（植物学专业论文）紫花地丁与早开堇菜的居群观察研究.pdf

摘要 经文献资料整理、野外实地调查、标本采集和标本鉴定，对现代植物分类学方法及其在堇菜 属的应用进行了评述，提出有必要对墓菜属植物进行居群观察和研究。 在野外观察革菜属植物生物学特性和居群生态环境的基础上，选择紫花地丁和早开堇菜2 物 种进行移栽和物候观察。结果表明，紫花地丁和早开堇菜做为野生观赏植物进行人工栽培成活 率可达9 9 ；在自然状态下，紫花地丁的花期较早开堇菜晚l o 一1 5 d 。该工作也为以后在堇菜属植 物中进行人工杂交实验打下了一定的基础。 对紫花地丁和早开堇菜分别来自6 个居群的6 5 个个体的叶长、叶宽、托叶长、花色等2 3 项 形态指标进行了观察，采用方差分析、欧氏距离聚类分析等方法，研究了各项形态指标在各居群 间的差异显著性和形态多样性。结果表明：相同物种不同个体问，差异不显著的形态指标超过 8 2 7 ；虽然在居群水平上，紫花地丁与早开堇菜表现出不明显的形态差异，但在不同生态环境 下的个体水平上，却表现出一定的分化。在形态特征中，叶长叶宽和萼附属物末端具锐齿与否 以及叶基形状特征的平均偏差在两个种问有较明显的间断，是区分两个种的芙键特征。研究结果 支持紫花地丁和早开堇菜亲缘关系较近，应是两个不同的物种。 关键词堇菜属，紫花地丁，早开堇菜，形态多样性，数值分类 a b s t r a c t t h ep r o p e r t i e sa n dc h a r a c t e r i s t i c sa sw e l la st h es t u d i e dh i s t o r yo ft h ev w l ala l er e s e r c h e d m e a n w h i l e 。t h ed i s t i n c t i o na n da p p l i c a t i o no ft h et a x o n o m i ct e c h n i q u e sa n dt h ev w l ala r e s t a t e di n t h i sa r t i c l e t h en u m b e ra n dt h ed i s t r i b u t i o no fv i o l ai nb e i j i n ga n dh e n a np r o v i n c ew e r ec l a r i f i e d b a s i c a l l yb ym e a n so fi n v e s t i g a t i o na n dt a x o n o m i cs t u d y np m v i d e st h es c i e n c eb a s i sf o rb i o l o g y r e s e a r c ha n dr e a s o n a b l ed e v e l o p m e n to fv w l ap l a n t s v w l ap r i o n a n t h ab u n g ea n dp h i l i p p i c ac a v i st w ow i l df l o w e r sw h i c hp r o d u c ef l o w e r si ne a r l y s p r i n gi nb e i j i n ga r e a i n t r o d u c t i o no ft h et w os p e c i e so fv w l aw e r er e p o r t e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a t t h ew i l do r n a m e n t a lv i o l e t si ne a r l ys p r i n gc a l lb ec u l t i v a t e da n du t i l i z e d t w e n t y - t h r e em o r p h o l o g i c a li n d i c a t o r s ，i n c l u d i n gl e a fl e n g t h ，l e a fw i d t h ，s t i p u l el e n g t ha n d o t h e r s ，o f6 5i n d i v i d u a l sb e l o n g i n gt o6p o p u l a t i o n so fp i n n ts p e c i e sv w l ap r i o n a n t h ab t m g ea n d p h a i p p i c ac a v w e l l gd e t e r m i n e di n d i v i d u a l l y t h es i g n i f i c a n c eo fi n t e r - p o p u l a t i o nd i f f e r e n c e sw a s s t u d i e dw i t hv a r i a n c ea n a l y s i s , e u e l i d e a nd i s t a n c ec l u s t e r i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts i g n i f i c a n t l y i n d i f f e r e n tm o r p h o l o g i c a li n d i c a t o r sa c c o u n t e df o ro v e r8 2 ，r e s p e c t i v e l yo ft h et o t a lv a r i a t i o ni n m o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e r so fv e g e t a t i v eo r g a n sw a sc o n s p i c u o u sw h i l et h a to ft h er e p r o d u c t i v eo r g a n , f r u i ta n df l o w e r ，w a sd i s t i n c ti n d i c a t i n gt h e i rr e l a t i v ei n s t a b i l i t y w h i l em o r p h o l o g i c a ld i f f e r e n t i a t i o na t t h ep o p u l a t i o nl e v e lw a sc o n s p i c u o u s ，i tw a sf a i r l ys i g n i f i c a n ta ti n d i v i d u a ll e v e la n di ng e o g r a p h i c a l o r i g i n s i ti n d i c a t e dt h a tt h e i rr e l a t i o n s h i pi sn e a r , b u tt h e i rh e r e d i t yi sd i f f e r e n t t h er e s u l t si n d i c a t e d t h a tv m l a p r i o n a n t h ab u n g ea n dv w l a p h i l i p p i c ac a r a r en o tt h es a m es p e c i e si nf a c t k e yw o r d s ： v w l a ，v w l ap h i l i p p i c ac a r ，v t o l ap r i o n a n t h a b u n g e ，m o r p h o l o g i c a l d i f f e r e n t i a t i o n ，n u m e r i c a l e l a d i s t i ct a x o n o m y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下迸行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特1 1 1 1 1 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： k 专奎 l 时间：2 0 0 6 年1 1 月2 9 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 i 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：弘存盘 时间：2 0 0 6 年1 1 月2 9 日 导师签名： 时间：2 0 0 6 年1 1 月2 9 日 中阿农业夫学面卜肇仲沦炙第一帝革菜屠植物的研究进键 第一章堇菜属植物的研究进展 1 1 堇菜属植物研究综述 堇菜属( v i o l al ) 是林奈于1 7 5 3 年以香第菜( v i o l ao d o r a t al ) 为模式种而建立的，到 目前己记载有5 2 5 - - 6 0 0 种”之多，广布于温带，亚热带及热带，大部分集中在北半球的温带。 在分类上本属植物以种类多、分布广、形态相似、种间差异小，种内变异多，分类困难而著名。 在属内划分弧属、组和哑组的问题上，专家意见分歧很大：对某些类群分类地位的处理意见不一， 存在争议；有些类群种问界限不清鉴掰模朔，分类还较为混乱。此外，本属也是一种开发潜力 很大的自然资源“1 。如紫花地丁假p h i l i p p i c a ) ，可做为中药植物”，但易与早开堇菜( v p r i o n a n t h a ) 相混淆” 1 1 1 堇菜属植物的生物学特性 堇菜属隶属于蕈菜科v i o l a c e a e ”1 。两性花，单生，有两种类型的花，生于春季者具5 枚花瓣， 下面1 瓣较大且有距，称开花受精的花( c h a s m o g a m o u sf l o w e r s ，e 1 1 ) ；生于夏季者无花瓣，称闭 花受精的花( c l e i s t o g a m o u s - f l o w e r s ，c l ) 。我国约有1 11 种“1 ，南北各省区均有分布，在东北、 华北地区种类也较多。堇菜属植物生态幅较宽，常生长于稀疏的林下、林缘，灌丛、草地、山坡 荒地、路边等处。 1 1 2 堇菜属的研究历史 林奈于1 7 5 3 年以香堇菜为属模式建立本属，当时记录仅1 9 种。r o m e r 记载1 1 2 种”1 。1 9 2 5 年，德国学者b e c k e r w 对本属进行了系统整理，根据花色、托叶特征及花柱、柱头形状将其分 成1 4 个组”。二十世纪以来，人们对本属植物进行了较为广泛的研究，如在植物生物化学方面 有。s t e b b i n sg 。l 。e ta j ! 。1 和肖永庆1 。在统计学方面有杨继和汪劲武”2 1 1 3 l 【1 4 1 。在细胞学与传粉 机制方面有c l a u s e nj 1 q ，发现堇菜属植物染色体数目构成6 ，1 2 与1 0 系统，指出其中1 0 系 统较为进化，杂交在本属变异中占有重要地位，并推断黄花类群c h a m a e m e l a n i u m 较为原始， 而蓝花的r o s t e l l a t a e 和p l a i o s t i g m a 两群较进化且为平行发展；在杂交变异方面有 c i a u s e n l l 目”铆切和g e 懵h o ，辨研究表明，一些种的杂交后代，可以产生一些稳定遗传的新个体， 容易将其错误定名。近几年来，国内与国外的学者运用现代分类学的各种方法，对堇菜属v i o l a 的分类进行了艰苦而颇有成效的研究。但由于堇菜属是一个种类较多、分布广和交异大的类群， 因此，目前仍存在着许多有议的分类学问题。 染色体结构变异既可能导致物种的缓慢形成，也可以引起物种的快速起源。但徐炳声与洪 德元【1 q 删1 2 1 i 指出：染色体的数目、大小、形态和配对关系虽被证明在分类学上很有价值，但在不 同的分类阶层上潜在的分类价值是不一样的。c l a u s e n 1 研【1 9 研究结果表明，染色体计数的研究有 中雨农业大学顾卜学仃论文 第一章节蔫屈髓物的研究进展 _ r a m 曼! 曼曼皇! ! 曼曼曼曼皇曼曼量暑曼曼曼曼曼曼曼量曼曼曼! 皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼皇笪曼曼量皇曼皇曼曼皇! 曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼童量 助于推测本属植物的亲缘关系，其对种的区分等必要的分类处理来说，作用却是微小的。y o c k t e n g r 等 2 2 1 研究认为美丽孽菜属( s e c t i o nj i e l a n i w a ) 基本结构染色体数为x = 5 或x = 7 。孙坤， 王庆瑞1 2 3 1 口4 j 研究报道了国产蔓菜属9 种植物的染色体数目，其中5 种为染色体记数新记录，结果 认为，该属植物染色体数目与柱头形态之间具有明显的相关性。 近6 0 年来证明，生物化学分类方法使分类学作了重大和正确的修订。许多学者研究证明， 化学证据有助于解决从种以下分类单位，一直到目一级的分类单位系统发生的问题。s t e b b i n s 1 0 1 年利用纸上双向层析方法对v i o l ap u r p u r e ac o m p l e x 叶及花的黄酮进行研究，不仅是本属植物研 究，也是生物化学植物分类学研究成功的经典性工作之一。我国学者周荣汉先生嘲曾经过大量研 究，认为植物某器官乙醇提取液的紫外吸收光谱具有种的特异性。这是一简便而又准确的方法。 李连芳口”对华北地区分布的部分堇菜属植物进行了这方面的测定，结果表明：在2 7 0 n m - - 2 3 4 n m 之间具有较明显的吸收峰；其中p i n n a t a e 、h y p o c a r p e a t 和a d n a t a e 组中具叶较宽、叶柄无翼的 植物具有7 个峰；其余植物具有6 个峰。说明本属植物具有化学成分的不同；另外，各吸收峰大小、 数目以及2 7 0 n m 以上的吸收曲线特征具有种的特异性。蔡朵芬、高振声等 2 7 1 利用聚丙烯酰胺垂直 平板凝胶电泳技术，对紫花地丁和早开堇菜的种子、叶片及地下茎进行p o d 和s o d 同工酶分析。 结果表明，紫花地丁和早开堇菜种子s o d ，p o d 同工酶谱相近而叶部p o d 同工酶、根部s o d 和 p o d 同工酶又存在明显差异，说明这西种植物在遗传特性上有差别。 1 9 7 5 年b e h n k e 提出“超微结构分类学”概念，为分类学寻求广泛的证据开辟了新的研究领 域l a s l 。李连方和尹祖棠 z 9 l a o l 对华北地区分布的2 5 种堇菜属植物花粉和2 6 种堇菜属植物叶表皮进 行了形态观察。结果表明美丽墓菜亚属( s u b g e n m e l a n i u m ) 在花粉特征上与其他驱属有着明显 的区别，认为该弧属与其他亚属在亲缘关系上较为疏远；堇菜属植物花粉特征在亚属、组和种等 级上分类学意义不大，叶表皮特征的综合运用可作为区分种的依据，并支持王庆瑞成立裂叶堇菜 纽( s e c t p i n n a t a e ) 的意见和支持毛萼墓菜( ”t e n u i c o r n i ss s p t r j c h o s e p a l a ) 作为细距堇 菜( et e n u i c o r n i 曲一个亚种的意见。 目前，虽然国内外对堇菜属植物的分类、系统发育、种问关系、传粉生物学和染色体数目与 进化的关系等方面己有了大量的研究工作，但迄今为止，对具有特殊的繁育系统方式的堇菜属植 物的遗传结构的认识仍明显不足。近年来随着分子生物学及相关技术的不断发展和日臻完善，应 用等位酶、d n a 分子标记等分子手段对堇菜属植物的研究取得了一定的进展。例如，k om k 等1 3 1 i 应用r a p d 方法研究了堇菜属p a t e l l a r e s 组( s u b s e c t i o np a t e l l a r e s ) 的亲缘关系。m a r c u s s e n 和b o r g e n a - q 用等位酶标记的方法研究了堇菜距组植物的变异及其亲缘关系，认为杂交渐渗在该 组植物的进化中扮演了非常重要的角色。在遗传多样性研究方面，k i m 等 3 3 1 对 a l b i d a 和b o r g e n 对kh o l d c o l l i n a 的等位酶研究中都没有发现变异。c u l l e y 和w o l f e a 4 1 采用i s s r 和等位酶标记 技术，研究了 p u b e s c e n s 的居群遗传多样性，发现其遗传结构虽然与具有混交繁育系统的植物 相一致，但相较于其它的c i i c l 植物表现出了更高的遗传变异，遗传多样性水平更接近于异交植 物，这种现象的产生是由于与其它c i c l 植物相比e p u b e s e e n s 中的开花受精的花( c h a s m o g 硼o u s f l o w e r s ，c t t ) 进行异交，产生后代的种子的比率更高。t h e r e s a 和t h a s 阁p 研鲫用等位酶的方法 研究了k p u b e s c e n s 居群遗传多样性与生境片断化间的关系，认为遗传多样性的丰富程度与片断 化生境的地理范围的大小呈正相关。虽然上述有关堇菜属植物的遗传多样性己开展了一些研究工 作，但对不同种类遗传多样性的研究结果存在一定的差异。c u l l e y 和w o l f e a 4 等对kp u b e s c e n s 2 中国农业大学硕 学仃论文第一帝节蔫罹精物的研究进展 的居群遗传多样性的比较发现，具开花受精的花和闭锁花两种繁育系统方式的矿p u b e s c e n s 遗传 多样性水平更接近于异交植物通过杂交实验可以使我们认清种的关系，有利于澄清种的地位。 c l a u s e n p 6 | 1 7 1 早在2 0 世纪2 0 年代就指出：杂交在蔓菜属进化中占有重要的地位。堇菜属的复杂 性，说明其正处于激烈分化和积极进化之中，由此，遗传学分类方法的应用对堇菜属的分类学问 题的解决是根本性的。目前关于利用人工杂交方法在本属的报道仅有s t e b b i n s 经典杂交实验， 需进一步加强研究网。紫花地丁与同属植物如早开堇菜形态相近，与其它地丁药材常有混用，且 名称囡月；i 药习惯和地区而异 3 9 1 。各类药材所含成分或含量也不相同，l 临床应用应根据需要予以区 别。不可混用或代用，以确保l 临床安全用药。分子生物学等和生物技术的应用将为其分类鉴别确 定新的更可靠的依据。国内外对于紫花地丁和早开堇菜的居群遗传多样性及居群形态特征分化多 样性未见相关报导，对这两物种进行人工杂交实验的物种生物学研究亦未见开展，因此，在居群 水平对紫花地丁和早开堇菜进行研究不失为一个有益的探索和研究方向。 数值分类学是以表型特征为基础，按一定数学方法，作出定量比较。它可计算的的性状数 量多，运算速度快，比较客观。李连芳对堇菜属进行了种及种内变异式样的研究，解决了细踞 堇菜( 渤缸t e n u i c o r n i s ) 和毛萼堇菜，早开堇菜与紫花地丁的一些分类学问题。孙坤“等应用聚 类分析的方法对国产堇菜属植物进行了数量分类研究，根据结合水平探讨了堇菜属中亚属和组 的划分。发现须毛柱头亚属( s e c t c h a m a e m e a n j u n6 i n g ) 和二裂花柱亚属( s e c t d j s c h i d i u m g i ng ) 作为同一亚属的不同组处理更为合理。 堇菜属植物的研究，进一步证明了利用居群概念和方法的必要性。堇菜属植物由于天然杂 交、闭花受精的花受精、多倍体等现象的存在，加之某些种之间相似的环境因素，如紫花地丁和 早开堇菜均为生境适应性强，分布广泛的物种，在传统的形态学水平上按照标本模式对其进行研 究，已经导致两物种间界限模糊，异名较多。学者意见不一，种下类群的确立、划分和命名较为 混乱，甚至对哪些性状具有较大的分类价值，观点也不一致。作为在被子植物分类学研究中一直 是较为困难的类群，堇菜属的研究工作仅依靠数量有限的腊叶标本是无法体现居群水平的特征和 变异性，而种及种下类群的建立应以天然居群为基础，这是现代分类学的基本原则3 。自然中的 每一物种都是个居群系统：居群具有个体所没有的新特征：如数量特征、遗传特征和空间特征。 居群是物种进化的基本单元，现代生物学数值分类方法研究结果表明：物种的形成经历居群内变 异，地方宗的分化，地理宗的分化，展后达到种的分化“”11 4 5 。因此应根据本属的生物学特征 和以往研究情况，在居群的层次迸行物种生物学的研究应不失为一个真正有效的能解决本属分类 问题的现代植物分类方法“”。 1 1 3 研究展望 1 1 3 1 堇菜属植物多为小草本， 由于天然杂交、闭花受精的花受精、多倍体等现象的存在， 某些种及种下类群的确立、划分和命名较为混乱( 如紫花地丁和早开堇菜) ，甚至对哪些性状具 有较大的分类价值，观点也不一致。 因此， 有必要对堇菜属植物开展更进一步的研究。 1 1 3 2 结合形态学表型识别特征和物种生物学的研究成果，通过野生物种闻人工杂交实验和 d n a 分子测序研究， 进一步揭示其遗传多样性，深入了解墓菜植物的亲缘关系。 1 1 3 3 将野生堇菜属植物进行引种栽培1 ，丰富我国地被植物种类，促进城市园林绿化事业 3 中国农廿上学硕卜学位论文第一章革菜祝植物的研_ 充进睚 。 1 2 对堇菜属植物进行物种生物学研究的必要性 自2 0 世纪4 0 年代开始，人们逐渐认识到模式标本在许多方面存在着局限性，发现居群 ( p o p u i 钏o n ) 是研究分类学重要的层次“。一个生物学种常由若干居群组成。般说来，自 然居群具有空问、数量和遗传三个方面的特征。在生物学谱中，居群是介于有机体和群落之间的 一个客观存在的生物层次。对于一个广布种来说，生境变化多端，不同环境对个体的影响使得同 种个体相对集中于某些地区而成为块状分布群“。紫花地丁和早开堇菜的居群分布十分广泛，是 分布广泛、生境多样的物种2 1 。同时由于堇菜属植物天然杂交、闭花受精的花受精、多倍体等 现象的存在。加之某些种之间相似的环境因素，居群间过渡类型较多。在这些居群中，出现种内 形态特征多样化和种间过渡类型的形态特征，堇菜属一直是较为困难进行分类的类群。对堇菜属 这类在分类上较处理的类群，研究其种内居群性状数量分析和在种间进行居群层次探讨性状变 异，从而为选择可靠的分类性状和判断其系统学意义提供了有益的资料，而且有助于揭示堇菜属 植物变异、适应和进化的机制。因此以居群概念结合数值分类法对堇菜属进行物种生物学的研究 是十分必要的。 一方面，同模式概念相比。居群概念从生态学上强调了植物的适应和环境条件的作用，注重 小群体与整体的关系。一个物种因环境条件的差异可有若干个居群，分布在同一个居群内的同种 个体之间差异较小，而分布在不同居群之间的个体差异一般比较明显。在分类学上要掌握物种的 变异幅度及变异规律，必须从该种的所有居群范围来研究，丽不能只根据某一个居群的特征来描 述，更不能仅依据某一个个体“0 1 。 另一方面，从变异的连续性掌握鲁菜属物种内的变异幅度。广布的物种。由于受到各种不同 环境的作用，在其形态特征上必然出现多态或多型现象”“。变异性是生物的一种属性，不仅包括 生物个体间的性状差异和同种个体间，而且也发生居群内个体闻和居群间水平上。紫花地丁与早 开堇菜是堇菜属中分布广泛的物种，常相伴而生，由于天然杂交、闭花受精的花受精、多倍体等 现象的存在，居群间过渡类型较多。早在1 9 2 5 年c l a u s e 就指出：杂交在本属中十分普遍，而且 在进化中占有极为重要的地位。因此在自然界中极有可能存在许多杂交过渡类型。可采取引种栽 培，观察形态特征，应用居群概念数值分类法来进行分析研究。只有把握了居群中物种的变异幅 度，并选择出具有较大分类价值的性状，才能正确地进行堇菜属的分类。 4 中国农业夫学硕卜学位论史 第一审研究h 的、意义和内容 第二章研究目的、意义和内容 2 1 研究目的和意义 在查阅和整理大量文献资料基础上，在北京、河南两地开展了野外实地调查、标本采集与标 本鉴定，掌握了堇菜属植物的生物学特性、居群分布情况和生态环境。在此基础上，选择紫花地 丁和早开蕞菜物种进行移栽和物候观察，为以后在堇菜属植物中进行人工杂交实验打下一定的基 础。对紫花地丁和早开堇菜居群个体的2 3 项形态指标进行观察，采用方差分析、欧氏距离聚类 分析等方法，在居群层次上，研究其性状变化和各项形态指标在居群间的差异显著性、形态多样 性，以期选择可靠的分类性状，并迸一步揭示堇菜属植物变异、适应和进化的机制。 2 2 研究内容 2 2 1 堇菜属植物的物种形态学研究 在查阅大量文献基础上，对北京和河南地区堇菜属植物进行了野外调查和观察，共采集并鉴 定了2 0 0 余份标本。对居群中随机选择的植株个体进行了5 7 个性状( 包括2 5 个营养器官性状， 3 2 个生殖器官性状) 比较，了解堇菜属植物生物学特性、居群分布情况和生态环境，并在此基础 上，选择合适的物种进行居群观察研究工作。 2 2 2 紫花地丁与早开堇菜的引种栽培 在深入了解堇菜属植物物种形态特性和居群分布情况基础上，对紫花地丁和早开堇菜进行定 点居群观察引种栽培等研究。 定点居群选择依据是：居群成块或成片自然分布。引种栽培植株选择的是在不同居群中随机 选择。 引种栽培一方面是为了更好地了解紫花地丁和早开堇菜的发育过程及形态特征变化：另一方 面，也为以后的后续研究打下一定的基础。 2 2 3 紫花地丁与早开堇菜的不同居群间多样性分化研究 在对紫花地丁和早开堇菜不同居群的形态特征进行观测基础上，采用统计分析方法，以揭示 紫花地丁和早开堇菜的不同居群间、居群内形态性状变异的特点及其不同居群间的相似关系，筛 选出具有较高价值的分类性状。 5 中围农廿人学而f 哗仃论文 第_ 帝研究h 的、意义和内容 2 3 创新之处 在居群的层次上，对紫花地丁和早开第菜进行观察研究。通过运用数值分类法分析，揭示紫 花地丁和早开蕈菜不同居群问、居群内形态性状变异的特点及其不同居群间的相似关系，并筛选 出两物种具有较大分类价值的性状。 2 4 研究方法 一方面对堇菜属的研究历史和现状以及相关堇菜属物种形态特征以及物种之间区分和居群 方面的大量文献资料进行整理分析，从中寻找研究的切入点，为对堇菜属植物做研究打下必要的 基础。 另一方面是大量的艰苦野外实地调查工作，同是采集相关有价值的标本，并进行标本鉴定。 再者，对孽菜属植物生物学特性和居群生态环境的研究调查基础上，选择紫花地丁和早开堇 菜两物种进行移栽和物候观察；对紫花地丁和早开墓菜分别来自6 个居群的6 5 个个体的叶长、叶 宽、托叶跃、花色等2 3 项形态指标进行了观察，采用方差分析、欧氏距离聚类分析等方法，研究 了各项形态指标在各居群间的差异显著性、形态多样性，并筛选出具有较高价值的分类性状。 6 中闻农业大学硕卜肇付论文第j 帝节繁届植物的物种形态研究 第三章堇菜属植物的物种形态研究 3 1 堇菜属植物形态特征的选取 通过野外实地调查，采集、鉴定相关标本和大量文献资料整理，对北京、河南地区的第菜属 植物开展了物种特征分析和分布情况观察。并对居群中随机选择的植株个体进行了5 7 个性状( 包 括2 5 个营养器官性状，3 2 个生殖器官性状) 比较，了解堇菜属植物生物学特性和居群分布情况 和生态环境，并在此基础上，选择合适的物种进行居群观察研究工作。 标本现存于中国农业大学生物学院、北京师范大学和河南科技大学农学系植物生物学实验 室。分析的形态特征如表3 1 所示： 囊3 1 形态分析所选用性状 1 有无根状茎 2 根状茎节结密集与否 3 根的颜色 4 有无地上茎 5 地上茎有毛与否 6 有无匍匈茎 7 匍訇茎地下生与否 8 有无鳞茎 9 托叶与叶柄合生情况 l o 托叶被毛与否 1 1 托叶颜色 1 2 托叶分裂或否 1 3 ，托叶边缘形态 “叶基形态 1 5 叶尖形态 1 6 叶缘形态 1 7 叶片分裂与否 1 8 叶片被毛与否 1 9 叶柄具翅与否 2 0 叶栖被毛与否 2 1 托叶长度 2 2 托叶宽度 2 3 叶片长度 2 4 叶片长度叶片宽度 2 5 叶片最宽部位至叶基 弱小苞片着生整置的距离 2 7 小苞片长度 2 8 花梗与叶的相对长度 2 9 花梗被毛与否 3 0 花白色与否 3 1 花紫色与否 3 2 花黄色与否 3 3 花杂色与否 3 4 萼片被毛与否 3 5 萼片先端形状 3 6 萼片附属物末端形状 3 7 萼片长度 3 8 萼片宽度 3 9 萼片附属物长度 4 0 花冠直径 4 1 距的长度叶片长 4 2 距粗细度 4 3 距长下方花瓣长度 4 4 侧方花瓣长度或具齿 4 5 倒方花瓣有须毛与否 4 6 距末端形状 4 7 子房被毛与否 4 果实形状 4 9 柱头呈钩状与否 5 0 柱头二裂与否 5 1 柱头呈球状与否 5 2 柱头具喙与否 5 3 花柱顶端具缘边与否 5 4 柱头基部具须毛与否 5 5 小苞片边缘全缘 5 6 柱头孔的位置 5 7 柱头孔下方有无舌体 7 中同农业夫学硕卜学p 论文 第一帚节嫠届情物的物种矸，态研究 3 2 堇菜属植物的物种调查分析 堇菜属是蕈菜科中最大的一个属，目前全世界约有5 2 5 6 0 0 种，中国约有1 1 1 1 2 0 种“1 ， 在堇菜科植物中是种类多、分布广、变异大的类群。从河南和北京地区分布上看，除些种类如 紫花地丁和早开茧菜生境范围分布较广外，其它种都有特定的分布区，如萱v m o u p i n s i s f r a n c h 1 分布在桐柏山区林中、林缘，斑叶草菜分布于各地山区，如河南、北京卣望山、香 山等山区一定海拔高度的林f 阴湿环境中。另外从种数上看，山区种类最多，平原种类较少。 堇菜属植物大多为多年生草本，具根状茎，个别种类具鳞茎。c i i 花通常以吸引传粉者( 特别 是蜂类) 而进行异交为主，也可以自交，而该属植物的c i 花很显然是严格的自交。由此，堇菜属 植物同一植株兼具异交和自交两种繁育系统方式且上述两种花均可结实。( 近交) 会因为近交衰 退、纯合基因的增加等而降低居群内遗传多样性的水平，因此以自交植物往往在居群水平表现出 低的遗传多样性；而异交则可以保持居群内较高的遗传多样性水平。在调查簟菜属植物时，每一 性状都有一定的分类参考价值。其中根、茎、叶、表皮毛、花色、萼基附属物变化较大，是分种 的主要依据。本属各种的繁殖器官一花、果实、种子的形态和构造较相似，具属的一致性，说明 本属是一个自然的分类群，同时f j 】锁花( c l ) 因为是严格的自花受粉，在没有基因流及基因突变的 作用下，就会冈遗传漂变的作用而加大居群间的遗传分化，所以繁殖器官在植物进化过程中相对 也具有一定的变异性。这是由于个体变异总是基于三个因素：环境饰变、遗传重组和突变“5 ”。 凡是易起饰变的性状如绝对大小、延长程度、分枝情况、同名器官的数目等都取决于茎端分生组 织积极生长的时间长短以及各个部分在以后生长时细胞延长程度。这些过程较容易受到外因( 营 养、水分、光照和温度) 的影响。但是由于单个器官( 如叶、花部器官等) 的基本形态式样则是 在很早的发育阶段上就已在原基中奠定了，这时外界环境的影响最小。生殖器官的相对稳定性主 要是因为它们不象枝叶那样逐次生长分化，而是几乎一次同时分化。再者，花部原基分化之后的 生长较少，而枝叶原基分化之后的生长较多。由此看来，以生殖器官的特征作亚属与组及种问 分类依据较可靠”“。 紫花地丁和早开堇菜为同一属植物，从调查情况看，其生境均较广阔，地理分布常相互重叠 且常常混生在同一植物群落中。植物学特征十分相似，较难区分。利用聚丙烯酰胺垂直平板凝胶 电泳技术，对紫花地丁和早开堇菜的种子、叶片及地下茎进行p o d 和s o d 同工酶分析”。结果表明， 紫花地丁和早开董菜种子s o d 、p o d 同工酶谱相近，而叶部p o d 同工酶、根部s o d 和p o d 同工酶又存 在明显差异，说明这两种植物亲缘关系很近，但在遗传特性上有差别。所以它们之间的亲缘关系 及分类地位历来有争议。因此，选择紫花地丁和早开堇菜做为居群观察分析研究的两物种。 s 中同农业夫学硕l 学位论文 第阴幸紫花地丁和早开节菜的，j 种栽培 第四章紫花地丁和早开堇菜的引种栽培 紫花地丁rv i o l ap h i l i p p i c a ) ( 如附录一照片l 所示) 和早开筻菜rr 如l ap r i o n a n t h a ) ( 如附录一照片2 所示) 为第菜科堇菜属多年生草本植物，分布于我国东北、华北、陕两、甘肃、 湖北以及朝鲜和曲伯利等地。在北京地区，主要生长在庭院、宅边、荒地以及山地果园中”。 由于紫花地丁和早开簟菜具有适应性广、抗逆性强、繁殖快，青绿期长、花期久、植株低矮等优 点，许多学者也将其作为草坪绿化的主要地被植物之一，并开展了引种移栽试验和生物学特性的 观察研究。紫花地丁和早开堇菜为同一属植物，且常常混生在同一植物群落中( 如附录一照片3 所示) ，植物学特征十分相似，较难区分，往往具有一些中间类型植株( 如附录一照片4 、5 所示) 。 笔者拟通过对其引种栽培，观察生物学形态特征和物候，以期更好地了解紫花地丁和早开堇菜 的发育过程和形态变化，其移栽成活和生长情况也为人工杂交实验打下一定的基础。此外，为其 开发提供技术支持“。 2 0 0 3 年3 至1 | 4 月分别从北京香山、百望山、中国农业大学校内和中科院植物研究所挖取紫花地 丁和早开蔓菜的苗期植株，移栽于中国农业大学生物学院实验田和室内花盆中。结果表明，整 株移栽后的成活率可达9 9 5 ，且移栽于实验田和室内花盆中的材料仍可继续开花，结实。移栽于 实验田的材料可安全越冬( 如附录一照片6 、7 、8 所示) 。 裹4 1 移栽植株花期观测结果 4 1 紫花地丁的引种栽培 紫花地丁的生态幅宽，是北京地区早春开花的野生花卉( 如附录一照片9 所示，从笔者调查 情况来看，紫花地丁可生于林缘、灌丛、山坡、草地、路旁、田边等处，其花色较深，开花状 况良好。而在背荫处的紫花地丁则少见开花植株，表明紫花地丁喜生于光照充分、比较干燥的环 境下。 紫花地丁的多年生根状茎在3 月中旬至下旬萌发出苗1 ，如植株微小，出苗时叶与花同时 形成，开花受精的花的花期一般约3 0 4 0 d 。从5 月中旬到1 0 月均有果实成熟。1 0 月底，地上部分 枯萎，从出苗到地上部分枯萎约2 0 0 d 左右。此外，种子当年即可萌发形成新植株”。 紫花地丁花具蜜腺，早春行异花授粉，稍后闭锁花，也可自花授粉3 。单花持续期6 d ，开花 至种子成熟期3 2 d 。适应性强，耐干旱，忌水湿。两类花均可结实，产生大量种子。9 月下旬以后， 9 中冈农业人学硕 。学位论文第州幸紫坨地丁手丌早开节甍的，j 1 种拭培 再次出现零星花朵。自播繁殖力强，雨季大量成熟种子发芽成菖；1 1 月上旬花芽分化，此后， 地上部枯死。 4 2 早开堇菜的引种栽培 早开簟菜的生态幅较宽，可生于林缘，灌丛、山坡、草地、路旁、田边等处，但喜生于光照 充分、比较干燥的环境下，在弱碱性至微酸性土壤上均可生长，但在疏松、腐殖质丰富的土壤上 生长最好。 早开堇菜的多年生根状茎在3 月下旬至4 月初萌发出苗，出苗时叶与花同时形成，待出土后生 长迅速，一般5 d 左右花即可开放( 如附录一照片l o 所示) ，开花受精的花的花期一般约3 0 5 0 d 。 从5 月底l l j l o 月均有果实成熟。1 0 月底，地上部分枯萎，从出苗到地上部分枯萎约2 0 0 d 左右。此 外，种子当年即可萌发形成新植株。两类花均可结实。自然居群中，在土壤较干燥、光照强的环 境下，如植株微小，花期短且开花时间早；如植株较大，一般4 6 d f i p 可开放，且花期持续时间 较长，花苞依次开放，花期可达一个月长。 早开蔓菜移藏后的花期长短和植株的生长状态与土壤湿度和光照条件有密切关系。在土壤较 干燥、光j i l 强的环境f 的开花时问比在相对阴湿的疏林下的开花时间早约4 5 d ，但花期则会明 显缩短， 而且生长状态较差。随着光照减弱和土壤湿度的增加，营养生长旺盛，早开堇菜种子 成熟后即可萌发。萌发率极高，一般均在9 2 以上”“。 4 3 结论 a 紫花地丁和早开堇菜做为野生观赏植物进行人工移栽成活率可达9 9 ；自然状态下，紫花 地丁的花期较早开堇菜晚1 0 一1 5 天。 b 紫花地丁与早开堇菜生态幅宽，适应能力强，引种栽培种植的适宜环境相似，可选择土 壤比较湿润、疏松和阳光比较充足的地方。早春3 月中旬至4 月上旬时节移栽均影响两物种的开花， 从而影响结实率。一般管理即可良好生长。紫花地丁与早开堇菜开花受精的花的花型美观、开花 时间早( 一般在3 4 月即已开放) 、开放花花期长，因而可以弥补我国北方城市早春露地花卉， 尤其是露地草本花卉的不足。 c 通过早春3 月中上旬移栽和选择光照等条件的控制，可以使早开堇菜花期延后，从而实现 两物种花期有较长时期的重叠，甚至可达一个月，为两物种间人工杂交实验创造了一定的条件。 中雨农业大学硕卜学伊论文第百帝紫花地丁j 早开节_ 集的不问臂矸同名样忡分化研究 第五章紫花地丁与早开堇菜的不同居群间多样性分化研究 紫花地 一和早开堇菜为同一属植物，具有2 种完全不同的花，开花受精的花在早春3 月下旬 植株出苗时开始形成，并一直持续至5 月初，此后形成闭锁花。从5 月底j ! i l o = j 均有果实成熟。而 且生态幅均较宽，可生于林缘、灌丛、山坡、草地、路旁、田边等处，植物学特征十分相似，较难 区分。因此导致了紫花地丁和早开摹菜不同居群之间以及同一居群不同个体之间形态性状变异的 多样性6 7 1 。 2 0 0 3 - - 2 0 0 5 年间，分别从中科院植物研究所、中国农业大学、北京百望山和河南省洛阳市南 山采集了紫花地丁和早开堇菜各6 个自然居群，每个居群取l o 1 5 个个体，各居群的编号、来源及 个体株数序号如表5 1 所示。紫花地丁与早开堇菜在两个采集地均混生在一起的，但每一小居群 为同一个种“。相比较紫花地丁和早开蔓菜生境十分相近，而早开堇菜往往在同一地点和相同地 理环境中居群数目更多一些1 。 每个居群选取l o 1 5 个个体，野外测量并记录每个个体的主根长、叶长、叶宽度、叶长叶 宽等l o 个数量性状和花色、萼片附属物末端形状、托叶与叶柄合生与否、叶柄具翅与否等1 3 个 性状( 如表5 2 所示) 。 衰5 1 肇花地丁和早开董菜6 个居群编号厦来源 居群编号原产地海拔( m )年均降水量、年均温度 生境个体株数序号 ( z ) b ( z ) c ( z ) d ( z ) e ( z ) f ( z ) 中科院植物研究所 中国农业大学 中国农业大学 北京百望山 北京百望山 洛阳南山 6 0 4 0 4 0 l o o 一2 1 0 l o o 一2 0 0 l 咿3 0 0 5 0 0 m m 、9 9 5 0 0 r a m 、1 3 5 0 0 e r a 、1 3 6 3 0 m 、i i 6 6 3 0 m 、1 1 _ 6 4 6 0 m m 、1 4 5 向阳平地 向阳草地中 路边、树下 路边、山阃平地 缓坡平地 向阳坡地 1 - - 1 5 1 6 2 5 2 6 - 3 5 3 6 4 5 4 6 - 5 5 5 6 七5 中同农业夫学硕卜肇位论文第五带紫花地丁1 j 早开节菜的不n j 居群问名样忭分化研究 裹5 2 聚类分析所采用的性状 5 1 紫花地丁的不同居群间多样性分化研究 5 1 1 紫花地丁形态差异的方差分析 将6 个居群的6 5 个个体的2 3 项形态特征作为2 3 个特征量，运用s p s s l l 5 程序中的o n e - w a y 程 序进行统计分析”“”，得出个体水平差异显著表( 表5 4 、5 5 ) 。从表中s i g 值可见： a 具极显著性差异( s i g 值小于0 0 1 ) 的形态特征包括主根长、距宽等2 个性状形态特征， 占8 7 。说明在居群中此2 项特征变化明显，不能做为紫花地丁物种鉴别的依据。 b 具不显著性差异( s i g 值大于0 0 5 ) 的形态特征包括叶长、萼片长、叶宽，距长、花梗长、 托叶与叶柄合情况、萼片附属形状、叶缘，侧瓣喉纹、托叶有无、叶柄长、叶基、叶长宽，叶 柄具翅、叶柄披毛、萼片披毛、叶片拔毛、萼有无附属物、花梗披毛与否、距长宽、花色等2 1 个性状形态特征，占9 1 3 。说明在居群中此2 l 特征变化不明显，可做为紫花地丁物种鉴别的依 1 2 中同农业夫学硕i 。学仃论文第五章紫仡地丁j 早开节菜的不旧居群问多样件分化研究 据。 c 根据统计，在所有形态特征中，差异显著有2 个性状指标，占8 7 ，表明少量性状在个体及 居群问都有较