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宽伞三脉紫菀(Aster ageratoides var.laticorymbus Hand.-Mazz.)隶属于菊科紫菀属,特产于我国,目前被处理为三脉紫菀(A.ageratoides Turcz.)复合体下的一个变种。三脉紫菀被认为是分类学上的“困难类群”。本文在大量野外工作的基础上,从细胞学、nrDNA和cpDNA等方面研究该物种的杂交起源和地理分布格局形成的原因,探讨nrDNA的致同进化不完全,并对其分类学地位加以评价,同时描述了一个近缘新种。本文获得了如下研究结果:1.宽伞三脉紫菀近缘类群的形态学和细胞学研究对宽伞三脉紫菀与近缘类群的形态学特征进行比较区别和鉴别,并首次报道了红冠紫菀(Asterhandelii)和采自于四川乡城的新类群和湖南德夯的新类群的染色体倍性。证实宽伞三脉紫菀与近缘类群均有明显的形态学间断,主要表现在茎上叶长椭圆形或椭圆形,总苞片顶部绿色,舌片白色,稀浅紫红色。2.宽伞三脉紫菀的细胞地理学研究宽伞三脉紫菀产于我国中低纬度地区(北纬22°-34°),在对整个分布区的41个居群进行野外采集和细胞学研究,确认其具有四倍体与六倍体2种细胞型。在西部地区(东经103°-110°),两种倍性的分布区基本重叠,但在分布区的边缘地带和高海拔地区,多被四倍体所占据。在东部地区(东经110°-119°)除东北角和最南部有2个四倍体居群外,均只有六倍体。仅有发现少量的五倍体,这说明了该多倍体复合体生殖隔离已经相当显著,正趋于成熟。3.宽伞三脉紫菀的杂交起源及其假定亲本对宽伞三脉紫菀41个居群个体的ITS和ETS序列直接测序,并对其中20个居群共32株植株进行克隆。结果显示,在居群和个体内都存在部分碱基位点的二态:ITS有22个,ETS有14个套波位点。ITS的主要拷贝为PIa型(假定亲本A的ITS简称,下同)和PIb型,ETS为PEa型和PEb型。这些数据显示出宽伞三脉紫菀为杂交起源,也证明该种中存在致同进化不完全现象。我们假定了宽伞三脉紫菀杂交起源的双亲分别为具有PIa-PEa型的亲本A和具PIb-PEb型的亲本B。研究发现nrDNA致同进化多偏向于亲本A。六倍体与四倍体在nrDNA水平未显示明显差异,表现出相似的各位点二态性,形态学上也无明显间断,其可能是四倍体植物经过未减数的4x配子与减数的2x配子结合形成。基于ITS和ETS构建的系统树上分析,PIa、PEa和PIb、PEb分别与20个居群的32个植株克隆序列代表构成2个大的分支,这表明宽伞三脉紫菀的亲本应来自这2个分支。综合分析推断:毛枝三脉紫菀(var.lasiocladus)很可能为母本供体,而等苞紫菀(Aster.homochlamydeus)与父本近缘。4.宽伞三脉紫菀的致同进化不完全研究nrDNA ITS和ETS的直接测序和克隆结果显示:在宽伞三脉紫菀的各个居群中均存在致同进化不完全现象,通过研究首次揭示在紫菀族中致同进化研究的一些新现象,包括:(1)nrDNA在居群间存在双向致同进化。其大多数居群的nrDNA偏向着亲本A(PIa-PEa)方向进化,但少数趋于亲本B(PIb-PEb);(2)ITS和ETS间的进化方向并非完全一致,也存在双向进化情况。例如:在西天目山居群,有的个体ITS为亲本A型(PIa),而ETS却是亲本B型(PIb);(3)个体内ITS1和ITS2也存在双向致同进化情况。有些拷贝ITS1为亲本A型(PIa)而ITS2为亲本B型(PIb),另一些拷贝ITS1为亲本B型(PIb)而ITS2为亲本A型(PIa)。这些发现为揭示了致同进化的复杂性,对致同进化不完全出现的情况提供新的解释,即双向进化可发生在居群间、基因间。5.cpDNA的trnK与trnL-F序列分析对宽伞变种的22个居群共290株植株和毛枝三脉紫菀的12株植株的cpDNA的trnL-F与trnK序列进行cpDNA分析。共获得12种单倍型,其中3种主要单倍型也见于毛枝变种,包括最原始的单倍型。这支持了毛枝变种为四倍体的宽伞变种的母本供体。将nrDNA研究中的假定父本支材料的trnL-F序列也纳入分析,结果也支持该结论。根据谱系分析结果,结合细胞地理学研究和致同进化不完全研究,得出如下结论:(1)宽伞三脉紫菀六倍体起源于四倍体,无多次起源证据;(2)四倍体和六倍体均起源于云贵高原东部及附近地区;(3)现代分布格局中,在西部地区四倍体多见于分布区边缘和高海拔地区,这归因于后起的六倍体在较低海拔地区具有更强的竞争力,四倍体受到六倍体的竞争排斥;在东部广大地区,只在分布区边缘有2个孤立的四倍体居群(SZ和LYG)是在西向东扩散过程中残留的。6.宽伞三脉紫菀的分类学处理与近缘新种的研究基于宽伞三脉紫菀为杂交起源的结论,建议将宽伞三脉紫菀从三脉紫菀中独立出来,恢复其种的地位,种名为Aster laticorymbus Vnt.。在寻找宽伞变种祖先种的过程中,发现了一个与三脉紫菀近缘的新类群Aster oliganthus W.P.Li&Z.Li。