全 文 ：Vol. 35 No. 4
Apr. 2015
第 35卷 第 4期
2015年 4月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
收稿日期：2014-04-05
基金项目：国家自然科学基金（31260175）；国家林业公益行业研究专项（201104034）
作者简介：杨建军，硕士研究生 通讯作者：马焕成，教授 ,博士生导师；E-mail：mhckm@foxmail.com
引文格式：杨建军 , 田向楠 , 伍建榕 ,等 . 红花木棉与黄花木棉核糖体 DNA分子系统发育研究 [J].中南林业科技大学学报 ,2015,
35(4): 135-138.
Doi:10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.04.024 http: //qks.csuft.edu.cn
木棉 Bombax malabaricum为木棉科高大的落
叶树。木棉科大约有 20余属，180余种，广泛分
布在热带美洲等地。中国目前的木棉科植物 7属 9
种，原产只是 1属 2种，种植的有 6属 7种。通
红花木棉与黄花木棉
核糖体 DNA分子系统发育研究
杨建军 a，田向楠 a，伍建榕 a,b，郑艳玲 a，田 斌 a，马焕成 a
（西南林业大学 a.国家林业局西南生物多样性保育重点实验室；b.云南省高校森林灾害预警控制重点实验室，
云南 昆明 650224）
摘 要：以开红花和黄花木棉属木棉 Bombax malabaricum 的 14株个体的核糖体 DNA ITS序列测序结果，构建
了系统发育树 ，并选取与木棉属较近亲缘关系的吉贝属 Ceiba Mill.emend.Gaertn.、轻木属 Ochroma Swartz的种
作为外类群，基于Maximum likelihood analysis（最大似然法）、Maximum parsimony analysis（最大简约法）和
Bayesian inference（贝叶斯方法 ）对木棉属红花和黄花的木棉个体植株进行分子系统发育重建。结果表明 ，开红
花木棉和开黄花木棉的植物学特征描述基本一致，来源于不同地点或同一地点供试木棉植株分子序列与 Genbank
中记录的木棉的 ITS全长序列相似度为 99%，与同属的 Bombax buonopozense亲缘关系较近，并且与 ITS序列对
红花木棉和黄花木棉所有物种以 100%的 Bootstrap聚在一起。对两者的主要植物学性状和分子生物学基因序列
综合评价，确认红花木棉和黄花木棉同属一个种。
关键词：红花木棉；黄花木棉； 核糖体 rDNA ITS序列； 系统发育树
中图分类号：S718.46 文献标志码：A 文章编号：1673-923X(2015)04-0135-04
Ribosomal DNA Molecular Phylogenetic Study on Red and Yellow Flower
of Bombax malabaricum D C.
YANG Jian-juna, TIAN Xiang-nana, WU Jian-ronga,b, ZHENG Yan-linga, TIAN Bina, MA Huan-chenga
(a. Key Laboratory of Biodiversity Conservation in Southwest China, State Forestry Administration; b.Yunnan Provincial Key
Laboratory of Forest Disaster Warning and Control, Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunan, China)
Abstract: The ribosome rD N A ITS sequences and phylo genetic tree of 14 Bombax malabaricum (red flower or yel low flower species)
f rom 14 species o f Bombax malabaricum genus were analyzed and established by adopting DNA extraction and PCR production.
The two genus (Ceiba Mill.emend.Gaertn.and Ochroma Swartz) which have close genetic relations to Bombax were selected as the
out-groups. And then, based on maximum likelihood analysis, maximum parsimony analysis and Bayesian inference, the molecular
phylogenetic reconstruction for yellow kapok and red kapok individuals of Bombax genus were carried out. The results show that the
botanical descriptions of yellow kapok and red kapok are basically consistent, the ribosome rDNA ITS sequences similar ity between
the tested materials and the recorded B. malabaricum was 99 %, the yellow kapok and red kapok had close genetic relationship with B.
ceiba and B. insigne. RNA secondary structure simulation analysis showed the genetic variation in 5.8 sRNA was extremely small, the
main genetic variation were in ITS1-ITS2 non-coding sequence. The results therefore implied that the characters of yellow kapok and
red kapok produced was not genus or species differences, but caused by environmental mutagenesis; The comprehensive evaluations on
main botanical characters and molecular biol ogy of gene sequences of the two kapok species conducted, thus verifying that yellow kapok
and red kapok belong to the same species.
Key words: Bombax malabaricum of red flower; Bombax malabaricum of yellow flower; ribosome rDNA ITS sequences; phylogenetic tree
杨建军，等：红花木棉与黄花木棉核糖体 DNA分子系统发育研究136 第 4期
常主 要以木棉属的木棉、巴西木棉 Bombax ceiba、
长果木棉 Bombax insigne Wall. 和吉贝属的吉贝 4
种植物果实内壁附着的纤细棉毛 [1]作为纺织纤维
材料。木棉是一种喜光、耐高温、耐干旱的强阳
性树种，大树板状根显著，其中心分布区年平均
温度 20～ 23 ℃；花瓣 5片，雄蕊极多数 , 外围雄
蕊基部聚生为 5束，中间聚生为 1束；子房 5室，
花色艳丽 , 有红色、金黄、淡黄色等颜色。蒴果长
卵形，长度 l0～ 15 cm，外被绒毛，成熟时 5裂，
果瓣内部含有纤维毛，种子黑色，圆形，6～ 7月
成熟 [2]。木棉是木棉科中分布最广的，主要种植于
印尼、马来西亚、香港、台湾及大陆南部地区 ,云
南省主要以金沙江、澜沧江、怒江、南盘江、红河、
西洋江、把边江等河流的低热河谷以及炎热坝区
最多。作者于 2011～ 2013 年在云南元阳干热河
谷地区发现，在当地自然散生分布的木棉中有的
是开红花，有的开黄花，有的出现红黄之间的中
间颜色，其它性状与以往描述记载的完全相同。
经分类学鉴定，除花色不同与木棉的形态学描述
上没有异议，所以在分类上应属于 (当地自然分布
的 )木棉属的木棉，而出现红色和黄色花色植株，
形成原因尚无相关文献报道。
真核生物 rDNA 在基因组 DNA 中的编码
序列相对保守，种间变异度小。携带大量真核
生物进化信息的细胞内核糖体 DNA编码核糖
体 RNA(rRNA)的内转录间隔非编码区 ITS1 和
ITS2，具有较高的变异性 [3-5]，此段序列中携带了
大量的真核生物进化信息，所以成为大多数被子
植物科内、属内关系研究中可靠的分子标记。易
思荣等 [6]利用 ITS 对罂粟科紫堇属药材石生黄堇
和毛黄堇的分子序列进行分析。李琴琴等 [7]对葱
属核糖体 DNA的 ITS进行了分析。李淑娴等 [8]认
为花色苷是广泛存在于植物中的水溶性天然次生
代谢的类黄酮类物质，是构成花瓣和果实颜色的
主要色素之一 [9-11]。有关木棉花色的研究尚无其他
有关报道。但从物候上看，黄花木棉比红花的要
提前 10～ 15 d开花，且多数情况下黄花比红花的
花要大，尤其是黄花的子房部分比红花的大，因
云南热区当地群众有食用木棉花子房的传统，所
以他们多选黄花的子房食用。既然在物候和花的
形态上表现出变异，其分类位置是否一致？本研
究以红花木棉和黄花木棉及中间色木棉为研究对
象，作者对开不同花色木棉进行了 rDNA 的系统
发生学研究。旨在通过分子生物学实验对开不同
花色木棉的植株的分类学地位进行探讨，并揭示
其与其他近缘属种的系统学关系，以期为后续研
究提供科学可靠的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
实验材料采自云南干热河谷地区元阳县 4个
乡镇自然分布的木棉属开红花和黄花颜色的 14个
样本（表 1），并选取木棉属的西非木棉 Bombax
buonopozense及木棉科的吉贝属 Ceiba、轻木属
Ochroma 3个属种为外类群进行比对，云南干热河
谷元阳 3个乡镇木棉自然分布红花木棉和黄花木
棉样本来源见表 1。2个木棉科植物属种为外类群
rDNA ITS 序列信息来自于 NCBI（http://www.ncbi.
nlm.nih.gov/）见表 2。凭证标本存于西南林业大学
国家林业局生物多样性保育重点实验室（见图 1）。
表 1 云南干热河谷元阳3个乡镇木棉自然分布红花木棉和
黄花木棉样本来源
Table 1 Sample sources of yellow kapok and red kapok of
Bombax ceiba which located at Yuanyang Town in
Yunnan dry-hot valleys
序号 地点 花色 样本 序号 地点 花色 样本
1 谷 红 R8 8 黄草坝 黄 Y10
2 黄草坝 黄 Y8 9 谷 黄 Y6
3 冷敦 红 Q5leng 10 谷 红 Q5gu
4 谷 黄 Y9 11 谷 红 QX2
5 冷敦 红 Q3leng 12 黄草坝 红 R4
6 冷敦 黄 Y2 13 冷敦 黄 Y1
7 冷敦 黄 Y3 14 黄草坝 红 QX1
表 2 3个木棉科其它属种为外类群rDNA ITS信息
Table 2 rDNA ITS sequence information of 3 Bombax species
序号 属名 中文名 种名 Genbank号
1 Bombax Linn. 木棉属中 Bombax buonopozense HQ658376.1
2 Ceiba Mill. 吉贝属种 Ceiba schottii HQ658389.1
3 Ochroma Swartz. 轻木属种 Ochroma pyramidale HQ658363.1
1.2 方 法
总的植物基因组 DNA提取采用 CTAB 法的改
良 [10]。根据 Hamilton（1999）所描述的通用引物所
设计的扩增 ITS 序列引物，ITS1、ITS4序列分别为：
5′AGAAGTCGTAACAAGGTTTCCGTAGC3 ′；
5′TCCTCCGCTTATTGATATGC3′。 在 PCRT 仪 上
进行 热循环仪 personal Thermocycle 反应。PCR
反应为 25 μL的单位体积：DNA 模板 5 μL，50 ng
左右，Mg2+浓度为 1.5 mmol·L-1，dNTPs 浓度为
0.2 mmol·L-1，引物稀释为 5 μmol，Taq DNA 聚合
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酶为 0.75 U个单位。其扩增反应程序为，在温度
为 94 ℃下预变性 3 min，同温下再进行变性 30 秒；
复性 30秒，温度为 52 ℃；1 min延伸，温度为 72
℃；进行 30个相同循环，在 72 ℃温度下进行延伸，
时间为 10 min。测序由北京三博远志公司所完成
的。为确保所获得序列的准确性，测序过程中使用。
扩增引物进行双向测序 [12]。
1.3 数据分析
利用 Chromas 软件对测序图进行拼接比对，
通过 BioEdit 进行编辑整理，再用 Clustal X 和
PAUP*4.0b10 软件依次用最大似然法、最大简约
法和MrBayes法对所有序列进行系统发育树的构
建。通过 1 000 次随机的序列添加，对 TBR 枝长
分析，所得空位作为缺失状态进行分析。并采用
1 000 次重复取样自展分析（Bootstrap）评估系统
树各分支的自展支持率。应用 MrBayes，version
3.0b4 软件对其进行贝叶斯分析 [12-14]。
2 结果与分析
该试验共获得木棉不同花色 14个体及 3个外
类群的 ITS 序列。ITS 的序列长位 665 bp，变异的
位点有 245 个百分比为 37.9%，有效变异位点有
146个，所占百分比为 25.5%，也是系统发育信息
位点。通过MP 分析研究，采用启发式搜索获得
最大简约树，并通过最简约树得到更加严格一致
树。ITS 序列的步长为 391，一致性指数（RRI）和
保留性指数（CCI）分别为 0.972 5 和 0.997 0。图
2、图 3各自显示的最大似然分析与贝叶斯分析所
得的结果，与 ITS 序列所构建的MP 树和 BI 树的
拓扑结构几乎相吻合。图 1和图 2显示 14个木棉
个体植株组成一个单系分支，且其最大似然法的
Bootstrap为 100%，其后验支持率为 99%。在木棉
属的内部分支上，14个由木棉属种形成的分支聚
为一支，与木棉属的 Bombax buonopozense形成并
列的分支（支持率为 100%），并选取木棉科的吉
贝属 Ceiba、轻木属 Ochroma为外类群形成不同的
分支。
图 1 供试的木棉种花色比较
Fig.1 Color comparison of tested samples of B. ceiba
图 2 用极大似然方法构建的木棉属及其近缘类群的系统
发育树
Fig.2 Phylogenetic tree of ITS sequence of Bombax and
its closely related taxa resulted from maximum
likelihood analysis
杨建军，等：红花木棉与黄花木棉核糖体 DNA分子系统发育研究138 第 4期
3 结论与讨论
从我们的研究看木棉属在中国的种类不多，
可能由于干热环境的长期自然选择，在干热河谷
的遗传变异很小，其叶绿体DNA 单倍型仅一种（内
部数据）。但花色变化较大，海南分布的木棉据
报道有 7种不同的花色。云南干热河谷的木棉黄
花和红花的开花相差 10～ 15 d，花的大小也均有
差异。本研究以 rDNA ITS 序列为依据，对红花木
棉和黄花木棉个体进行了初步系统学方法研究，
供试材料分子系统学分析结果与传统分类学得出
的鉴定结果基本一致。开红花木棉和开黄花木棉
的植物学特征描述基本一致，来源于不同地点或
同一地点木棉种与 Genbank 中所记录的木棉的
ITS 全长序列的相似度为 99%，与同属的 Bombax
buonopozense亲缘关系较近，再者以 ITS 序列通
过对红花木棉、黄花木棉的全部物种进行构树时
其自展值 100% 的相聚在一起。并对两者的分子生
物学的核质基因序列信息以及形态学特征进行了
综合分析，可得红花木棉和黄花木棉是一个种。
文献记录中并无该木棉种产花色苷的报道 [14-15]，
该现象可能与环境因子诱导的基因突变有关。也
许是在长期较强的紫外诱导下，该木棉的某些与
苯丙氨酸代谢途径相关的基因可能发生突变并引
起一系列遗传变异，从而推动了苯丙氨酸代谢过
程在某些生长时期向花色苷的生物合成发生倾斜。
图 3 采用贝叶斯分析方法所构建的木棉属 Bombax 和其近
缘类群的系统发育树
Fig. 3 Phylogenetic tree of ITS sequence of Bombax and
closely related taxa resulted from Bayesian analyses
花色苷为一种高效的抗紫外辐射物，该木棉种的
产花色苷变异也与自然选择学说相吻合 [16-17]。
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[本文编校：文凤鸣 ]