全 文 ：第 31 卷 第 6期
2009 年 11 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol.31 , No.6
Nov., 2009
收稿日期:2009--01--05
http: www.bjfujournal.cn , http: journal.bjfu.edu.cn
第一作者:张钢民 ,博士 ,副教授。主要研究方向:植物分类学。电话:010--62338492 Emai l:gary1967@bjfu.edu.cn 地址:100083北京林业
大学生物科学与技术学院。
责任作者:张宪春 ,博士 ,研究员。主要研究方向:蕨类植物分类学。电话:010-62836291 Email:zhangxc@ibcas.ac.cn 地址:100093 北京
香山南辛村中国科学院植物研究所标本馆。
泽泻蕨的系统位置———来自 rbcL序列的分析
张钢民1 刘红梅2 杨文利3 张宪春4
(1北京林业大学生物科学与技术学院 2 北京大学深圳研究生院城市人居环境科学与技术重点实验室
3 河北农业大学园林与旅游学院 4中国科学院植物研究所)
摘要:泽泻蕨的系统位置一直存有争议。该文根据叶绿体基因 rbcL序列 ,用最大似然法构建它的系统发育关系。
结果表明:① 4种美洲典型的泽泻蕨属成员聚为一个很强支持的支 ,并与泽泻蕨形成姊妹群的关系 ,说明将泽泻蕨
从泽泻蕨属中独立出来 ,放入拟泽泻蕨属更为合适。 ②泽泻蕨被聚在碎米蕨群分支 , 得到强烈支持。它与银粉背
蕨和黑心蕨的关系比与拟金毛裸蕨属的关系更为近缘 , 不支持秦仁昌将泽泻蕨置于裸子蕨科的分类处理。 ③同
意 Panigrahi的观点 , 泽泻蕨的正确名称应为 Parahemionitis cordata(Hooker &Greville)Fraser--Jenkins。
关键词:泽泻蕨;系统位置;rbcL序列;拟泽泻蕨属
中图分类号:Q944.1 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2009)06--0015--04
ZHANG Gang-min1;LIU Hong-mei2 ;YANG Wen-li3;ZHANG Xian-chun4.Systematic position of
Hemionitis arifolia based on the analysis of rbcL sequences.Journal of Beijing Forestry University (2009)
31(6)15--18 [ Ch , 23 ref.]
1 College of Biological Sciences and Biotechnology , Beijing Forestry University , 100083 , P.R.China;
2 Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences , Shenzhen Graduate School , Peking University ,
Shenzhen , 518055 , P.R.China;
3 Landscape Architecture and Tourism College , Hebei Agricultural University , Baoding , 071000 , P.R.
China;
4 Institute of Botany , Chinese Academy of Sciences , Beijing , 100093 , P.R.China.
The systematic position of the species Hemionitis arifolia has long been in dispute.In this paper ,
phylogenetic analysis was conducted using the maximum likelihood (ML)method based on the sequences of
chloroplast DNA rbcL region.The results showed that:1)four American typical species of Hemionitis form a
strongly supported clade , which is sisterhood with H .arifolia , suggesting that it is more suitable to remove
H.arifolia from Hemionitis to a new genus Parahemionitis.2)Hemionitis arifolia is robustly nested within
the clade of cheilanthoid group.It is more closely related with Aleuritopteris argentea and Doryopteris concolor
than with Paragymnopteris.This is contradictory to Ching s recommendation of placing H.arifolia into
Hemionitidaceae.3)Our data support Panigrahis suggestion to use Parahemionitis cordata as the correct name
of Hemionitis arifolia(Hooker &Greville)Fraser-Jenkins.
Key words Hemionitis arifolia;systematic position;rbcL sequences;Parahemionitis
《中国植物志》第 3 卷记载中国有泽泻蕨属
(Hemionitis)植物 1种 ,即泽泻蕨(H.arifolia (Burm.
f.)Moore)。该种体型矮小 ,高 10 ～ 25 cm;叶二型 ,
生殖叶明显比营养叶高 ,叶片卵形 、长卵形或戟形 ,
基部心形 ,叶脉网状 ,下面疏被棕色钻状小鳞片;孢
子囊群沿网脉着生 ,无盖 。分布于印度南部 、斯里兰
卡 、马来西亚 、菲律宾 、越南 、柬埔寨和中国南部等亚
洲热带地区[ 1] 。
DOI :10.13332/j.1000-1522.2009.06.002
对于泽泻蕨的系统位置 ,长期以来一直存有争
议。早期的学者[ 2--3] 都将该种放入到的泽泻蕨属中 。
Mickel
[ 4] 根据各方面的证据 ,对泽泻蕨属的范畴进行
了研究 。认为金毛裸蕨属(Gymnopteris)的美洲种类
(其中包括该属的模式种 G.rufa (L.)Underw.)与
泽泻蕨属没有明显的区别 ,建议二者合并;同时他指
出分布于东南亚的泽泻蕨叶片附属物为鳞片而不是
毛 ,染色体基数为 90或 120而非 30 ,孢子纹饰为鸡
冠状等特征与美洲的泽泻蕨属成员明显不同 。化学
成分的分析表明 ,泽泻蕨与美洲的典型种类也有区
别[ 5-6] 。Tryon 等[ 7] 根据前面的研究结果 ,认为泽泻
蕨属是一个特产热带美洲的属 ,并将该属放入广义
凤尾蕨 科 (Pteridaceae)中 的碎 米 蕨 族 (Tribe
Cheilantheae),分布于热带亚洲的泽泻蕨只是形态上
与美洲的泽泻蕨属成员相似。后来 ,Tryon 等[ 8] 将碎
米蕨族提升为碎米蕨亚科(Cheilanthoideae),并把泽
泻蕨转入 Paraceterach 属中进行讨论 ,同时他们认为
该种 与亚洲 的金毛裸 蕨属 成员 (被 并入到
Paraceterach)尽管在孢子囊的着生位置等方面相似 ,
但在叶片形状 ,特别是附属物等性状上仍有较大的
区别 ,可能不属于任何已知的属。
秦仁昌沿用早期学者的观点 ,将泽泻蕨置于泽
泻蕨属 ,但他却根据卤蕨型的孢子囊群这一性状把
该属放入裸子蕨科(Hemionididaceae),不承认它和真
碎米蕨属(Cheilanthes)、粉背蕨属(Aleuritopteris)和黑
心蕨属(Doryopteris)等类群(这些类群被置于中国蕨
科(Sinopteridaceae))一样都属于碎米蕨类成员[ 9-10] 。
这种观点也得到了其他一些学者的承认[ 1 , 11] 。
Panigrahi认识到泽泻蕨在诸多方面比较独特 ,
放在任何已知属中都不合适 ,故提出了一个新属
Parahemionitis
[ 12] 。该属仅有 1 种 , 即 P.arifolia
(Burm.)Panigrahi。新属得到了 Fraser--Jenkins的认
可 ,但后者关于种的名称有不同的见解 ,认为应当为
Parahemionitis cordata (Roxb.ex Hook.et Grev.)
Fras.-Jenk.[ 13] 。
综上所述 ,泽泻蕨的系统位置相当混乱 。争论
的焦点主要有 3个:一是该种与美洲真正的泽泻蕨
属成员关系如何 ,另立新属是否合适;二是秦仁昌根
据孢子囊群的特征将泽泻蕨置入裸子蕨科是否正
确;三是名称考证 ,该种的正确学名是哪个。
近年来 ,基因序列分析已被广泛用于蕨类植物
科间及科内属间的系统发育研究[ 14-16] 。Gastony
等[ 15]首次根据叶绿体 rbcL 基因序列对碎米蕨类植
物之间的系统关系进行了研究 ,进一步澄清了该类
植物的范畴 。对亚洲碎米蕨类的研究发现 ,旧世界
分布的金毛裸蕨属成员(美洲成员被并入泽泻蕨属)
与旱蕨属(Pellaea)近缘 , 而与泽泻蕨属关系较
远[ 16] ,遗憾的是上述研究均未涉及泽泻蕨这个成
员。本文测定了该种及其相关类群的 rbcL序列 ,结
合资料进行系统发育分析 ,并在此基础上讨论泽泻
蕨的系统位置 。
1 材料与方法
1.1 材料来源
所用材料均来自野外硅胶快速干燥的新鲜叶
片 ,材料来源见表 1。凭证标本存放于中国科学院
植物研究所标本馆(PE)。
表 1 材料来源
TABLE 1 Origin of materials
植物种 来源及凭证标本 rbcL 序列号
Onychium contiguum 张钢民 459 ,采自印度西姆拉 AY266416
Pteris vittata [ Accessed from GenBank] U05941
Hemionitis levyi [ Accessed from GenBank] U27725
Hemionitis palmata [ Accessed from GenBank] AY357708
Hemionitis rufa [ Accessed from GenBank] AY357707
Hemionitis tomentosa [ Accessed from GenBank] AY357709
Hemionitis arifolia 张宪春 3530, 采自海南保亭 FJ628168
Aleuritopteris argentea 张钢民 460 ,采自北京东灵山 AY266410
Doryopteris concolor 董仕勇 178 ,采自海南昌江 AY266414
Paragymnopteris vestita 张钢民 640 ,采自云南昆明 DQ432652
Paragymnopteris bipinnata 张钢民 292 ,采自云南中甸 DQ432656
Paragymnopteris delavayi 张钢民 268 ,采自四川康定 DQ432654
Paragymnopteris marantae 张钢民 314 ,采自云南中甸 DQ432655
Bommeria ehrenbergiana [ Accessed from GenBank] U19497
Bommeria elegans [ Accessed from GenBank] U27729
Cheilanthes allosuroides [ Accessed from GenBank] U27239
1.2 DNA的提取与测序
总 DNA的提取采用 CTAB法[ 17] 。
rbcL基因扩增和测序引物为 “ 1F” [ 5′-ATG
TCACCACAAACAGAAACT--3′] [ 18] 、 “1351R” [ 5′-CTT
CACAAGCAGCAGCTAGTTCAGGACTCC--3′] 和中间正
向引物 “440F” [ 5′-GGTAATGTTTTTGGATTTAAGGC-
3′] [ 15] 。扩增和测序反应均在 MJ Research PTC-200
(美国)PCR仪上进行。扩增反应体系为20 μL ,反
应程序为:①94℃变性1 min , 48℃退火 20 s , 72℃延
伸 1.5 min , 循环 2次;②94℃变性 20 s , 48℃退火
20 s , 72℃延伸 1.5 min , 循环 35次;③保持 72℃,
4 min。扩增产物的纯化步骤根据 Pharmacia GFXTM
PCR DNA and Gel Band Purification Kit的说明书进行
操作 。
1.3 rbcL序列分析及系统树构建
由于泽泻蕨早期一直被放入泽泻蕨属中 ,故本
次分析选择了 4种美洲的泽泻蕨属成员 。鉴于该种
和《中国植物志》中记载的金毛裸蕨属(本文接受邢
公侠的观点 ,采用拟金毛裸蕨属(Paragymnopteris)这
个属名)的关系在一些文献中比较混乱 ,也选择了后
16 北 京 林 业 大 学 学 报 第 31卷
者的 4个种一并分析 。为了进一步认识泽泻蕨与其
他碎米蕨类成员之间的系统关系 ,本研究还包括了
粉背蕨属 、黑心蕨属 、旱蕨属 、真碎米蕨属和
Bommeria 的部分成员。
rbcL基因序列没有碱基的插入和缺失现象 ,无
须进行人工手校 。将测得和从 GenBank上下载的序
列排好后直接在 PHYML 软件[ 19] 下 ,采用最大似然
法(ML)进行系统发育分析 ,支持率由 1 000次重复
计算而得。根据以前的研究结果[ 15, 20] ,选择非碎米
蕨类的2个成员即凤尾蕨属的蜈蚣草(Pteris vittata)
和金粉蕨属的黑足金粉蕨(Onychium contiguum)作为
外类群。
2 结果与分析
本研究用于系统分析的 rbcL 序列长度为
1 215 bp ,用最大似然法得到一棵系统树(图 1)。图
1中所有内类群都被强烈地聚为一支 ,并得到 100%
的支持率 ,说明它们是一个单系类群 ,各种间有着密
切的系统发育关系。
内类群形成 4个大支(支持率>50%):一支(A
支)是由泽泻蕨 、4种美洲典型的泽泻蕨属成员 、银
粉背蕨(Aleuritopteris argentea)、黑心蕨(Doryopteris
concolor)和三角羽旱蕨(Pellaea calomelanos)组成 ,支
持率为 100%。在这一分支上 ,不仅包括孢子囊群
在叶背着生的部分裸子蕨科成员 ,如泽泻蕨属等;也
包括孢子囊群沿叶缘边生的中国蕨科典型成员 ,如
粉背蕨属 、黑心蕨属和旱蕨属种类 。同时 ,4种美洲
典型的泽泻蕨属成员被强烈聚在一起(支持率为
97%),并与泽泻蕨形成姊妹群。B支则由拟金毛裸
蕨属的4个成员组成 ,并且得到了 100%的支持率 。
该属虽然同泽泻蕨属的成员均为卤蕨型孢子囊群结
构 ,但并没有置于同一个细支内。另外两支均为分
布于美洲的 C 支真碎米蕨属和 D支 Bommeria 。尽
管有些学者不承认粉背蕨属而是将其并入到真碎米
蕨属 ,但它们并没有聚在一个细支内 ,这与我们前期
的研究结果[ 16] 一致。 Bommeria 属的成员形成一个
强烈支持的分支(支持率=100%),说明它们是很好
的单系类群 , 支持将 Hemionitis elegans 转置于
Bommeria 属的处理 ,这一结果与Gastony and Rollo[ 15]
的研究一致。
3 讨 论
3.1 泽泻蕨是碎米蕨类成员
碎米蕨类植物由真碎米蕨属及其相近的一些类
群组成 ,在最新的蕨类植物系统中 ,被放入广义凤尾
蕨科 ,构成碎米蕨亚科[ 8 ,21] 。它们的特征是体型矮
图 1 基于 rbcL基因序列用最大似然法得到的系统树
FIGURE 1 Phylogram based on the maximum likelihood
analyses of rbcL sequences
注:分支上面的数字代表支持率。
小 ,叶片常被有鳞片 、毛或粉状物 ,适应干旱或半干
旱的环境 ,许多种类是石灰岩山地的代表植物[ 7] 。
尽管泽泻蕨的归属存在诸多争议 ,但欧美学者
大多认为该种与真碎米蕨属等类群一样 ,是碎米蕨
类成员。在系统树上 ,泽泻蕨与真碎米蕨属 、黑心蕨
属和旱蕨属等聚在一起 ,是典型的碎米蕨类成员。
本文的研究结果进一步证明 ,秦仁昌[ 9-10] 根据孢子
囊群位置这一性状将碎米蕨类植物分置于两个科即
中国蕨科和裸子蕨科的处理是不恰当的。结合前面
的研究 ,我们认为国产碎米蕨类成员应包括中国蕨
科的中国蕨属(Sinopteris)、粉背蕨属 、碎米蕨属
(Cheilosoria)、隐囊蕨属 、黑心蕨属 、旱蕨属和裸子蕨
科的拟金毛裸蕨属(植物志中的名称为金毛裸蕨属)
和泽泻蕨 。
3.2 泽泻蕨与其他类群的系统关系
尽管 Copeland[ 3] 指出泽泻蕨与美洲的同属种类
在地理分布上存在间断 ,但仍将其放入泽泻蕨属 ,同
时他认为该属与美洲的 Bommeria 关系最为近缘。
我们的研究结果不支持上述观点 ,相反泽泻蕨属成
员与旧世界分布的银粉背蕨属等成员关系更近 。
在《中国植物志》第 3卷第 1 分册中 ,泽泻蕨同
拟金毛裸蕨属(植物志中的名称为金毛裸蕨属)的成
17第 6期 张钢民等:泽泻蕨的系统位置———来自 rbcL 序列的分析
员因为孢子囊群均为沿侧脉着生而被置于裸子蕨
科。Mickel[ 4] 甚至将金毛裸蕨属并入到泽泻蕨属 。
本文的研究结果表明 ,它们没有聚在一个分支中 ,说
明二者关系并非特别近缘。从形态上来看 ,泽泻蕨
为单叶 ,且生殖叶与营养叶明显不同 ,叶脉为网状 ,
而拟金毛裸蕨属的成员则为 1 ～ 2回复叶 ,同型叶 ,
除个别种类的叶脉仅在叶片边缘联结外 ,均为分离 。
从地理分布而言 ,泽泻蕨是典型的东南亚热带成分 ,
而拟金毛裸蕨属则主要以喜马拉雅成分为主 ,向西
北可分布到欧洲等国家。
虽然早期学者[ 4, 8 , 22] 都将泽泻蕨置于泽泻蕨属 ,
但大多数都意识到该种与美洲典型的泽泻蕨属成员
无论是地理分布还是形态特征上都存在一定的差异 ,
可能另立一个新属更为合适。在系统树上 ,泽泻蕨与
美洲的泽泻蕨属成员聚在一起 ,并得到了较高的支持
(支持率为 93%),说明它们有着较近的亲缘关系 。需
要指出的是美洲的4个类群被强烈地聚为一支(支持
率为97%),并与泽泻蕨形成姊妹群的关系 ,说明美洲
的种类关系更为近缘 ,是一个很好的单系类群。鉴于
泽泻蕨在叶片 、孢子 、附属物的形态以及化学成分和
地理分布等诸多方面与美洲类群存在差异[ 4-7] ,笔者
同意Panigrahi[ 12] 将该种从泽泻蕨属中分立出来 ,独立
成属 ,即拟泽泻蕨属(Parahemionitis)。
3.3 名称问题
不论是使用 Hemionitis arifolia 还是 Parahemionitis
arifolia ,其原始基名都是 Asplenium arifolium ,且该种
加词已经被广泛熟知 。Morton[ 23] 指出 , Asplenium ari-
folium 和Acrostichum aureum 为同模异名 ,前者是后者
的晚出异名。对泽泻蕨第 1次合格有效发表的名称
应当为 Hemionitis cordata Hooker &Greville 。
Fraser-Jenkins[ 13]也认为是该种有别于美洲的类
群 ,同意另立新属 ,故提出了一个新组合 ,即 Parahemio-
nitis cordata(Hooker &Greville)Fraser--Jenkins。笔者认
为这一名称符合国际植物命名法规 ,应予采纳。
参 考 文 献
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(责任编辑 赵 勃)
18 北 京 林 业 大 学 学 报 第 31卷