（植物学专业论文）扭柄花属系统演化的研究.pdf

摘要 i 扭柄花属系统演化的研究 扭柄花属系统演化的研究 摘 要 摘 要 本文从形态学、分类学、细胞学、分子系统学和生物地理学等方面对扭柄花 属（streptopus michx.）的系统演化和地理分布格局的形成进行了探讨。主要结 果如下： 1细胞学 对扭柄花属 streptopus 4 种（其中 s. simplex 4 个居群）和外类群万寿竹属 dispoum 植物 d. viridescens.核形态进行了研究。研究显示：该属是一个在染色 体水平变异比较大的属。其中 s. paviflorus 2n=32； s. obtusatus 2n=18, x=9 ； s. simplex 2n=14, 16, x=7,8 均为首次报道的新数目.以前认为该属的体细胞染色 体基数为 x=81,结合本文报道的新数目，扭柄花属 streptopus 有 x=7,8,9 三种染 色体基数。 2分子系统学 基于 trnl-f 和 rpl16 两个片段对扭柄花属 streptopus4 种 （其中 s. simplex 染 色体=14，16 的 2 个居群）和外类群万寿竹属 dispoum 植物 d. viridescens 进行 了分子系统学研究。在对扭柄花属的研究中，trnl-f 和rpl16 内含子序列在属 内最大的序列趋异率不到 4%，rpl16 变异位点 139 个，信息位点仅有 6 个，分 析显示，如此慢的基因进化速率并不能为系统发育重建提供足够的信息。本分 子系统学的研究虽然在属内种间的关系的讨论中不能作为强有力的证据，但是 与形态和细胞学的资料结合，还是作出了一些有意义的提示。花梗 c 型的 s. koreaus 和 s. obtusatus 聚为一支，花梗 a 型和 b 型的聚为另一枝，分子证据支 持本文关于用花梗相对着生位置推测本属系统演化和分布格局的合理性。 3形态和分布 在广泛的野外调查并查阅了大量标本和文献的基础上， 对各种的形态特征和 分布展开了论述。 认为花梗 c 型北美、 东亚、 欧洲南部广泛分布的 s. amplexifolius 可能是比较原始的类群， 而分布于东喜马拉雅-横断山的 s. simplex 花梗为 a 型， 最为进化。 4扭柄花属的现代分布格局 以细胞学和形态学为基础结合地质资料，对扭柄花属 streptopus 植物的现代 地理分布格局的形成过程进行分析：扭柄花属 streptopus 植物很可能是北极-第 三纪成分的一员，该属可能起源于高纬度的北部区域，在北极地区气候变冷或 冰期是被迫南迁进入欧洲、东亚和北美大陆，在中新世后，随喜马拉雅隆升， 西南季风的形成，北方南移通道的打开，沿秦岭和黄河一线并环沿秦巴山区向 横断山和喜马拉雅地区迁移。在迁移的途中分化出西南地区和喜马拉雅特有的 s. obtusatus 、s. simplex 和 s . paviflorus。 关键词：扭柄花属 streptopus 系统演化 细胞地理 摘要 iii phylogeny of the genus phylogeny of the genus streptopus zhang ting(botany) directecd by prof. zhi-jian gu abstract zhang ting(botany) directecd by prof. zhi-jian gu abstract phylogeney and distribution pattern of the genus streptopus were studied based on the data from morphology, cytology, dna sequnences. main results are summarized as follows: 1. cytology four taxa (four populations of s. simplex ) of streptopus and the outgroup species disporum viridescens were studied cytologically. the results indicated that the genus has great variation on chromosome number and basic chromosome number. and the s. paviflorus 2n=32； s. obtusatus 2n=18, x=9 and s. simplex 2n=14,16,x=7,8 were reported in the first time. the former study 1 indicated the genuss basic chromosome number was x=8, based on our cytology study results, the genus streptopuss basic chromosome number should be renewed as: x=7, 8, 9. 2. molecular phylogeny dna sequences of the genus streptopus were analyzed by using trnl-f and rpl16 sequences. the species d. viridescens was taken as outgroup. though the cladistic tree based on limited sequence information sites couldnt give powerful evidence to phylogeny study, it is indicate that species s. koreaus and s. obtusatusthe which peduncle with a is share the same clade, and the species peduncle with b and c in next clade, the molecular data support the conclusion about the genuss phylogeny and distuibution based on the peduncle character. 3. the morphology and distribution the evolution direction of the morphology in streptopus was discussed based on the extensive field observation, herbarium specimens and literatures examination. it is suggest that the s. amplexifolius distributed in north-america、east-asia and south-europe is the primordialest one, and the s. simplex which distributing in himalayan-hengdun mountains is the most evolutional one. 4. the distribution pattern of genus streptopus the distribution pattern of genus streptopus was discussed based on cytology , morphology and dna sequence data. the information can be inferred as follows: the genus streptopus may be part of the flora of arctic-tertiary which origin from the northern high latitude area. the genus was forced to migrate to south when the arctic area change into cold-era or ice-era, one clade migrate to east-asia, another to north-america and the third to europe. in the late miocene, the east-asia flora, with the lift of himalayan-hengdun mountains, and the south-west monsoon formed, the passway that plant migrated from north to south was opened. the genus migrated from the east-asia along the qinling mountains dispersed to hengduan moutains and the south of eastern himalaya. attributed to this areas complex and variety circumstance, three endemic species emergented: s. obtusatus ,s. simplex and s. paviflorus. key words: streptopus; phylogeny; distribution pattern 第一章 研究历史与背景 1 第一章 研究历史与背景 第一章 研究历史与背景 扭柄花属streptopus(michx, fl. bor.-amer. 1: 200. 1803)是百合科(liliaceae) 黄精族（polygonateae）的一个小属,也常将其归入 convallariaceae2。 扭柄花在黄精族内以叶子抱茎,花序腋生,根状茎横走为主要分类特征。 是一 北温带分布的属，北美分布达美国南部，欧洲主要分布于南部山区,西部缺分 布,我国主要分布于东北三省和西南高海拔山区。 fassett3根据花的形状,花梗与叶片和茎的相对位置,花梗扭曲程度,柱头形 状,叶片特征和果实颜色等性状将 streptopus 分为 7 种：s. simples, s. parviflorus, s. amplexifolius, s. obtusatus, s. roseus, s. streptopoides, s. koreanus 和 16 个变种。 北美植物志4用 s. lanceolatus 替代 s. roseus，我国有 s. simples, s. parviflorus, s. obtusatus，s. koreanus （s. streptopoides subsp.streptopoides var.koreanus (komarov) kitamura）及 s. ovalis5。 11 近缘属间研究现状 11 近缘属间研究现状 黄精族 trib.polygonateae 是分类上比较困难的类群。由于种类多，分布广， 族内属间关系及其与邻近族间的系统关系不是很明确，不同的分类系统中黄精 族的范围及所包含的类群差异较大。其中以 krause6为代表，他认为黄精族包 括：clintonia , disporum, disporopsis, drymophila, maiantheman, oligobotrya, polygonatum, streptopus and smilacina. 尽管在此后的一些系统中，黄精族的范 围有所不同7 89（见表一), 但都包括 streptopus。 dahlgren et al.10根据一些胚 胎学特征，蜜腺类型及缺乏草酸钙针晶等把 clintonia, disporum 和 streptopus 从黄精族中分出，移至 uvulariaceae 科中。吴征镒11将本属归为油点草科 (calochortaceae)也认为本属与万寿竹属原多置于 polygonatum 类群或 uuvlaria 附近,其实并无内在连系。 扭柄花属系统演化的研究 2 shinwari12根据黄精族 5 个属的 cpdna 变异分析显示 disporum 与 uvularia 近缘， 而 prosartes 与 streptopus 更近缘。 吕海亮13根据 streptopus, disporum 和 clintonia 与黄精族其他类群的叶表皮和种皮特征的差异较大而与 uvulariaceae 科的油点草属 tricyrtis 和细钟花 uvularia 相似，支持 dahlgren 将 disporum 和 streptopus 从黄精族中分出，移至 uvulariaceae 科中。shinwari14 通过 rbcl 基因的 dna 序列分析， 对 krause6的黄精族及其近缘类群进行了系统发育的重 建。发现 smilacina、 dispouopsis, polygonatum , maiantheman 和 铃兰属 convallaria构成一单系类群； clintonia, streptopus， 油点草属tricyrtis和prosartes 构成一单系类群；disporum 和细钟花 uvularia 构成另一单系类群。吴世安15 对广义百合科黄精族 6 属 23 种及铃兰族 1 属 1 种的叶绿体基因组 trnk 和 rpl16 两个基因片段进行 pcr-rflp 分析后，支持将 disporum 和 streptopus 从黄精 族中分出。 1.2 属内研究现状 121 形态学方面 在对 streptopus 这个属的研究中 fassett3作出了卓越的工作。他根据花的 形状,花梗与叶片和茎的相对位置,花梗扭曲程度,柱头形状,叶片特征和果实颜色 等性状将 streptopus 分为 7 种,s. simples, s. parviflorus, s. amplexifolius, s. obtusatus, s. roseus, s. streptopoides, s .koreanus 和 16 个变种。北美植物志4用 第一章 研究历史与背景 3 streptopus lanceolatus 替代 s. roseus，我国有 s. simples, s. parviflorus, s. obtusatus, s .koreanus 及 s. ovalis5。 streptopus ovalis (ohwi)wang et. y.c. tang 又名 disporum ovale ohwi 是 ohwi 16年根据朝鲜半岛所采标本(faurie271)在万寿竹属下建立起来的由于该 植物兼具万寿竹和扭柄花属的分类特征如叶抱茎而花序却顶生等性状，故常引 起归属的争议。 汤彦承17根据该种花的形状为盘状， 花被片基部不为囊状和种子有沟槽以及 合点的形状等将其归入扭柄花属，吕海亮13根据该种的叶表皮和种皮特征与扭 柄花属其他种有明显相似性而与万寿竹属植物的叶表皮和种皮特征无共同点， 支持汤彦承17将其归入扭柄花属。而 hara18认为该种具顶生花序，较长的花丝 和较少光滑的卵形种子与 disporum sect. disporum 植物相似而仍将其归入万寿 竹。傅沛云19根据花粉特征也建议将其归入万寿竹属。 李南淑20在对朝鲜万寿竹属的研究中根据叶解剖结构和细胞学研究认为 disporum ovale ohwi 是万寿竹中最进化的一个类群。而在 1990 年，同样是李 南淑21在完成对包括 s.ovalis 在内的 9 种万寿竹属植物和 5 种扭柄花属植物的 孢粉学研究后，支持将 s.ovalis 归为 streptopus 属，但是也发现其孢粉学特征也 有别与其他 streptopus 属植物。 前人多是就分类学问题方面从事研究，较少涉及系统进化方面的研究。 122 细胞学 122 细胞学 扭柄花属（streptopus）的细胞学研究多为染色体的记数，从已发表的资料 看，多数观察显示扭柄花属的染色体基数 x=8，体细胞染色体数：s. simplex， 2n=32 22, s. koreanus, 2n=24,4823， s. roseus, 2n=1624, s. amplexifolius, 2n=16+1b25 3223，s.streptoides, 2n=54 26。s. ovalis,2n=1620。前人细胞学研究 多为染色体数目的报道，很少进行染色体核型的分析，更加缺乏进行系统的细 胞学分析，没有为类群关系的分析提供有力的证据。 扭柄花属系统演化的研究 4 123 分子系统学 123 分子系统学 随着分子生物学技术在系统学领域的成功应用，分子系统学已经广泛应用 于各个分类阶元的系统重建27。近几年已发表了一些关于黄精族植物的分子系 统学方面的研究论文，如 rbcl 序列的测定1428;cpdna 的 rflp 分析15，ndhf 序列分析29。但目前尚无扭柄花属内的 dna 水平上的研究。 扭柄花属系统演化的研究 5 第二章 细胞学研究 细胞学(或称细胞分类学)是利用染色体资料来探讨分类（classification） 、系 统学 （systematics） 、 植物地理学 （plant geography） 以及物种生物学(biosystematics) 等方面问题的一门分支学科30容主要包括对细胞有丝分裂中间期细胞核的形 态 、 前 期 染 色 体 的 构 型 ， 中 期 染 色 体 的 数 目 、 形 态 结 构 等的研究；也包括对减数分裂过程中同源染色体的配对行为以及减数分裂中期 染色体的数目、形态的研究。实践证明，染色体资料对于讨论科间及科以上类 群的关系上的作用难以确定，主要用于属和种一级的研究，一般而言，染色体 基数、间期核和前期染色体类型的变异反映植物在属级或种级水平的变异，而 核型特征的变异如次缢痕的结构和数目、b 染色体的特征等反映了植物种或种 下水平的变异。 扭柄花属 streptopus 的细胞学研究多为染色体的数目的统计，从已发表的资 料看，多数观察显示扭柄花属的染色体基数 x=8，体细胞染色体数：s. simplex， 2n=32 22, s. koreanus, 2n=24,4823， s. roseus, 2n=1624, s. amplexifolius, 2n=16+1b25 3224，s.streptoides, 2n=54 26。s. ovalis,2n=1620。前人的工作都为 扭柄花属 streptopus 植物更深入的研究积累了资料。 本文对扭柄花属 streptopus4 种 （其中 s. simplex 4 个居群） 核形态进行了研究， 并结合形态特征对其系统演化关系和地理分布进行了讨论，为该属起源与演化 以及分布格局的形成与发展提供了细胞学证据。 2.1 材料和方法 2.1.1 材料 本研究的实验材料和凭证标本号见表 1。凭证标本存于中国科学院昆明植 物所标本馆(kun)，活植物栽培于昆明植物园。 在活体植株上取根尖。用饱和对二氯苯室温下处理 4h，然后用卡诺固定液 （100%酒精：冰乙酸=3：1 ） 在 4c 下固定至少 30 分钟，然后在 70%的酒精 中放置 10 分钟，后在 60c 水浴中用解离液（1nhcl:45%乙酸=1：1）解离 30 秒。用地衣红染色过夜。用常规压片法压片。在 zeiss 显微镜在 100 倍油镜下 第二章 细胞学研究 6 观察。用德国的蔡氏公司的 ikaros 软件照相，核型分析按李懋学等31的方法 进行，核型分类按 stebbins（1971）32标准划分。 表 2.1 实验材料、凭证标本及产地 table 2. pecies, locations and vouchers used for studies 种名 species 采集地 location 海拔 altitude 凭证标本 voucher dispoum viridescens 吉林长白山 1200m t.zhang121 s.koreanus 吉林长白山 2100m t.zhang111 s.parviflorus 四川峨眉山 2400m t.zhang181 s.obtusatus 四川峨眉山 2400m t.zhang191 s.simples 云南贡山县 3400m t.zhang141 云南福贡县片马 3100m t.zhang151 云南香格里拉小中甸3600m t.zhang171 云南香格里拉碧塔海3700m t.zhang161 2.2 结果 对扭柄花属 streptopus 4 种（其中 s.simplex 4 居群）核形态进行了研究，外类 群为万寿竹属 dispoum 植物 d. viridescens.主要核型参数见表 2.2，表 2.3 和表 2.4。各种的核形态特征描述如下： 宝珠草 d. viridescens： 核型公式为 2n=2x=16=2m +8sm+6t。最长染色体与最短染色体长度比为 2.78， 68.75%的染色体臂比值大于 2 ，核型不对称性为 3b 型（fig3.1a,fig3.2a） 。该 物种染色体明显较扭柄花属 streptopus 植物大，最长染色体的绝对长度大约为 14um。 丝梗扭柄花 s. koreanus： 核型公式为 2n=6x=48=8m+36sm+4st。为一六倍体种。最长染色体与最短染色 体长度比为 1.96， 54.17%的染色体臂比值大于 2 ，核型不对称性为 3a 型 （fig3.1b,fig3.2b） 。 小花扭柄花 s. parviflourios 扭柄花属系统演化的研究 7 核型公式为 2n=4x=32=12m+10sm+10t(2sat)，其中第六对染色体含有一对随 体。为一四倍体种。最长染色体与最短染色体长度比为 2.95， 53.12%的染色 体臂比值大于 2 ，核型不对称性为 3b 型（fig3.1c,fig3.2c） 。 扭柄花 s. obtusatus 核型公式为 2n=2x=18=2m+7sm+1st+8t。为一 2 倍体种，染色体基数为 9。最 长染色体与最短染色体长度比为 3.54， 66.67%的染色体臂比值大于 2 ，核型 不对称性为 3b 型（fig3.1b,fig3.2b） 。 腋花扭柄花 s. simplex 观察研究了腋花扭柄花(s. simplex)四个居群即香格里拉碧塔海，小中甸，福 贡片马和贡山的核型显示：片马和贡山居群 2n=14，为二倍体，x=7。两居群的 核型基本一致， 第一对染色体都是 m 型染色体，其长度约为其余染色体的两 倍。片马居群的核型公式为 2n=14=6m+8sm ,贡山居群的核型公式为 2n=14=4m+10sm 。核型属于 2b 型。 香格里拉碧塔海和小中甸居群 2n=16, x=8，也是二倍体。该两居群没有一 对大的 m 型染色体，表现为相对长度由大到小渐变。中甸居群的核型公式为 2n=16=8m+2sm+6st ， 核 型 属 于 2b 型 ； 小 中 甸 居 群 的 核 型 公 式 为 2n=16=4m+8sm+4st。核型 3b 型。 表 2.2 实验材料的核型参数 taxon karyotypic formula lc/sc as.k type d. viridescens 2n=2x=2m+8sm+6t 2.78 68.75 3b s.koreanus 2n=6x=48=8m+36sm+4st 1.96 54.17 3a s.parviflourios 2n=4x=32=12m+10sm+10t(2sat) 2.95 53.12 3b s.obtusatus 2n=2x=18=2m+7sm+1st+8t 3.54 66.67 3b s.simplex 小中甸居群 2n=2x=16=4m+8sm+4st 2.44 68.75 3b s.simplex碧 塔海居群 2n=2x=16=8m+2sm+6st 2.32 50.00 2b s.simplex 片马居群 2n=2x=14=6m+8sm 2.90 28.57 2b s.simplex 贡山居群 2n=2x=14=4m+10sm 2.78 28.57 2b lc/sc=最长/最短 as.k=臂比大于 2 的染色体占的百分比 type=不对称型 第二章 细胞学研究 8 表 2.3 s. koreanus, s. parviflourios, d. viridescens s. obtusatus 的核型参数表 s.koreaus r.l a.r type r.l a.r type 1 2.83 1.75 sm 13 1.85 2.00 sm 1 2.72 1.79 sm 13 1.90 1.85 sm 2 2.72 3.08 st 14 2.11 2.42 sm 2 2.67 3.00 st 14 2.16 2.50 sm 3 2.52 6.00 st 15 2.06 2.64 sm 3 2.52 4.44 st 15 1.90 2.08 sm 4 2.57 2.57 sm 16 1.90 2.36 sm 4 2.47 2.69 sm 16 1.80 2.18 sm 5 2.52 1.23 m 17 1.85 2.60 sm 5 2.52 1.33 m 17 1.85 2.00 sm 6 2.47 2.69 sm 18 1.80 2.18 sm 6 2.47 2.69 sm 18 1.70 2.67 sm 7 2.36 1.09 m 19 1.70 1.75 sm 7 2.26 1.59 m 19 1.70 1.75 sm 8 2.36 1.88 sm 20 1.90 2.36 sm 8 2.36 1.88 sm 20 1.75 2.40 sm 9 2.42 1.76 sm 21 1.70 1.54 m 9 2.26 1.75 sm 21 1.64 1.29 m 10 2.16 2.23 sm 22 1.70 1.75 sm 10 2.06 2.64 sm 22 1.54 2.00 sm 11 2.21 2.07 sm 23 1.64 1.46 m 11 2.00 2.25 sm 23 1.54 1.31 m 12 2.00 2.90 sm 24 1.49 2.22 sm 12 1.95 2.80 sm 24 1.44 1.80 sm s.parviflourios r.l a.r type r.l a.r type 1 5.86 3.67 t 9 2.93 4.60 t 1 4.92 4.22 t 9 2.82 3.50 t 2 4.71 1.50 m 10 2.72 2.25 sm 2 4.60 1.44 m 10 2.62 1.78 sm 3 4.39 2.23 sm 11 2.82 3.50 sm 3 3.77 2.27 sm 11 2.41 3.60 sm 4 3.56 3.86 t 12 2.72 1.17 m 4 3.45 3.71 t 12 2.51 1.40 m 5 3.35 3.57 t 13 2.51 1.40 m 5 3.35 3.57 t 13 2.20 1.63 m 6 3.14 1.36 m 14 2.51 1.67 m 6 3.14 1.56 m 14 2.41 1.30 m 7 2.93 4.60 t 15 2.41 2.29 sm 扭柄花属系统演化的研究 9 7 3.14 3.29 t 15 2.30 2.67 sm 8 3.14 2.00 sm 16 1.88 1.57 m 8 2.82 2.00 sm 16 1.99 1.38 m d. viridescens s.obtusatus r.l a.r type r.l a.r type 1 9.50 2.46 sm 110.39 3.59 t 1 8.57 2.05 sm 110.12 3.47 t 2 8.43 2.60 sm 28.39 3.50 t 2 8.17 2.39 sm 27.72 3.46 t 3 7.23 2.27 sm 36.13 3.18 t 3 7.03 2.75 sm 35.59 3.67 t 4 6.43 1.53 m 46.26 3.70 t 4 5.76 1.39 m 45.33 3.44 t 5 5.15 4.13 t 55.19 1.79 sm 5 5.02 3.41 t 54.53 1.83 sm 6 4.48 3.79 t 64.79 2.60 sm 6 4.69 3.38 t 64.53 3.25 st 7 4.08 3.69 t 74.39 2.00 sm 7 3.82 3.38 t 73.99 2.00 sm 8 3.68 1.75 sm 83.60 2.86 sm 8 3.41 2.19 sm 83.33 2.57 sm 93.46 1.60 m 92.93 1.63 m r.l.=相对长度（relative length） ，a.r.=臂比值(arm ratio)，type=着丝点类型(type of chromosomes) 表 2.4 腋花扭柄花 s. simplex 四个居群的染色体核型参数 table 2.4 parameters of chromosome in four populations of s. simplex 小中甸 xiaozhongdian 碧塔海 bitahai 片马 pianma 贡山 gongshan 2n=4m+8sm+4st 2n=8m+2sm+6st 2n=7m+7sm 2n=4m+10sm rl arm ratio type rl arm ratiotyperl arm ratio type rl arm ratiotype 1 9.77 3.00 st 9.38 3.22st 13.711.26 m 13.79 1.14m 1 9.42 3.15 st 8.89 3.00st 12.131.70 m 12.50 1.27m 2 8.73 3.17 st 8.89 3.50st 8.091.25 m 7.54 2.15sm 2 7.16 4.13 st 7.65 3.43st 7.871.69 m 6.99 2.45sm 3 7.16 2.72 sm 6.91 2.50st 7.192.20 sm 6.62 2.27sm 3 7.16 2.72 sm 6.67 2.38st 6.292.11 sm 6.43 1.91sm 4 6.28 2.27 sm 6.42 1.60m 6.292.11 sm 6.25 1.83sm 4 6.28 2.60 sm 6.17 1.27m 5.842.71 sm 6.25 2.09sm 5 5.93 1.83 sm 5.68 2.29sm 6.071.70 m 6.07 1.75sm 第二章 细胞学研究 10 5 5.24 2.75 sm 5.68 2.29sm 5.621.78 sm 5.88 1.90sm 6 4.89 2.11 sm 5.43 1.44m 5.621.78 sm 5.51 1.31m 6 4.54 2.25 sm 4.94 1.50m 5.392.00 sm 5.33 1.64m 7 4.54 1.36 m 4.44 1.25m 5.171.30 m 5.88 2.2 sm 7 4.36 1.50 m 4.69 1.37m 4.721.33 m 4.96 2.25sm 8 4.53 1.6 m 4.20 1.43m 8 4.01 1.56 m 3.95 1.67m r.l.=相对长度（relative length） ，a.r.=臂比值(arm ratio)，type=着丝点类型(type of chromosomes) 扭柄花属系统演化的研究 11 图 3.1 扭柄花 strptopus 体细胞中期染色体图 a= d. viridescens b=s.koreanus c= s.parviflorus d= s.obtusatus e=s.simples 小中甸居群 f=s.simples 碧塔海居群 g=s.simples 片马居群 h=s.simples 贡山居群 第二章 细胞学研究 12 图 3.2 扭柄花 strptopus 体细胞中期染色体核型图 a= d. viridescens b= s. koreanus c= s. parviflorus d= s. obtusatus e= s. simples 小中甸居群 f= s. simples 碧塔海居群 g= s. simples 片马居群 h=s. simples 贡山居群 2.3 讨论 2.3 讨论 2.3.1 腋花扭柄花 s. simplex 的染色体基数变异 比较腋花扭柄花 s. simplex 四个居群的核型可以看出， 香格里拉碧塔海和小中 甸居群（2n=16，x=8）均有两对 st 型染色体；而贡山和片马居群（2n=14，x=7） 则没有， 却有一对 m 型染色体， 从相对长度看这一对 m 型染色体大约为其他染 扭柄花属系统演化的研究 13 色体长度的 2 倍，因此，我们推测该四个居群染色体数目和基数的变异是由于 着丝粒发生横裂或合并所致，即一对 m 染色体横裂为两对 st 染色体或两对 st 染色体合并为一对 m 染色体。 染色体数目的变异可以导致物种起源，是植物进化的一种重要方式。着丝粒 横裂和着丝粒合并是染色体变异的主要方式之一， 它直接影响着染色体的数目， 形态和结构33。在动物中着丝粒横裂和着丝粒合并是核型变异的一种非常重要 的方式，已有许多经典的例证，但在高等植物中这样的例证虽然近年有所增加 但相对而言仍然很少34。由于着丝粒横裂和着丝粒合并是唯一可以通过比较染 色体核型而观察到， 几个经典的例子如洪德元对35飞燕草属 （consolida） 的 x=9 新基数起源的研究；hunt36对 zebrina 和 cymbispatha 组内的着丝粒合并的判 断都是基于核型分析。 由于一条 m 染色体发生着丝粒横裂的直接产物应是两条 t 染色体，而两条 st 染色体通过着丝粒并合形成一条 m 染色体是容易实现的，故腋花扭柄花中 2n=16 居群的两对 st 染色体并合为一对 m 染色体的可能性更大；另一方面，判 断着丝粒横裂与并合的另一条准则是确定分类群的原始基数， 由原始基数上行， 伴随中部着丝粒染色体的减少和端部着丝粒染色体的增加的变化为横裂，反之 则为并合33。本属的原始基数尚不清楚，本属有报道的种类的染色体基数为 x=8，因此若认为 x=8 是原始基数，则 x=7 为新基数，本类群发生的是着丝粒 并合。一般认为着丝粒并合的机制是一条具端部或近端部着丝粒染色体的短臂 和另一条类似染色体的长臂在近轴区断裂，接着发生并合，分别把长臂和长臂， 短臂和短臂衔接起来，结果形成两条具中部着丝粒的染色体，一条大，另一条 很小，由于这条大染色体已经含有绝大部分原有遗传信息，而小染色体在遗传 上已不重要，再加上其太小以至减数分裂时进行联会和形成交叉的可能性微乎 其微，因此常常丢失3034，但植物的表形特征一般不会有明显变异。 m 型染色体发生横裂更容易：着丝点平行断裂后，容易形成具有功能的端 部着丝粒染色体34。一旦发生着丝粒横裂必将改变连锁基因群的关系，从而表 现出多种效应或是生理生态方面或是形态方面的变异，最后在居群间产生后生 的基因交流障碍，新的遗传结构和功能或多或少会导致表型特征发生一些变异 以至新种的形成34。我们仔细分析观察了两种基数四个居群的活植物及标本没 第二章 细胞学研究 14 有发现它们间在形态特征上有明显的变异。综合以上分析，我们推测腋花扭柄 花的 x=7 的染色体新基数是由 x=8 的染色体组中的 1 对大型的 m 染色体的着丝 粒发生并合而来。 2.3.2 扭柄花属 streptopus 属内的细胞学研究 卵叶扭柄花 streptopus ovalis (ohwi)wang et. y.c. tang 又名 disporum ovale ohwi,由于该植物兼具万寿竹和扭柄花属的分类特征如叶抱茎而花序却顶 生等性状，故常引起归属的争议。李南淑22在对包括卵叶扭柄花 s. ovalis 在内 的朝鲜万寿竹属植物进行了细胞学研究.图3.1,3.2中的宝珠草与图3.3的卵叶 扭柄花 s. ovalis 的细胞学特征比较可以看出, 卵叶扭柄花 s. ovalis 明显具有万 寿竹属植物的细胞学特征:染色体明显大于扭柄花属植物,核形态特征也与万寿 竹属植物相同. 图 3.3 streptopus ovalis (ohwi)wang et. y.c. tang (disporum ovale ohwi) 的中期染色体图(摘自李南淑,197921) 从已报道的细胞学方面的资料来看，该属是一个染色体水平变异比较大的 属(见表 2.3)。其中 s. paviflorus 2n=32； s. obtusatus 2n=18,x=9 ；s. simplex 扭柄花属系统演化的研究 15 2n=14,16, x=7,8 均为首次报道的新数目，以前认为该属的体细胞染色体基数 为 x=81,结合本文报道的新数目，扭柄花属 streptopus 有 x=7,8,9 三种染色体基 数。 该属染色体水平如此丰富的变异同其生长环境和生长习性密切相关。扭柄 花 streptopus 植物为多年生草本，根状茎匍匐，具有有效的营养繁殖能力，且 多分布在环境多变的高纬度、高海拔或高山地区。恶劣的环境下发生染色体变 异的几率更大，而一旦发生染色体变异（数目，倍性，基数）必然经过繁育系 统的选择，大部分刚出现的多倍体，特别是那些减数分裂不规则的多倍体，必 须通过半不育的“瓶颈”关，多年生植物要比一年生植物有较好的条件度过这 一关，而如果多年生草本能够以根状茎或匍匐茎进行营养繁殖进行扩张，这一 关更易度过30。扭柄花属 streptopus 植物恰恰满足这些条件，这也是属内染色 体水平上存在如此大变异的原因。 可以预见,随着居群取样的扩大,会有更多的种 间和种内多倍体的发现. 表 2.5 扭柄花属 streptopus 的染色体数目 taxon chromosom numbers reference s. roseus, 2n=16 x=8 plante, s.,1995 s. amplexifolius 2n=16+1b x=8 kapoor, b.m.,1987 s. streptoides 2n=54 x=9 takahashi, 1976 s. streptoides var.brevipes 2n=16 x=8 taylor krause in act.hort.gothob.2:94(1926) 植株高 15-45 厘米。根状茎纤细，粗 1-2 毫米。茎直立,不分枝或中部以上 分枝，光滑无毛。叶卵状披针形或卵状长圆形，厚纸质，长 5-8 厘米，宽 2.5-4 厘米，先端急尖或渐尖，基部心形，报茎，边缘具有睫毛状细齿。花单生，钟 状，貌似从叶下生出，淡黄色，内面有时带紫色斑点，下垂；花梗 2-2.5 厘米， 中部以上具有关节，关节处呈膝状弯曲，具一腺体；花被近离生，长 8-9 毫米， 宽 1-2 毫米，长圆状披针形或披针形，上部呈镰刀状；雄蕊短，花药长箭形， 长 3-4 毫米；花丝粗短，稍扁，呈三角形；子房球形，无棱；花柱长 4-5 毫米， 柱头三裂至中部以下。浆果直径 6-8 毫米。种子多数，椭圆形。花期 6-7 月， 果期 8-9 月。生于海拔 2000 到 3600 的山坡针叶林下。2n=18。 主要分布于四川西部及西北部，青海、陕西和甘肃也有分布。在云南仅见 delavay279（kun）苍山一号标本。 fasstt 4本种认为与 s. roseus 非常近缘，只是地理将两者分别隔离在东亚和 北美；本种与 s. amplexifolius 的区别是叶抱茎的式样不同：s. obtusatus 叶基部 不呈心形，多少有些倾斜，叶边缘的锯齿每厘米 28-40 个齿大大多于 s. amplexifolius。 四川 四川 马尔康：郎楷永 2177（kun） ；宝兴：宋滋圃 38323（kun） （pe） ；南坪 九寨沟：郎楷永 1624（kun） ；汶川：郎楷永 1192（kun） ；马尔康：李馨 71562 （pe）吴中伦 32502（pe） ；小金县：706462（pe） ；若尔盖：郎楷永 1912（kun） ； 康定折多山：418316（sz） ；茂县理县：何锜 13346（pe）418330（sz） ；黑水 县：418326（sz）李馨 73095（pe）73969（pe） ；峨眉山：张挺 191（kun）云 南 云 南 大理苍山：delavay279（kun） ；陕西 陕西 太白山：liou t.n.2663（pe）汪发瓒 707（pe） ；甘肃 甘肃 永登：钟补求 10109（pe）