全 文 ：植物生态学报 2009, 33 (1) 1~11
Chinese Journal of Plant Ecology

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收稿日期: 2007-12-06 接受日期: 2008-03-04
基金项目: 国家自然科学基金(30430560)和教育部专项基金(NCET-05-0886)
* 通讯作者 Author for correspondence E-mail: liujq@nwbip.ac.cn
江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理
程 凯1,2 孙 坤3 温红艳4 张 敏1 贾东瑞2 刘建全2*
(1 四川农业大学农学院,四川雅安 625014) (2 兰州大学生命科学院干旱与草地教育部重点实验室,兰州 730000)
(3 西北师范大学生命科学学院,兰州 730070) (4 云南省丽江市生物资源开发创新办公室,云南丽江 674100)
摘 要 研究具有邻近分布的近缘类群的遗传分化和谱系筛选对于进一步揭示物种形成机制具有重要意义。该文
以沙棘属(Hippophae)临域分布的两个类群, 江孜沙棘(H. gyantsensis)和云南沙棘(H. rhamnoides subsp. yunnanen-
sis)为研究对象, 进行群体水平上的母系分化研究。前一个种分布于西藏的中西部, 而后者主要分布于青藏高原东
南部的云南西北部、四川西部和西藏东南部。两个类群在叶和果实性状存在明显区别。叶绿体在沙棘属植物中为
母系遗传。共研究了两个类群14种群109个沙棘个体的叶绿体trnL-F、trnS-G序列; 序列排序后共发现11种单倍型,
江孜沙棘和云南沙棘分别有7种和6种, 两种单倍型为两个类群共享。分支分析和嵌套进化分析进一步表明, 两个
类群之间的单倍型相互交错, 单倍型分化与形态上划分的两个类群不一致, 表明它们之间具有十分复杂的谱系筛
选过程。这些发现明显不支持以前提出的有关江孜沙棘系统位置的假设。但是, 目前所获得的证据不能区分该物
种究竟是通过异域分化还是同倍性杂交起源的。不同种群固定特有单倍型表明, 两个类群都在最后一次冰期可能
存在多个避难所。
关键词 云南沙棘 江孜沙棘 叶绿体DNA trnL-F DNA trnS-G序列 谱系筛选 物种形成 避难所
MATERNAL DIVERGENCE AND PHYLOGEOGRAPHICAL RELATIONSHIPS
BETWEEN HIPPOPHAE GYANTSENSIS AND H. RHAMNOIDES SUBSP. YUN-
NANENSIS
CHENG Kai1,2, SUN Kun3, WEN Hong-Yan4, ZHANG Min1, JIA Dong-Rui2, and LIU Jian-Quan2*
1College of Agriculture, Sichuan Agricultural University, Ya’an, Sichuan 625014, China, 2MOE Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology,
School of Life College, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China, 3College of Life Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou 730070,
China, and 4Management Office of Utilization and Innovation of Biological Resources, Lijiang, Yunnan 674100, China
Abstract Aims In order to understand complex speciation, it is critically important to investigate the
corresponding genetic divergence and lineage sorting between close species or taxa distributed in para-
patric regions. Our aim was to outline the distribution of the maternally inherited chloroplast haplotypes
of Hippophae gyantsensis and H. rhamnoides subsp. yunnanensis and construct their phylogeographic
relationships. The former species occurs in central and west Tibet, while the latter is distributed in
northwest Yunnan and west Sichuan. These taxa are distinguished by leaf shape, trichomes and fruits.
Methods We sequenced trnL-F and trnS-G DNA fragments for 109 trees of 14 populations from these
two taxa.
Important findings A total of 11 chlorotypes were identified, seven in H. gyantsensis and six in H.
rhamnoides subsp. yunnanensis, with two shared. Phylogenetic and Nested Clade Analysis analyses
further suggested that the divergence of these haplotypes is highly inconsistent with morphological dif-
ferentiation of the two taxa, suggesting complex maternal lineage sorting between them. These findings
refute the previous systematic placements of H. gyantsensis within the genus. However, the available
data could not distinguish between two alterative hypotheses regarding origin of this species: homoploid
hybrid versus allopatric speciation. In addition, the unique haplotypes recovered in separate populations
within each of two taxa suggest that multiple refugia might have maintained both across their distribu-
tional ranges during the Last Glacial Maximum.

2 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33 卷
Key words Hippophae rhamnoides subsp. yunnanensis, H. gyantsensis, cpDNA, trnL-F, trnS-G, lineage
sorting, speciation, glacial refugia
DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.01.001
植 物 物 种 形 成 是 一 个 十 分 复 杂 的 过 程
(Rieseberg et al., 2006)。追溯一个祖先物种如何分
化为两个物种一直是植物进化研究的热点领域
(Terai et al., 2006)。特别是近年来的群体遗传学
的研究表明, 物种之间的分化远比以前想象的复
杂: 祖先物种并非是一分为二、将其祖先的所有
基因型平分在两个衍生物种中(Avise, 2000); 特
别是在具有明显适应性进化的物种分化(生态物
种形成, Ecological speciation)和杂交种物种形成
的过程中, 物种之间在多数基因树、尤其是母系
遗传的基因树上相互不是单系群: 在前一种情况
下, 姊妹种之间的分化只是个别基因突变或者等
位基因选择性固定的结果, 而导致形态上的分化
特征也具有明显的生态适应意义 (Colosimo et
al., 2005; Whibley et al., 2006); 而后一种情况下,
由于父母亲本种都可能同时参与第3个新种的种
群建立, 因而也导致各类基因型在杂交物种以及
父母亲本种中相互交错、呈网状分布, 与形态上
界定的物种范围不一致(Rieseberg, 1997; Riese-
berg et al., 2002, 2003)。
江孜沙棘(Hippophae gyantsensis)分布在中国
西藏拉萨、江孜和亚东一带, 云南沙棘(H. rhamn-
oides subsp. yunnanensis)则产自四川康定以南、云
南西北部和西藏林芝以东地区。这两个类群的新
鲜果实都具有丰富的果汁; 但是它们之间存在显
著的形态区别: 前者叶片近条形 , 果实梨型 , 果
柄长< 1 mm, 果实具有纵肋, 果皮与种皮贴合,
种子表面无光泽; 而后者叶片披针形, 果实苹果
型, 果柄长>2 mm, 果实平滑, 果皮与种皮分离,
种子表面具有光泽。 Rousi (1971)和 Hyvonen
(1996)均把江孜沙棘作为中国沙棘的一个亚种处
理; 但是, Lian等(1998)以及廉永善(2000)却把它
作为一个独立的种, 并以之为模式, 建立了一个
新组 : 有皮组(Sect. Gyantsenses)(另一个组为无
皮组Sect. Hippophae), 该组中还包括果汁十分少
的肋果沙棘(H. neurocarpa)等物种。廉永善(2000)
进一步指出江孜沙棘位于两个组的中间位置。
Bartish 等 (2000, 2002) 利用 RAPD 以及叶绿体
(Chloroplast, cp)DNA RFLP的研究结果表明, 江
孜沙棘与云南沙棘亲缘关系较远, 这一发现也被
后来基于ITS证据的系统发育重建所证实(Sun et
al., 2002)。必须指出的是, 在这些以前的分子系
统学研究中, 大部分物种的研究代表都只来自一
个个体。对于杂交或者适应性进化产生的物种来
说, 由于种内不同个体或者种群具有不同的母系
或者父系来源, 而部分核基因片段(如ITS)又可能
受不同压力的协同进化 (Concerted evolution)影
响, 单个个体建立的基因树极有可能模糊物种真
实的起源背景以及相应的系统位置 (Rieseberg,
1997)。我们在对来自典型分布地区的江孜沙棘进
行母系群体遗传标记时发现, 它们具有区别显著
的单倍型 , 并且部分单倍型还与云南沙棘相同 ;
这一发现明显不支持最近有关该物种系统位置和
起源的研究结果。中国沙棘包括6个亚种, 除云南
沙棘之外, 该物种包括的其它亚种与江孜沙棘存
在一定的地理隔离(廉永善, 2000)。云南沙棘与沙
棘属的另一个物种肋果沙棘在四川和西藏东部同
域或者临域分布, 并且被认为形成了该属一个新
的二倍体杂交物种(Sun et al., 2002; Bartish et al.,
2000, 2002)。此外, 西藏沙棘在整个青藏高原都
有分布, 与江孜沙棘和云南沙棘分布重叠, 但这
个物种从沙棘属最早分化出来(Sun et al., 2002;
Bartish et al., 2000, 2002); 花期和果期都与它们
存在一定的隔离(廉永善, 2000)。综合考虑, 江孜
沙棘和云南沙棘是进行谱系筛选和分化研究的一
对理想类群。由于这两个类群都分布在青藏高原,
这一地区是气候变化的敏感区。因此, 通过对两
个类群单倍型地理分布式样的研究, 可以进一步
探讨它们在过去气候变化过程中的分布区变化过
程以及最后一次冰期避难所的分布状况。
1 材料和方法
1.1 样品采集
在取样上, 两个物种邻近的种群尽量避免。
它们在西藏的工布江达有一定的重叠区, 这一区
域的所有种群都排除在外。图1显示两个物种所研
究种群的地理分布。江孜沙棘8个种群, 云南沙棘
6个种群, 主要采自它们的核心分布区。每个种群

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内随机取样6~9个, 个体间间隔距离至少100 m,
共109个个体(表1)。凭证标本(采集号见表1)存中
国科学院西北高原生物研究所标本馆。以及由于
云南沙棘和肋果沙棘曾经有杂交报道, 云南沙棘




图1 江孜沙棘(南木林)(a)、云南沙棘(波密)(b)及两个类群(拉萨以西种群, 江孜沙棘; 林芝以东种群,
云南沙棘)取样种群的地理分布及相应的单倍型(c)
Fig. 1 Hippophae gyantsensis (from Nanmulin)(a), H. rhamnoides subsp. yunnanensis (from Bomi) (b) and the sampled
populations and the recovered haplotypes in each population of two taxa (Lasa westward, H. gyantsensis and
Linzhi eastward, H. rhamnoides subsp. yunnanensis)(c)
H1~H11: 所获得的单倍型 Indicating the recouered haplotypes

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表1 沙棘材料来源(1~8, 江孜沙棘; 9~14, 云南沙棘)及叶绿体trnL-F与trnS-G单倍型在各种群中的
单倍型多样性指数(h)及核苷酸多样性指数(π)
Table 1 Origin of materials, estimates of haplotype diversity (h) and nucleotide diversity (π) in the 14 populations
1–8: Hippophae gyantsensis; 9–14: H. rhamnoides subsp. yunnanensis h: Haplotype diversity π: Nucleotide diversity


中的单倍性有可能是来自后者, 因此我们选择了
一个分布在四川周围无其它沙棘种类分布的个体
加入到最后的结果一并分析。我们还采集了来自
西藏的西藏沙棘作为外类群。用硅胶迅速干燥野
外采集的沙棘叶片, 将材料带回实验室备用。
1.2 试验方法
1.2.1 DNA分析
依据CTAB法(Doyle & Doyle, 1987)从50 mg
叶中提取总 DNA 。分别对 cpDNA 的 trnL-F 和
trnS-G区段进行PCR扩增 , 引物使用Taberlet等
(1991)设计的通用引物。PCR反应体系在25 µl体
积中进行, 包括植物DNA10~40 ng, Tris-HCl 50
mmol·L–1, MgCl21.5 mmol·L–1, BSA250 µg·ml–1
dNTPs 0.5 mmol·L–1, 及正反引物各2 μmol·L–1
和TaqDNA聚合酶0.75单位。反应程序如下: 先在
94 °C条件下变性4 min, 接着以94 °C 50 s, 52 °C
50 s, 72 °C 90 s的32个循环, 最后在72 °C条件下
延伸7 min。扩增得到的PCR产物用CASpure PCR
Purification Kit 纯化试剂盒(上海中科开瑞生物
芯片科技股份有限公司 )按被推荐的步骤纯化 ;
用于序列测序引物为扩增引物; 用Bigdye试剂盒
进行测序PCR扩增; ABI 3130X上测序。共对云南
沙棘和肋果沙棘109个个体进行了PCR扩增片段
的全序列测序(每个种群测序的个体数目见表1)。
同时对西藏沙棘和肋果沙棘的相应片段也进行了
测序。将trnL-F和trnS-G为先后次序合在一起, 用
CLUSTAL W (Thompson et al., 1994)软件对测定
的两套序列进行对位排序, 并加以手工校对。
1.2.2 数据处理
将转化为MEGA格式的总序列输入DNASP4
软件(Rozas et al., 2003), 计算出每个种群、分类
群和所有研究种群的遗传多样性指数h, 核苷酸
多样性指数(π)以及中性检验统计值Tajima’s D和
Fu & Li’s D*。
基于总的单倍型数目和每个种群的单倍型数
目, 依照 Pons & Petit (1995)所描述的方法, 用软
件PERMUT计算得叶绿体基因的遗传多样性HS
和HT (分别为种群内和种群间平均遗传多样性),
种群号
Pop. No.
采集号
Pop. code
采样地
Location
纬度
Latitude
经度
Longitude
海拔
Alt. (m)
样本数
N
遗传多样性指数
h
核苷酸多样性指数
π
1 Liu2006252

西藏定日
Dingri, Tibet
28º40′ 087º11′ 4 370 8 0.536 0.004 65
2 Liu2006261 西藏拉孜
Lazi, Tibet
29º12′ 087º41′ 3 970 9 0.389 0.001 76
3 Liu2006262 西藏谢通门
Xietongmen,
Tibet
29º25′ 088º13′ 3 940 8 0.429 0.005 75
4 Liu2006263 西藏日喀则
Rikazi, Tibet
29º21′ 088º49′ 3 860 8 0.000 0.000 00
5 Liu2006217 西藏康马
Kangma, Tibet
28º48′ 089º40′ 4 150 9 0.000 0.000 00
6 Liu2006227 西藏南木林
Nanmulin, Tibet
29º41′ 089º10′ 4 030 7 0.000 0.000 00
7 Liu2006271 西藏拉萨
Lasa, Tibet
29º40′ 091º06′ 3 650 6 0.000 0.000 00
8 Liu2006274 西藏拉萨
Lasa, Tibet
29º36′ 091º08′ 3 730 8 0.000 0.000 00
9 Liu2006286 西藏林芝
Linzhi, Tibet
29º44′ 094º43′ 3 640 8 0.429 0.001 94
10 Liu2006211 西藏波密
Bomi, Tibet
29º12′ 095º54′ 3 860 6 0.533 0.005 31
11 Liu2006287 西藏波密
Bomi, Tibet
29º45′ 095º58′ 2 950 8 0.714 0.005 86
12 Liu2006304 西藏芒康
Mangkang,
Tibet
29º42′ 098º24′ 3 430 9 0.000 0.000 00
13 Liu2006309 云南德钦
Deqin, Yunnan
28º27′ 098º53′ 3 470 7 0.000 0.000 00
14 Liu2006317 四川理塘
Litang, Sichuan
29º43′ 100º24′ 3 640 8 0.571 0.010 36

1 期 程 凯等: 江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.01.001 5
所有种群遗传分化系数GST (仅考虑单倍型频率)
和遗传分化系数NST值(考虑单倍型相似性与单倍
型频率), 种群间GST与NST值差异显著性用1 000
次置换进行检验。
应用ARLEQUIN软件包(version 3.0) (Excof-
fier et al., 2005)依据全部种群内单倍型距离矩阵,
以及每个种群单倍型种数和其频率进行计算, 得
到AMOVA分析结果,以便推导种群的动态变化。
用PAUP4.0b10 (Swofford, 2000)分析单倍型之间
的亲缘关系; 插入或者缺失作为0,1编码; 选择肋
果沙棘的一个个体作为功能外类群。利用最大简
约法(MP)和邻接法(NJ)进行独立分析。MP采用启
发式搜索, TBR支长交换, MULTARS, ACCTRAN
优化, 2 000次随机序列加入。用自展百分率表示
分支支持率 (Bootstrap, 重复 1 000次 )。利用
NETWORK (Weir, 1996)和Templeton等(1992)所
给出的最简约原则创建单倍型嵌套谱系关系图。
利用GEODIS (version 2.4) (Posada et al., 2000)进
行嵌套分支分析(NCA)。
2 结 果
对两个类群14个种群109个样品个体(表1)进
行 PCR扩增得到叶绿体非编码DNA trnL-F和
trnS-G基因片断, 测定出两个片断全序列。全序
列排序比对发现 , 两条片断序列总长在1 370 ~
1 530 bp之间; 共检测出11种单倍型(Haplotype)
(GenBank 注册号: EU099999-EU100003; EU100-
004-EU100010): H1-H11(表2), 11种单倍型是由两
条片断合并序列中的49个核苷酸多样性位点所形
成。位于trnL-F上27个位点分别只发生一个碱基
的替换; 位于trnS-G上的位点除发生碱基替换外,
还出现9个位点的插入或者缺失, 在1 237位点有
一最长的缺失, 达162碱基。
11种单倍型地理分布如表1和图1所示。分布
于高原西南部的江孜沙棘(种群1~8)共有7种单倍
型: H1、H2、H3、H4、H5、H6和H11; 而云南沙
棘(种群9~14)中共发现有6种单倍型: H1、H7、H8、
H9、H10、H11。两个类群共享两种单倍型: H1
和H11。H1出现于江孜沙棘的多个种群中, 是种
群4和5中唯一的单倍型; 这一单倍型也出现在地
理上离这两个种群较远的云南沙棘的3个种群中
(图1)。
两个类群14个种群的种群内平均单倍型多样












































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性HS (se)值为0.270 ± 0.077 4, 总单倍型多样性HT
(se)值为0.884±0.043 8,种群间的遗传分化GST (se)
值为0.694 ± 0.090 2, NST (se)为0.725 ± 0.086 4, 且
NST与GST之间具有显著性差异(NST>GST, p<0.01)。
江孜沙棘(图1, 种群1~8)和云南沙棘(图1, 种群
9~14) HS (se)分别是0.229 ± 0.092 6, 0.343 ± 0.147
1; HT (se)分别为0.850 ±0.074 9, 0.919 ± 0.065 5;
GST (se)值分别为0.730 ± 0.103 3, 0.627 ± 0.169 9;
NST (se)值分别为0.807 ± 0.108 0, 0.735 ± 0.161 2;
在两个类群内部, NST与GST之间均有显著性差异
(NST>GST, p<0.01)(表3)。种群12单倍型多样性最
高, 值为0.714; 平均核苷酸多样性(π)为0.010 2,
两个类群以及其总和3组数据进行的Tajima和Fu
& Li中性检验值均不违背零假设(表3), 表明叶绿
体片断 trnL-F, trnS-G 符合中性进化理论 (Fu,
1997)。特别值得注意的是两个类群之间AMOVA
分析表明, 两个类群之间不存在明显的遗传差异
(表4), 而种群间则差异显著。


表3 沙棘两个类群遗传多样性比较
Table 3 Genetic diversity and estimated indexes of two Hippophae taxa
多样性参数
Diversity parameters
合计
Total
江孜沙棘
H. gyantsensis
云南沙棘
H. rhamnoides subsp. yunnanensis
种群 Populations 15 8 6
单倍型 Haplotypes 11 7 6
HS 0.270 (0.077 4) 0.229(0.092 6) 0.343 (0.147 1)
HT 0.884 (0.043 8) 0.850 (0.074 9) 0.919 (0.065 5)
GST 0.694 (0.090 2) 0.730 (0.103 3) 0.627 (0.169 9)
VS 0.257 (0.079 6) 0.166 (0.084 3) 0.274 (0.131 6)
VT 0.0934 (0.061 3) 0.862 (0.126 0) 1.036 (0.069 9)
NST 0.725 (0.086 4) 0.807 (0.108 0) 0.735 (0.161 2)
NST -GST 0.024 0.077 0.068
h 0.835 0.721 0.820
π 0.010 20 0.006 68 0.011 59
Tajima’s D 2.261 0* 0..854 3 2.354 1*
Fu & Li’s D* 2.083 8** 1.883 7** 1.908 6**
*: p < 0.01 **: p < 0.001 HS: 单倍型平均多样性值 The average haplotype diversity HT: 单倍型总多样性值 The total haplotype
diversity GST: 群体分化系数 Population differentiation VS: 地理相关单倍型平均多样性值 Geolographical average halotype diverisity
VT: 地理相关单倍型总多样性值 Geographical total haplotype diversity NST: 地理群体分化系数 Geographical population differentiation
NST -GST: 群体分化系数差值 Difference between values of population differentiation h, π: 同表1 See Table 1


表4 所有单倍型AMOVAs分析
Table 4 Analyses of molecular variance (AMOVAs) for all chlorotypes
df: Degrees of freedom SS: Sum of squares VC: Variance components FCT: Correlation of haplotypes within regions relative to
total FSC: Correlation within populations relative to regions FST: Correlation within populations relative to total


用CLUSTAL X对齐后的两套序列总长为
1 530 bp, 缺失不计入信息(或者作为0,1编码), 共
有信息位点65(74)个, 启发式搜索都得到仅有的1
棵简约树(图2)( CI = 1.0; RI = 1.0, length = 35)。11
种单倍型和肋果沙棘一共形成支持率较高的4大
分支: (1) 单倍型H9和H3和肋果沙棘; (2) H1, H2
和H11; (3) H4, H7和H8和(4)H5, H6和H10。分支
嵌套谱系关系如图3所示。由于单倍型H9和H3在
形态上鉴定为不同的物种, 可能是两次不同的起
源, 因而在Network上把他们作为两次独立的进
变异来源 Source of variation 自由度 df
方差
SS
变异成分
VC
变异比例
Variation (%)
固定指数
Fixation index p
类群间 Between taxa 1 4.209 0.034 7 7.66 FCT= 0.076 6 0.064 5
群体间 Among population within groups 12 28.012 0.282 9 62.42 FSC= 0.675 9 < 0.001
群体内 Within populations 95 12.889 0.135 7 29.92 FST =0.700 8 < 0.001
总计 Total 108 45.110 0.453 4

1 期 程 凯等: 江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.01.001 7

表5 沙棘两个类群单倍型嵌套分支分析
Table 5 Nested clade analyses of the recovered haplotypes
P: 位置 Position; I: 内部结点 Inter node; T: 末端结点 Tip; I-T: 内部结点与末端结点之间距离的平均差异The average differ-
ence between inter and tip nodes; ‘S’和‘L’分别显著性小和大 ‘S’ and ‘L’ indicating test significance for smaller or larger than the corre-
sponding values Dc: 巢内距离 Within-clade distance Dn: 巢间距离 Nested-clade distance H1~H11: 同图1 See Fig. 1



图2 基于两套叶绿体序列分析得到的唯一最简约树(只
使用了突变信息位点)
Fig. 2 The single maximum parsimonious (MP) tree based
on two sets of cpDNA sequences (only mutations were used)
分支下的数字为自展分析支持率(bootstrap值, 1 000
次重复 ), 分支上的数字为枝长 Numbers below/above
internodes are respectively bootstrap values based on 1 000
replicates and branch lengths H1~H11: 同图1 See Fig. 1




图3 沙棘两个类群11种叶绿体DNA单倍型的进化分支网
络图
Fig. 3 The nested cladogram of cpDNA haplotypes in two
taxa of Hippophae
椭圆型和正方形分别表示在江孜沙棘和云南沙棘得
到的单倍型 , 斜体数字表示两节点间碱基差异步数 El-
liptic and rectangle squares indicating the haplotypes re-
spectively recovered in H. gyantsensis and H. rhamnoides
subsp. yunnanensis


化事件处理。嵌套分支分析(表6)表明, 只在1~2
分支可能存在隔离分化或者过长距离传播, 而其
它各支都没有明确的结论。
零步 Zero-step 一步 One-step 两步 Two-step
单倍型
Haplotype
P Dc Dn 分枝
Clades
P Dc Dn 分枝
Clades
P Dc Dn
H11 T 4.308 S 62.946S
H2 T 240.918 L 310.847 L
1-1 T 114.035 S 114.462 S
H1 I 362.262 378.008 1-2 I 362.262 378.008 L
H9 T 0.000 S 445.873
H3 T 0.000 S 445.923 L
I-T – 0.000 L 0.050 L
1-3 T 445.898 L 447.296 L
I-T 55.127 106.036 L






2-1






T






318.000 S






333.484 S
H4 I 0.000 S 74.645 L
H5 I 0.000 S 55.864 S
1-4 I 63.913 S 494.868
H6 I 0.000 976.800
H10 T 91.000 127.444
I-T – –91.000 849.356


1-5 T


396.468


580.510 L
H7 T 0.000 108.520
H8 I 272.171 236.337
I-T – 272.191 127.818


1-6 T


341.659


343.437 S
I-T –309.718 S 13.138








2-2








T








485.997 L








480.024 L

8 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33 卷

表6 根据嵌套分支分析检索得出的结论
Table 6 The inference from the nested clade analysis following the given keys


3 讨 论
3.1 江孜沙棘的起源和物种形成方式
由于沙棘属中cpDNA为母系遗传(Bartish et
al., 2002), 依据该基因组建立的谱系关系和单倍
型分布式样能够反映该物种分化过程中的祖先种
群的分化过程和种子流状况。我们的研究发现 ,
江孜沙棘在群体上拥有变异相差较远的单倍型 ,
其中H3比较独特, 它与肋果沙棘结合在一起, 并
且具有非常高的支持率。在该种鉴定的其余6种单
倍型中, 有两种与云南沙棘共有: H1在江孜沙棘
中分布最广, 在5个种群中发现, 是3个种群(种群
2, 4和5, 表1和图1)的优势单倍型, 而它在云南沙
棘3个距离较远的种群中也有出现(种群9,11和14,
表1和图1), 但不是占优势地位。而另一个共享单
倍型, H11则只在两个类群的一个种群中出现(种
群2和9), 并且两个共享单倍型在分支图上(图2)
聚为高支持率的独立分支, 从而表明它们从其共
有的祖先型分化出来的时间不长或者H11可能直
接是从H1衍生而来(图3)。H11的地理分布始终和
H1单倍型一致(图1), 也从另一方面支持这一假
设。与这两个共享单倍型密切相关的为江孜沙棘
所独有的单倍性H2, 只分布在拉萨的两个种群中
(种群7和8)。江孜沙棘特有的另一单倍性H4, 分
布在所抽查种群的最西端(定日县, 种群1), 而与
它亲缘最近的两个单倍型(H7和H8)却分布在云
南沙棘的波密两个种群内(种群10和11), 它们之
间的地理隔离较远(图1)。同样, 江孜沙棘特有的
另两种单倍性H5和H6, 位于西藏的谢通门(种群
3), 而该单倍型与在云南沙棘中的单倍型H10亲
缘关系最近; 而H10是云南沙棘中分布最多的单
倍型, 分别在德钦、理塘和波密(种群11,13和14)
中发现。云南沙棘中还有一个十分独特的单倍型
(H9), 该单倍型与江孜沙棘的特有单倍型H3一
样, 和肋果沙棘聚为一孤立的分支。上述亲缘和
地理分布分析表明: 1)江孜沙棘单倍型分化较大,
多数单倍型与云南沙棘的单倍型交错演化或者拥
有完全一致的类型, 它们显然与云南沙棘具有共
同的起源; 2)交错演化的单倍型地理分布都不在
两个类群相临地域, 显然不能用杂交带的基因渗
入来解释。此外, 嵌套分支分析也发现大部分分
支内单倍型之间的演化和地理分布很难用谱系地
理的各种因素来解释(表6、7)。以前基于ITS证据
的系统发育重建表明所检测的一个个体与肋果沙
棘亲缘关系较近, 并得到了较高的统计支持(Sun
et al., 2002)。Bartish等 (2000, 2002)在RAPD和
cpDNA RFLP研究中也只研究了一个个体, 他们
的研究结果仍然表明江孜沙棘与云南沙棘亲缘关
系较远, 而与肋果沙棘亲缘关系较近。显然, 我们
的研究结果不支持关于这些关于江孜沙棘系统位
置和起源的假设。
尽管两个类群占据不同的地理分布区, 我们
的研究结果表明江孜沙棘部分母系或是直接来源
于云南沙棘或者从中演化而来。MOVA分析也表
明只有7.66%的差异存在于两个类群之间 (表5),
从而说明两个类群异域分化过程中谱系和筛选分
化不彻底, 导致单倍型共享或者相互演化。必须
指出的是 , H3和H9分别来自江孜沙棘和云南沙
棘, 却共同和来自典型地区的肋果沙棘结合为一
独立的分支。因此, 在异域分化物种形成的假设
下, 云南沙棘本身是杂交复合体, 其中包括了肋
果沙棘的成分, 这一成分最后参与了江孜沙棘的
形成。这一物种分化式样在分类上支持Hyvonen
(1996)把江孜沙棘作为中国沙棘的一个亚种处
分支 Clades Chi平方统计
Chi-square statistic
p 分支检索 Clade key 推论 Inferences
1-1 16.000 0 <0.001 1-19-20-2-11-17 NO 趋势不明显 Inconclusive outcome.
1-2 90.592 9 <0.001 1-2-3-5-15NO 片段化或长距离扩张 Past fragmentation and/or long
distance colonization
1-3 10.000 0 0.006 1-19-20-2-11-17 NO 趋势不明显 Inconclusive outcome
1-4 14.000 0 0.075 1-19-20-2-11-17 NO 趋势不明显 Inconclusive outcome
1-5 1.666 7 0.479 1-2-11-17 NO 趋势不明显 Inconclusive outcome
整个分枝
Total cladogram
318.775 5 <0.001 1-2-11-17 NO 趋势不明显 Inconclusive outcome

1 期 程 凯等: 江孜沙棘和云南沙棘之间谱系分化和亲缘地理 DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2009.01.001 9
理。但是, 另一种可能性也可能造成目前的单倍
型分布式样, 即杂交式物种形成。沙棘属中所有
的类群都是二倍体(廉永善, 2000), 如果存在该起
源式样 , 则应为同倍性杂交物种起源(Rieseberg,
1997)。最近发现棱果沙棘(H. goniocarpa)就是通
过该方式起源的(Bartish et al., 2002; Sun et al.,
2003; Wang et al., 2001, 2008)。江孜沙棘具有的分
类学中间性状似乎也支持这种假设 (廉永善等 ,
1995, 1997; Lian et al., 1998; 廉永善, 2000)。杂交
产生的物种中, 由于父母亲本中参与了杂交物种
的母系建成, 所以能发现分别与父母本都相似的
单倍型(Rieseberg et al., 2002, 2003; Song et al.,
2003), 而ITS序列则存在向不同亲本种致同进化
的特点(Rieseberg, 1997)。江孜沙棘杂交式起源能
很好地解释以前发现的ITS序列与肋果沙棘相近
的结果。由于两个亲本种都可能参与第3个杂交种
的形成(Rieseberg, 1997; Rieseberg et al., 2002,
2003), 我们就能很好地理解江孜沙棘的H3单倍
型与肋果沙棘组成一个进化分支。当然, 另外一
种可能性是由于江孜沙棘起源后再与肋果沙棘的
渗入杂交造成这一式样的, 但是两个类群现代的
分布区从不重叠, 而且H3分布区离肋果沙棘最近
的分布区也有几百公里(孟丽华等, 2008), 因此不
可能是渗入杂交造成的。这一支上云南沙棘的H9
又应如何解释呢？杂交渗入可能造成这一式样:
云南沙棘和肋果沙棘存在很大的重叠分布区, 它
们之间反复的杂交可能导致形态上是云南沙棘 ,
而母系来源则是肋果沙棘。另一种可能性是: 江
孜沙棘通过杂交起源之后的部分个体, 再与云南
沙棘回交产生的后代, 形态上也可能类似云南沙
棘。由于云南沙棘的H9单倍型首先与肋果沙棘结
合, 二者之间存在较大的相似性, 而江孜沙棘的
H3却存在一定的分化, 因而这一聚类关系支持前
一假设。
总之, 目前的证据表明江孜沙棘具有比较复
杂的起源式样, 但该物种究竟是通过哪一方式形
成的, 仍还需要进一步研究。但是, 上述所有的假
设都是在认为江孜沙棘中的两类单倍型是同一个
物种的前提下做出的。是否这两类单倍型应作为
两个不同的物种呢？我们重新检查了所有收集标
本的形态学特征 , 没有发现它们之间有何区别 ,
与其它物种相比较, 显然都属于廉永善(2000)所
定义的江孜沙棘物种概念。除杂交、谱系筛选不
完全可能造成比较复杂的谱系关系之外, 一个物
种的繁育系统以及果实传播方式也可能影响其谱
系关系(Avise, 2000)。沙棘属植物是风媒, 果实为
鸟传播(廉永善, 2000); 都可能导致长距离的基因
交流。但是, 这不能解释江孜沙棘和云南沙棘在
分布距离十分远的情况下仍然拥有相同的单倍型
或者同属于一个进化分支, 因为风媒导致的长距
离基因交流具有连续性, 而鸟的长距离传播也存
在一定的距离限制(Avise, 2000)。将来的工作应研
究两个类群更多的种群, 还应将肋果沙棘也包括
在研究范围之内; 除研究母系遗传的cpDNA单倍
型进化关系之外, 还应研究核基因特别是低拷贝
核基因在该物种以及相关物种中的群体演化式
样。只有这样, 才能揭开江孜沙棘这一高原特有
种的起源过程。
3.2 单倍型分布和冰期避难所
第四纪冰期气候变迁还可能带来青藏高原这
一气候敏感地区分布物种的分布范围变化(施雅
风等, 1998; 张茜等, 2005)。最后一次冰期(大约始
于18 000 a前), 对现今植物种类的分布影响比较
大: 在遭受这一气候严重影响的地区, 现代种群
基 本 上 都 是 从 最 后 最 大 冰 期 避 难 所 回 迁
(Recolonization)而成的(Hewitt, 2000; Petit et al.,
2003; Bartish et al., 2006)。由于这一回迁距今的
时间相对较短, cpDNA序列变异检测到的单倍型
形成都应早于这一时期(Newton et al., 1999)。因
而, 本研究cpDNA变异得到的单倍型地理分布式
样应该反映了两个类群在高原上的最后一次冰期
的避难所状况。每一个类群都不只有一个避难所;
在它们各自的分布范围内, 可能存在多个避难所,
因为每个类群的很多种群都拥有独特的单倍型
(图1), 而不是像一些物种冰期后大面积回迁造成
除避难所之外的很多种群都固定相同的单倍型
(张茜等, 2005)。江孜沙棘中, 至少存在5个不同的
避难所, 即拉萨、南木林、定日、拉孜和谢同门, 因
为这些种群固定的单倍型都未在邻近的种群中发
现(图1)。同样, 云南沙棘也存在理塘、林芝、波
密等独立的避难所。这一结果表明两个沙棘类群
在最后一次冰期并未受到大规模的迁移, 而是退
缩到局部的避难所。基于trnL-F序列对肋果沙棘
的谱系地理学研究也表明该物种在高低海拔地区
均有多个避难所存在(孟丽华等, 2008)。这可能与
该属植物能忍耐旱寒、多年生、克隆繁殖等特性

10 植 物 生 态 学 报 www. plant-ecology.com 33 卷
有关(廉永善, 2000)。
古孢粉证据表明, 青藏高原树木花粉在冰期
减少, 间冰期和冰期后则增加(施雅风等, 1998)。
尽管沙棘属植物在冰期能存活在高原地区, 但冰
期-间冰期的气候轮回变化以及冰期后的温度升
高可能导致种群分布面积的反复变化, 从而通过
瓶颈(Bottleneck)效应或者局部的奠基者(Founder
effects)效应导致种群内的遗传多样性降低, 临近
分布种群的单倍性分布趋于一致, 最终导致在物
种分布范围内, 种群之间的遗传分化逐步加大。
这在本研究所发现的cpDNA序列单倍型遗传多
样性方面也所有体现 : 如高原上的部分种群(如
种群4~8和种群12~13)都只有一种单倍型(表1, 图
1); 两个类群内种群之间的遗传分化也十分明显
(表4), 则有可能是由于这些遗传效应造成的。此
外, 两个类群分布的平均海拔有一定差异, 低海
拔的云南沙棘在遗传多样性等指标方面相对较
高, 而种群之间的遗传分化则相对较小; 但总的
来讲, 两个类群在分析的多个群体遗传参数上不
具有十分悬殊的差别(表3)。
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责任编委: 葛学军 责任编辑: 李 敏