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松科云杉属植物是重要的森林树种,具有非常重要的经济及生态价值。共34个物种,主要分布在北半球的寒温带、温带高山和亚高山地带,其中8种分布在北美,2种分布于欧洲,其余24种为亚洲分布。云杉属的研究已有200多年的历史,涉及形态、解剖、生物化学、核型、同工酶、RFLP、RAPD等方法,但由于云杉属物种形态趋同、杂交频繁,云杉属内物种关系,尤其是欧亚分布物种间关系仍未得到很好解决,野外采集及室内标本鉴定较为困难。DNA条形码的兴起与发展,为云杉属的研究提供了新的方法与视角。在云杉属中寻找适合作为DNA条形码的片段,可以为云杉属属内种的划分提供一些参考,为云杉属的正确引种、栽培、用材等提供切实可靠的依据。本文对国际推荐的七个叶绿体DNA片段atpF-H、matK、trnH-psbA、psbK-I、rbcL、rpoB、rpoC1在云杉属中的应用进行评价,并另外筛选了两个基因间区petA-psbJ和trnS-fM,以探讨利用DNA条形码来鉴定云杉属物种,乃至裸子植物的可行性,并揭示DNA条形码在裸子植物鉴定过程中存在的问题。结果显示,rpoC1基因序列峰图中出现严重套峰现象,并且变异率非常低,因此未对rpoC1进行分析。国际推荐的另外六个DNA片段中,matK长度适中,鉴定能力最强(35.7%);psbK-I核苷酸多态性最高,产生的单倍型种类也最多,但因种内变异较大,鉴定能力次于matK(25%);trnH-psbA的鉴定能力与psbK-I相当;atpF-H比psbK-I稍差(21.4%);rbcL及rpoB最为保守,鉴定能力较低(分别为14.3%和17.9%)。筛选的两个叶绿体基因间区中,petA-psbJ的鉴定能力高于其他任一DNA片段(57.1%),trnS-fM则与atpF-H相当(21.4%)。两片段组合中,trnH-psbA+psbK-I在国际推荐的片段中鉴定能力最高(50%),其次是matK+trnH-psbA、matK+psbK-I及atpF-H+psbK-I(46.4%),而生命条形码联盟植物工作组推荐的matK+rbcL只有42.9%的鉴定能力。三片段组合中,atpF-H+psbK-I +trnH-psbA鉴定能力最强(60.7%);四片段组合、六片段组合的鉴定能力均为64.3%。而petA-psbJ+trnS-fM、petA-psbJ+matK两片段组合的鉴定能力高达71.4%,与所有八个片段组合的鉴定能力相当。因petA-psbJ和trnS-fM序列中出现poly结构,需两端测序,一定程度上影响了其作为DNA条形码的可行性,但这两个片段对云杉属物种的鉴定能力较高,尤其是petA-psbJ基因间区。建议matK、petA-psbJ两个DNA片段可以作为云杉属叶绿体基因组的候选条形码。北美分布物种鉴定结果比欧亚分布物种要好。北美分布的八个物种在两片段组合时已经达到100%的鉴定,而欧亚分布物种鉴定率较低,在所有片段组合中仍有40%的物种鉴定失败。说明北美物种划分合理,物种成立,也可能与本文多个物种采样较少有关。欧亚分布物种始终有8种鉴定失败,有以下几种可能解释:(1)叶绿体基因组鉴定能力有限在petA-psbJ+matK和petA-psbJ+trnS-fM两种两片段组合中物种分辨率已达到所有组合中最大值,在此基础上增加其他任何片段都不能进一步改善物种鉴定结果,可能使用叶绿体基因组鉴定云杉属物种,同其他植物类群的研究一样存在上限。(2)研究材料的采样策略研究类群的采样策略对DNA条形码的鉴定能力有明显影响。理想的DNA条形码的采样策略应该具有来自不同居群的5个个体,本文的研究材料有12个物种只有一个个体代表,在完善采样后,分辨率可能会有所改变。(3)云杉属内杂交现象频繁云杉属物种间杂交现象频繁,属内近缘的物种之间可以很容易地进行杂交,如Li et al.(2010)推测P.purpurea可能是P.wilsonii与P.schrenkiana- P.likiangensis组的杂交物种,导致P.purpurea与P.wilsonii共享细胞质基因单倍型,在叶绿体基因组分析中两物种得不到分辨。(4)近期适应性辐射喜马拉雅-横断山区分布的云杉属物种P.likiangensis、P.farreri、P.spinulosa、P.smithiana、P.schrenkiana可能由近期适应性辐射分化产生,又由于喜马拉雅-横断山区丰富多样的地理生态环境及特殊的“岛屿式”生境,使得这些物种在形态和适应性上出现明显的差异,又没有时间积累足够的遗传变异。(5)物种太小亚洲东北部的P.asperata物种组的五个物种P.asperata、P.crassifolia、P.obovata、P.meyeri、P.koraiensis,及欧洲分布的P.abies、日本的P. koyamae形态上非常相似,在叶绿体基因的树图上也聚为一支得不到分辨,可能物种划分太小,在将来云杉属DNA条形码的研究中有必要对这些形态相似的物种进行分类学上的修订。