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后现代中国植物志的修订——中国山矾科的分类学修订



全 文 :背景介绍
一、中国植物志和Flora of China 编写的历史
植物资源是国家的重要财富,国家要发展经济,可持续地开发和利用植物资源,必须弄清植物的种类和组成,这就
需要编研、出版国家或地区的植物志 .
中国的植物学研究起步较晚,最早对中国植物进行大量采集和研究的“植物猎人”均为西方的学者、传教士等 . 我
国植物学家从上世纪二十年代开始准备编写《中国植物志》,直至 2004 年最终编撰而成,共 80 卷 126 册 . 记载了中国产
的维管植物 301 科 3408 属 31142 种的科学名称、形态特征、生态环境、地理分布、经济用途和物候期等,图版 9000 余幅,
是世界各国已出版的植物志中种类数量最多的一部 .
新兴的各种应用于分类学的证据的出现,为植物分类注入了新的活力 . 英文版的中国植物志应运而生——Flora of
China,历时 25 年,2013 年全部出版完毕 . 该书并非是《中国植物志》英文版简单的翻译,而是中外专家联手进行增补
和修订 .一些新的西方人的所谓的大种概念也应用到许多类群中,在有些类群中,例如猕猴桃科藤山柳属Clematoclethra
Maxim. 在中国植物志中承认 20 种 4 变种,而到Flora of China 中合并为 1 种 4 亚种;另例如山矾科 Symplocaceae 在
中国植物志中承认 77 种 (Wu, 1987),而在Flora of China 仅承认 41 种 (Wu and Nooteboom, 1996),有 36 个种成了
其它种的异名 . 争议最大的就是越南山矾,该物种是曾经广泛分布于热带亚洲、大洋洲的 150 多个物种组成,现在在新
版的Flora of China 中被合并为一个种,引起了学术界的很大争议 .
二、中国植物志和Flora of China 的主要区别和争议
跨世纪巨著《中国植物志》和Flora of China 已经完成,许多类群在两部著作中种的概念及分类学处理非常不同,
发生了很大的改变 .原因可以概括为两个方面:一是由于调查有限而有大量发表的“物种”仅有一份或少数几份馆藏标本,
这部分“物种”存疑的原因是标本太少无法观察到变异式样,二是复合体的分类问题,厘清这个问题必须从居群观察取
样的基础上调查关键分类特征的变异式样,对数量特征应引入统计手段进行分析,从而给出恰当的种类划分 .
因此,对这些类群还需要在标本研究、野外调查并结合实验工作的基础上,开展修订性的研究工作 .
研究内容介绍
一、中国山矾科做为研究的良好试材
中国山矾属植物 45 种(22 种为中国特有,特有性高达 50%), 具有重要的经济价值:许多种类为热带和亚热带森
林植被的主要组成物种,树干可提供薪炭材,树皮之萃取物可作为染料;珠仔树、山矾和白檀等种可供提炼药材 . 由于
自然植被的破坏,有部分种已经处于濒危状态,如单花山矾、海南山矾和棱角山矾等 . 因此山矾科是森林植物区系地理、
植被生态学乃至是生物多样性研究的关键类群之一 .
山矾属是被子植物分类中公认的疑难类群,分类一直存在争议,重新修订需要结合多学科证据,来阐明其各个种的
分类地位,才能得到使人信服的结果 .究其原因,目前主要问题有:
1. 部分种狭域分布,标本较少;
(下转封三)
(上接封二)后现代中国植物志的修订
——中国山矾科的分类学修订
国家自然科学基金青年基金项目
2. 花果期较短,成熟花期果期标本少;
3. 多数重点区域缺乏调查,分类研究基础薄弱 ;
4. 分类观点存在争议;
5. 性状变异规律研究不清楚,导致种间界线模糊、种类处理混乱;
6. 果实的结构对山矾属的分类有重要的意义,需要开展深入的研究;
7. 科下分类工作欠缺 .
山矾科的修订将为Flora of China 编写结束后有疑义的其它属的修订提供良
好的试材 . 综合多学科修订的结果可以应用到 Flora of Pan-Himalaya 及将来的
Flora of China 第二版中 .
二、研究方法
1) 宏观形态性状的研究
对山矾科相关文献进行查阅、整理和分析 .研究国内外标本馆馆藏标本,对重
要的形态性状进行统计分析,重点掌握形态性状的变异规律和在地理格局内的变异
幅度 .野外考察集中一些分布区域包括中国和邻近国家的存疑种全面考查 .
2) 微观形态学研究
显微镜下观察叶表皮形态特征,包括、气孔,测量保卫细胞长度宽度,观察气
孔器和表皮细胞的数目等;电镜下观察叶片下表皮气孔特征及角质层纹饰特征,花
粉形态、萌发孔、外壁纹饰等 .
3) 代谢组学研究
利用 LC-MS(高效液相色谱)技术,通过对中国山矾科的植物的代谢产物进
行代谢组学分析,结合化学计量学方法(主成分分析:PCA)对这些植物进行分类 .
4) DNA Barcoding 研究
本研究将扩大取样代表性进行探索研究,寻找进化速率较快、分辨率高且通用
性好的条形码,构建可靠而稳定的系统发育树,利用最大简约法(MP)和最大似
然法(ML)对山矾科进行系统发育分析,为建立完整的山矾科条形码数据库起到
积极有效的作用 .
5) 数值分类
选取叶表皮形态、孢粉性状和果实形态等 30 个形态学性状,根据种间欧氏距离,
对复合体内种利用MVSP (version 3.13n) 进行聚类分析 .
研究目标及预期结果
本项目拟研究关键分类特征的变异式样,搞清山矾科的种的划分问题;基于形
态学、叶表皮微形态和分子系统学阐明其属下分类问题;基于胚胎学、叶表皮微形
态和分子系统学研究阐明山矾科与近缘科的关系 . 完成中国山矾科的分类学修订 .
(1) 通过大量的馆藏标本信息及野外考察,深入调查研究相对薄弱的西南和华
南地区的山矾科种类,查清山矾科植物的确切种类、分布、生境及资源状况,基本
澄清中国山矾科植物的家底 .
(2) 通过对宏观形态性状在居群水平上的研究,掌握形态性状的变异规律,分析
评价各类性状的分类学价值,澄清种间界线、疏理清楚同物异名和名实不符等问题.
(3) 在广义形态性状与分子证据联合构建的系统发育树框架下,探讨属下各大
类群的演化趋势及亲缘关系,完善山矾科植物的科下分类系统 .
(刘博 供稿)
背景介绍
一、中国植物志和Flora of China 编写的历史
植物资源是国家的重要财富,国家要发展经济,可持续地开发和利用植物资源,必须弄清植物的种类和组成,这就
需要编研、出版国家或地区的植物志 .
中国的植物学研究起步较晚,最早对中国植物进行大量采集和研究的“植物猎人”均为西方的学者、传教士等 . 我
国植物学家从上世纪二十年代开始准备编写《中国植物志》,直至 2004 年最终编撰而成,共 80 卷 126 册 . 记载了中国产
的维管植物 301 科 3408 属 31142 种的科学名称、形态特征、生态环境、地理分布、经济用途和物候期等,图版 9000 余幅,
是世界各国已出版的植物志中种类数量最多的一部 .
新兴的各种应用于分类学的证据的出现,为植物分类注入了新的活力 . 英文版的中国植物志应运而生——Flora of
China,历时 25 年,2013 年全部出版完毕 . 该书并非是《中国植物志》英文版简单的翻译,而是中外专家联手进行增补
和修订 .一些新的西方人的所谓的大种概念也应用到许多类群中,在有些类群中,例如猕猴桃科藤山柳属Clematoclethra
Maxim. 在中国植物志中承认 20 种 4 变种,而到Flora of China 中合并为 1 种 4 亚种;另例如山矾科 Symplocaceae 在
中国植物志中承认 77 种 (Wu, 1987),而在Flora of China 仅承认 41 种 (Wu and Nooteboom, 1996),有 36 个种成了
其它种的异名 . 争议最大的就是越南山矾,该物种是曾经广泛分布于热带亚洲、大洋洲的 150 多个物种组成,现在在新
版的Flora of China 中被合并为一个种,引起了学术界的很大争议 .
二、中国植物志和Flora of China 的主要区别和争议
跨世纪巨著《中国植物志》和Flora of China 已经完成,许多类群在两部著作中种的概念及分类学处理非常不同,
发生了很大的改变 .原因可以概括为两个方面:一是由于调查有限而有大量发表的“物种”仅有一份或少数几份馆藏标本,
这部分“物种”存疑的原因是标本太少无法观察到变异式样,二是复合体的分类问题,厘清这个问题必须从居群观察取
样的基础上调查关键分类特征的变异式样,对数量特征应引入统计手段进行分析,从而给出恰当的种类划分 .
因此,对这些类群还需要在标本研究、野外调查并结合实验工作的基础上,开展修订性的研究工作 .
研究内容介绍
一、中国山矾科做为研究的良好试材
中国山矾属植物 45 种(22 种为中国特有,特有性高达 50%), 具有重要的经济价值:许多种类为热带和亚热带森
林植被的主要组成物种,树干可提供薪炭材,树皮之萃取物可作为染料;珠仔树、山矾和白檀等种可供提炼药材 . 由于
自然植被的破坏,有部分种已经处于濒危状态,如单花山矾、海南山矾和棱角山矾等 . 因此山矾科是森林植物区系地理、
植被生态学乃至是生物多样性研究的关键类群之一 .
山矾属是被子植物分类中公认的疑难类群,分类一直存在争议,重新修订需要结合多学科证据,来阐明其各个种的
分类地位,才能得到使人信服的结果 .究其原因,目前主要问题有:
1. 部分种狭域分布,标本较少;
(下转封三)
(上接封二)后现代中国植物志的修订
——中国山矾科的分类学修订
国家自然科学基金青年基金项目
2. 花果期较短,成熟花期果期标本少;
3. 多数重点区域缺乏调查,分类研究基础薄弱;
4. 分类观点存在争议;
5. 性状变异规律研究不清楚,导致种间界线模糊、种类处理混乱;
6. 果实的结构对山矾属的分类有重要的意义,需要开展深入的研究;
7. 科下分类工作欠缺 .
山矾科的修订将为Flora of China 编写结束后有疑义的其它属的修订提供良
好的试材 . 综合多学科修订的结果可以应用到 Flora of Pan-Himalaya 及将来的
Flora of China 第二版中 .
二、研究方法
1) 宏观形态性状的研究
对山矾科相关文献进行查阅、整理和分析 .研究国内外标本馆馆藏标本,对重
要的形态性状进行统计分析,重点掌握形态性状的变异规律和在地理格局内的变异
幅度 .野外考察集中一些分布区域包括中国和邻近国家的存疑种全面考查 .
2) 微观形态学研究
显微镜下观察叶表皮形态特征,包括、气孔,测量保卫细胞长度宽度,观察气
孔器和表皮细胞的数目等;电镜下观察叶片下表皮气孔特征及角质层纹饰特征,花
粉形态、萌发孔、外壁纹饰等 .
3) 代谢组学研究
利用 LC-MS(高效液相色谱)技术,通过对中国山矾科的植物的代谢产物进
行代谢组学分析,结合化学计量学方法(主成分分析:PCA)对这些植物进行分类 .
4) DNA Barcoding 研究
本研究将扩大取样代表性进行探索研究,寻找进化速率较快、分辨率高且通用
性好的条形码,构建可靠而稳定的系统发育树,利用最大简约法(MP)和最大似
然法(ML)对山矾科进行系统发育分析,为建立完整的山矾科条形码数据库起到
积极有效的作用 .
5) 数值分类
选取叶表皮形态、孢粉性状和果实形态等 30 个形态学性状,根据种间欧氏距离,
对复合体内种利用MVSP (version 3.13n) 进行聚类分析 .
研究目标及预期结果
本项目拟研究关键分类特征的变异式样,搞清山矾科的种的划分问题;基于形
态学、叶表皮微形态和分子系统学阐明其属下分类问题;基于胚胎学、叶表皮微形
态和分子系统学研究阐明山矾科与近缘科的关系 .完成中国山矾科的分类学修订 .
(1) 通过大量的馆藏标本信息及野外考察,深入调查研究相对薄弱的西南和华
南地区的山矾科种类,查清山矾科植物的确切种类、分布、生境及资源状况,基本
澄清中国山矾科植物的家底 .
(2) 通过对宏观形态性状在居群水平上的研究,掌握形态性状的变异规律,分析
评价各类性状的分类学价值,澄清种间界线、疏理清楚同物异名和名实不符等问题.
(3) 在广义形态性状与分子证据联合构建的系统发育树框架下,探讨属下各大
类群的演化趋势及亲缘关系,完善山矾科植物的科下分类系统 .
(刘博 供稿)