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姜科姜黄属CurcumaL。全世界约70种,主要分布于东南亚,其中包括中国、印度、泰国、印度尼西亚和马来西亚,少数种在澳大利亚和南太平洋有分布。我国约10余种,主产东南至西南部。该属植物具有重要的经济价值,可作药用、调味品、色素、香料、染料、化妆品和杀虫剂等。由于姜黄属植物的形态变异大,栽培品种多,多数植物种植后数年才开花,且该属植物大多属于三倍体,不结果实,这使得姜黄属植物物种的数量一直存在较大争议,给姜黄属的分类工作带来较大的困难。随着科学的发展,应用于分类学的方法和手段越来越多,新兴的学科已有细胞分类学、化学分类学、数值分类学、分子分类学等。本研究在经典分类学、细胞学、孢粉学及DNA条形码研究的基础上,对姜黄属植物进行较系统的分类整理和亲缘关系研究,以期为姜黄属植物分类提供新的科学依据,帮助解决姜黄属植物的分类问题。
1.利用传统压片技术观察11种姜黄属植物的染色体数目和形态,为染色体的倍性研究提供基础和依据。现有的染色体资料表明,姜科姜黄属植物的染色体基数是21,姜黄属多数是三倍体,2n=63,且染色体形态较为一致,仅个别种为二倍体,如黄花姜黄(2n=42),一个种为四倍体,广西莪术(2n=84)。姜黄属植物的染色体较小,大小仅为0.5-2.0μm,无法进行核型分析。
2.利用扫描和透射电镜对姜黄属和凹唇姜属17个类群的花粉样品进行了观察研究。花粉形态研究表明,花粉的形状有卵圆形和球形两种。花粉的大小,最小的是Curcumakwangsiensis的51.9a:7.2μm,最大的是Boesenbergia longiflora的109.4±12.5μm。花粉无萌发孔。花粉壁薄,厚度变化范围在2.2μm至9.5μm之间,大部分花粉壁是连续的,仅Boesenbergia albomaculata的花粉壁是不连续的。根据花粉纹饰的特征,这些花粉可以分为两种类型以及两组不同的带刺亚型:类型一:光滑型,姜黄属Curcuma。类型二:带刺型;组一:具刺-光滑型,外壁纹饰是具刺型,但是刺与刺之间的外壁光滑,如Boesenbergiaalbomaculata;组二:具刺-网纹型,外壁纹饰是具刺型,但是刺与刺之间的外壁有网纹,如Boesenbergia longiflora。姜黄属和凹唇姜属的花粉内壁有两层,由一层厚的管状结构和同质的内壁内层组成。
3.应用DNA条形码技术,检测三个叶绿体条形码候选片段rbcL,trnH-psbA和matK片段对63种姜黄属植物(111个居群)的物种鉴定能力,同时评价其序列扩增成功率,并希望获得系统重建,确定姜黄属近缘种的界限。DNA条形码研究表明:三个候选片段都较容易扩增,扩增成功率很高;利用Blastclust序列检测物种的鉴定能力时,rbcL片段的物种鉴定成功率较低,并不能将姜黄属的相似序列区分开来。而matK片段是所评估DNA片段中最有潜力的DNA条形码候选片段,另外则是trnH-psbA。相比单个基因片段而言,三个基因片段组合具有更高的物种鉴定能力,它可以将93.7%的物种鉴定到种。同时我们也比较了Blastclust的序列长度与序列相似水平(S-value=100% vs98%)对物种鉴定结果的影响。序列长度的影响相对有限,而序列相似水平的影响较为显著,当S-value=100%时,鉴定能力很高,三个基因联合时,可以将93.7%的物种鉴定到种。但是当S-value=98%的时候,其物种鉴定效率降低,最高的三基因合并时也仅为30%;利用DNA条形码片段构建系统树,获得的支持率很低,无法揭示姜黄属近缘种的亲缘关系和进化关系。
4.通过查阅文献和标本、形态分析、细胞学、孢粉学及DNA信息对姜黄属进行分类研究。发现两新种,C. gulinqingensis N.H.Xia&J.Chen和C.nankunshanensis N.Liu,X.B.Ye&J.Chen;发现一个新纪录种,C.rubrobracteata Skomi(?)k.,M.Sabu&Prasanthk.:澄清分类上较为混乱的种:C. aromatica Salisb,C.elata Roxb.,Ckwangsiensis S.K.Lee&C.F.Liang,C.sichuanensis X.X.Chen,C.longa L.,等。确认中国姜黄属约有17种。文中列出分种检索表,并对每一分类群的形态进行了描述。