论文部分内容阅读
虎耳草属(Saxifraga Tourn.ex L.)隶属于虎耳草科(Saxifragaceae),全球约有450余种,主要分布在亚洲、欧洲、北美洲和南美洲的高山地带。中国约有216种,横断山是虎耳草属的现代分布和分化中心,其高山带海拔2700 m以上共有72种。植物的染色体数目在属间、种间甚至种内会有规律性的变异,故常作为植物分类学的重要依据之一。因此,研究该区域植物的染色体数目及核型对植物的分类和进化有重要意义,同时也是讨论种属间进化关系和种内变异的重要依据。国外对虎耳草属的细胞学研究历史悠久,已开展研究染色体数目的物种占所有全球种类的64.66%,相比,国内较为滞后,有报道记录的占中国所有物种的24.07%,而横断山高山带海拔2700 m以上仅占11.11%,其研究更亟待加强。流式细胞术作为一种快速、便捷、灵敏的细胞分析技术,目前可以通过它来测量大量植物物种的核DNA含量和倍性水平,对细胞学进化研究,物种间的亲缘关系以及基因组学等方面的研究有着重要意义。但利用流式细胞术对虎耳草属的研究,国外只有对虎耳草属的7个物种做过流式的分析,国内甚至没有。本研究综述了全球虎耳草属细胞学研究的进展,分析了虎耳草属染色体的进化特征,在此基础上对横断山高山带地区共开展了虎耳草属植物7种8居群的核型研究,以及虎耳草属61个种的基因组大小和倍性水平的流式细胞学研究。得出如下的结果:1.首次报道了虎耳草属植物6个种的染色体数目和核型参数(其中5种为中国特有);首次发现虎耳草属中存在同一种的不同居群有染色体基数的变化情况。具体为:垂头虎耳草(S.nigroglandulifera)巴朗居群的核型公式为:2n=2x=16=12m+4sm、Stebbins不对称性为2A;而波瓦居群的核型公式为:2n=3x=18=13m+5sm、Stebbins不对称性为2B;繁缕虎耳草(S.stellariifolia)的核型公式为2n=2x=14=12m+2sm、Stebbins不对称性为2A;无睫毛虎耳草(S.egregia var.eciliata)的核型公式为2n=2x=16=12m+4sm、Stebbins不对称性为2A;德钦虎耳草(S.deqenensis)的核型公式为2n=2x=16=16m、Stebbins不对称性为1B;黑腺虎耳草(S.nigroglandulosa)的核型公式为2n=6x=42=39m+3sm、Stebbins不对称性为2B;西南虎耳草(S.signata)的核型公式为2n=2x=16=12m(2sat)+4sm、Stebbins不对称性为2A。上述结果丰富了虎耳草属物种的细胞学资料,为该属的系统分类及生态适应研究提供了基础资料。2.结合全球虎耳草属及其近缘类群的染色体数目、染色体基数、染色体倍性水平的统计分析,发现虎耳草属在染色体数目、基数、倍性水平等细胞学特征上均具有丰富的多样性,主要表现为:(1)染色体数目多样,有2n=10~208不等;(2)染色体基数丰富,有x=5~52不等;(3)染色体倍性体现出二倍体占比为42.82%、多倍体占比为57.18%。初步推测虎耳草属细胞水平上的进化主要体现在染色体数目、基数及倍性水平的多样化,这或许是虎耳草属物种复杂多样、快速分化和适应高山极端环境的重要机制。3.通过流式细胞术首次检测了横断山高山带虎耳草属61种植物的基因组大小和倍性水平。结果发现:61种的基因组大小变化多样,其范围从232.32 Mbp–20010.82 Mbp不等;其倍性也是多样的,有二倍体、四倍体,六倍体甚至还有三倍体,其中二倍体居多,占90.16%。结合已有的系统发育树框架,发现线茎虎耳草(S.filicaulis)和燃灯虎耳草(S.lychnitis)的基因组大小差异明显,推测两者亲缘关系较远;而垂头虎耳草(S.nigroglandulifera)与山地虎耳草(S.montana)亲缘关系较近、与狭瓣虎耳草(S.pseudohirculus)和燃灯虎耳草较远;小伞虎耳草(S.umbellulata)、流苏虎耳草(S.wallichiana)、黑蕊虎耳草(S.melanocentra)、虎耳草(S.stolonifera)、区限虎耳草(S.finitima)基因组大小相近,推测它们之间亲缘关系较近,而与齿叶虎耳草(S.hispidula)、唐古特虎耳草(S.tangutica)亲缘关系较远。从整体统计分析得出虎耳草属的基因组大小可能是朝着增大的方向进化。再结合地理分布范围推测基因组大小、倍性与海拔可能有相关性。4.综合细胞学特征及基因组大小的研究,分析发现虎耳草属在染色体进化上多倍化不明显,并不支持传统的认为高山或极端环境多倍体为主的进化和适应机制,即“多倍体预适应机制”理论;同时,传统的“冰期加速多倍化形成”的理论也没有得到本研究的支持,该研究结果也为生物地理学目前认为的该地区地质历史上没有大的冰盖或受冰期的影响较小的推测提供了细胞学证据。