青藏高原特有属——扇穗茅属的物种界定研究

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扇穗茅属(Littledalea)是禾本科(Poaceae)、雀麦族(Bromeae)中一个具有重要经济和生态价值的高山特有属,属内大多数物种具有耐寒、耐旱、耐碱等特性,同时也是农牧业上良种繁育、牧草利用的重要基因资源。该属自建立以来,先后报道了藏扇穗茅(L. tibetica)、扇穗茅(L. racemosa)、寡穗茅(L. przevalskyi)、帕米尔扇穗茅(L. alaica)4个物种,但这些物种的形态变异复杂多样,种间界限模糊,能否作为独立的分类学物种报道尚属不清楚。据此,本研究查阅了中国科学院植物研究所标本馆(PE)、西北农林科技大学植物标本馆(WUK)和中国科学院西北高原植物研究所青藏高原生物标本馆(QTPMB)保存的所有扇穗茅属馆藏腊叶标本,并对其进行了野外实地调查及样品采集。在此基础上,综合利用形态学、解剖学和DNA条形码技术在居群水平上对扇穗茅属所有物种进行了物种界定和分类研究,旨在为扇穗茅属种质资源的保护和利用提供科学依据。主要研究结果及结论如下:  1.利用光学显微镜对先前报道的扇穗茅属4个物种、75个代表居群的外部形态特征进行观测,发现扇穗茅属物种具有的有无根状茎、旗叶长宽、叶片被毛状况、花序形状、穗轴每节小穗数、每小穗小花数目等22个外部形态性状上均存在不同程度的差异,这些属内种间差异可为该属系统发育研究提供重要信息。在此基础上,通过各类群间性状差异比较,探讨了扇穗茅属属下类群间的系统关系;同时,应用SPSS16.0软件对分类价值较大的性状进行了主成分分析,结果显示参试物种可被区分为2个不同的集群。基于这些研究结果,本文将扇穗茅属原划分的4个物种重新界定为寡穗茅和扇穗茅2个物种,藏扇穗茅与帕米尔扇穗茅作为扇穗茅的异名处理。  2.以常规叶表皮微形态解剖法,利用Olympus观察了扇穗茅属4个物种的叶表皮微观特征,发现它们的叶表皮皆由长细胞、短细胞和气孔器细胞等性状构成;同时,还发现它们在长细胞长度和壁的波曲程度,短细胞着生方式和分布样式,副卫细胞的形状类型等性状上具有明显差异。在此基础上,通过叶表皮微形态性状对扇穗茅属物种界定的结果与基于形态性状分类获得的结论基本一致。  3.以旱雀麦(B. tectorum)和早熟禾(P. annua)为外类群,基于核基因ITS序列构建系统发育树和 NETWORK图显示,4个先前确认的扇穗茅属物种严格地形成两个稳定且支持率较高的遗传分支(Ⅰ、Ⅱ),分支Ⅰ主要由扇穗茅、藏扇穗茅、帕米尔扇穗茅构成,另一分支Ⅱ由寡穗茅自成一独立单支;结合广义形态学研究结果,DNA条形码对扇穗茅属物种界定的结果与前面基于广义形态学特征获得的结论一致。
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