鳶尾屬部分種發(fā)育生物學(xué)與系統(tǒng)演化的研究.pdf

1、本文對鳶尾屬植物部分種從種子胚到種苗的發(fā)育形態(tài)學(xué)、種子表面微形態(tài)及分子系統(tǒng)學(xué)(核DNA的ITS序列和葉綠體DNA的tmL-F序列)三個(gè)方面進(jìn)行了比較研究，以此探討了鳶尾屬植物發(fā)育生物學(xué)及系統(tǒng)與演化等問題，并最終以檢索表的形式全面綜合分析了主要性狀，并取得了某些新進(jìn)展，分述如下： 1、發(fā)育形態(tài)學(xué)。 種子胚苗端發(fā)育較好，根端發(fā)育較弱，突出表現(xiàn)為子葉節(jié)以上長于子葉節(jié)以下，根端短而鈍，結(jié)構(gòu)上分化不明顯。種子萌發(fā)時(shí)，部分個(gè)體早期初

2、生根緊鄰根尖分生區(qū)之上產(chǎn)生環(huán)狀膨大生毛區(qū)。這些個(gè)體性狀與單子葉沼生目和雙子葉睡蓮目多數(shù)水生植物相似，從一定程度上反映它們在系統(tǒng)發(fā)生上的關(guān)系。 通過種子到種苗發(fā)育過程的觀察與實(shí)驗(yàn)表明可以用來區(qū)分種的穩(wěn)定性狀是：由子葉節(jié)發(fā)出的維管束通過子葉鞘進(jìn)入子葉聯(lián)結(jié)的維管束的數(shù)目及位置；有無舌狀鞘；子葉鞘的缺失與否；上胚軸和下胚軸明顯與否；幼芽萌動(dòng)的形式，尤其種子結(jié)構(gòu)和第一片葉的形態(tài)；胚芽葉萌發(fā)時(shí)胚芽鞘膨大的形態(tài)；子葉聯(lián)結(jié)的位置。發(fā)現(xiàn)胚芽鞘膨大

3、的形態(tài)與子葉聯(lián)結(jié)的位置存在相關(guān)性，子葉聯(lián)結(jié)位于子葉鞘中上部的，子葉鞘會(huì)沿胚根方向延伸膨大，如子葉聯(lián)結(jié)位于子葉鞘偏下部位置，子葉鞘會(huì)呈三角錐狀突起膨大。 2、種子表面微形態(tài)。 鳶尾屬植物種子表面微形態(tài)特征具有穩(wěn)定性，與分布區(qū)無關(guān)，但同一種的種子凹、凸面微形態(tài)差異很大。所以應(yīng)取果實(shí)中部的發(fā)育良好、自然成熟的種子，并在比較觀察時(shí)選擇相同部位。所研究的鳶尾種都為網(wǎng)狀(網(wǎng)紋或負(fù)網(wǎng)紋)文飾，這與鳶尾屬植物花粉的基本紋飾相同，鳶尾屬植

4、物種子表面紋飾的進(jìn)化關(guān)系為：網(wǎng)胞同形較網(wǎng)胞異形的原始；負(fù)網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)較網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)原始；網(wǎng)脊突起不明顯較網(wǎng)脊突起明顯或凹陷呈蜂窩狀的紋飾原始；網(wǎng)眼較淺較網(wǎng)眼較深的原始；次級雕紋平滑的較次級雕紋具褶皺或突起的原始。 3、分子系統(tǒng)學(xué)。 通過引物設(shè)計(jì)，PCR，基因克隆，測序，聚類分析及其同源性比對，得到了10種鳶尾屬植物和1個(gè)外類群的ITS序列，并進(jìn)行了相應(yīng)的系統(tǒng)發(fā)育分析。本研究中ITS序列包括部分18S、全部的ITS1、5.8S及I

5、TS2序列、部分26S。在鳶尾屬部分種中ITS1區(qū)長度在219-243bp，5.8S序列長度均為165bp，ITS2區(qū)長度變異范圍為196-239bp，ITS1進(jìn)化速率快于ITS2。5.8SDNA序列過于保守，保守位點(diǎn)占81.9％，不適于單獨(dú)用作鳶尾屬植物的系統(tǒng)發(fā)育分析，可以利用ITS整個(gè)序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)育分析。ITS序列對于區(qū)分鳶尾屬植物組級的較大分類等級較好。用近緣屬射干屬的Belamcandachinensis作為外類群，用鄰位相接

6、法(NJ)和最大簡約法(MP)進(jìn)行聚類分析所得的較一致的系統(tǒng)樹，分析表明ITS序列對于建立屬間的分類等級更加有效。結(jié)合genebank中的中國鳶尾屬的種的序列，比較支持中國鳶尾屬植物組以上的分類系統(tǒng)。由于鳶尾屬種內(nèi)ITS序列的多樣性，ITS序列分析適于用于鳶尾屬植物居群多樣性研究，探討物種起源與演化關(guān)系。 得到了東北地區(qū)11種鳶尾屬植物16個(gè)樣本和1個(gè)外類群的trnL-F序列，tmL-F序列中tmL內(nèi)含子長度在380-410bp

7、、tmL-trnF非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)序列長度變異范圍為346-397bp，tRNA-Leugene序列共50bp，是非常保守的序列，而且外類群B.chinensis也具有相同的tRNA-Leugene。分析認(rèn)為鳶尾屬植物種內(nèi)tmL-F序列變異很小，trnL-F序列可以用于屬間及屬下等級分類，尤其對于種的分類很有效。tmL-F序列可用于鳶尾屬植物分子分類學(xué)研究。 把前人關(guān)于鳶尾屬植物的研究工作與本文在發(fā)育形態(tài)學(xué)、種子表面微形態(tài)及分子系統(tǒng)

8、學(xué)等方面獲取的新進(jìn)展進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)了黃菖蒲種內(nèi)變異很大等新問題，進(jìn)一步肯定I.ruthenica和I.uniflora之間、I.tenuifolia、I.ventricosa和I.loczyi之間；I.sibirica、Isangninea和I.typhifolia之間；I.lactea、I.ensat之間的親緣關(guān)系密切的結(jié)論；并提出I.dichotom、I.mandshurica、I.setosa、I.holophila分類處理的