十字花科棒果芥属和紫罗兰属的系统分类研究

摘要

十字花科棒果芥属（Sterigmostemum M.Bieb.）和紫罗兰属(MatthiolaR.Br.)分别属于香花芥族和紫罗兰族，其属内物种的划分在《中国植物志》、《新疆植物志》和《Flora of China》中均具争议。标本鉴定的差异性和物种传统形态特征的局限性可能是造成这种差异的主要原因。因此，本研究结合种皮微型态、花粉形态学、核型及分子系统学等手段对各属物种进行系统学分析，以期为各属的系统位置及属内种范围的确定提供数据支持。
　　(1)棒果芥属花粉形态学和分子系统发育研究。结果表明，8个物种的花粉形态均为长球形(P/E=1.33～1.84);花粉粒具三沟，沟长达两极;极面观为三裂圆形，赤道面观为椭圆形;花粉具网状纹饰，稀粗网状纹饰，网眼为不规则的多边形。花粉数量特征在种间有一定差异，依据纹饰类型及萌发沟深浅均可将8种植物花粉分为2个类型。总体上，花粉形态特征在棒果芥属的水平上没有明显的规律，并不能佐证《Flora of China》中青新棒果芥、福海棒果芥和灰毛棒果芥为同一个种及无腺棒果芥和大花棒果芥为同一个种的划分结果。
　　棒果芥属植物分子系统发育分析结果表明，核基因ITS序列(56.2％)比叶绿体trnL-F序列（仅为1.1％）具有更高的信息量。以新疆紫罗兰为外类群，基于ITS序列的MP树和NJ树均将8个物种分为2大地理类群:准噶尔类群（福海棒果芥、棒果芥、黄花棒果芥和青新棒果芥）和阿尔金山类群（紫花棒果芥、大花棒果芥、灰毛棒果芥和无腺棒果芥），并与样本采集地相对应。基于trnL-F的MP和NJ树中，棒果芥则与其他7个物种完全分开，而这7个物种的分类结果又与ITS相同。由此可知，ITS序列体现了物种分化过程中地理隔离对核基因的显著影响，而trnL-F序列则证明棒果芥叶绿体DNA与其他7个物种可能具有不同的进化途径或方向。trnL-F序列的分析结果在一定程度上支持了《Flora of China》中仅将棒果芥保留在该属的观点。
　　(2)紫罗兰属的系统分类研究。结果表明，新疆紫罗兰、紫罗兰和伊朗紫罗兰在传统形态、种皮特征上有一定的差异。核型分析表明，新疆紫罗兰和伊朗紫罗兰都是2n=2x=12，而紫罗兰是2n=2x=14。3种植物的花粉形态具有一定的相似性，其中新疆紫罗兰和和伊朗紫罗兰花粉同具3沟，网脊宽均约0.32μm，网眼直径分别为1.38和1.58μm，也较为接近。相比之下，栽培种紫罗兰花粉萌发沟不明显，其网眼直径和网脊宽度均大于前两者。ITS分子系统发育研究表明，新疆紫罗兰和和伊朗紫罗兰具有相对较近的进化距离，小于它们与紫罗兰之间的进化距离，即前两者间的亲缘关系较近。因此，基于本研究我们不支持《Flora of China》将新疆紫罗兰划出紫罗兰属，认为《新疆植物志》保留3个种更为合适。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 十字花科植物叶表皮毛状体形态研究

1．2．2 十字花科种皮微形态研究

1．2．3 十字花科植物花粉形态研究

1．2．4 十字花科植物染色体研究

1．2．5 十字花科植物分子系统学研究

1．3 棒果芥属和紫罗兰属物种分类上存在的问题

1．3．1 棒果芥属

1．3．2 紫罗兰属

1．4 本研究目的与意义

第2章 棒果芥属植物的系统分类学研究

2．1 材料来源和形态特征

2．1．1 材料来源

2．1．2 传统形态特征与检索表

2．2 实验方法

2．2．1 花粉形态学研究方法

2．2．2 ITS和trnL-F序列的实验方法

2．3 结果

2．3．1 棒果芥属植物的花粉形态特征

2．3．2 棒果芥属植物分析系统学研究

2．4 讨论与结论

2．4．1 棒果芥属植物花粉形态

2．4．2 棒果芥属植物的分子系统学

第3章 紫罗兰属植物的系统分类学研究

3．1 材料来源和形态特征

3．1．1 材料来源

3．1．2 传统形态特征与检索表

3．2 实验方法

3．2．1 花粉形态学研究方法

3．2．2 种皮形态学研究方法

3．2．3 染色体数目分析方法

3．2．4 ITS序列的实验方法

3．3 结果

3．3．1 花粉形态学

3．3．2 种皮形态学

3．3．3 染色体数目

3．3．4 ITS序列分析

3．4 讨论

第4章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

附录

参考文献

致谢

作者简历