（植物学专业论文）石蒜属种间关系和杂交起源的研究.pdf

摘要 石蒜属( 厶舻。r 括h e r b ，) 是石蒜科( a m a r y l l i d a c e a e ) - - 类具鳞茎的多年生草本植物，全世界 约2 0 种左右，我国有1 5 种及1 变种，1 0 种为中国特有，主产我国长江以南以及日本、韩国， 老挝和缅甸也各有1 n 2 种。石蒜属植物种间杂交频繁，种间存在连续的变异类型，染色体核 型变异复杂，因此搞清该属植物的种问遗传关系不仅有助于阐明该属系统演化关系和物种形 成机制，而且还可以丰富植物染色体进化的理论基础，对石蒜新品种杂交选育也具有重要指 导价值。 本研究选取了石蒜属有代表性的1 6 个种( 2 6 个体) 以及2 个遗传背景清楚的人工杂种， 共2 8 个材料，通j m r a p d 和i s s r 分子标记、r d n a i t s 序列、c p d n a t m l - f 和a t p b r b c l 序列分 析，结合形态和染色体核型特征，初步搞精了石蒜属种间关系、杂交起源方式和物种形成机 制，得出了以下结论： 1 石蒜属的种闻关系 基于分子标记和d n a 序列分析结果，石蒜属植物可分为三类： ( 1 ) 第一类包括中国石蒜l y e o r 妇c h i n e n s 血、忽地笑la u r e a 、安徽石蒜la n h u i e n s i s 长 筒石蒜ll o n g i t u b a 和黄长筒石蒜l 1 0 n g i t u b av e 加v 口，其核型均为2 n = 6 m + 1 0 t ，在相似 性系数o 7 8 和o 5 6 处，r a p d 和i s s r 分子标记将它们蒙为一支，揭示它们具有较近的遗传 关系，i t s 、t r n l - f 以及a t p b r b e l 序列分析也将它们聚在支，揭示它们具有较近的关系。 ( 2 ) 第二类包括了2 x 和3 x 石蒜l r a d i a t a v 口r a d i a t a 、矮小石蒜lr a d i a l a v p u m i l a 、血石蒜三s a n g u i n e a 、换锦花l s p r e n g e r i 、红蓝石蒜lh a y w a r d i i 和玫瑰石蒜l r o s e a ，全部具有2 n = 2 2 a 核型，仅3 x 石蒜为3 3 a 。r a p d 、i s s r 标记及i t s 序列分析均表明 它们有较近的亲缘关系，除换锦花在r a p d 标记中被聚在第三类。红蓝石蒜和玫瑰石蒜的i t s 序列存在部分加和性位点，证实二者可能是杂交起源。在c p d n ai r n l - f 和a t p b r b c l j 事列分析 中，第二类石蒜属与第三类中的部分杂种聚在一个较大分支内，( b t s 分别为8 9 和9 9 ) ， 揭示了第二类种是这些杂种的亲本之一。 ( 3 ) 第三类包括石蒜属内全部不育种：短蕊石蒜三c a l d w e l l i i 、江苏石蒜l h o u d y s h e l i i 、 黄花石蒜l f l a v e s c e n s 、乳自石蒜la t b i f l o r a 、麦秆石蒜三rs t r a m i n e a 、香石蒜上i n c a r n a t a 和 鹿葱三, 2 q u a m i g e r a ，核型包括m + 1 + a 三种染色体类型。r a p d 分析将麦杆石蒜与石蒜三个 变种、红蓝石蒜与玫瑰石蒜聚在一起，其他杂种与换锦花聚在一起，揭示换锦花、石蒜、红 蓝石蒜和玫瑰石蒜可能是这些杂种的亲本之一。i s s r 分子标记和i t s 序列分析结果致， 支持这些种具有较近的亲缘关系。i t s 序列分析发现这些杂种的全部信息位点均为加和性 ( a d d i t i v i t y ) 位点，证实了它们是由m + t 核型的种类与a 核型的种类之间杂交起源的。在 叶绿体t r n l f 和a t p b r b c l 序列分析中，这些杂种分别聚在具m + t 核型的种类的分支和具 a 核型种类的分支内，考虑到石蒜科的母系遗传事实，首次从分子水平揭示了这些杂种的母 本可能是具有m + t 核型的种类和具a 核型的种。 2 石蒜属的杂交起源 综合分子标记、n r d n ai t s 和t m l - f 及a t p b - r b c l 序列分折证实： 石蒜属内具有m + t + a 混合型染色体种全部是杂交起源的。短蕊石蒜f i n a l 白石蒜起源于 中国石蒜和换锦花杂交，其中短蕊石蒜的6 m + 1 0 t 染色体组来自中国石蒜未减数的配子，而 乳白石蒜3 m + 5 t 染色体组来自中国石蒜减数的配子；麦秆石蒜起源于中国石蒜和矮小石蒜的 杂交；香石蒜和鹿葱起源于长筒石蒜和换锦花的杂交；江苏石蒜起源于长筒石蒜和矮小石蒜 的杂交；黄花石蒜起源于血石蒜和中国石蒜的杂交； 发现可育的红蓝石蒜和玫瑰石蒜也可能是杂交起源的，起源于换锦花和矮小石蒜的杂 交。 推测可育种内协同进化导致了i t s 序列均一化，使得可育种i t s 序列加和位点数量非常 少，以至克隆测序难以发现。石蒜属可育种间关系需进一步研究。 结合形态和核型特征分析分子标记及分子序列分析认为天然杂种在石蒜属广泛存在， 许多分类学上的种都是杂交起源的，如鹿葱、乳白石蒜、麦杆石蒜、香石蒜、短蕊石蒜、红 蓝石蒜、玫瑰石蒜和黄花石蒜。杂交是石蒜属内物种形成的主要方式。 3 一些种类及石蒜属的分类地位 i s s r 、r a p d 标记分析揭示安徽石蒜与长筒石蒜和黄长筒具有非常近的遗传关系，i t s 序 列和叶绿体d n a 序列分析也揭示它们具有很高的序列同源性，并且它们形态差异微小( 花 色自与黄，花被筒长与短) ，建议将安徽石蒜降为长筒石蒜的变种。 分子标记和d n a 序列分析支持石蒜( lr a d i a t a ) 三个变种的地位，三者形态及其相似。 染色体均为a 类型，d n a 序列的微小变化，表明它们是个种内不同变异类型。 分子标记和d n a 序列分析揭示香石蒜与鹿葱具有非常近的亲缘关系，但二者的形态和 染色体核型存在定差异，因此这两个种的关系值得进步研究。 联合n r d n a 和叶绿体d n a 序列分析了石蒜属，君子兰属，文殊兰属，拟兰属，三蕊兰 属等不同属和科的系统发育关系，结合前人工作，认为石蒜科作为独立科存在是合理的，石 蒜属与狭义百合科的关系更远。 关键词：石蒜属分子系统学种问关系杂交起源分类地位 v a b s r a c t t h eg e n u sl y c o r 括( a m a r y i l i d a c e a e ) c o n s i s to f a b o u t2 0s p e c i e s d i s t r i b u t e di nw a mt e m p e r a t ea n d s u b t r o p i c a lz o n e so fe a s ta s i af r o ms o u t h w e s t e r nc h i n at oj a p a na n ds o u t h e r nk o r e a , w i t haf e w e x t e n d i n gt on o r t h e r nl n d o c h i n aa n dn e p a l ，15s p e c i e so fw h i c ha r en a t i v et oc h i n a l y c o r i s s p e c i e se a s i l yh y b r i d i z ew i t he a c ho t h e r ；h y b r i d so fm o r p h o l o g i c a lf e a t u r e sv a r yf r e q u e n t l yi n n a t u r ea n da m o n gc u l t i v a t e dg e n o t y p e s t h ec h r o m o s o m en u m b e r sa n dk m y o t y p e sa ts p e c i e sa n d g e n u sl e v e lv a r yw i t hw i d er a n g e ，i n c l u d i n gd i p l o i d st r i p l o i d st e t r a p l o i d sa n da n e u p l o i d s ，t h e t r a d i t i o n a li d e n t i f i c a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no ft h eg e n u sl y c o r i sa r el a r g e l yb a s e do nm o r p h o l o g y a n dc o l o ro ff l o w e r s ；l e a fm o r p h o l o g yi sn o to fm u c hv a l u ei ni d e n t i f i c a t i o n s d u et oe a s y h y b r i d i z a t i o nw i t he a c ho t h e ra n dw i d em o r p h o l o g i c a tf e a t u r e sv a r i a t i o n ，i ti sd i f f i c u l tt oi d e n t i f y a n dc l a s s i f yu n k n o w no rn e w l ya c q u i r e da c c e s s i o n so f l y c o r i ss p e c i e sb ym o r p h o l o g i c a lf e a t u r e s i nu a t l 3 t r ea n dc u l t i v a t i o n t h e r e f o r e ，i ti sh e l p f u lt oh a v ei n f o r m a t i o no ng e n e t i cv a r i a t i o na n d r e l a t i o n s h i p sa m o n gt h e s ea n ds o m eo ft h em o r er e c e n tc o l l e c t i o n so fl y c o r 括f r o mt h ew i l da n d a r b o r e t u m sn a d a r eh y b r i d s ，a n ym o r e ，r e s e a r c ho ng e n e t i cv a r i a t i o na n di n t e r s p e c i f i cr e l a t i o n s h i p s a m o n gc u l t i v a t e da n dw i l ds p e c i e si sn e e d e df o raw e l lt m d e m t a n d i n go f s p e c i a t i o ni nl y c o r 括 i np r e s e n ts t u d y , w ec o l l e c t e d2 8i n d i v i d u a l sp r e s e n t i n g1 6d o u b t l e s ss p e c i e sa n ds e v e r a l v a r i e t i e s t h ej o i n tu s eo f r a p da n di s s rm a r k e r sa n di t s ，t r n l f ，a t p b r b c ls e q u e n c e sa n a l y s i s s e e k st of i n dt h ep h y l o g e n e t i cr e l a t i o n s h i p sa m o n gl y e o r 扭，t h em o l e c u l a rd o c u m e n t a t i o nf o r p o s s i b l ei n t e r s p e c i f i ch y b r i d i z a t i o ni nt h eg e n u sl y e o r 如，a n ds p e c i a t i o nb yh y b r i d i z a t i o n t h e m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1i n t e r s l m i f i er e l a t i o n s h i p 妯l y c o r i s ( 1 ) t h el y c o r i ss p e c i e sw e r ed i v i d e di n t ot h r e em a i nc l u s t e r s ，t h e f i r s tc l u s t e ri n c l u d e dl i o n g i t u b a , 三l o n g i t u b av a r t i a r a , 工a n h u i e n s i s ，lc h i n e n s i sa n d a v r e c l 。t h em o l e c u l a rm a r k e r s h o wg e n e t i cs i m i l a r i t yc o e f f i c i e n tv a l u eo f o 7 8a n do 5 6 r e s p e c t i v e l y t h es a m er e s u l t sa r ef r o m i t s ，t m l - fa n da t p b r b c ls e q u e n c e sa n a l y s i s t h eb o o t s r a pv a l u e sa r e7 4 9 5 a n d9 7 r e s p e c t i v e l y ( 2 ) t h es e c o n dc l u s t e rw a sc o m p r i s e do fs p e c i e s 诵t l lah a p l o i dg e n o m eo f11s u b t e t o e e n t r i c c h r o m o s o m e s ( a ) ：l s p r e n g e r i ，lr a d i a t av a r p u m i l a , lr a d i a t av a r , r a d i a t a ( d i p l o i d sa n d t r i p l o i d s ) , 三h a y w a r d i ia n d 厶r o s e a t h ea n a l y s i so fr a p da n dc h l o r o p l a s td n as e q u e n c e s s u g g e s t sw h i c hc l u s t e rs p e c i e sa r et h ep r i m o g e n i t o r so ft h ep u t a t i v e h y b r i d s ；t h ea n a l y s i so fi s s r a n di t ss e q u e n c e sa r ec o n s i s t e n tw i t ho n ea n o t h e r ( 3 ) t h et h i r dc l u s t e rw a sc o m p r i s e do fs p e c i e sw i t hm i x t u r e so fs u b t e l o c e n t r i c ，t e l o c e n t r i ca n d m e t a c e n t r i cc h r o m o s o m e s ( m 钾r + a ) ：三，h o u d y s h 鳓i ，l c a l d w e l l i i ，ls t r a m i n e a ，l a l b i f l o r o , l i n c a r n a t aa n d 上s q u a m i g e r aa n dt w oh y b r i d s m o l e c u l a rd a t as e t sc o n f i r ma l ls p e c i e so ft h i s c l u s t e ra r eh y b r i do r i g i n 2h y b r i do r i g i 丑si nl y c o r i _ i nl y e o r i sf r e q u e n th y b r i d i z a t i o na n dw i d em o r p h o l o g i c a lv a r i a t i o na r ep r e v a l e n t ；f 1p l a n tr i s eu p v l s e e dt h r o u g t hs e x u a la n da s e x u a lp r o p a g a t et or a p i df o r m a t i o no fn e wb u l d s t h em o l e c u l a rt o o l s c o n f i r mn a t u r a lh y b r i d sd i s t r i b u t e dw i d e ly ，h y b r i d i z a t i o np l a ya ni m p o r t a n tr o l ei ns p e c i a t i o ni n l y c o r i s 三e a l d w e l l i ia n dla l b i f l o r ad e r i v e df r o mh y b r i d i z a t i o nb e t w e e nlc h i n e n s i sa n dls p r e n g e r t h ef o r m e ri n h e r i t e dt h e6 m + 1 0 tu n r e d u c e dg a m e t eo f l c h i n e n s 妇，w h i l e3 m + 5 t o f l a l b i f l o r a w e r e f r o mar e d u c e dg a m e t eo f 工c h i n e n s i s s i m i l a r l y , s f f a m m e ao r i g i nf r o mh y b r i d i z a t i o n b e t w e e nle h i n e n s i sa n dlr a d i a t av a r p u m i l a ；i n c a r n a t aa n dls q u a m i g e r ad e r i v e df r o m h y b r i d i z a t i o nb e t w e e nl 1 0 n g i t u b aa n dls p r e n g e r i ；lh o u d y s h e l i id e r i v e df r o mh y b r i d i z a t i o n b e t w e e nl i o n g i t u b aa n dl r a d i a t av a r p u m i l a ：lf l a v e s c e n sa r ef r o mh y b r i d i z a t i o nb e t w e e nl s a n g u i n e aa n dl c h i n e n s i s ；l h a y w a r d i ia n dl m s e aw e r ef r o mh y b r i d i z a t i o nb e t w e e nl s p r e n g e r ia n dl r a d i a t av a t p u m i l a 。t h ef e r t i l es p e c i e sh a v ef e wa d d i t i v i t ys i t e si ni t ss e q u e b c e s ， t h i sc o u l db ee x p l a i n e db yt h es e x s u a lp r o p a g a t i o na r o s e dt h ec o e v u l t i o ni nf e r t i l es p e c i e zw h i c h d e c r e a s e dt h ea d d i t i v i t ys i t e so f l t s 3t h et a x o n sp o s i t i o no f l y e o r 缸 t h el a n h u i e t i ss h o u l dn o tb er e c o g n i z e da sd i s t i n c ts p e c i e ss t a t u sa n db er e c o g n i z e da sa v a r i e t yo f li o n g i t u b a m o l e c u l a rd a t as u p p o r tt h es t a t u so fd i p l o i ds p e c i e s 上r a d i a t av a r p u m i l a , l r a d i a t av a r r a d i a t aa n dt r i p l o i ds p e c i e slr a d i a t av a r r a d i a t a , b a s e do nd i f f e r e n to u t g r o u p ss p e c i e ss e l e c t e df r o ma m a r y l l i d a c e a e il i l i a c e a ea n do r c h i d a c e a e ， t h ec o m b i n e dm o l e c u l a rd a t as e t s ；s u p p o r tt h ev i e w p o i n tt h a tt h eg e n u sl y e o r i ss h o u l dp u ti n a m a r y l l i d a e e a e k e yw o r d s ：l y c o d s , m o l e c u l a rs y s t e m a f i c s , i n t e r s p e c i f i cr e l a t i o n s h i p s , h y b r i do r i g i n t 越t l o b sp o s i t i o n v i l 1 形态 第一章：文献综述 第一节石蒜属植物生物学特征 石蒜属( l y c o r i sh e r b ) 是石蒜科( a m a r y l i d a e e a e ) 的一类具鳞茎的多年生草本植物，其拉丁 文名源自希腊神话中的一个女海神的名字，因其多生长在山沟溪边的石头旁而形态酷似大蒜 而得名石蒜。其鳞茎近圆形或卵形，鳞茎皮褐色或黑褐色。叶于花后春季或秋季抽出：叶片 带状。花茎单一，直立，实心；伞形花序顶生，有花4 - 8 朵；花白色、乳白、奶黄、金黄、 粉红至鲜红色；总苞片2 枚，膜质；花漏斗状；上部6 裂，花被片下部台生；花被管筒状， 裂片倒披针形或长椭圆形，边缘皱缩或不皱缩：雄蕊6 枚着生于花被管喉部，花丝丝状，花 丝间有6 枚板微小的齿状鳞片，花药丁字形着生；雌蕊l 枚，花柱细长，柱头头状，极小， 子房下位，3 室，子房每室有胚珠数颗。蒴果通常具三棱，室背开裂。种子近球形，黑色( 徐 垠等，1 9 8 5 ) 。结实率及种籽的发芽率都不高，且植株般经过5 1 2 年生长才结实，故本属 植物多进行营莽繁殖。石蒜属在单子叶植物中是颇为特殊的类群，主要表现在：不同种的发 叶期存在着显著差异，一部分种于秋末发叶而另一部分种则于初春展叶，物候期相差数月， 故区分为秋出叶种和春出叶种两类，但它们的开花期却基本一致，均集中于秋季。该属植物 的营养生长期与生殖生长期是不连续的，即具有明显的阶段性，当夏季气温高于2 4 ( 3 ，叶 片开始枯萎直至落叶进入休眠期，进入秋季。该属植物又陆续开花。因此呈现出有叶无花， 有花无叶的奇特现象，这在显花植物中是非常少见的。 2 地理分布 全世界分布约2 0 多种，主要分布于东亚的我国、韩国和日本，东南亚的尼泊尔、缅甸 和老挝也有少量分布：我国有1 5 种其中含1 变种，主要分布于长江咀南，尤以江苏、安徽、 浙江的种类最多，这三省占绝对优势，是该属植物的主要分布区，也是本属植物的分布中心， 但( 如图1 1 ) 。该属植物喜生于山地阴湿处，如温暖湿润的竹林下、林缘、溪畔、荒地路 边等( 徐垠等，1 9 8 5 ) 。 3 研究价值 石蒜属植物一个重要特点是种间杂交频繁，不论在自然界还是人工栽培环境下都存在自 然的杂交现象，常伴随染色体形态和数耳的变异，存在二倍体、三倍体、四倍体及非整倍体 等染色体多态性，而与染色体多态性对应的是多变的花色和花形态。该属染色体多型性为研 1 究染色体变异进化机制和过程提供了理想的材料，也是研究植物网状进化，特别是染色体进 化与物种形成的理想材料。 图1 1 石蒜属的地理分布 f 蟾1 1 。g e o g r a p h i ed i s t r i b u t i o no f l y e o r i s 石蒜属植物作为球根类花卉，虽不像水仙、百合、君子兰那样为人们所熟悉，但与世界 著名的球根花卉郁金香、风信子、雪花莲和鸢尾等相比，却有许多独特的地方。每当夏末秋 初，成片的石蒜竟相开放，红、黄、蓝、紫、白等五彩缤纷，其景色并不亚于郁金香，因此 素有”中国郁金香”之美称。目前国际花卉市场对石蒜的需求量逐年上涨，特别是花色花形艳 丽奇异的新品种更是价高难求，因此当前热点和重点是培育新的石蒜品种，然而石蒜属植物 在传统的形态分类和鉴定很困难，种间关系模糊不清且遗传背景复杂而相应研究又很少，因 此给开展杂交育种，特别是新兴的生物技术育种工作带来很大的围难，因此急需对现有材料 的遗传背景和关系进行整理，并开展相应的种质资源的保护。 石蒜的鳞茎含有多种生物碱，主要有石蒜碱、石蒜伦碱、多花水仙碱、石蒜胺碱、伪石 蒜碱、加兰他敏、雪花莲胺碱、双氢石蒜、雨石蒜碱、去甲雨石蒜碱、去甲基高石蒜碱、条 纹碱和网球花碱等生物碱，两种有抑制植物生长和抗癌作用的成分石蒜西定醇、石蒜西定。 叶和花瓣中含有糖类和甙类。鳞茎性温、味苦，主要功能有催吐、祛痰、利尿，解毒，消肿。 可以用于治疗食物中毒、淋巴结核、风湿性关节炎，消化道肿瘤、胃癌、肝癌、食道癌、皮 肤癌、淋巴癌、肺癌等。所含加兰他敏和力可拉敏，则是治疗小儿麻痹后遗症的特效药。然 2 而石蒜属植物药用有效成分的数量、含量随着不同的种类而有很大的不同，特别是石蒜属内 杂交频繁，存在众多的天然杂种，种的划分和种间关系一直较模糊，限制了其药用价值开发 利用，因此理清各个种间关系对利用其药用成分也有重要意义( 张俊梅，1 9 9 9 ) 。 一、生态地理学 第二节石蒜属的研究进展 王仁师( 1 9 9 0 ) 研究认为，石蒜属植物为东亚分布类型( 中国、日本和韩国) ，该属植 物在我国主要分布于华东、华南、华中、西南等1 6 省区，其中江苏约1 3 种，浙江约9 种， 二省共约1 3 种约占全属植物的7 0 以上，在华东区的众多种类中几乎包括了该属所有的花 色和性状，同时包括了反映种问重要进化关系的不同程度花被合生的种类，以及春季出叶或 秋季出叶、春秋两次出叶的不同生态型，所以他推测我国华东是该属植物起源中心和多样化 中心。 二、分类学研究 第一个有记录的石蒜属植物是1 8 2 1 年发表的忽地笑( la u r e a ) ，1 9 世纪中到2 0 世纪 初，欧洲学者们又发表了9 个石蒜属植物：a f r i e a n am j r o e m 、麦秆石蒜l s t r a m i n e a l i n d l e y 、ls e u e r z o w i ir e g e l 、鹿葱ls q u a m i g e r am a x i m o w i e z 、血石蒜ls a n g u i n e av a f s a n g u i n e am a x i m o w i c z 、三t e r a c e i a n i id a m m a n n 、换锦花三- s p r e n g e r ic o m e se xb a l e r 、香石 蒜l i n c a r n a t ac o m e se xs p r e n g 和la r g e n t e aw o r s l e yf l - i s u 。1 9 9 4 ) 。随后几年内，又发表了 三个日本新种：乳白石蒜l a l b i j l o r a k o i d z u m i 、l k o r e a nn a k a l 和lk i u s i a n a m a k i n o o t s u ， 1 9 9 4 ) 。2 0 世纪后半叶，美国植物学家t r a u b 开始致力于石蒜属的研究，并发表了l o 个新种： 玫瑰石蒜lr o s e at r a u b m o l d e n k e 、红蓝石蒜l h a y w a r d i it r a u b 、短蕊石蒜l c a l d w e l l i i t r a u b 、江苏石蒜l h o u d y s h e l i i t m u b 、l w o o d i i 、中国石蒜lc h i n e n s i st m u b 、le l s i a e 、上 1 a j o l l a 、l j a c k s o n i a n a 和l j o s e p h i n a e ( t r a u b ，1 9 5 7 ) 。另外两个美国植物学家h a y w a r d 和 c a l d w e l l 在石蒜属引种和栽培繁育上也做了许多工作，h a y w a r d 于1 9 5 7 年发表了新种l t r a u b i i 。1 5 年后，中国学者徐垠和范广进( 】9 8 2 ) 、h s u ( 1 9 8 6 ) 相继发表了四个中国新种：长 简石蒜工l o n g i t u b ay h s u gj f a n 、安徽石蒜la n h u i e n s i s y h s u gj f a n 、广西石蒜 上g u a n g x i e n s i s 和陕西石蒜上s h a n a n r i e n s i s ，并对中国的石蒜属植物进行了修订，承认了1 5 个种的地位，结果发表在1 9 8 5 年的植物分类学报上。1 9 9 1 年k i m 和l e e 发表了一个韩国 的新种：黄花石蒜l f l a v e s e e n s 。到现在为止，石蒜属发表和描述的种有3 0 个，然而这其中 有一些是同种异名、种下变种、栽培变种和杂种，因此石蒜属内有些种的分类地位仍是非常 有争议的，值得进一步研究( h s u ，1 9 9 0 ，1 9 9 4 ) 。 3 关于石蒜科分类地位的问题，h e t c h i n s o n ( 1 9 3 4 ) 根据石蒜科具有伞形花序和由苞片组成 的总苞片将石蒜科从百台科分出来而成立独立的科，而c r o n q u i s t ( 1 9 8 5 ) 根据植物外部形 态特征，如含地下茎，叶形、叶脉、花的结构相似性，以及植物化学方面的证据，如含醋族 化合物( 皂角或石蒜碱) 认为石蒜科仍应包含在百合科内，不宜独立成立一个科。周守标等 ( 1 9 9 5 ) 认为石蒜科特别是石蒜属花粉形态特征与百合科某些属( 如贝母属、黄草属、百合 属、黄精属) 的花粉形态非常相似，因此同意c r o n q u i s t 的观点，特别是石蒜属植物更应放 在百合科内。因此关于该属的分类地位，需要进一步澄清。 三、细胞分类学 1 核型多样性 石蒜属染色体研究起于l n a r i y a m a ( 1 9 3 1 ) 的细胞学研究，随后对石蒜染色体的研究逐 渐多了起来。石蒜属植物的细胞学研究结果表明，该属植物的核型具多型性且变异较频繁( 邵 建章等，1 9 9 4 ；钱啸虎等，1 9 9 2 ；任秀芳等，1 9 9 4 ；k u r i t a ，1 9 8 8 a ，1 9 8 8 b ) ，有二倍体、三 倍体、四倍体及非整倍体等，数目分别有1 2 、1 3 、1 4 、1 5 、1 6 、1 7 、1 8 、2 2 、2 2 + b 、2 6 、 2 7 、2 9 + b 、3 0 、3 2 + b 和3 3 等诸多变化。i n a r i y a m a 等( 1 9 3 1 ) 将该属植物的染色体分为v 型( 对应中部着丝粒或近中部着丝粒) 和l ( 或棒) 型( 对应近端着丝粒和端着丝粒) 两种。 b o s e ( 1 9 5 7 ) 和f l o r y ( 1 9 7 7 ) 发现五种类型染色体，分别为a ( 具中间着丝粒的染色体) 、b ( 具近中部着丝粒的染色体) 、c ( 具近端部着丝粒的染色体) 、d ( 具端部着丝粒的染色体) 和e ( 具随体的近端部着丝粒染色体) 型染色体。k u r i t a ( 1 9 8 8 a ) 总结了前人的研究结果， 结合自己的研究认为，石蒜属植物的染色体可分为m 、m 、i n 、t 、t ，、a 、和a 七种，其 中m ( 正中部着丝粒) 、t ( 正端部着丝粒) 、和a ( 近端部着丝粒) 类型的染色体是基本的 染色体，其他如i l l 、a 、m 、t 是由基本染色体a 通过结构的不同改变如罗伯逊融合、易位、 缺失和倒位，及m 型染色体的分裂等染色体变异得到的。他将该属的染色体变化模式归纳 为以下1 3 种( 见图1 孙。 1 ) 、a 型染色体的短臂逐渐缩短，昂后形成了t 型染色体( 图1 2 1 ) 。 2 ) 、a 型染色体的长臂也有逐渐缩短的情况( 图1 - 2 1 ) 。 3 ) 、a 型染色体的短臂伸长形成了具亚端部着丝粒的染色体( 图卜2 - 1 ) 。 4 ) 、a 型染色体的长臂也发生伸长( 图1 - 2 1 ) 。 5 ) 、两个a 型染色体发生罗伯逊融合后产生了m 和m 型染色体( 图1 - 2 2 ) 。 6 ) 、有无着丝粒的a 和m 型染色体形成( 图1 _ 2 2 ) 。 7 ) 、m 型染色体随后在细胞分裂时被淘汰( 图1 - 2 2 ) 。 8 ) 、形成了具双着丝粒的染色体( 图1 - 2 2 ) 。 9 ) 、t 型染色体向a 型染色体的转化( 图1 - 2 - 3 ) 。 4 1 0 ) 、t 型染色体向具近中部着丝粒染色体的转变( 图1 - 2 5 ) 。 图1 - 2 石蒜属的染色体变化模式( 引自k u r i t a1 9 8 8 b ) f i g ，l 一2 v a r i a t i o n a lm o d eo f l y c o r i sr e f e r e n tf r o mk u f i t a1 9 8 8 b 1 1 ) 、m 型染色体向a 型染色体的转变( 图1 - 2 - 4 ) 。 1 2 ) 、m 型染色体的着丝粒分裂形成了两个t 型染色体( 图1 2 3 ) 。 1 3 ) 、t 型染色体的近侧区异染色质化，然后该区逐渐向外释放伸长。 近年来，对石蒜属的核型研究也取得了一定进展。刘琰等( 1 9 8 9 ) 对石蒜属的1 2 个种 及亚种和2 个人工杂种进行了核型分析及对二倍体石蒜杂种的不育机制研究，发现石蒜属植 物在染色体数目和核型上存在较大的变异，认为罗伯逊变化、杂交与多倍化是引起染色体变 异的主要原因，并认为二倍体石蒜部分不育杂种是由于罗伯逊异位引起的，另外发现减数分 裂时形成的异形三价体非正常分离造成的配子染色体缺失或重复也会引起不育。邵建章等 ( 1 9 9 4 ) 对在安徽发现的二倍体野生石蒜，分析发现其染色体数目和核型都存在变异，有两 种核型：2 n = 2 2 + l b 和2 n = 2 1 + i b ，认为这些二倍体石蒜是石蒜复合体中的原始类群，对研 究石蒜属的核型演化和演化机制提供了基础。孙叶根( 1 9 9 8 ) 对安徽产的4 种石蒜：乳白石 蒜la l b i f o l i a ，中国石蒜厶c h i n e n s i s ，石蒜l r a d i a t a ，换锦花l s p r e n g e r i ，进行了核型分 析，发现以上各种植物均未发现随体和次缢痕，通过核型比较，可见同种不同居群间在染色 体数和核型结构上均存在较大变异，如换锦花在安徽居群存在三倍体，在浙江居群为二倍体。 2 核型进化 关于该属植物核型的变异及可能的进化趋势，各学者也进行了详细的研究。 l n a r i y a m a ( 1 9 3 1 ) 提出染色体融合假说。其v 型染色体起源于任意两个i 型染色体的 连续的融合。对于该属不育种的核型，他认为是杂交或多倍化所致。他认为该属单倍体的基 本染色体数是1 1 而不是6 。n i s h i k a w a ( 1 9 7 9 ) 对他的假说给予了肯定。 f i e r y ( 1 9 7 7 ) 却认为该属植物的i 型染色体一定是起源于v 型染色体着丝粒区的分裂， 即v 型染色体从着丝粒处断开形成两个1 型染色体。也就是说v 型为原始的。 k u r i t a ( 1 9 8 8 a ) 总结了石蒜属植物的核型进化，将争论的焦点规为：染色体形态和数目 的变异是融合还是分裂引起的。染色体原始基数是多少，哪种核型是原始核型的问题。这些 争论归根到底形成了三种假说，可用图1 - 3 表示。i 表示第一种假说，认为m 型染色体是原 始的，m 型染色体的着丝粒直接分裂形成2 个t 型染色体，然后t 型染色体通过臂间倒位 形成了a 型染色体，因此该假说认为石蒜属的基本染色体数是6 ，例如t r a u b i i 的单倍体 染色体数就是6 。 i l 表示第二种假说，认为a 型染色体是原始的，它可以经过三个途径转变成m 型染色 体，i i 中的最上一行是表示尾对尾或头尾一前一后的融合方式，中间表示标准的罗伯逊融台， 底下一行表示由a 型祖先染色体通过臂问倒位或易位形成的两个具端着丝粒的染色体着丝 粒纯粹的融合。 i i i 表示第三种假说，认为t 型染色体是原始的，t 型染色体通过简单的着丝粒融合或 臂间倒位转变成m 或a 型染色体。 以上三种假说各有一定的理论基础，各具定的说服力，也各有在动植物方面的例证 ( y o s h i d a ，1 9 8 0 ) 。 1 、对于假说h ，上行所示i n a r i y a m a 的融合假设，这种情况已在一些动植物中发现。例 如在s p i n yt l l o l i s e 中应用染色体g 带分柝就证实这种融舍缒存在，并且也发现融合后的染色 体总长度变短了1 2 8 ，d n a 含量减少，表明融合过程中染色体部分包括端粒和着丝粒发 生丢失。对m m m c 讲m 的研究也发现相同证据。另外，染色体的融合必然产生双着丝粒 染色体，而双着丝粒染色体是无法正常分裂存活的，因此必须使其中一个着丝粒失活，成为 正常的具一个着丝粒的染色体，尽管这种现象在动物中存在，而在植物中还未发现。i n a r i y a m a ( 1 9 3 1 ) 在其融合假设中并不承认染色体丢失现象存在，因此i n a r i y a m a 的假说难以成立。 k u r i t a ( 】9 8 6 b ) 在研究具m 、t 、和a 型染色体核型的杂种分类群乳白石蒜、鹿葱厶s q u a m i g e r a m a x i m o w i e z 、香石蒜li n c a r n a t al i n d l e y 、l h o u d y s h e t i it r a u b 的核型中发现m 、t 型染色 体的每个臂长度长于a 、m 、t ，的；d n a 含量也是m 、t 型染色体组成的高于a 型染色体 组成的。因此m 型染色体不仅仅是摘单的2 个a 或t ，型染色体的融合，也就是说尾对尾或 头尾一前一后的融合或罗伯逊融合不可能产生任何m 型染色体。但确实发现罗伯逊融合可 以产生m 染色体，m 虽然有可能通过两臂的伸长形成m 染色体，但是