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爵床科(Acanthaceae)为泛热带分布的大科,全世界约250属4000种。中国有爵床科植物约39属400种,主要分布在长江以南各省。长期以来对国产爵床科植物的研究较少。本文对国产爵床科分子系统学进行了研究,同时对国产爵床科植物的花粉形态进行了扫描电镜观察,在此基础上利用系统发育分析软件Mesquite对花粉的进化进行了分析,并结合分子系统学及花粉形态对国产爵床科的进行了分类处理。主要研究结果包括:
1.利用4个分子片段对爵床科进行系统发育重建,支持爵床科为单系类群,并将爵床科分为4个亚科:瘤子草亚科Nelsonioideae、山牵牛亚科Thunbergioideae、老鼠簕亚科Acanthoideae及爵床亚科Ruellioideae。
2.支持Neuracanthus为爵床族与芦莉花族的姊妹群,并根据其独特的形态特征,建议将其作为单独的族处理,即Neuracantheae。
3.利用6个叶绿体片段对国产爵床科爵床亚科进行了系统学研究,支持将国产爵床亚科分为4个族,即假杜鹃族Barlerieae、穿心莲族Andrographideae、芦莉花族Ruellieae、爵床族Justicieae。爵床族分为4个亚族,即:十万错亚族Asystasiinae、叉序草亚族Isoglossinae、鳄嘴花亚族Tetrameriinae及爵床亚族Justiciinae。
4.国产爵床科各属间的关系得到了一定的解决。(1)裸柱草属Gymnostachyum隶属于穿心莲族。(2)火焰花属Phlogacanthus和鳔冠花属Cystacanthus关系密切。(3)马蓝属Strobilanthes采用广义的概念更为合适。(4)芦莉花族中恋岩花属Echinacanthus、可爱花属Eranthemum、地皮消Pararuellia及拟地皮消属Leptosiphonium有较近的近缘关系。(5)山壳骨属Pseuderanthemum、马楷花属Mackaya、十万错属Asystasia及白接骨属Asystasiella均属于十万错亚族。(6)孩儿草属Rungia隶属于爵床亚族,与狗肝菜属Dicliptera、观音草属Peristrophe等的关系较为疏远,而与广义爵床属Justicia关系更密切,但不支持两属的归并。(7)广义爵床属Justicia不是单系类群。(8)灵芝草属Rhinacanthus的部分种类与狗肝菜属等近缘,部分与孩儿草属近缘。(9)观音草属Peristrophe为非单系,且分布在非洲的种类与狗肝菜属关系更密切。
5.利用7个分子片段对国产马蓝属的系统进行了研究,支持采用广义马蓝属的概念,并且支持广义马蓝属Strobilanthes Blume s.1.为单系类群,同时将国产马蓝属分为16组。
6.对国产爵床科24属115种的花粉形态进行了扫描电镜观察,根据花粉形状、萌发孔及表面纹饰将国产爵床科的花粉分为36类,重点讨论了国产爵床科中各属的花粉类型及分类学意义。
7.讨论了花粉性状在国产爵床科中的进化趋势:(1)圆球形花粉在基部类群中较多,而长球形花粉较进化。(2)3孔型的花粉较原始,由3孔型分别向2孔、4孔及多孔型花粉进化。(2)穿孔纹饰较原始,由穿孔纹饰发展为颗粒状纹饰,而后进化为网状纹饰,网状纹饰独立进化为刺状,疣状,乳头状纹饰。(3)萌发沟较原始,由萌发沟发展为孔沟型,再进化为萌发孔型,而螺旋状萌发沟为爵床科进化中较特殊的类型,应由萌发沟进化而来,且是独立进化而来。
8.首次报道了爵床科中花粉多型性现象。采自广东象头山的Justiciachinensis(王英强1098)花粉有两种主要类型:2孔沟,两列斑块型及单孔沟,3叉斑块型,并存在两种类型的过渡类型,这种现象在爵床科中为首次报道。
9.确认中国有爵床科植物39属约400种,其中瘤子草亚科包括3属:山牵牛亚科仅包括山牵牛属;老鼠簕亚科包括2个属;爵床亚科为最大的亚科,在中国包括33属。
10.提出一新族Neuracantheae C.M.Gao& Y F.Deng及二个新亚族十万错亚族Asystasiinae C.M.Gao& Y F.Deng、鳄嘴花亚族Tetrameriinae C.M.Gao et Y.F.Deng。