高山豆属[Tibetia(Ali)Tsui]和米口袋属(Gueldenstaedtia Fischer)是豆科(Fabaceae)中两个形态非常相近的属，米口袋属有4-12种，中国分布4-10种，为多年生草本，分布于中国中部和东北部至西伯利亚的广大地区。高山豆属为多年生草本，包括5个种和1个存疑种。高山豆属特有分布于喜马拉雅--横断山区。自高山豆属从米口袋属中分出之后，它们的系统关系就存在很大的争论，需要全面地研究来解决它们的系统关系。高山豆属和米口袋属的分布界线与中国--喜马拉雅植物区系和中国--日本植物区系的分界线大致吻合，这种独特的分布格局的形成能反映东亚植物区系的分化模式。本研究综合细胞学、叶表皮微形态学、孢粉学、分子系统学和生物地理学等几个方面来探讨这两个属的系统演化关系以及它们在东亚的生物地理演化历史。　　 1.细胞学　　 细胞学研究分别包括了米口袋属4种和高山豆属2种。其中，太行米口袋(G。taihangensis Tsui)的细胞学研究结果为首次报道。本项研究和前人研究都表明：米口袋属和高山豆属均为二倍体，米口袋属的染色体数目是2n=14，高山豆属的染色体数目是2n=16。染色体数目的不同支持高山豆属和米口袋属是两个各自独立的属，而染色体类型的相似性又证明了两个属的近缘关系。但是细胞学结果对界定种的关系意义不大。横断山区特有的高山豆属染色体进化主要体现在二倍体水平上，说明二倍体进化可能是高山豆属内部物种进化的重要模式之一。　　 2.叶表皮　　 对米口袋属4种和高山豆属6种，共10个个体分别进行了光镜和电镜观察，均为首次报道。结果表明它们的气孔类型都是无规则形，在高山豆属和米口袋属的分类中并未有明显的区分作用。气孔指数在米口袋属中变化不大，而在高山豆属中的变化比较明显，可能是和高山豆属所处西南地区的复杂地形和气候条件以及米口袋属在广大北方平原相对稳定的生境相关联。高山豆属和米口袋属植物的表皮细胞形状都存在多边形或不规则形两种类型，可用于属内种的界定。高山豆属表皮细胞形状和基于叶绿体片段的分子生物学的两个分支相吻合。气孔外拱盖纹饰有光滑和覆鳞片两种类型，外拱盖内缘有近平滑和浅波状两种类型，对属下种的分类有重要的鉴别意义。综合各个指标，叶表皮特征在种水平分类上提供了非常重要的依据，尤其是对高山豆属。我们根据高山豆属6个种的叶表皮特征，编制了高山豆属内各种的检索表。　　 3.孢粉学　　 为了澄清我国西南横断山区特有属高山豆属中凉山高山豆(T。liangshanensis)的花粉粒形态及其分类学地位，我们用电镜重新扫描了本属以及姐妹类群米口袋属的花粉粒。研究包括了高山豆属中除一个可疑种中旬高山豆(T。forrestii)外其他所有5个种，以及米口袋属2个种的花粉粒形态。其中，太行米口袋的花粉扫描为首次报道。花粉扫描结果纠正了凉山高山豆的花粉粒形态，而另外4种的花粉粒与之前的研究基本一致，仅在形状和大小上稍有差别。高山豆属的花粉粒呈圆球形或近长球形，表面有穿孔凹陷，3-孔沟和4-孔沟两种花粉类型与两个组相吻合。但我们发现凉山高山豆的花粉是4－孔沟类型，而不是之前报道的3-孔沟类型。另外，凉山高山豆与中甸高山豆的形态和叶表皮特征差异明显，凉山高山豆茎长，小叶13-17片，托叶分离，花冠紫色，表皮细胞多边形，角质膜光滑无附属物；而中甸高山豆茎短，小叶7-9片，托叶基部合生，花冠黄色，表皮细胞无规则形，角质膜有大量鳞片，因此我们认为应该将凉山高山豆独立作为一个种，而不是作为中甸高山豆的异名。对米口袋属2个种的花粉电镜扫描结果表明米口袋属的花粉粒是3－孔沟类型，与之前结果一致。花粉粒圆球形，表面光滑，两个属花粉粒的形态差异支持高山豆属和米口袋属是两个自然类群。　　 4.分子系统学　　 分子生物学研究涉及两个属共53个个体，包括了米口袋属3－5种和高山豆属的5种。选用了1个核基因ITS片段(长720 bp)和4个叶绿体基因(matK、rbcL、psbA－trnH、trnL-F，共长4822 bp)片段来探讨它们的系统关系。对它们分别进行了最大简约法，最大似然法和贝叶斯分析。研究结果都支持这两个属的单系地位，而且它们是两个关系特别近的姐妹类群，同时，雀儿豆属(Chesneya)是它们最近的亲缘属。米口袋属内部无论在ITS片段还是叶绿体片段的结果中都没有形成很好的二歧分支。这可能是因为米口袋属近期快速分化的缘故。对于高山豆属来说，ITS片段和叶绿体片段得到的结果在主要分支之间存在比较明显的冲突：ITS片段认为黄花高山豆(T.tongolensis)、凉山高山豆和亚东高山豆(T。yadongensis)构成了一支，黄花高山豆和凉山高山豆构成另一支。叶绿体片段的结果则支持根据花色的不同以及叶表皮细胞的形状分为两个大的分支。一支仅包括黄花高山豆，花冠黄色，叶表皮细胞为无规则形，另一分支包括了其余的4种，高山豆(T.himalaica)、云南高山豆(T.yunnanensis)、亚东高山豆和凉山高山豆，这一分支的花色都是蓝紫色，叶表皮细胞为多边形。在蓝紫色分支又有两个分支，分别是4-孔沟花粉粒的高山豆和云南高山豆以及3-孔沟花粉粒的亚东高山豆。　　 5.生物地理学　　 高山豆属和米口袋属分别分布于中国--喜马拉雅和中国--日本植物区。基于松散分子钟理论和化石校正相结合的方法，以蝶形花亚科为框架利用matK片段对它们的分化时间进行了BEAST分析。估测出米口袋属和高山豆属两个属的共同祖先起源于23.54百万年前(mya)，并在大约17.23 mya发生了分化。它们的分化时间与喜马拉雅--青藏高原的二期隆升(21，25-17 mya)相吻合，很可能是这次隆升引发了它们的起源和分化。基于叶绿体联合片段得到的系统树，用S-DIVA进行祖先类群分布区重建。对这两个属的现代地理分布格局形成过程分析的结果表明高山豆属起源于喜马拉雅和横断山区，并向外，特别是华中和东北方向扩散形成米口袋属。这代表了在东亚内部由中国--喜马拉雅植物区向中国--日本植物区扩散的一种模式。高山豆属的分子序列变异要比米口袋属的大很多，说明在我国西南山区的喜马拉雅--横断山区发生剧烈的分化，而米口袋属的分子序列变异很小，主要分布在青藏高原外围，特别是北方地区。喜马拉雅--横断山区在阶段性的隆升之后形成的复杂地形，可能加速了在这个地区分布的高山豆属的遗传变化和分化。总之，我们的研究表明喜马拉雅-青藏高原的隆升对高山豆属和米口袋属的起源、分化、迁移扩散等有非常重要的影响。　　 6.总结　　 综合所有研究结果，我们较好地解决了高山豆属和米口袋属的界定及各自属内进化关系问题。孢粉学结果对属和种水平上的分类具有非常重要的价值，支持两个属的独立，也部分地解决了属下关系；细胞学结果在属水平上的系统关系有重要意义，但不能解决属下关系；虽然叶表皮形态特征在属的阶层上未能提供确凿的证据，但是却能很好地用于属下的系统分类，尤其是在高山豆属；分子生物学结果对我们理解属间和属下关系都提供了强有力的证据。所有证据都很好地支持这两个属单独的属的地位。叶绿体和ITS的结果表明高山豆属种之间的关系存在冲突，但叶绿体结果与形态更相吻合；米口袋属种间的差异很小，可能是快速分化的结果。高山豆属和米口袋属共同祖先在喜马拉雅隆升后起源于喜马拉雅--横断山区，继而向其外围特别是北方迁移，揭示了东亚内部由南向北一种相反的植物迁移扩散模式。