欧亚针茅族(禾本科)分子系统学研究

摘要

针茅族 Stipeae Dumort.隶属于禾本科 Poaceae早熟禾亚科 Pooideae Macf.et Wats.,全世界约24属400-600种,广泛分布于温带、亚热带及热带地区的高寒草原、荒漠草原和草原地区。我国分布有针茅族植物10属67个种,这些植物在我国森林带以西发育成各类草原的建群种和优势种。本研究运用8个叶绿体片段,1个核基因片段,深入开展了欧亚针茅族的系统发育分析;并结合 Genbank的数据,筛选3个叶绿体片段,1个核基因片段,初步探讨了世界针茅族的系统发育关系。主要结果如下:
　　1.欧亚针茅族系统发育分析
　　利用8个叶绿体片段( trnL-F, trnH-psbA, rpl16, rbcL, ndhH-rps15, rps19-psbA, rpl22-rps19, rps15-ndhF)和1个核基因片段(ITS)对欧亚地区的针茅族进行系统发育分析。内类群包括欧亚针茅族十个属46个种的代表类群,外类群为:燕麦 Avena sativa L.、三毛草 Trisetum bifidum(Thunb.) Ohwi、臭草 Melica scabrosa Trin.、龙常草 Diarrhena manshurica Maxim.、显子草 Phaenosperma globosa Munro ex Benth.、藏野青茅 Deyeuxia tibetica Bor。分析发现:
　　a.三蕊草属 Sinochasea Keng、冠毛草属 Stephanachne Keng以及毛蕊草属 Duthiea Hack.构成一个稳定的分支,明显与针茅族其它类群分开,针茅族的其它类群构成一个支持率很高的单系类群,我们的结果支持将这三个属移出针茅族。
　　b.大叶直芒草 Achnatherum coreanum(Honda) Ohwi和钝颖落芒草 Piptatherum kuoi S.M.Phillips& Z.L.Wu稳定的聚为一支,这两个物种主要分布在林缘、林下比较湿润的生境,这与针茅族其它属主要分布于较干旱的草原地带的生境有明显区别。这两个种在形态上也表现出一些独特的特征:颖片脉间具小横脉;外稃5脉;胚具 cleft,类似于竹形胚;叶片横切特征显示这两个种的维管束都靠近叶片下表皮。本研究支持将这两个种处理为一个新属。
　　c.狭义针茅属 Stipa s.s.构成稳定的单系类群,支持率为100％。狭义针茅属进一步形成两个分支,这两个分支与生境特点有相关性。
　　d.落芒草属 Piptatherum P.Beauv.是很好的单系类群。
　　e.沙鞭 Psammochloa villosa(Trin.) Bor与羽茅 Achnatherum sibiricum(L.) Keng ex Tzvelev聚为姐妹类群;钝基草 Achnatherum saposhnikovii(Roshev.) Nevski显示与芨芨草属 Achnatheherum Beauv.的部分类群聚为一支。支持将沙鞭与钝基草并入芨芨草属,但钝基草与芨芨草属的其他种可以较好区分,可以处理为一个属下的单种组。
　　f.芨芨草属和细柄茅属 Ptilagrostis Griseb.属于复系类群。芨芨草 Achnatherum splendens(Trin.) Nevski与狭义针茅属构成姐妹类群;其余芨芨草属植物分成两部分,分别与细柄茅属分为的两支各聚为一支;落芒草属与细柄茅属和芨芨草属构成的一个分支聚为姐妹类群;三角草属 Trikeraia Bor与另外一支芨芨草属+细柄茅属分支构成姐妹类群;直芒草属 Orthoraphium Nees与三角草属+芨芨草属+细柄茅属分支构成姐妹类群。
　　2.世界针茅族系统发育初探
　　联合 Genbank上下载的所有针茅族植物的序列,选择数据较为完整的3个叶绿体片段(trnL-F, trnH-psbA, rpl16)和1个核基因片段(ITS),对世界范围内的针茅族进行系统发育分析。内类群包括除 Macrochloa Kunth,Anemanthele Veldkamp之外的所有针茅族的22个属级代表;外类群选择燕麦属 Avena L.、三毛草属 Trisetum Pers.、臭草属 Melica L.、龙常草属 Diarrhena Beauv.、显子草属 Phaenosperma Munro ex Benth.et Hook.f.以及野青茅属 Deyeuxia Clarion植物。分析表明:
　　a.支持将三蕊草属、冠毛草属以及毛蕊草属构成的分支移出针茅族,构成一个新族。
　　b.移出新族后,世界针茅族是一个支持率100％单系。
　　c.欧亚分布的针茅族类群不构成一个单系,而是散布于各个分支中。
　　d.核心针茅族形成3个主要分支:第一支包括了美洲、澳洲以及欧亚的针茅类群(Amelichloa Arriaga and Barkworth,Nassella Desv.,Jarava Ruiz and Pav.,Celtica F.M.Vázquez and Barkworth,Austrostipa S.W.L.Jacobs& Everett,Achnatherum P.Beauv., Psammochloa Hitchc.以及Piptatherum miliaceum(L.) Coss);第二支由欧亚狭义针茅属、落芒草属以及北美的Piptochaetium Presl,Aciachne Benth.,Ortachne Nees ex Steud., Hesperostipa(Elias) Barkworth组成,但支持率较低(70％);第三支由欧亚类群中的细柄茅属、芨芨草属、三角草属以及直芒草属构成。
　　e.芨芨草属、细柄茅属、落芒草属、Nassella以及Jarava等不是自然的单系类群。
　　f.Austrostipa,Hesperostipa,Piptochaetium,狭义针茅属以及三角草属等属为单系类群。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 针茅族的研究背景和本研究拟解决的问题

1.1针茅族系统学研究进展

1.2针茅族研究存在的问题及本研究拟解决的问题

第二章 欧亚针茅族分子系统学研究

2.1 研究思路、取样设计和分子标记的选择

2.2实验方法

2.3 实验数据处理和分析

2.4系统发育分析

2.5实验结果

2.6讨论和结论

第三章 世界针茅族系统发育初探

3.1 研究目的和意义

3.2 数据来源及数据分析

3.3 结果和讨论

在读期间发表和完成的文章

致谢