论文部分内容阅读
微孔草属(Microula Benth.)是青藏高原特有属，主要分布于青藏高原及其周边3000-5500米高海拔地区，该属约30余种植物，是中国紫草科(Boraginaceae)较大的属之一。本文综合运用了微形态学、DNA条形码技术、分子系统学、形态学等手段和方法对微孔草属及紫草亚科(Boraginoideae)的系统演化问题进行探讨，对微孔草属进行了分类修订，并在此基础上对微孔草属植物的生物地理学进行了探讨，主要研究结果如下：
1.小坚果微形态学
通过对微孔草属28种植物小坚果进行光镜及电子扫描显微镜观察，得到果表面各种不同的毛被、乳突及片层结构的不同形态特征及这些特征在微孔草属各个类群的分布。研究结果在一定程度上支持了目前对微孔草属的属下分类阶元的划分，并为微孔草属的属下分类阶元的划分提供了新的分类学证据，如，纤长毛可作为长筒微孔草组(M.sect.Dipterygocarpa)组区别于微孔草属其他组的微形态学分类学性状；星状毛也为西藏微孔草组(M.sect.Microula)有别于其他组提供了依据。无孔微孔草(M.efoveolata W.T.Wang)是具备本属唯一的的褶皱乳突和褶皱片层，宏观形态上该种果背面具三条纵棱也是在整个微孔草属唯一的。这三点使无孔微孔草在PCO分析归类中远离微孔草属其他类群。从小坚果特征来看，将无孔微孔草独立为一个单独的组更合适。
2.DNA条形码鉴定：
对五个候选DNA条形码片段(ITS，matK，trnL-trnF，trnH-psbA和rbcL)在微孔草属植物中单独或两两组合的鉴定分辨率进行了评估。单片段DNA条形码中ITS片段鉴定率达到87％，两片段组合中ITS+trnL-trnF鉴定率达到90％，说明DNA条形码用于微孔草属物种鉴定是可行的，此二者可以作为标准条码用于本属物种鉴定研究。DNA条形码能大部分正确地鉴别出微孔草属的物种，这与其他相关研究结果相一致。本研究中，一些样品可能处于不同的分化阶段或不同物种之间存在一定的基因渐渗，在一定程上反映出微孔草属植物在青藏高原地区发生了强烈的分化，该属植物在该区域内的物种形成过程复杂。
3.分子系统学
通过对紫草科57属104种植物的分子系统学研究可以得到如下主要结论：
1.紫草亚科为一单系类群在各个片段不同方法中得到强烈的支持；2.琉璃苣族(Boragineae)、紫草族(Lithospermeae)、琉璃草族(Cynoglosseae)与刺缘草族(Echiochileae)为紫草亚科下四个族；3.原琉璃草族、齿缘草族(Eritrichieae)、附地菜族(Trigonotideae)与勿忘草族(Myosotideae)够成了一个单系的广义琉璃草族，微孔草属应归于琉璃草族；4.狼紫草属(Lycopsis L.)与牛舌草属(AnchusaL.)形成单系群；胀萼紫草属(Maharanga A.DC)与滇紫草属(Onosma L.)形成单系群；微孔草属与颈果草属(Metaeritrichium W.T.Wang)形成单系群；齿缘草属(Eritrichium Schrad.ex Gaudin)不是单系类群。
通过对微孔草属29种植物的分子系统学研究可以得到以下结论：1.微孔草属是并系类群，颈果草属应并入微孔草属；2.传统分类系统得到一定程度的支持；3.长筒微孔草组为单独亚属，无孔微孔草为单独一个组；4.微孔草组内的分系有所调整；5.微孔草属内的种间遗传距离小于紫草科其他属的种间遗传，可能与微孔草属是近期快速辐射演化的类群及其主要依靠重力散播的种子传播方式有关。
4.分类修订
在形态学、微形态学、DNA条形码技术及分子生物学研究的基础上，结合对覆盖本属绝大部分分布区的的野外调查和对模式标本、原始文献及绝大多数微孔草国内外馆藏标本查阅，将颈果草属并入微孔草属，并最终确定微孔草属共31种7变种，本研究在修订过程中建立了3个新亚属，2个新组，发表了2个新种，提出了2个新组合，3个新异名。总苞微孔草(Microula involucriformis W.T。Wang)组合为微孔草(M.sikkimensis(Clarke)Hemsl.)的变种；长梗微孔草(M.longipes W.T.Wang)为大果微孔草(M.bhutanica(Yamazaki)Hara)异名；将M.younghusbandii Duthie处理为M.tibetica Benth.var.pratensis(Maxim.)W.T.Wang的异名；将M.mustangensis Yonek.作为M.bothriospermoides W.T。Wang的异名处理。
5.生物地理学
通过基于紫草科2片段(nrITS和cpDNA trnL-trnF)及微孔草属4片段(nrITS和cpDNAtrnL-trnF，trnH-psbA，rbcL)推算微孔草属的分化时间，并进行微孔草属祖先类群分布区重建。BEAST及S-DIVA的结果显示，微孔草植物的起源、分化与物种形成完全伴随着青藏高原的隆升过程，与之息息相关。微孔草属亲缘关系最近的类群是主要分布于北美的Plagiobothrys，Cryptantha和Amsinkia3属。青藏高原隆升过程中，20.5-17.5Ma BP微孔草属的起源于青藏高原东缘及横断山区；在8 Ma BP的青藏高原快速抬升导致了微孔草属于高原东缘及横断山区开始内部分化；3.4-06 Ma BP的青藏高原剧烈隆升导致微孔草属植物开始剧烈的辐射演化，绝大多数现生微孔草属物种在此时期形成。