十字花科菘蓝属植物的特性研究

十字花科菘蓝属植物的特性研究

蓝色种子属的花科植物约50种，主要分布在亚洲中部和西南部，中国有四种。其中菘蓝(IsatistinctoriaLinn.)广布于全国,其根与叶均入药,分别为“板蓝根”和“大青叶”,为重要的传统中药材,具有清热解毒、凉血消斑之功效。关于菘蓝属的系统位置目前仍存在分歧,在1987年出版的《中国植物志》(第33卷)中,菘蓝属隶属于独行菜族(Lepidieae),与独行菜属(Lepidium)等植物相靠近,而在2003年出版的《中国被子植物科属综论》中采用Takhtajan系统,菘蓝属被放在了大蒜芥族(Sisymbrieae),与大蒜芥属(Sisymbrium)等植物靠近,2006年,美国学者Al-Shehbaz在他新修订的十字花科植物分类系统中,将菘蓝属放入新成立的菘蓝族(Isatideae),并且与舟果荠属(Tauscheria)等植物靠近,而舟果荠属原属于鸟头荠族(Euclidieae)。那么,菘蓝属植物究竟应该位于哪一族,它的近缘属又有哪些?从20世纪50年代起,许多学者将种皮微形态特征应用于植物分类学与系统学研究,证明了种皮微形态结构在科、属、种等不同水平上具有重要的系统分类价值。trnL内含子及trnL-F基因间隔区是位于叶绿体DNA上的一段单拷贝序列,编码trnA,近年来,已被成功地运用于分类群的系统学研究中,被普遍认为适用于确定属间乃至族间的系统发生关系。关于菘蓝属植物及其近缘属植物的种皮微形态以及叶绿体trnL内含子及trnL-F基因间隔区的序列研究目前国内外尚未见报道。本实验对菘蓝属及相关属代表植物,进行了种皮微形态观察以及叶绿体trnL内含子及trnL-F基因间隔区的序列分析,旨为确定菘蓝属的系统位置及其近缘属植物提供新资料。1材料和方法1.1扫描电镜sem观察取菘蓝属及相关属代表植物成熟果实(凭证标本见表1),从中解剖出种子,用双面胶直接贴于样品台上,喷镀后在HitachiS-570扫描电镜下观察、照相。种皮微形态特征的描述术语参考刘长江等文献资料。1.2叶绿体tr300包括种子和tr30-f基因间隔的序列1.2.1dna提取与制备采用CTAB法,步骤略作简化,用异丙醇沉淀出DNA后,离心收集沉淀,70%乙醇清洗2次后,烘干或自然风干,溶于适量灭菌双蒸水中,置4℃冰箱中备用。1.2.2trnl3测序扩增引物为“c”5′-CGAAATCGGTAGACGCTACG-3′和“f”5′-ATTTGAACTGGTGACACGAG-3′,采取整段测序,包括trnL内含子区、trnL3′外显子和trnL-F基因间隔区。反应体系为25μL,扩增程序为70℃1min;94℃1min,55℃20s,72℃50s,循环2次;94℃20s,55℃20s,72℃50s,循环38次;72℃保温4min;4℃保存。扩增反应在System9700PCR仪上进行。1.2.3纯度扩增产物使用大连宝生物工程有限公司生产的从琼脂糖凝胶中回收纯化DNA片段的试剂盒DV301纯化回收。1.2.4引物的选择回收产物直接由上海英骏生物技术有限公司在3730测序仪上完成测序,测序使用引物“c”和“f”正反链测序,必要时选择中间引物“e”和“d”。1.2.5其他群体的选择本研究根据《中国植物志》(第33卷),选择第一族长柄芥族的长柄芥(Macropodiumnivale)为外类群。1.2.6系统发育分析序列排列用CLUSTALX1.83完成,排好的序列利用PAUP4.0进行系统发育分析。利用PAUP4.0做简约分析时,空位始终作为缺失状态,使用启发式(heuristicsearch)搜索最简约树,100次随机加入,TBR枝长交换,利用bootstrap(1000次重复)检验各分支的置信度。2结果2.1结果表明，55是种微形态的观察2.1.1独立蔬菜l.gartenstrauw.种皮具单层网状纹饰,网眼为不规则多角形,网脊细,网眼具高出网脊的不规则突起,突起上或突起间具平行细条纹(图1,A)。2.1.2-6角形.种皮具单层网状纹饰,网眼为较规则的5-6角形,大小较均一,平均直径0.04mm,网脊细,网眼中部凹陷,周边或角隅处稍有隆起,具细条纹(图1,B)。2.1.3网脊生长分析.具双网脊的单层网状纹饰,网眼多为5-6角形,网脊较粗,光滑,清晰,大多相邻网脊具明显界限,形成双网脊,网眼内呈不规则隆起或凹陷,无条纹或褶皱(图1,C)。2.1.4网脊细、网眼内具的织物具双网脊的单层网状纹饰,网眼不规则,网脊较细,呈浅波纹状弯曲,有时不清晰,相邻网脊界限有时不明显,网眼内具条状隆起,交织成类网状纹饰(图1,D)。2.1.5规则多角形网脊.具双网脊的单层网状纹饰,网眼不规则多角形,网脊较粗,光滑,相邻网眼间网脊具明显界限,形成双网脊,网眼内具不规则隆起或凹陷(图1,E)。2.1.6网眼和网脊成立(Linn.)R.Br.种子具负网状纹,网眼为规则多角形,大小均匀,网眼中央具泡状膜,常破裂,内有乳突,网脊下陷为裂缝(图1,F)。2.1.7网眼中央生长1-5角形.具较浅的单层网状纹,网眼为规则5-6角形,底部较光滑,不规则地隆起,网眼中央有一小的扁平疣状突起,网脊细,较低,有时不清晰(图1,G)。2.1.8所有无毛的大蒜。luteumo.e.sch。var.glalovf.z.lietz.y.sun具较浅的单层网状纹,网眼为规则5-6角形,底部较粗糙,不规则隆起,网脊细,较低,有时不清晰(图1,H)。2.1.9新疆大冶甘草.具较浅的单层网状纹,网眼为规则5-6角形,底部较光滑,不规则隆起,网脊细,较低,有时不清晰(图1,I)。2.2序列和聚合式养成系统本研究除菘蓝外,其余10种材料的叶绿体trnL内含子及trnL-F基因间隔区序列均由本次实验所测,并上传Genbank获得序列号(表1)。测定序列经拼接后,范围在698和1072bp之间变动,序列最长的是无毛全叶大蒜芥,最短的是舟果荠。序列经排序校对后,总长为1345bp,其中489个位点为变异位点,310个为系统发育的信息位点,MP法构建的严格一致性树(图2)树长622,一致性指数(CI)=0.9325、保留性指数(RI)=0.9425,调整后一致性指数(RC)=0.8788,长柄芥为外类群,其余种类聚成两支,第一支为独行菜族的模式属独行菜属的3个种,其自展支持率为100%;第二支又包含两个系,第一系为鸟头荠族的模式属模式种鸟头荠,第二系为大蒜芥族的模式属大蒜芥属的3个种构成的一小分支和菘蓝属两个种与舟果荠属的舟果荠构成的另一小分支组成,自展支持率为100%。3外化植物及系统发育树的结构及与覆盖物的关系(1)本研究根据种皮微形态特征,所研究的菘蓝属及相关属9种代表植物可以划分成4种类型,第一种类型为独行菜族的模式属独行菜属的独行菜和北美独行菜,网眼为较规则或不规则多角形,网眼内具不规则隆起或凹陷;第二种类型包括菘蓝、小果菘蓝和舟果荠,网眼为较规则或不规则多角形,网眼间常形成双网脊,网眼内具不规则隆起或凹陷;第三种类型为鸟头荠族的模式属鸟头荠属的鸟头荠,具负网状纹,网眼中央具泡状膜,常破裂,内有乳突,网脊下陷为裂缝;第四种类型为大蒜芥族的模式属大蒜芥属的3种植物,网眼为规则5-6角形,网眼较浅,网脊细,较低。从以上分析可以看出,菘蓝属植物菘蓝、小果菘蓝与舟果荠属的舟果荠(单种属)种皮纹饰同属一种类型,而与独行菜属、大蒜芥属、鸟头荠属植物具有明显的差异,因此,种皮特征支持菘蓝属和舟果荠属有较近的亲缘关系。(2)本研究基于叶绿体trnL内含子及trnL-F基因间隔区的序列分析所构建的系统发育树中,菘蓝属植物靠近舟果荠属植物,而且自展支持率达98%,而与独行菜属、大蒜芥属、鸟头荠属植物具有一定的间隔,这表明分子证据同样支持菘蓝属与舟果荠属植物具有更近的关系。此外,从系统发育树中还可以看出,菘蓝属与独行菜族模式属独行菜属的距离比与大蒜芥族模式属大蒜芥属还要远,表明菘蓝属位于独行菜族是不妥当的,不支持《中国植物志》(第33卷)中对于该属系统位置的处理。(3)舟果荠属是十字花科中的一个单种属,通过野外采集和室内鉴定