中国槭属植物的分类和系统发育研究

园艺学报 2017 44 8 1535 1547 Acta Horticulturae Sinica doi 10 16420 j issn 0513 353x 2016 0912 http www ahs ac cn 1535 收稿日期 收稿日期 2017 05 12 修回日期 修回日期 2017 08 14 基金项目 基金项目 国家星火计划项目 2015GA701016 2015GA701004 宁波市农业社会发展重大专项 2014C11002 宁波市科技富民项 目 2016C10036 通信作者 Author for correspondence E mail bkkuai 中国槭属植物的分类和系统发育研究 林 立 1 2 林乐静2 祝志勇2 丁雨龙1 蒯本科1 1南京林业大学生物与环境学院 南京 210037 2宁波城市职业技术学院 宁波市园林植物开发重点实验室 浙江 宁波 315502 摘 要 摘 要 槭属 Acer Linn 是槭树科 Aceraceae 中物种形态高度分化和分类处理十分困难的一个 属 该属的系统发育 属下分类系统以及部分种的系统位置仍未明确 测定了槭属 11 个组 47 种植物 53 份样品的 nrDNA ITS 和 cpDNA 序列 matk rbcL trnH psbA 和 trnL trnF 并从 GenBank 下载 9 个组 14 个种的 35 条序列 构建了中国分布槭属的分子系统发育树 并对槭属组下分类系统以及部分争议种的 分类地位进行了验证 结果发现 前人将鸡爪槭组 小果槭组和全缘叶槭组中的羽脉槭系合并为一个组 是合理的 2 中国槭属有 3 条进化支系 其中鸡爪槭组 尖齿槭组 穗状槭组 蔹叶槭组和梣叶槭组 处于一条进化支系 槭组 茶条槭组 扁果槭组 全缘叶槭组 三小叶槭组和五小叶槭组处于第 2 条进 化支系 桐状槭组 大花槭组和坚果槭组处于第 3 条进化支系 3 槭属的性别分化 花序类型 花序 着生方式 单复叶类型以及单叶的分裂数可以作为槭属系统发育研究的重要形态指标 4 通过 ITS 条 形码构建的系统关系 滇藏槭与传统形态分类不相符合 5 支持将橄榄槭修订为秀丽槭 而锐齿槭 羊角槭 多果槭和昌化槭等的系统位置仍需进一步探讨 关键词 关键词 槭属 DNA 条形码 ITS 分类 系统发育 中图分类号 中图分类号 S 687 文献标志码 文献标志码 A 文章编号 文章编号 0513 353X 2017 08 1535 13 Studies on the Taxonomy and Molecular Phylogeny of Acer in China LIN Li1 2 LIN Lejing2 ZHU Zhiyong2 DING Yulong1 and KUAI Benke1 1College of Forest Resources and Environment Nanjing Forestry Universtiy Nanjing 210037 China 2Ningbo Key Laboratory of Landscape Plant Development Ningbo City College of Vocational Technology Ningbo Zhejiang 315502 China Abstract Acer Linn a highly diversified genus with more than 200 species in the Aceraceae has been an very difficult group in both taxonomical and phylogenetic studies The infrageneric phylogeny classification and systematic positions of some species remain unclear for this genus The main objective of this study was to examine infrageneric relationships of Acer as inferred from molecular evidence against the traditional classification on the basis of the morphological characteristics In addition we intended to investigate the systematic position of some controversial species as well as to reconstruct phylogeny of this genus In this study the nuclear ribosomal ITS region and four chloroplast regions matk rbcL trnH psbA and trnL trnF were sequenced or downloaded for 61 species in Acer representing the 15 Lin Li Lin Lejing Zhu Zhiyong Ding Yulong Kuai Benke Studies on the taxonomy and molecular phylogeny of Acer in China 1536 Acta Horticulturae Sinica 2017 44 8 1535 1547 sections in Fang system 1981 It was indicated that the revisions of Sect Palmata Sect Microcarpa and Sect Integrifolia in Xu system 2008 were correct which were supported by the species clusters Based on cluster analysis and morphological data three evolutionary branches of Acer were inferred Sect Palmata Sect Arguta Sect Spicata Sect Cissifolia and Sect Negundo belong to the same evolutionary branch Sect Acer Sect Ginnala Sect Hyptiocarpa Sect Integrifolia Sect Trifoliata and Sect Pentaphylla were located in another evolutionary branch and Sect Platanoidea Sect Macrantha and Sect Lithocarpa were clustered in the third evolutionary branch In addition some morphological indicators such as sexuality inflorescence type leaf shape and leaflets number were proved important for studying infrageneric phylogeny of this genus Our results also demonstrated that A olivaceum should be better treated as a synonym of A elegantulum while the systematic positions of A wardii A hookeri A yangjuechi A prolificum and A changhuaense require further study Keywords Acer DNA barcoding ITS taxonomy phylogeny 槭属 Acer 属于槭树科 Aceraceae 为落叶或常绿小乔木或灌木 共 200 余种 分布于北 半球山林地带 中国有 140 余种 方培文 1981 化石研究证明槭属起源于侏罗纪时代 至上新世 形成真正意义上的现代种类 Pax 1902 Poj rkova 1933 在长期的扩散和自然进化过程中 槭 属植物保留了独特的翅果形态 而其他诸如芽鳞片 花序 叶形和果形等许多形态特征则发生了高 度变异 这使得槭属植物的系统分类研究变得非常困难 Poj rkova 1933 徐廷志 1998 Tian et al 2002 1885 年 Pax 1885 在研究了槭属植物形态特征 地理分布和化石材料信息后将槭属分为 4 亚属 14 组 后调整为 13 组 Pax 1902 此后 Rehder 1905 和 Koidzumi 1911 相继对 Pax 的分类系统进行了修订 1933 年 Poj rkova 1933 将槭属分成 17 组 32 系 并认为每一个系是槭 属系统发育史的一个单位 后来 方培文 1981 提出以单叶和复叶作为槭属分类的首要标准 并 以此标准将中国槭属分为 2 亚属 15 组 22 系 该分类系统得到了中国研究人员的广泛认可 2008 年 Xu 等 2008 在 Flora of China 槭树科中对中国槭属的系统做了较大调整 将小果槭组以及全缘 叶槭组的羽脉槭系并入鸡爪槭组 将蔹叶槭组并入梣叶槭组 并对槭属种类进行了大量修订 同时 该分类系统还去掉了 亚属 和 系 这两个分类级别 将中国槭属分为 14 组 99 种 目前 该分 类系统还未得到有效验证 并且其中对许多种的归并尚存在争议 系统发育问题也是槭属植物研究中的一个难点 Wolfe Tanai 1987 de Jong 1994 徐廷志 1998 传统的槭属系统发育研究主要依靠形态分类法 因难以避免环境因素的干扰而影响研究结果 的准确性 方培文 1966 Ogata 1967 de Jong 1994 曹小勇 2000 黄永江 等 2013 自分 支系统学建立以来 该方法被广泛用于槭属的系统发育研究 不同学者通过研究鳞芽 花序 叶 种子 花粉等的形态特征来构建槭属的分支系统树 Wolfe Tanai 1987 徐廷志 1996a 1996b 1998 田欣 等 2001 高鹤 等 2015 但是 由于槭属在组间甚至组内水平都存在高度形态变异 并且许多组都有独立的种系发生历史 因此基于不同形态特征建立的系统发育关系存在较大差异 徐 廷志 1996a 1996b 1998 田欣 等 2001 高鹤 等 2015 徐廷志 1998 通过分析槭属植物 36 种形态特征的演化趋势构建了槭属的系统发育模型 但由于缺乏可靠的形态分析指标 并且不明 确各形态特征在槭属系统发育研究中所占权重 该模型中一些组间的系统关系仍需要进一步探讨 近年来 随着分子生物技术的快速发展 ITS matK atpF atpH rbcL ycf1 trnH psbA 和 trnL trnF 等 DNA 条形码被广泛应用于植物的系统发育研究 Gadek et al 1996 Ren et al 2009 栗丹 等 林 立 林乐静 祝志勇 丁雨龙 蒯本科 中国槭属植物的分类和系统发育研究 园艺学报 2017 44 8 1535 1547 1537 2012 刁卫平 等 2013 Shi et al 2013 Lee et al 2016 在槭属研究中 Ackerly 和 Donoghue 1998 结合 ITS 序列信息探讨了槭属植物 3 种形态特征的演化关系 Cho 等 1996 Suh 等 2000 和 Grimm 等 2005 利用 ITS 序列分析了槭属一些组间的系统进化关系 由于槭属植物 ITS 序列同 源性较高 并且可能存在长世代 杂交等引起的致同进化不完全问题 用单一 ITS 序列进行槭属植 物的分类和系统发育研究较为困难 肖龙骞和朱华 2009 Ren et al 2009 虽然 Tian 等 2002 利用 ITS 和 trnL trnF 序列组合对槭属的系统发育关系进行过研究 但研究结果仍未能理想地解决槭 属的系统发育问题 中国是槭属植物的起源地和现代分布中心 槭属 18 个组中有 15 个在中国有分布 徐廷志 1996a 研究中国分布的槭属系统位置和亲缘关系 构建一个基本的发育框架 对于最终明确整个 槭属的系统位置和发育进程意义重大 本研究选用中国槭属各组的代表种和部分被归并种 对其测 得的 nrDNA ITS 和 cpDNA 序列 matk rbcL trnH psbA 和 trnL trnF 进行比较和分析 以期明确 槭属的属下分类系统以及部分种的系统位置 并利用分子方法探讨槭属的系统发育问题 1 材料与方法 1 1 试材及取样 供试材料于 2015 2016 年采自中国 12 个省 市 共有 47 个种 亚种 53 份样品 表 1 种 名按照 中国植物志 1981 的记录 样品经过中国科学院昆明植物园周元教授鉴定并借助中国数 字植物标本馆 http 学院标本馆 同时 从 GenBank 数据库下载了槭属 9 个组 14 个种的 35 条序列 表 1 研究材料 涵盖了中国槭属全部的 15 个组和其中的 21 个系 基本覆盖了该属在亚属和组级水平的形态变异范 围 此外 由于槭树科和七叶树科 Hippocastanaceae 存在较近的亲缘关系 Gadek et al 1996 Fay et al 1998 因此参考 Tian 等 2002 的研究选用金钱槭 Dipteronia sinensis 和云南七叶树 Aesculus wangii 作为外类群 表表 1 槭属植物样品信息槭属植物样品信息 Table 1 Samples information of Acer species 登录号 GenBank accession 分组 Section 种名 Species 采样地 Sampling location 标本号 Voucher ITS matK rbcL trnH psbA trnL trnF 桐状槭组 庙台槭 A miaotaiense SHCS SH02 KU902468 KU902505 KU902585 KU945298 KU749519 Platanoidea 羊角槭 1 A yangjuechi 1 HZBG HZ05 KU902489 KU902509 KU902597 KU945299 KU749540 羊角槭 2 A yangjuechi 2 WHBG WH07 KU902490 KU902508 KU902598 KU945300 KX494388 锐角槭 1 A acutum 1 HZBG HZ02 KU902475 KU902516 KU902588 KU945302 KU749526 锐角槭 2 A acutum 2 BJBG BJ01 KU902474 KU902515 KU902587 KU945303 KX494394 元宝槭 A truncatum WHBG WH08 KU902494 KU902538 KU902600 KU945301 KU749493 色木槭 A mono HZBG HZ10 KX494362 KU902542 KU902589 KU945342 KU749528 青皮槭 A cappadocicum KMBG KM06 KU902486 KU902534 KU902591 KU945305 KU749536 维西长柄槭 A longipes var weixiense KMBG KM05 KU902484 KU902560 KU902592 KU945306 KU749532 鸡爪槭组 鸡爪槭 A palmatum ZJFH FH07 KU902463 KX494366 KX494375 KU945341 KU749507 Palmata 羽扇槭 A japonicum SHCS SH10 KX494352 KU902537 KX494376 KU945343 KU749542 紫花槭 A pseudosieboldianum LNDD LN04 KX494353 KU902561 KU902576 KU945340 KU749508 稀花槭 A pauciflorum GenBank HM352661 HM352724 HM352703 安徽槭 A anhweiense ZJFH AH01 KX494350 KX494364 KX4943763 KX494381 KX494386 昌化槭 A changhuaense NJBG NJ03 KX494349 KU902549 KX4943762 KU945308 KU749495 临安槭 A linganense NJBG NJ04 KX494348 KU902557 KX4943761 KU945307 KU749515 杈叶槭 A robustum WHBG WH10 HM352662 KU902548 KU902566 HM352725 KU749494 小果槭组 橄榄槭 1 A olivaceum 1 GLBG GL01 KU902460 KU902522 KU902570 KU945345 KX494389 Microcarpa 橄榄槭 2 A olivaceum 2 KMBG KM01 KU902461 KU902523 KU902571 KU945346 KU749499 Lin Li Lin Lejing Zhu Zhiyong Ding Yulong Kuai Benke Studies on the taxonomy and molecular phylogeny of Acer in China 1538 Acta Horticulturae Sinica 2017 44 8 1535 1547 续表 1 登录号 GenBank accessions 分组 Scetion 种名 Species 采样地 Sampling location 标本号 Voucher ITS ITS ITS ITS ITS 秀丽槭 1 A elegantulum 1 HZBG HZ04 KU902487 KU902562 KU902596 KX494382 KU749538 秀丽槭 2 A elegantulum 2 ZJFH NB01 KU902488 KU902563 KX870504 KU945316 KU749546 五裂槭 A oliverianum WHBG WH06 KU902485 KU902532 KU902593 KU945315 KU749533 毛脉槭 A pubinerve SHCS SH12 KX494354 KU902558 KU902584 KU945313 KU749518 三峡槭 A wilsonii SHCS SH04 KU902481 KX494367 KX494377 KU945347 KU749527 扇叶槭 A flabellatum HZBG HZ07 KU902482 KU902529 KU902590 KU945311 KU749529 中华槭 A sinense HZBG HZ06 KU902493 KU902544 KU902599 KU945312 KU749547 桂林槭 A kweilinense CDBG SC01 KU902496 KU902552 EF186773 EF186781 KU749504 多果槭 A prolificum CDBG SC02 KU902497 KU902551 KU902569 KU945314 KU749497 毛花槭 A erianthum GenBank DQ238392 DQ978409 HM352716 DQ978531 茶条槭组 茶条槭 A ginnala SHCS SH06 KU902495 KU902555 KU902582 KU945309 KU749495 Ginnala 天山槭 A semenovii GenBank AY605366 KP088939 KP088452 DQ978636 DQ978567 槭组 Acer 深灰槭 A caesium GenBank AY605293 太白深灰槭 A caesium subsp giraldii GenBank AY605296 DQ978397 DQ978584 AF411087 全缘叶槭组 三角槭 1 A buergerianum 1 LSBG LS02 KU902479 KU902513 KU902581 KU945318 KX494392 Integrifolia 三角槭 2 A buergerianum 2 BJBG BJ02 KU902477 KU902510 KU902578 KU945317 KX494390 金沙槭 A paxii KMBG KM02 KU902464 KU902504 KU902577 KU945321 KU749511 樟叶槭 A cinnamomifolium KMBG KM08 KU902492 KU902543 KU902601 KU945322 KU749545 飞蛾槭 A oblongum WHBG WH02 KU902459 KU902546 KU902565 KU945348 KU749486 罗浮槭 1 A fabri 1 WHBG WH04 KU902466 KU902525 KU902574 KU945324 KU749517 罗浮槭 2 A fabri 2 GLBG GL03 KU902465 KU902524 KU902575 KX494383 KU749506 缙云槭 A wangchii subsp tsinyunense CQJY CQ01 KU902498 KU902554 KU902612 KU945325 KU749512 光叶槭 A laevigatum WHBG WH03 KU902462 KU902556 KU902572 KU945323 KU749503 厚叶槭 A crassum GenBank AF401135 AF401170 大花槭组 葛萝槭 A grosseri KMBG KM10 KX494355 KU902519 KU902609 KU945327 KU749500 Macrantha 锐齿槭 A hookeri HZBG HZ01 KU902472 KU902541 KU902614 KU945326 KU749525 青榨槭 A davidii KMBG KM03 KU902471 KX494368 KU902613 KU945351 KU749524 篦齿槭 A pectinatum KMBG KM15 KX494356 KX494369 KX494378 KX494385 KU749491 青楷槭 A tegmentosum LNDD LN01 KU902470 KU902540 KU902616 KU945328 KU749523 滇藏槭 A wardii GenBank DQ366146 AF401194 锡金槭 A sikkimense GenBank HM008387 HM008580 HM008536 尖尾槭 A caudatifolium GenBank DQ238380 HM008570 KC767617 坚果槭组 天目槭 A sinopurpurascens HZBG HZ03 KU902483 KU902530 KU902603 KU945329 KU749487 Lithocarpa 秦岭槭 A tsinglingense HNLC HN05 KU902469 KU902539 KX494379 KU945352 KU749488 房县槭 A franchetii WHBG WH01 KU902458 KU902518 KU902606 KU945330 KU749498 贡山槭 A kungshanense KMBG KM11 KX494357 KU902520 KX494380 KU945354 KU749501 五小叶槭组 Pentaphylla 五小叶槭 A pentaphyllum KMBG KM12 KX494358 KU902533 KU902619 KU945331 KU749534 三小叶槭组 血皮槭 A griseum NJBG NJ02 KX494359 KU902527 KU902622 KU945332 KU749539 Trifoliata 毛果槭 A nikoense LSBG LS01 KU902467 KU902526 KU902620 KU945355 KX494387 三花槭 A triflorum LNDD LN02 KU902476 KU902507 KU902615 KU945333 KU749521 东北槭 A mandshuricum LNDD LN03 KX494360 KU902528 KU902605 KU945356 KU749490 穗状槭组 Spicata 多齿长尾槭 A caudatum var multiserratum GenBank AY605432 DQ978401 DQ978589 DQ978524 花楷槭 A ukurunduense GenBank AY605434 扁果槭组 Hyptiocarpa 十蕊槭 A decandrum GenBank AF401149 AF401198 尖齿槭组 毛叶槭 A stachyophyllum GenBank AY605373 DQ987822 DQ987828 AJ413083 Arguta 四蕊槭 A tetramerum GenBank AF401154 AF401169 蔹叶槭组 Cissifolia 建始槭 A henryi SHCS SH08 KX494361 KU902503 KU902611 KU945334 KU749510 梣叶槭组 Negundo 梣叶槭 A negundo SHCS SH01 KU902456 KX494370 KU902606 KU945357 KU749493 外类群 金钱槭 Dipteronia sinensis GenBank AY605290 AB872533 AB872566 HM352712 AF401163 Outgroups 云南七叶树 Aesculus wangii GenBank AF406968 EU687708 KP088465 KC510180 AF411085 注 SHCS 上海辰山植物园 HZBG 杭州植物园 WHBG 武汉植物园 BJBG 北京植物园 ZJFH 浙江奉化 LNDD 辽宁丹 东 NJBG 南京植物园 GLBG 桂林植物园 KMBG 昆明植物园 CDBG 成都植物园 LSBG 庐山植物园 CQJY 重庆缙云山 HNLC 河南栾川 Note SHCS Shanghai Chenshan Botanical Garden Shanghai HZBG Hangzhou Botanical Garden Zhejiang WHBG Wuhan Botanical Garden Hubei BJBG Beijing Botanical Garden Beijing ZJFH Fenghua Zhejiang LNDD Dandong Liaoning NJBG Nanjing Botanical Garden Jiangsu GLBG Guilin Botanical Garden Guangxi KMBG Kunming Botanical Garden Yunnan CDBG Chengdu Botanical Garden Sichuan LSBG Lushan Botanical Garden Jiangxi CQJY MT Jinyun Chongqing HNLC Luanchuan Henan 林 立 林乐静 祝志勇 丁雨龙 蒯本科 中国槭属植物的分类和系统发育研究 园艺学报 2017 44 8 1535 1547 1539 1 2 DNA 提取 PCR 扩增和测序 每份样品取 0 2 g 干燥叶片 采用植物 真菌型 DNA 提取试剂盒 Lifefeng 上海 中国 提取 基因组 DNA 经电泳检测后 使用 NanoDrop 2000 超微量分光光度计 Thermo Fisher Scientific U S A 测定 DNA 浓度 稀释至 100 ng L 1后备用 matK rbcL trnH psbA trnL trnF 和 ITS 序列的 PCR 扩增使用 AG 22331 型序列扩增仪 Eppendorf Hamburg Germany PCR 反应总体系 为 50 L 含有 100 ng 基因组 DNA 0 2 mol L 1上 下游引物 表 2 25 L 的 2 Taq PCR Mix BioTeke 北京 中国 和 22 L 的 ddH2O PCR 扩增条件为 94 预变性 5 min 94 变性 30 s 52 55 退火 30 s 72 延伸 1 min 最后 72 延伸 7 min PCR 产物经 1 琼脂糖凝胶电泳检测 后用 DNA 胶回收试剂盒 Axygen 杭州 中国 进行扩增产物的纯化 回收 产物送上海桑尼生 物科技有限公司进行测序 表表 2 所用引物信息所用引物信息 Table 2 Primers used for PCR in this study DNA 片段 DNA region 引物名称 Primer 引物序列 Sequence 引物来源 Reference ITS4 5 TCCTCCGCTTATTGATATG 3 White et al 1990 ITS ITS5 5 GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG 3 White et al 1990 472F 5 CCCRTYCATCTGGAAATCTTGGTTC 3 Yu et al 2011 matK 1248R 5 GCTRTRATAATGAGA AAGATTTCTGC 3 Yu et al 2011 1F 5 ATGTCACCACAAACAGAAAC 3 Olmstead et al 1992 rbcL 724R 5 TCGCATGTACCTGCAGTAGC 3 Fay et al 1997 trnH 5 CGCGCATGGTGGATTCACAATCC 3 Tate Simpson 2003 trnH psbA psbA 5 GTTATGCATGAACGTAATGCTC 3 Sang et al 1997 trnL trnF trnL 5 CGAAATCGGTAGACGCTACG 3 Taberlet et al 1991 trnF 5 ATTTGAACTGGTGACACGAG 3 Taberlet et al 1991 1 3 数据分析 利用 CodonCode Aligner 5 1 软件 CodonCode Co USA 对原始序列进行整理 拼接和校正 去除引物区和低质量片段 利用DNAman和Clustal X2 1软件进行多序列比对和人工矫正 经过NCBI 中 Blast 比对正确后提交至 GenBank 在进行后续分析时 根据 GenBank 注释去除 trnH psbA 和 trnL trnF 序列的编码区 选取完整的 ITS 序列 包含 ITS1 5 8S 和 ITS2 序列 matK 和 rbcL 为部 分编码序列 通过 BioEdit V 5 0 6 软件 Hall 1999 计算各序列的长度 G C 含量以及序列的分 化度值 胡春云 等 2011 分别以 ITS 序列和 4 条 cpDNA 序列 matK rbcL trnH psbA 和 trnL trnF 的组合来构建槭属 的系统发育树 利用 Mega 6 0 软件 Tamura et al 2013 以最大似然法 Maximum Likelihood 构建系统树 选择 K2P Kimura 2 parameter genetic distance 遗传距离参数 各分支的置信度用自 展检验法 bootstrap test 进行检验 共进行 2 000 次循环 Grimm et al 2005 2 结果与分析 2 1 DNA 序列特征 对 47 份槭属植物样品进行 5 个基因位点测序 共获得 265 条序列 结合 GenBank 下载的 35 条 序列 共有 300 条序列用于研究和分析 5 条基因序列的 G C 含量有较大差异 trnH psbA 序列 Lin Li Lin Lejing Zhu Zhiyong Ding Yulong Kuai Benke Studies on the taxonomy and molecular phylogeny of Acer in China 1540 Acta Horticulturae Sinica 2017 44 8 1535 1547 G C 含量最低 为 25 26 而 ITS 序列的 G C 含量最高 为 60 72 表 3 5 条序列中 rbcL 序列长度最稳定 无插入 缺失位点 而 trnH psbA 序列的长度在种间变化最大 存在较多的插入 缺失位点 并含有大量的 A T 重复序列 ITS 序列的变异水平明显高于其他的 cpDNA 序列 当把 空位 gap 当做缺失处理时 ITS 区全序列排序后的长度为 710 个位点 其中有 261 个变异位点和 195 个为简约信息位点 分别占总序列长度的 36 76 和 27 46 并且该片段在槭树种间的差异度最 大 可达 10 37 cpDNA 片段中变异最大的为 trnH psbA 序列 变异位点和简约信息位点分别 占总序列长度的 14 74 和 7 19 种间最大差异度为 5 87 4 条 cpDNA 序列合并后得到序列排序 后的长度为 2 274 个位点 G C 含量为 37 58 含有 181 个变异位点和 105 个为简约信息位点 表表 3 槭属样品中槭属样品中 nrDNA 和和 cpDNA 序列特征序列特征 Table 3 Characteristics of nrDNA and cpDNA sequences in Acer samples 序列 Sequence 样本数 Number of sampling 长度范围 bp Length range 排列长度 bp Aligned length G C 含量 G C content range 序列差异度 Sequence divergence 保守位点 Conserved sites 可变位点 Variable sites 简约信息位点 Parsim info sites ITS 67 609 638 710 60 72 0 10 37 431 261 195 matK 54 688 691 693 36 19 0 1 61 653 38 29 rbcL 58 599 599 45 07 0 1 01 584 15 9 trnH psbA 58 299 407 570 25 26 0 5 87 375 84 41 trnL trnF 64 365 389 412 34 52 0 3 81 344 41 22 组合序列 Combined sequence 54 1 969 2 077 2 274 37 58 0 1 64 1 960 181 105 2 2 系统进化和聚类分析 以云南七叶树和金钱槭为外类群 采用最大似然法 ML 分别以 ITS 序列和 4 条 cpDNA 序列 组合来构建槭属的系统发育树 图 1 图 2 两组序列所构建的系统发育树中槭属与金钱槭都以较 高的支持率分为两组 表明槭属与金钱槭之间分化十分明显 在 ITS 分析中 所有槭属植物分为 3 个大类群 包含 12 个小类群 但系统树支持率相对较低 为 58 大类群 A 包含桐状槭组 坚果槭组和大花槭组 3 个组 大类群 B 包含槭组 茶条槭组 扁 果槭组等 6 个组 其余组聚于大类群 C 中 12 个小类群中 除小类群 B 4 C 1 和 C 4 外 所有的 小类群都是单系类群 由同一个组的槭树聚类而成 小类群 B 4 包含三小叶槭组和五小叶槭组 形 成一个混合类群 小类群 C 1 中梣叶槭和建始槭聚为一支 小类群 C 4 包含了鸡爪槭组 小果槭组 大花槭组滇藏槭以及全缘叶槭组的罗浮槭和光叶槭 聚类结果与 Tian 等 2002 的研究结果一致 基于 4 条序列组合构建的系统树与 ITS 系统树基本一致 但也存在一些差异 该系统树中 蔹 叶槭和梣叶槭并未聚为一支 而是形成两个单支 茶条槭组则表现出了与大花槭组更近的亲缘关系 结合两组序列构建的系统树进行分析 发现槭属有 11 组是单系类群 但也有鸡爪槭组 小果槭组 大花槭组和全缘叶槭组等 4 个组不是单系类群 鸡爪槭组和小果槭组相互混杂 并且与大花槭组的 滇藏槭以及全缘叶槭组的罗浮槭和光叶槭形成混合类群 桐状槭组 坚果槭组和大花槭组聚在一起 显示了 3 个组较近的亲缘关系 虽然支持率较低 但可以从这 3 组植物在叶柄 小枝等器官含有其 他组不具有的乳状液汁的特性得到证实 三小叶槭组 五小叶槭组和全缘叶槭组形成的聚类结果获 得了较高的支持率 89 表明 3 个组在遗传上高度相似 尖齿槭组虽然在形态上与鸡爪槭组 小果槭组相差较大 但遗传距离却很近 此外 也发现一些被 Xu 等 2008 归并为同一个种的槭 树并非聚为亲缘关系最近的一支 林 立 林乐静 祝志勇 丁雨龙 蒯本科 中国槭属植物的分类和系统发育研究 园艺学报 2017 44 8 1535 1547 1541 图图 1 基于槭属植物基于槭属植物 ITS 序列构建的序列构建的 ML 系统发育树系统发育树 支上的数字为 2 000 次自展支持率 Fig 1 Maximum likelihood ML tree based on ITS sequences for Acer species The bootstrap value was shown above the branch Lin Li Lin Lejing Zhu Zhiyong Ding Yulong Kuai Benke Studies on the taxonomy and molecular phylogeny of Acer in China 1542 Acta Horticulturae Sinica 2017 44 8 1535 1547 图图 2 基于槭属植物基于槭属植物 4 条序列组合构建的条序列组合构建的 ML 系统发育树系统发育树 支上的数字为 2 000 次自展支持率 Fig 2 Maximum likelihood ML tree based on 4 combined sequences for Acer species The bootstrap value was shown above the branch 林 立 林乐静 祝志勇 丁雨龙 蒯本科 中国槭属植物的分类和系统发育研究 园艺学报 2017 44 8 1535 1547 1543 3 讨论 3 1 属下分类系统以及 5 个种的系统位置 槭属是一个种类繁多的大属 通过传统的形态方法进行系统分类非常困难 并且已有的研究表 明单基于形态方法建立的属下分类系统大多是不自然的 其本身的科学性需要进一步检验 Bohs Olmstead 1997 王玉金和刘建全 2004 本研究中 除鸡爪槭组 小果槭组 大花组和全缘叶槭 组外 槭属 11 个组都是单系类群 表明方培文 1981 对该 11 组的处理是合理的 长期以来 小 果槭组的系统地位一直存在争议 Pax 1902 Rehder 1949 等认为该组具有圆锥花序 应作为 穗状槭组的一个系处理 Tanai 1978 和方培文 1981 等将其处理为独立一组 而 Ogata 1967 和 de Jong 1994 则主张将该组并入鸡爪槭组 同时 Ogata 1967 和 de Jong 1994 还支持将 罗浮槭和光叶槭归入鸡爪槭组下成为独立的一系 本研究结果显示小果槭组 鸡爪槭组 大花槭组 的滇藏槭以及全缘叶槭组的 2 个种 罗浮槭和光叶槭 聚成一个混合类群 表明这些槭树种类亲缘 关系很近 因此支持将小果槭组 罗浮槭以及光叶槭归入鸡爪槭组的观点 Ogata 1967 de Jong 1994 Xu et al 2008 滇藏槭在方培文 1981 和 Xu 等 2008 的分类系统中被归为大花槭组 但在 ITS 系统树中滇藏槭与小果槭组亲缘关系更近 该结果也在 Grimm 等 2005 的研究中得到证 实 从形态学角度分析 滇藏槭为雌雄异株型 显然难以归入小果槭组或鸡爪槭组 但滇藏槭的许 多形态特征 如具有明显的苞片 萼片反折等 与大花槭组其他种类也存在明显区别 因此 de Jong 等 1994 建议将其归为独立一组 由此可见 滇藏槭的分类地位有一定的特殊性 需进一步探讨 建始槭和梣叶槭在 Xu 等 2008 的系统中被归为一组 本研究中 梣叶槭在 ITS 系统树中与建始 槭聚为最近一支 但在组合序列系统树中则独立为一支 表明两种槭树在叶绿体序列上存在一定的 遗传差异 因此本研究支持将蔹叶槭组和梣叶槭组处理为两个独立组 本研究中两组序列的聚类结果与方培文 1981 对中国槭属各系的划分也是高度吻合的 在方 氏分类系统 方培文 1981 中 槭属共 15 个组 22 个系 其中 5 个组含 2 个或 3 个系 桐状槭组 含 2 个系 庙台槭和羊角槭归于篱笆槭系 该两种槭树与另一系的槭树 锐角槭 色木槭 元宝槭 和青皮槭 聚为两个不同分支 支持率达 98 以上 全缘叶槭组 3 个系槭树的聚类结果也符合方氏 的分类标准 大花槭组除锡金槭以外 聚类结果与方氏分类系统一致 锡金槭在遗传上的表现更接 近于大花槭组的另一个系 青楷槭系 三小叶槭组中的血皮槭系种类 血皮槭 毛果槭和三花槭 以较高的支持率聚为一支 东北槭系的东北槭则表现出了与全缘叶槭组较近的亲缘关系 该结果证 明了方培文 1981 对槭属组下大多数系的划分是合理的 也表明槭属有必要保留 系 这一级分 类单位 但是 鸡爪槭组由于归并了其他组槭树 并且原鸡爪槭组和小果槭组种类并未在系统树的 内部形成两个单系类群 因此 归并后的鸡爪槭组下分类系统仍需进一步研究 中国