全 文 ：大理学院学报
JOURNAL OF DALI UNIVERSITY
第14卷 第12期 2015年12月
Vol.14 No.12 Dec. 2015
［DOI］10. 3969 / j. issn. 1672-2345. 2015. 12. 018
梅花草属Parnassia Linnaeus，1753根据P. palus⁃
tris建立，是一类多年生草本植物，分布于北温带，主
要分布于东亚和北美，极少数分布到欧洲及其他地
区〔1-3〕。根据谷粹芝〔2〕、Gu和 Hultgård〔4〕的研究，中国
分布有63种，其中49种为特有种，且集中分布于我
国的西南部山区，该区是梅花草属的现代分布中心
和分化中心。
梅花草属建立至今已有 200多年的研究历史。
长期以来该属的分类地位及其分类系统一直处
于争议状态。根据形态学的研究，梅花草属处于
一个难以确定的系统位置，系统分类差异大，或
作为虎耳草科 Saxifragaceae的一个亚科，即梅花
草亚科 Parnassioideae；或独立成一科，即梅花草科
Parnassiaceae〔1，5-8〕。近几年来随着现代分子生物学
的迅速发展，特别是PCR技术的运用及DNA测序方
法的改进，大量分子序列数据的不断累积，越来越
多的基因片段被获得并应用于系统发育的研究。
特别是被子植物大系统的建立，关于梅花草属的
系统位置的观点也趋于一致。Soltis等基于 rbcL序
列对广义虎耳草科 Saxifragaceae的研究表明梅花
草属与伯力木属Brexia关系密切〔9〕；Savolainen等基
于 atpB-rbcL序列片段的研究认为梅花草属与卫矛
科Celastraceae、翅子藤科Hippocrateaceae和伯力木
属构成姊妹群〔10〕。APG的研究表明梅花草科包括
梅花草属和微型草属 Lepuropetalon两属，本科的系
统关系与虎耳草科相距甚远，而与卫矛科构成姊妹
群，同属于卫矛目〔11-12〕。显然，分子系统学研究与以
往主要根据形态学研究的结果有很大的差异。《中
国植物志》以及西藏、四川、内蒙古、青海、秦岭等各
地方植物志的完成，使该属及属下分类单元的划分
和系统演化更为清晰。2005年吴丁对梅花草属的
分类系统学进行了详细的研究，并提出了一个将梅
花草属植物划分为12组的系统框架〔13〕，但是其在分
类过程中，并不是所有的梅花草属植物都运用了分
基于 ITS序列的梅花草属Parnassia L.系统发育初步研究
柏梦焱，李亚茹，朱琼洁，叶成超，刘硕然*
（大理大学农学与生物科学学院，云南大理 671003）
［摘要］基于 ITS序列，采用3种构树方法对梅花草属Parnassia L.植物30个种的系统发育进行了研究，分析了梅花草属分类系
统的合理性；分析了3对有争议物种的亲缘关系：绿花梅花草P. viridiflora与三脉梅花草P. trinervis、类三脉梅花草P. pusilla与
中国梅花草P. chinensis、中国梅花草P. Chinensis与高山梅花草P. cacuminum。结果表明：采用贝叶斯推理构建出的系统发育
树在拓扑结构上表现出最高的稳定性；佐证了当前梅花草属植物分类系统的合理性；虽然绿花梅花草和三脉梅花草的 ITS序
列同源性达99.1%，但在形态学分类尚未作出改变前，仍需要进一步确定两者的亲缘关系；分子分析手段只能推断类三脉梅花
草和中国梅花草具有非常相近的亲缘关系，并不能证明为同一物种；推测高山梅花草与中国梅花草二者外观形态可能存在连
续性变异，可能为同一物种，需要更多其他分子片段的序列分析进一步证实二者亲缘关系。
［关键词］亲缘关系；分类系统；同源性；连续性变异
［中图分类号］Q949 ［文献标志码］A ［文章编号］1672-2345（2015）12-0082-07
［基金项目］云南省高校滇西生物多样性科研创新团队项目（云教函〔2011〕93号）；大理学院质量工程项目（TDI-05）
［收稿日期］2015-03-30 ［修回日期］2015-07-24
［作者简介］柏梦焱，园艺专业2012级本科生 .
*通信作者：刘硕然，讲师 .
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总第144期 第14卷柏梦焱，李亚茹，朱琼洁，等 基于 ITS序列的梅花草属Parnassia L.系统发育初步研究
子分析的手段。
在属下、种间等系统学研究中，由于 ITS片段
具有引物通用、片段长短适中等特点，因此已得到
广泛应用〔14-15〕，同时Yang等〔16〕在 2011年利用DNA
条码技术鉴别梅花草属物种的研究中，表明在单
序列分析中 ITS 片段具有最高的准确性，达
86.7%；在多序列组合分析中，ITS+trnH-psbA序列
片段具有最高准确性，达 90%；因此，本研究将利
用梅花草属植物的 ITS序列，通过三种不同的方
法对所构建的发育树之间的差异进行比较分析，
并结合吴丁所创建的梅花草属植物的现代属下分
类系统，补充分析未采用分子手段进行分类的几
个物种，使这个分类系统更具权威性，种间关系更
加清晰，为梅花草属植物系统进化及相关研究提
供参考。
1 材料与方法
1.1 研究材料来源 研究所用的梅花草属 rDNA-
ITS序列片段来源于NCBI网站（National Center for
Biotechnology Information）。共收集到 30条，包括
ITS1、5.8S和 ITS2，片段总长度 661 bp，由于微型草
Lepuropetalon spathulatum与内类群趋异率较小，且
与其他外群相比具有最好的同源性，因此选择微型
草作为外群。
1.2 序列编辑及分析 首先序列矩阵上传至MUS⁃
CLE（Multiple Sequence Comparison by Log-Expecta⁃
tion）进行排序〔17〕，再运用Bioedit7.0.9.0将排序后的
矩阵手动完善序列〔18〕。
1.2.1 邻接法 序列分析采用软件MEGA5.1，依据
最大复合可能性原则，分枝的可靠性评价使用Boot⁃
strap分析启发性搜索，1 000次重复取样，各序列矩
阵中的空位和缺失作删除处理〔19〕。
1.2.2 最大似然法 序列分析上传至ATGC：Phy⁃
ML生物信息学在线平台，选用GTR为替代模型，选
用 SPR＆NNI来提高树形的稳定性，“靴带”分析设
置为 100次循环，各序列矩阵中的空位和缺失作删
除处理〔20〕。
1.2.3 贝叶斯推理法 序列分析采用 Mrbayes-
3.1.2软件，设置进行1 000 000次取样，每10代抽取
一棵树，共得到 100 000棵树，前 25 000棵树舍弃，
剩余树经估算得到的 50%主要规则一致树及后验
概率，取得 0.004 4的分散频率的平均方差，达到了
小于0.01的标准。
2 结果
基于上述3种构树方法，所得NJ树、ML树和BI
树如图1、2、3所示。
注：分枝节点数值代表靴带支持率；图底标尺为枝长标
尺；P.=Parnassia；Lepurpetalon spathulatum为外类群；每一个
分类单元种名后为NCBI序列号。
图1 根据 ITS序列构建的NJ树
结果表明，NJ树和ML树的分枝的靴带支持率
整体不高，其中NJ树少数分枝支持率达到 100；ML
树少数分枝支持率达到 100，最低为 4，系统树的中
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大理学院学报总第144期 自然科学
注：分枝节点数值代表靴带支持率；图底标尺为枝长标尺；P.=Parnassia；Lepurpetalon spathulatum为外类群；每一个分类单
元种名后为NCBI序列号。
图2 根据 ITS序列构建的ML树
注：分枝节点数值代表后验概率；图底标尺表示单位位点变异；P.=Parnassia；Lepuropetalon spathulatum为外类群；每一个分
类单元种名后为NCBI序列号。
图3 根据 ITS序列构建的BI树
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总第144期 第14卷柏梦焱，李亚茹，朱琼洁，等 基于 ITS序列的梅花草属Parnassia L.系统发育初步研究
下部分枝支持率偏低。
扁平三裂组 Sect. nectarotrilobos的凹瓣梅花草
P. mysorensis、近凹瓣梅花草P. submysorensis、高山梅
花草P. cacuminum、中国梅花草P. chinensis、无斑梅
花草P. epunctulata、妖媚梅花草P. venusta、康定梅花
草 P. kangdingensis、类三脉梅花草P. pusilla和柱形
组 Sect. saxifragastrum的云南梅花草 P. yunnanensis
8个种均位于树的顶端，在 BI树的靴带支持率均
在 96%以上，而在 NJ树和ML树上的分枝支持率
不高。
扁平五裂组Sect. allolobos的宽叶梅花草P. dila⁃
tata、厚叶梅花草P. perciliata、鸡肫梅花草P. wighti⁃
ana、桂林梅花草 P. guilinensis 4个种和长药隔组
Sect. xiphosandra的突隔梅花草 P. delavayi、细裂梅
花草P. leptophylla、短柱梅花草P. brevistyla 3种构成
姐妹群，且在BI树的靴带支持率达 100%，但在NJ
树和ML树上的分枝支持率不高。
外群微型草均处于系统树的基部，长叶组Sect.
longiloba的长枝梅花草 P. grandifolia、灰梅花草 P.
glanca、细辛叶梅花草P. asarifola 3个种均处于系统
树的亚基部，在BI树的靴带支持率达99%，但在NJ
树和ML树上的分枝支持率不高。
现代梅花草属植物的分类系统由吴丁在 2005
年建立，在建立此分类系统的过程中，采用了分子
分析的手段，但是并没将所有的物种囊括其中，在
本文研究的 30个梅花草物种中，有 11个物种不在
其梅花草属属下分类系统时所构建的系统发育树
中，如表 1所示。基于 3种不同构树方法的比较研
究，BI树的拓扑结构较好的表现出了梅花草属植物
的亲缘关系，因此本文依据此 11个物种在BI树的
拓扑结构（如图3）所处位置和现代分类系统所处位
置进行比较分析。
从BI树的拓扑结构来看，长叶组的云梅花草和
无叶组的黄花梅花草构成一支，但是靴带支持率低
于50%。齿裂组的格德梅花草、长爪梅花草和柱形
组的长瓣梅花草构成一个单系类群，支持率为
99%，其中齿裂组的长爪梅花草和柱形组的长瓣梅
花草形成一个小分枝，支持率为100%。
表1 通过系统发育学研究其分类地位的11个物
种及其所属组
组名
柱形组 Sect. saxifragastrum
齿裂组 Sect. odontohymen
长药隔组 Sect. xiphosandra
梅花草组 Sect. parnassia
扁平五裂组 Sect. allolobos
扁平三裂组
Sect. nectarotrilobos
无叶组 Sect. excanlifolia
长叶组 Sect. longifolia
长枝组 Sect. longiloba
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种名
长瓣梅花草 P. longipetala
格德梅花草 P. degenensis
细裂梅花草 P. leptophylla
克氏梅花草 P. kotzbuei
宽叶梅花草 P. dilatata
康定梅花草 P. kangdingensis
类三脉梅花草 P. pusilla
黄花梅花草 P. lutea
云梅花草 P. nubicala
长枝梅花草 P. grandifolia
灰梅花草 P. glanca
细辛叶梅花草 P. asarifola
由 BI树的拓扑结构可知，长枝组的长枝梅花
草、灰梅花草、细辛叶梅花草处于系统树的基部，构
成一个单系类群，靴带支持率为 99%，其中长枝梅
花草和灰梅花草关系更为密切，形成一小分枝，支
持率为 100%；梅花草组的克氏梅花草和梅花草构
成一支，形成一个单系类群，支持率为100%；长药隔
组的细裂梅花草和突隔梅花草、短柱梅花草构成单
系类群，支持率为 90%，其中细裂梅花草和突隔梅
花草关系更加密切，形成一小分枝，支持率为
100%；扁平五裂组的宽叶梅花草和鸡肫梅花草、厚
叶梅花草、桂林梅花草构成一个单系类群，支持率
为99%，其中宽叶梅花草和厚叶梅花草形成一小分
枝，支持率为100%。
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大理学院学报总第144期 自然科学
3 讨论
3.1 3种不同构树方法的比较分析 由邻接法、最
大似然法、贝叶斯推理法分析得到的系统发育树在
拓扑结构上保持较高的一致性，仅在部分端、部分
枝表现出差异。NJ树和ML树的靴带支持率不高，
说明 NJ树和 ML树上各组的系统关系可信度较
低。而BI树分枝的后验概率较高，大多数为100%，
且基本都在95%以上，说明BI树上各组的系统关系
可信度较高。关于上述 3种方法的适用性，基于本
研究的数据贝叶斯推理法所得的系统发育树获得
了最高的后验概率，即拓扑结构表现出较高的稳
定性。
对比上述三棵系统发育树可以看出，在三棵树
中物种分布基本一致。但是其中有几组的梅花草
属植物网结在一起，形成多个单枝，根据吴丁〔13〕提
出的该属可能的演化路线图，唇形组的龙场梅花草
更靠近基部；长叶组的云梅花草和无叶组的黄花梅
花草关系密切；齿裂组、柱形组与扁平三裂组、扁平
五裂组具有较近的亲缘关系，对比三棵系统发育
树，BI树的拓扑结构较好地表现出了梅花草属植物
的亲缘关系。
3.2 分子手段对现代梅花草属植物分类系统的论证
从结果中可分析得出：齿裂组的长爪梅花草和柱形
组的长瓣梅花草形成一个小分枝，支持率为100%，
同时结合长瓣梅花的形态特征，其退化雄蕊不具备
齿裂组的退化雄蕊扁平，低倒梯形，顶端具5~7齿的
特点，而符合柱形组的退化雄蕊特点，因此长瓣梅
花草仍属于柱形组。而其他10种梅花草在BI树上
表现出来的拓扑结构均与梅花草属现代分类系统
一致。
3.3 梅花草属植物的系统关系
3.3.1 三脉梅花草与绿花梅花草亲缘关系分析
在Yang等〔16〕的利用DNA条码技术鉴定梅花草属一
文中，试图推断三脉梅花草可能是绿花梅花草的祖
先，并通过两者在进化树上的位置进行说明，但是
其样本数量较小且树枝稳定性不高，并未作出明确
结论。本文通过Genbank搜集绿花梅花草和三脉梅
花草的 ITS片段，从其所构成的BI系统发育树来看，
绿花梅花草和三脉梅花草两者同属一枝，枝长相
近，且支持率达到 100%，拓扑结构稳定。此外，本
文还选取了二者 ITS序列片段进行同源性计算分
析，两者的同源性高达 99.1%，ITS片段基本一致。
因此通过本文采用的分子手段的分析，可以推断三
脉梅花草可能是绿花梅花草的祖先，但在形态学分
类尚未作出改变前，我们仍需要更大的种群样本进
行分析以得到更稳定可靠的分子数据，进一步确定
两者的亲缘关系。
3.3.2 类三脉梅花草与中国梅花草亲缘关系分析
在 1941年“中国的梅花草”一文中类三脉梅花草被
处理为中国梅花草的异名，但在现代梅花草属下分
类系统中将类三脉梅花草和中国梅花草同分在扁
平三裂组〔13〕，以此本文试图通过分子学手段推断类
三脉梅花草是否应处理为中国梅花草的异名。由
于在 Genbank中没有找到类三脉梅花草的 ITS序
列，而在 2008年康定梅花草归并入类三脉梅花
草〔21〕，则用康定梅花草的 ITS序列代替类三脉梅花
草的 ITS序列与中国梅花草的 ITS片段构建BI树进
行分析。但在树中发现两者并没有处于一枝，但通
过中国梅花草和康定梅花草的 ITS片段同源性分析
结果来看，相似性达到 96.7%，两者 ITS片段非常相
似，两个结果相矛盾，结合康定梅花草被归并入类
三脉梅花草时是认为其子房位置存在连续性变异
这一理由，所以只能推断类三脉梅花草和中国梅花
草具有非常相近的亲缘关系，并不能证明为一个
种，但本研究没有到模式产地进行调查和核对模式
标本，只能从分子角度得以论证。
3.3.3 高山梅花草与中国梅花草亲缘关系分析
观察本研究所构建的BI树可以发现，中国梅花草和
高山梅花草同属一枝，支持率为100%，且枝长基本
相等；并且二者 ITS片段同源性相似性达到99.06%，
从分子角度分析二者具有非常近的亲缘关系，笔者
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总第144期 第14卷柏梦焱，李亚茹，朱琼洁，等 基于 ITS序列的梅花草属Parnassia L.系统发育初步研究
认为从分子学角度考虑，高山梅花草可以归并入中
国梅花草。
同时对二者的外观形态进行了比较，形态特征
极近似，二者仅有的区别在中国梅花草花瓣呈倒卵
形，瓣片近圆形，基部有密集长流苏状毛，退化雄蕊
裂片等长；而高山梅花草花瓣呈匙形，先端圆，基部
有少许短流苏状毛，退化雄蕊裂片不等长。
对二者地理分布进行分析可知，中国梅花草分
布于云南西北部、西藏东南部、四川、尼泊尔、不丹
和缅甸；高山梅花草分布于我国青海东南部和四川
西部和云南，而尚未查阅到其在国外有分布。通过
在地图上分析发现，两者在国内分布范围基本一致
而中国梅花草在国外也有分布，如图 4。结合吴丁
在2005年对梅花草属植物地理分布的研究，可以推
断二者分化中心位于喜马拉雅-横断山脉，二者可
能拥有共同的祖先，且分化程度不高。
图4 中国梅花草与高山梅花草的地理分布区域图
综合上述分子序列、形态和地理分布对二者亲
缘关系的分析，可以得出二者外观形态可能存在连
续性变异，可能为一个种，需要更多其他分子片段
的序列分析进一步证实高山梅花草与中国梅花草
的亲缘关系。
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Preliminary Study on Phylogeny of Parnassia L. Based on ITS Sequences
Bai Mengyan, Li Yaru, Zhu Qiongjie, Ye Chengchao, Liu Shuoran*
（College of Agriculture and Biology Science, Dali University, Dali, Yunnan 671003, China）
〔Abstract〕Three phylogenetic trees were constructed with different methods to analyze the reliability of the classification system of
genus Parnassia using ITS gene sequences from 30 species. Meanwhile, the genetic relationships of P. viridiflora vs. P. trinervis; P.
pusilla vs. P. chinensis; P. chinensis vs. P. cacuminum also have been analyzed in this paper. The results showed that Bayesian
Inference（BI）tree has the highest stability in topology and the reliability of the classification system of genus Parnassia has been
proved with molecular data. The above three species pairs showed very high genetic relationships, P. viridiflora and P. trinervis with
99.1%, P. pusilla and P. chinensisbut with 96.7%, P. chinensis and P. cacuminum with 99.06% ITS sequences homolog. However, with
the exception of pair P. chinensis and P. cacuminum, both of the other two pairs showed different morphological traits. In this study, the
potential reasons for the morphological variances have been discussed. More detailed phylogenetic and morphological analysis would
help to figure out the relationships among these species precisely.
〔Key words〕genetic relationship; classification system; homology; continuous variation
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