中国凤仙花属Impatiens L.一些系统学问题的研究

摘要

本文对凤仙花属Impatiens L.数十种植物进行了种子表皮微形态学、孢粉学、花器官发生和分子系统学研究，主要获得了以下结果： 1.通过扫描电镜对风仙花属15种植物的种子表皮微形态特征进行了观察。结果表明：该属的种子表皮纹饰可分为光滑型、颗粒型、网状型和隆起型四种类型，后两者又可细分为若干亚型，其中负网状亚型和网状一丘状隆起亚型为本文首次报道。供研究的15种凤仙花属植物种子表皮微形态特征差异显著，它们作为属内种的分类鉴别特征具有重要价值；种子表皮的微形态学特征与其物种的部分表型特征具有相关性，在一定程度上反映了属内类群的分化。 2.在扫描电镜下首次比较全面的研究了风仙花属36种植物的花粉形态特征。结果表明：风仙花属花粉为单粒花粉，具角萌发孔，3沟或4沟，网状纹饰，大小为18.7-45.1×12.5-25.7μm。凤仙花属花粉萌发孔演化趋势为3沟→4沟，具3沟花粉的峨嵋凤仙花I.omeiana等种类为风仙花属的原始类群，具4沟花粉的匍匐风仙花I.reptans等种类为该属的进化类群；凤仙花属种间花粉差异主要表现在大小、形状及网状纹饰中网脊宽度、网眼内衍生物等方面。凤仙花属花粉特征，特别是花粉网状纹饰中网眼内有无颗粒状突起及颗粒状突起的形态特征，在属内常具种水平上的可见变异，因而可作为该属分类的重要证据。 3。研究了代表不同形态学类型的四种风仙花属植物花器官发生特征，揭示了其花器官的早期发生式样及动态过程。凤仙花属植物萼片的早期演化趋势为：5个萼片原基独立发生，均完全发育→5个萼片原基独立发生，2个前外侧萼片发育后期消失→3个萼片原基独立发生，2个前外侧萼片原基与旗瓣原基形成“萼片一花瓣复合原基”；近轴花瓣原基最先发生，4个侧生花瓣原基相继成对发生；5个雄蕊原基和5个心皮原基均为轮状同时发生。从花器官发生过程来看，5个萼片原基独立发生且发育完全的锐齿风仙花代表该属较原始的类型，仅有3个萼片原基独立发生的杏黄风仙花则代表该属较进化的类型。 4.以水角、Tetramerista sp.和Souroubea loczyi为外类群，对凤仙花属30多种代表植物的ITS区和trnL-F序列进行了测定，分别构建了其分子系统树，并将这两个序列结合构建了联合系统树。结果表明：凤仙花科为单系，水角属为凤仙花属的姐妹群，位于系统树的最基部；蒴果为椭圆形或宽纺锤形的种类在分子系统树中基本聚为一大分支，蒴果为棒状或条形的种类则聚为另外的分支，暗示着果实形态可能是该属分类最为重要的性状。从系统树分支结果来看，唇瓣形状、距的长短等性状亦具有较重要的分类学价值，而花梗基部是否具苞片、侧生萼片数露等性状的分类学价值并不显著。分子系统树中，湖南风仙花和长角凤仙花获得了极高的靴带支持率，分子证据支持将两者归并；而黄金凤和紫花黄金凤(前者的变种)位于不同的分支上且相距较远，分子证据支持将后者提升为独立的种。 5.完善和补充了凤仙花属中果实形状和花部唇瓣的形状等特征是该属最为重要的性状；对长角凤仙花等物种的分类学地位进行了探讨；发现了凤仙花属一新种，即岩生凤仙花Impatiens rupestris K．MLiu et X.Z.Cai。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1经典分类学

1.2解剖学

1.3微形态学

1.4细胞学

1.5孢粉学

1.6花器官发生

1.7分子系统学

2种子表皮微形态学研究

2.1材料和方法

2.2结果与分析

2.2.1凤仙花属植物种子的宏观形态特征

2.2.2凤仙花属植物种子表皮的微形态特征

2.2.3种子表面微形态类型的划分

2.2.4种子微形态特征在分类学中的应用

2.3讨论

2.3.1有关凤仙花属种皮纹饰和种皮微形态类型问题

2.3.2凤仙花属种子的微形态学特征的分类学意义

2.3.3凤仙花属种子的微形态学特征与形态学特征的相关性

图版

3孢粉学研究

3.1材料与方法

3.2结果与分析

3.2.1凤仙花属植物花粉形态特征

3.2.2种的花粉形态

3.3讨论

3.3.1花粉形态特征在属下阶元划分的意义

3.3.2有关花粉纹饰和花粉类型问题

3.3.3紫花黄金凤的分类学地位问题

图版

4花器官发生研究

4.1材料和方法

4.2观察结果

4.2.1长角凤仙花的花器官发生

4.2.2锐齿凤仙花的花器宫发生

4.2.3杏黄凤仙花的花器官发生

4.2.4牯岭凤仙花的花器官发生

4.3讨论

4.3.1萼片的演化过程及其系统学意义

4.3.2花瓣的发生过程及其分类学意义

4.3.3凤仙花属植物花器官的排列方式

图版一

图版二

5基于叶绿体和核糖体基因的分子系统学研究

5.1材料与方法

5.2结果与分析

5.2.1 ITS序列

5.2.2 trnL-F序列

5.2.3 ITS和trnL-F序列联合分析

5.3讨论

5.3.1分子系统学资料的分类学价值问题

5.3.2部分物种的分类学地位问题

5.3.3凤仙花科的系统发育

5.3.4单独和联合数据在系统发育研究中的应用

6结语

6.1基本结论

6.2本论文的主要贡献

6.3下一步工作设想

参考文献

附录

在读期间发表的论文目录和获奖情况

致谢