分析 线粒体基因序列的进化速率较慢，信息位点相对较少，因此分辨率较低。本文中线粒体DNA序列在黄杉属的东亚物种间几乎没有分辨率，但是仍以>60%的Bootstrap支持率将该属分为东亚与北美两个姐妹支。 (3) 5个DNA片段的联合分析 5个细胞质DNA片段(trnfM-trnS, rpl20, trnP, nad5, cox1)的联合数据矩阵长4351 bp，其中含变异位点129个（3.0%），信息位点109个（2.5%）。利用最大简约法进行的系统发育分析表明：黄杉属分成北美和东亚两支，与地理分布相吻合，并分别得到了66%和100%的支持;中国的5个物种形成一个单系分支，该分支与日本黄杉为姐妹群关系。 根据上述叶绿体和线粒体DNA片段的序列分析结果，并结合前人的研究资料，我们认为黄杉属通过白令陆桥扩散后，在北美和东亚独立进化，但该属的起源地尚需要进一步研究。

Phylogenetic analyses reveal high levels of polyphyly among pleurocarpous lineages as well as novel clades

Phylogenetic analyses of the Hypnales usually show the same picture of poorly resolved trees with a large number of polyphyletic taxa and low support for the few reconstructed clades. One odd clade, however, consisting of three genera that are currently treated either within the Leskeaceae (Miyabea) or Neckeraceae (Homaliadelphus and Bissetia), was retrieved in a previously published phylogeny based on chloroplast rbcL. In order to elucidate the reliability of the observed Homaliadelphus - Miyabea - Bissetia - clade (HMB-clade) and to reveal its phylogenetic relationships a molecular study based on a representative set of hypnalean taxa was performed. Sequence data from all three genomes, namely the ITS1 and 2 (nuclear), the trnS-rps4-trnT-trnL-trnF cluster (plastid), the nad5 intron (mitochondrial), were analyzed. Although the phylogenetic reconstruction of the combined data set was not fully resolved regarding the backbone it clearly indicated the polyphyletic nature of various hypnalean families, such as the Leskeaceae, Hypnaceae, Hylocomiaceae, Neckeraceae, Leptodontaceae and Anomodontaceae with respect to the included taxa. In addition the results favor the inclusion of the Leptodontaceae and Thamnobryaceae in the Neckeraceae. The maximally supported HMB-clade consisting of the three genera Homaliadelphus (2-3 species), Miyabea (3 species) and Bissetia (1 species) is resolved sister to a so far unnamed clade comprising Taxiphyllum aomoriense, Glossadelphus ogatae and Leptopterigynandrum. The well-resolved and supported HMB-clade, here formally described as the Miyabeaceae, fam. nov. is additionally supported by morphological characters such as strongly incrassate, porose leaf cells, a relatively weak and diffuse costa and the presence of dwarf males. The latter are absent in the Neckeraceae and the Leskeaceae. It is essentially an East Asian family, with one species occurring in North America.

Evolution of the Neckeraceae (Bryophyta): resolving the backbone phylogeny

Earlier phylogenetic studies, including species belonging to the Neckeraceae, have indicated that this pleurocarpous moss family shares a strongly supported sister group relationship with the Lembophyllaceae, but the family delimitation of the former needs adjustment. To test the monophyly of the Neckeraceae, as well as to redefine the family circumscription and to pinpoint its phylogenetic position in a larger context, a phylogenetic study based on molecular data was carried out. Sequence data were compiled, combining data from all three genomes: nuclear ITS1 and 2, plastid trnS-rps4-trnT-trnL-trnF and rpl16, and mitochondrial nad5 intron. The Neckeraceae have sometimes been divided into the two families, Neckeraceae and Thamnobryaceae, a division rejected here. Both parsimony and Bayesian analyses of molecular data revealed that the family concept of the Neckeraceae needs several further adjustments, such as the exclusion of some individual species and smaller genera as well as the inclusion of the Leptodontaceae. Within the family three well-supported clades (A, B and C) can be distinguished. Members of clade A are mainly non-Asiatic and nontropical. Most species have a weak costa and immersed capsules with reduced peristomes (mainly Neckera spp.) and the teeth at the leaf margins are usually unicellular. Clade B members are also mainly non-Asiatic. They are typically fairly robust, distinctly stipilate, having a single, at least relatively strong costa, long setae (capsules exserted), and the peristomes are well developed or only somewhat reduced. Members of clade C are essentially Asiatic and tropical. The species of this clade usually have a strong costa and a long seta, the seta often being mammillose in its upper part. The peristome types in this clade are mixed, since both reduced and unreduced types are found. Several neckeraceous genera that were recognised on a morphological basis are polyphyletic (e.g. Neckera, Homalia, Thamnobryum, Porotrichum). Ancestral state reconstructions revealed that currently used diagnostic traits, such as the leaf asymmetry and costa strength are highly homoplastic. Similarly, the reconstructions revealed that the 'reduced' sporophyte features have evolved independently in each of the three clades.

Analysis of the hierarchical structure of the B. subtilis transcriptional regulatory network

The transcriptional regulation of gene expression is orchestrated by complex networks of interacting genes. Increasing evidence indicates that these `transcriptional regulatory networks' (TRNs) in bacteria have an inherently hierarchical architecture, although the design principles and the specific advantages offered by this type of organization have not yet been fully elucidated. In this study, we focussed on the hierarchical structure of the TRN of the gram-positive bacterium Bacillus subtilis and performed a comparative analysis with the TRN of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Using a graph-theoretic approach, we organized the transcription factors (TFs) and sigma-factors in the TRNs of B. subtilis and E. coli into three hierarchical levels (Top, Middle and Bottom) and studied several structural and functional properties across them. In addition to many similarities, we found also specific differences, explaining the majority of them with variations in the distribution of s-factors across the hierarchical levels in the two organisms. We then investigated the control of target metabolic genes by transcriptional regulators to characterize the differential regulation of three distinct metabolic subsystems (catabolism, anabolism and central energy metabolism). These results suggest that the hierarchical architecture that we observed in B. subtilis represents an effective organization of its TRN to achieve flexibility in response to a wide range of diverse stimuli.

Larval development of estuary perch (Macquaria colonorum) and Australian bass (M. novemaculeata) (Perciformes: Percichthyidae), and comments on their life history

Morphological development of the larvae and small juveniles of estuary perch (Macquaria colonorum) (17 specimens, 4.8−13.5 mm body length) and Australian bass (M. novemaculeata) (38 specimens, 3.3−14.1 mm) (Family Percichthyidae) is described from channel-net and beach-seine collections of both species, and from reared larvae of M. novemaculeata. The larvae of both are characterized by having 24−25 myomeres, a large triangular gut (54−67% of BL) in postflexion larvae, small spines on the preopercle and interopercle, a smooth supraocular ridge, a small to moderate gap between the anus and the origin of the anal fin, and distinctive pigment patterns. The two species can be distinguished most easily by the different distribution of their melanophores. The adults spawn in estuaries and larvae are presumed to remain in estuaries before migrating to adult freshwater habitat. However, larvae of both species were collected as they entered a central New South Wales estuary from the ocean on flood tides; such transport may have consequences for the dispersal of larvae among estuaries. Larval morphology and published genetic evidence supports a reconsideration of the generic arrangement of the four species currently placed in the genus Macquaria.

旌节花科的分类和系统学研究

旌节花科是东亚特有科，仅有旌节花属1属。本文研究了该科植物的生活习性、外部形态、花粉形态和外壁超微结构以及花器官发生，并根据多个DNA区段的序列探讨了科的系统位置和属下关系。在此基础上，综合各方面的证据，对旌节花科进行了全面的分类学修订，完善了该科的分类系统。主要内容包括： 　　1、习性和外部形态学 　　结合室内标本和野外考察，对旌节花科植物的生活习性、叶、花序、花和果实各个性状的变异式样、变异幅度、变异规律及其相关性进行了深入研究，并讨论了它们的分类学价值。结果表明：叶片形状、叶缘齿、花序下的叶片是否宿存以及花序是否具花序梗等性状在种间变异非常大，单个性状对旌节花属属下分类意义不大;而叶片毛被、脉序和结构，花序长度，花的大小和颜色以及果实大小等性状通常较稳定，可作为旌节花属划分种和变种的重要依据。 　　2、花粉形态学和外壁超微结构 　　在透射电镜下研究了旌节花属5个代表种和1个外类群（Crossosoma californicum）的花粉外壁超微结构，并在扫描电镜下研究了外类群Crossosomataceae 1个代表种（Crossosoma californicum）的花粉形态学特征，结合前人的研究，探讨了上述性状的分类学意义。结果表明：旌节花属植物花粉形态的共同特征是：花粉粒球形或近球形，三孔沟;外壁具穴状纹饰，穴较细小;外壁内壁分层明显，容易区分（柳叶旌节花除外），覆盖层光滑，几无附属物，柱状层明显，穿孔较少，不形成半覆盖层。各种植物花粉外壁超微结构的特征在旌节花属两个组中较一致，但其差异可作为探讨属下种的分类和系统学关系的依据。此外，对旌节花科和Crossosomataceae花粉表面纹饰和外壁超微结构的研究结果提示：这两个科与省沽油科和山茶科厚皮香亚科有较近缘的关系，而不支持这两个科的姐妹群关系。 　　3、花器官发生 　　首次对旌节花属常绿组和落叶组共2个代表种的花器官发生进行了研究，结果表明：该科植物花为功能性单性花，雌雄异株，花发育过程长达10个月，其中2-3个月是冬季休眠期。在花发育早期，雄花和雌花的发育没有差异，花性别的分化发生在花发育后期，即每年春天花开前后的2-3天，雌花中雌蕊的子房开始膨大，柱头伸长，胚珠多数，能育，而雄蕊逐渐干瘪收缩直至最后花粉不育;此时雄花的雄蕊发育良好，花丝粗壮发达，花药饱满，花粉能育，而雌蕊发育逐渐停滞直至败育。花器官发生方式为向心式，发生顺序为：苞片—外轮萼片—内轮萼片—花瓣—外轮雄蕊—内轮雄蕊—雌蕊。花萼4枚，两轮，交互对生，花瓣和雄蕊均4枚一轮几乎同时发生，花瓣覆瓦状排列。旌节花属常绿组和落叶组植物的花器官发生发育过程没有差别。 　　4、基于多个DNA区段序列的系统发育分析 　　首次选取进化速率较快的5个DNA区段：核核糖体ITS区和叶绿体rps16, ndhF，trnL-F及trnS-G-G区段，对旌节花属分别代表常绿组和落叶组的10种2变种及外类群Crossosomataceae和省沽油科3种植物的相关序列进行测定，并将上述序列合并构建系统树。研究结果表明：旌节花科作为一个单系群得到很好的支持。旌节花属落叶组和常绿组的划分在基于ITS、叶绿体4个区段单独分析及联合分析得到的系统树中没有得到支持，表现在该联合分析得到的树的两个分支与该属植物的习性和外部形态特征无关，而与它们的地理分布密切相关：其中一支主要分布在东亚的偏北部，另一支主要分布在东亚的南部地区，常绿和落叶的种类则混合在这两支中。此外，分子序列分析的结果对该属植物的分类、系统关系、起源和该科的系统位置均有重要意义。系统树显示出分布于台湾的S. sigeyosii与分布于日本的早春旌节花聚成稳定的一支，说明前者与后者，而不是与西域旌节花关系密切。叶绿体基因树与核基因树存在冲突，表明该属经历过网状进化。推测变种披针叶旌节花与云南旌节花可能是杂交起源。根据叶绿体rbcL序列得出的系统树显示旌节花科与产北美的Crossosomataceae的姊妹群关系支持率低于50%。基于最大似然树，运用罚分似然法推算出这两个科分化时间为68.25 ± 10.36 MYA，这两者共同与省沽油科近缘。 　　5、分类学研究 　　综合上述研究结果，对旌节花属进行了分类学修订。属下不设立组;确认该属植物有6种6变种，其中中国特有种3个，变种3个。5种5变种被作为新异名，新组合3个，其中2个改级新组合。对西域旌节花、云南旌节花和滇缅旌节花等进行了模式指定。本文还给出了分种和变种检索表、各类群的形态学描述、地理分布图、标本引证和讨论等。 　　

鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科的分子系统学研究

利用叶绿体rbcL和atpB基因对鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科进行了系统发育重建。对鳞毛蕨科的范畴和科下划分进行了重点研究，同时基于叶绿体rps4-trnS和trnL-F序列对该科三个东亚特有属（玉龙蕨属、柳叶蕨属和鞭叶蕨属）的分类等级进行了研究，基于rbcL、atpB和accD基因重新讨论了拟贯众属的系统位置。主要内容包括： 1.鳞毛蕨科的界定及三个东亚特有属的系统位置 利用rbcL和atpB基因，探讨了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。取样包括了鳞毛蕨类所有主要的分类群，尤其是增加了中国和东亚地区的类群代表。两个基因片段的联合分析较好地解决了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。研究结果显示广义鳞毛蕨科是个多系类群，传统上置于鳞毛蕨科中的蹄盖蕨类athyrioid、球子蕨类onocleoid和叉蕨类植物tectarioid均应该从鳞毛蕨科分出而独立成科。我们的研究结果支持Smith et al.（2006）对鳞毛蕨科的重新界定，但被作者暂时置于鳞毛蕨科的三个属：大膜盖蕨属Leucostegia、肿足蕨属Hypodematium和Didymochlaena应该从鳞毛蕨科分立出去;红腺蕨属Diacalpe、毛枝蕨属Leptorumohra和黔蕨属Phanerophlebiopsis应该作为鳞毛蕨科的成员，同时被Smith et al.（2006）保留在叉蕨科的黄腺羽蕨属Pleocnemia也应该作为鳞毛蕨科成员。鳞毛蕨科下分为四个主要的分支：鳞毛蕨支dryopteroids、耳蕨支polystichoids、肋毛蕨支ctenitoids和舌蕨支elaphoglossoids。鳞毛蕨支和耳蕨支互为姐妹群，舌蕨支是其他三个分支的姐妹群。 玉龙蕨属Sorolepidium、柳叶蕨属Cyrtogonellum和鞭叶蕨属Cyrtomidictyum是鳞毛蕨科中的三个东亚特有属，这三个特有属的分类等级和系统位置在不同的分类系统中存在争议。本文对rbcL基因进行分析并结合孢子扫描电镜观察，不支持玉龙蕨属成为一个独立的属，而应该作为耳蕨属的异名。利用rbcL、atpB、trnL-F和rps4-trnS四个DNA片段对柳叶蕨属和鞭叶蕨属进行的系统学分析，支持鞭叶蕨属作为一个独立的属，并且位于整个耳蕨类植物的基部位置。柳叶蕨属同耳蕨属近缘，尤其是同耳蕨属的细裂耳蕨组Sphaenopolystichum、半开羽耳蕨组Haplopolystichum和戟叶耳蕨组Crucifilix关系较近。但是柳叶蕨属的分类等级以及与耳蕨属的属间界限尚需要进一步研究。 2.叉蕨科的分子系统学研究 对rbcL和atpB两个基因片段的单独和联合分析均表明，秦仁昌定义的叉蕨科Tectariaceae不是一个自然的单系类群。在系统发育树上，肋毛蕨属Ctenitis、轴鳞蕨属Dryopsis、节毛蕨属Lastreopsis和黄腺羽蕨属Pleocnemia与鳞毛蕨科聚在一起构成一个强支持的分支。当把上述四个属排除以后，叉蕨属Tectaria、轴鳞蕨属Ctenitopsis、地耳蕨属Quercifilix、牙蕨属Pteridrys和沙皮蕨属Hemigramma形成一个单系类群，并得到很好的支持，该单系类群同条蕨科、骨碎补科和水龙骨科形成姐妹群关系。该单系类群同目前Smith et al.（2006）对叉蕨科的定义一致。在rbcL基因单独分析中，爬树蕨属Arthropteris同叉蕨属－沙皮蕨属聚在一起，但支持率较低。 3.藤蕨科的分子系统学研究及拟贯众属的系统位置 根据对薄囊蕨类114个分类群的rbcL基因和30个代表类群的rbcL、atpB和accD基因的系统发育分析，发现传统的藤蕨科Lomariopsidaceae不是单系类群，除了藤蕨属和Thysanosoria仍然为藤蕨科成员外，藤蕨科的主要成员（实蕨属Bolbitis、网藤蕨属Lomagramma、舌蕨属Elaphoglossum和Teratophyllum）同鳞毛蕨科植物聚在一起，因此应该被归并到鳞毛蕨科。根据Smith et al.（2006）对藤蕨科的最新定义，藤蕨科包括藤蕨属Lomariopsis、肾蕨属Nephrolepis等在内的4个属。但是本文的研究不支持把肾蕨属作为藤蕨科成员，而应该作为一个独立的分类单元，即成立肾蕨科更为合适。根据我们的分析，拟贯众属Cyclopeltis既不是鳞毛蕨科也不是叉蕨科成员，而与藤蕨属Lomariopsis聚成一个强支持的姐妹群。叶片奇数一回羽状、侧生羽片以关节着生于叶轴，叶脉游离等形态特征支持两者的近缘关系。

栽培牡丹起源研究

牡丹在中国被称作“花中之王”。我国不仅是全部野生牡丹的原产地，也是栽培牡丹最早的驯化地。野生牡丹共有8个种，分布于云南、四川、湖北、甘肃、陕西、山西、安徽、河南和西藏等9省区，因其具有很大的观赏和药用价值，而在中国和世界温带地区广泛栽培。本研究利用形态特征和4个核基因片段（三个Adh 基因和GPAT基因片断）的核苷酸序列变异对牡丹组的种间系统发育关系进行了分析，并对我国栽培牡丹四个品种群的101个代表品种的可能祖先进行了形态学鉴定和分子诊断标记研究。在此基础上，利用核编码叶绿体表达的GPAT基因的（大内含子）部分序列和叶绿体基因组的trnS – trnG 和 rpS16 – trnQ两个基因间隔区的DNA序列变异重建了栽培牡丹37个代表品种和26个野生居群间的谱系关系。结果表明：（1）GPAT基因树是迄今得到的分辨率最好，并具有很高自展值支持的牡丹组种间系统发育关系树;（2）GPAT基因树和形态学证据一致支持银屏牡丹（P. suffruticosa ssp. yinpingmudan）, 凤丹（P. ostii）, 紫斑牡丹（P. rockii）, 卵叶牡丹（P. qiui）, 和矮牡丹 （P. jishanensis） 参与了栽培牡丹的起源;（3）叶绿体DNA单倍型网络树（network）进一步证实上述5个祖先类群的4个（矮牡丹除外）可能参与了栽培牡丹的母系起源。37个品种的GPAT基因谱系和叶绿体DNA单倍型网络树一致表明银屏牡丹是栽培牡丹最主要的祖先，其次是紫斑牡丹、凤丹、和卵叶牡丹;（4）我们的分子证据不支持形态学证据关于矮牡丹是栽培牡丹最主要的野生祖先的推测;（5）形态学和分子诊断标记证据表明，101个品种中有65.35 % 的品种具有两个以上野生种的特征，18.81 % 品种同时具有 Eco R I (+) 和 InDel51(+)物种特异分子标记。对37个品种的GPAT基因谱系和叶绿体DNA谱系比较发现，其中35个可能是杂种起源。另外，对7个古代牡丹品种（据文献记载）的GPAT基因的不同克隆类型进行测序和谱系分析，结果表明其中4 个为杂种起源。上述证据充分表明杂交和（或）渗入杂交在牡栽培牡丹的起源和进化中发挥了重要作用。根据本研究的结果，结合现有的形态学数据、考古记录，以及有关牡丹栽培和驯化历史的记载，我们对栽培牡丹的起源和驯化历史总结如下。牡丹的栽培迄今有1,600 – 2,000年，栽培牡丹最迟起源于1，500年前。最初通过驯化和对突变的选择获得原始品种。由于牡丹品种可以通过无性和（或）有性方式进行繁殖，其后新的品种通过如下方式产生：（1）对突变的选择，（2）对栽培类型和野生种之间或栽培类型之间杂交和（或）渗入杂交产生的实生苗的选择。由于绝大部分（如果不是全部）早期的原始品种已绝灭，现有栽培牡丹是起源于各种人工和自然进化力共同作用的结果，其中包括多次驯化、人工选择、突变、杂交和渗入杂交等。据作者所知，栽培牡丹的这种 ‘compilospecies’ 起源和驯化模式是目前已研究过的主要栽培作物中未见报道的。 因此，本研究不仅为栽培牡丹的多系起源和驯化历史提供了可信的分子证据，同时也为利用单拷贝基因的内含子序列构建栽培作物及其近缘野生祖先间的种系发生关系提供了成功的例子。另外，本研究也为同时利用核和叶绿体基因组的非编码DNA序列研究杂交在栽培作物的起源和进化的中作用提供了成功的例子。

蕨属的系统发育及谱系地理学研究

蕨属（Pteridium Gled. ex Scop）分布范围极广，几乎遍布于全世界。关于此属的属下分类一直争论不休，主要是因为此属的分布广，形态变异比较大，变异类型之间形态差异不显著，缺乏明确的鉴别性状，或者变异类型之间存在过渡。 本研究利用叶绿体rps4-trnS DNA序列和trnS-G DNA序列构建了世界不同地区蕨属植物的系统关系及中国区域蕨属植物的系统关系，同时构建了世界不同地区蕨属植物的单倍型关系。我们发现，（1）南美洲和澳洲的蕨属植物分化最早;（2）北美洲的蕨属植物遗传变异最丰富，有多条相互独立的进化线（evolutionary lineages）;（3）欧亚大陆和非洲的蕨属植物都与北美洲具有密切关系;（4）大洋洲的蕨属植物同时受南美洲和亚洲蕨属植物的影响;（5）东亚的蕨属植物直接受北美洲蕨属植物的影响，与欧洲和非洲没有直接的关系;（6）非洲和欧洲的蕨属植物关系密切，有着相同的起源。 根据不同地点的蕨属植物的系统关系和单倍型Network关系，我们认为，蕨属植物起源于南美洲，而后向北美洲和澳洲扩散。在北美洲东部和东南部蕨属植物得到繁荣并分别向三个方向扩散与分化。第一个方向是朝北美西部扩散，第二个方向是两次独立扩散到亚洲，第三个方向是扩散到非洲，进而由非洲向欧洲扩散。 根据叶绿体基因所揭示的世界不同地区蕨属植物的发生和发展规律结合前人的研究，我们认为蕨属包含四个物种。Pteridium aquilinum (L.) Kuhn，分布于北美洲、亚洲、非洲和欧洲。该种分布广泛，存在一定的地理分化，可进一步划分8个亚种。Pteridium esculentum (G. Forst.) Cokayne，分布于南美洲，并扩散到澳大利亚，甚至东南亚国家。Pteridium caudatum (L.) Maxon，分布于中美洲和南美洲，是个异源四倍体。Pteridium semihastatum (Wall. ex Ag.) S.B.Andrews，分布于澳洲和东南亚，是个异源四倍体。 通过分子数据和形态分析相结合，作者认为中国蕨属包括两个亚种，即蕨[Pteridium aquilinum (L.) Kuhn subsp.japonicum (Nakai) Á.Löve & D.Löve]和毛轴蕨[Pteridium aquilinum (L.) Kuhn subsp. revolutum (Bl.) X. Q. Chen, stat. nov.]。作者认为，《中国植物志》中记载的食蕨，特有种云南蕨、糙轴蕨、镰羽蕨和长羽蕨并不存在或只是蕨或毛轴蕨的变形，或者毛轴蕨与蕨的杂交个体。 为了今后更进一步研究蕨属植物的系统与进化关系、居群的遗传结构等问题，作者还分离了8个具有多态性的微卫星位点，探讨了微卫星引物开发设计过程中如何提高效率等问题。

苍山冷杉复合体的居群遗传变异与谱系地理学

青藏高原为冷杉属(Abies)的多度中心，共分布有10种，9变种和4亚种。其中苍山冷杉复合体(Abies delavayi complex)包括3种，5变种和2亚种。它们的形态性状变异较小，且分布区重叠。迄今对该复合体的遗传多样性水平、分化程度以及进化历史仍缺乏了解。 本研究对苍山冷杉复合体的14个居群、302个个体进行取样，并对193个个体的母系遗传线粒体DNA nad1 intron2区和276个个体的父系遗传的叶绿体DNA trnS-trnG区进行了序列分析。该复合体的线粒体DNA nad1 intron2区的序列为675bp，其中有4个单碱基变异和1个插入/缺失，可分为6种线粒体单倍型。这14个居群的线粒体总核苷酸多态性(π)为0.00114，单倍型多态性(Hd)为0.627，居群间的遗传变异(FST)高达84.034%。叶绿体DNA trnS-trnG区的序列排列后为718bp，共有8个单碱基变异和4个插入/缺失，可分为12种叶绿体单倍型。这14个居群的总核苷酸多态性(π)为0.00116，单倍型多态性(Hd)为0.590，居群间的遗传变异(FST)为65.830%。以上结果显示苍山冷杉复合体居群间已经产生了强烈的遗传分化。叶绿体的3种主导单倍型(H1、H2和 H3)在YLXS、SKXS、GS和WX 4个居群中都有分布;而其它居群则只有主导单倍型(除SJLS外)中的1种或2种。造成边缘居群(如JZS)多样性较低的主要原因是冰期后群体在迁移过程中的遗传漂变和奠基者效应。根据谱系关系线粒体H1型和叶绿体H3型均为较古老的单倍型，线粒体和叶绿体的谱系关系均支持上述分析。 本研究初步推测青藏高原的东南部—横断山区(包括YLXS、SKXS、GS、WX、BMXS、ELS和EMS)可能为苍山冷杉复合体的冰期避难所，群体存在冰期后向西和向南扩张的过程。间冰期群体隔离和扩张过程中的奠基者效应是形成目前居群分化和遗传多样性分布格局的重要因素。

东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究—以莲科和菖蒲科为例

在洲际间断生物地理学研究中，东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究一直是关注和研究的热点。在本论文中我们选取了水生和半水生的植物代表类群，莲科（Nelumbonaceae）和菖蒲科（Acoraceae）作为研究对象，通过来自叶绿体、线粒体和核基因组的DNA 序列分析和微卫星分析，一方面探讨莲科的系统位置、揭示其间断地理格局的形成过程、重建菖蒲科的系统发育及其地理格局的形成过程的同时，另一方面，在总结前人研究成果的基础上，总结东亚—北美间断分布的基本特点。主要成果总结如下。 1. 菖蒲科的系统发育和分子生物地理学 菖蒲科仅含一属，菖蒲属（Acorus），共5 种。其中北美菖蒲（A. americanus） 分布于北美，其余4 种（A. calamus, A. gramineus, A. tatarinowii and A. rumphianus） 分布于亚洲的东部和南部。北美菖蒲和菖蒲（A. calamus）叶片中间具有明显的中肋；其余3 种不具有明显的中肋。本论文的19 份材料包含了4 个种，（不含较狭域分布的长苞菖蒲A. rumphianus），利用4 个叶绿体基因片段（trnL-F, psbA-trnH, rps16-trnK, rbcL）和1 个核基因片段（ITS）的序列重建菖蒲属的系统发育。结果表明（1）具有中肋和不具中肋的物种各自聚为一支；（2）具有中肋的菖蒲和北美菖蒲亲缘关系最近，构成东亚—北美间断种对关系；（3）在不具有中肋的一支内部，来自台湾的材料与其它材料差异最大，其余的材料也明显的分为了两类。基于rbcL 序列，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算菖蒲属起源时间约为135.17 百万年（mya），菖蒲和北美菖蒲的间断分歧时间约为3.72mya。该结果支持菖蒲属为古老的单子叶植物，但东亚—北美间断物种分化时间较年轻。我们推测间断的种对可能通过白令陆桥，从东亚扩散到了北美。 2. 莲科的系统位置和分子生物地理学 莲科仅含一属，莲属（Nelumbo），两个种莲（N. nucifera）和美洲黄莲（N. lutea），间断分布于东亚、澳大利亚北部和北美东部。莲科的系统位置在形态和分子证据不一致。本论文使用了核基因18S rDNA、26S rDNA，叶绿体基因atpB、rbcL，线粒体基因NAD1 的序列重新构建莲科的系统位置并进行了分化时间推算。结果为：（1）叶绿体和核基因构建的严格一致树的拓扑结构不一致，叶绿体数据支持莲科和山龙眼科、悬铃木科具有较近的亲缘关系，核基因数据显示莲科位于真双子叶植物的基部；（2）5 个基因片段的合并分析结果显示，莲科与山龙眼科、悬铃木科聚为一支但支持率不高；（3）基于核基因、叶绿体和5 个基因的分别合并数据，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算莲科起源时间分别为，113.13 、109.38 和110.35mya ，两个间断物种的分化时间为，3.77、4.34、5.85mya；（4）根据间断的时间和两个物种的遗传差异程度，现存的两个物种应是来自于东亚或北美的冰期残遗，而不是来自于两个大陆祖先种的独立进化后裔。 3. 莲的分子谱系地理学研究 我们采集了37 份莲的材料，10 份美洲黄莲的材料，代表了两者的主要分布区。我们选取了叶绿体基因（trnL-trnF, trnS-trnG, petB-petD 和psbA-trnH），线粒体基因COX1，以及11 个微卫星位点进行莲的分子谱系地理研究。DNA 序列显示莲和美洲黄莲均具有很低的遗传多样性；微卫星数据揭示了稍高于DNA 序列的遗传多样性。两物种相比，美洲黄莲的多样性较高。基于微卫星数据的遗传结构分析表明，莲存在明显的3 个地理分化区域，这三个区域的遗传分化显著（FST=0.542），说明莲远距离群体间基因交流有限。基于DNA 序列和微卫星数据的单倍型地理分布关系，我们推测东南亚地区是莲的避难所或冰期残遗区，冰期后群体分别向西和向北扩张。 4. 东亚—北美间断分布的一般特点 （1）东亚—北美东部间断分歧时间范围较长，从始新世中期甚至更早一直持续到1mya 左右；东亚—北美西部间断类群分化时间跨度相对小，集中在中新世时期；东亚—整个北美间断分化时间与东亚—北美东部间断类群一样经历较长时间；草本类群晚于木本类群形成间断分布式样，洲际间断分化时间与类群的起源时间并无相关性。（2）东亚与北美间断分布类群的起源地因类群而异。（3） 东亚与北美间断分布类群扩散方向呈不确定性。（4）东亚与北美间断类群扩散有三条可能的路径，即大西洋陆桥、白令陆桥和南半球跨洋长距离传播。