全 文 ：植 物 分 类 学 报 45 (6): 783–795(2007) doi:10.1360/aps06058
Acta Phytotaxonomica Sinica http://www.plantsystematics.com
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2006-03-29 收稿, 2007-01-19 收修改稿。
基金项目: 国家自然科学基金(30270097)(Supported by the National Natural Science Foundation of China, Grant No.
30270097)。
* 通讯作者(Author for correspondence. E-mail: luchangmei@njnu.edu.cn)。
基于ITS序列的东亚当归属植物的分类学研究
1薛华杰 1闫茂华 1陆长梅* 2王年鹤 1吴国荣
1(南京师范大学生命科学学院 南京 210097)
2(江苏省中国科学院植物研究所 南京 210014)
Taxonomic study of Angelica from East Asia: Inferences
from ITS sequences of nuclear ribosomal DNA
1XUE Hua-Jie 1YAN Mao-Hua 1LU Chang-Mei* 2WANG Nian-He 1WU Guo-Rong
1(College of Life Sciences, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China)
2(Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China)
Abstract In order to resolve the relationships among species from Angelica s.s. and its
allied genera in East Asia, ITS (Internal Transcribed Spacer) sequences of 44 taxa were used
to analyze their sequence divergence and to construct three phylogenetic trees in this paper.
Three taxa were used as the outgroup. Some conclusions could be achieved as follows. (1)
Angelica s.s., Czernaevia, and Coelopleurum were closely related, but the relationship
between Ostericum and them was ulterior. It was also supported by analyses on fruit anatomy
and chemical constitutes. Ostericum was proposed as a relatively independent genus. (2)
Results from ITS sequences supported the view that Angelica s.s. was monophyletic and
could be divided into several sections. (3) Results from ITS sequences and chemical
constitutes indicated that the relationship between Peucedanum and Angelica s.s. was very
close. (4) Results from ITS sequences as well as from conformation and chemical constitutes
showed that the divergence of A. sinensis from other taxa of Angelica s.s. was great. The
taxonomic position of A. sinensis should be reconsidered. (5) Both analyses of ITS sequences
and chemical constitutes revealed that Ligusticum was not a natural group.
Key words East Asia, Angelica, ITS sequence, molecular phylogeny.
摘要 采用PCR直接测序法, 测定了东亚地区狭义当归属Angelica s.s.及其近缘共7属40种代表植物的
核糖体DNA ITS序列, 并结合GenBank中相关植物的ITS序列(含外类群3种), 应用遗传距离与系统树分
析法对东亚地区狭义当归属植物内部以及当归属与其近缘属植物之间的亲缘关系进行了分析。结果表
明: (1) 广义当归属中的狭义当归属、柳叶芹属Czernaevia和高山芹属Coelopleurum之间的亲缘关系较
近, 山芹属Ostericum与它们的亲缘关系较远, 这与果实形态、化学分析的结果一致, 建议将山芹属作为
一个相对独立的分类群处理。(2) ITS序列分析结果支持狭义当归属不是单起源的自然分类群, 而应该
被分成若干组的观点。(3) ITS序列以及化学成分分析结果表明, 前胡属Peucedanum与狭义当归属之间
的亲缘关系很近。(4) 形态、化学成分以及ITS等多方面分析结果显示, 当归A. sinensis与狭义当归属的
多数植物之间均有一定的差距, 其归属问题值得商榷。(5) ITS序列与化学成分的分析结果均显示藁本
属Ligusticum不是一个自然类群。
关键词 东亚; 当归属; ITS序列; 亲缘关系
植 物 分 类 学 报 45 卷 784
当归属Angelica L.隶属于伞形科Umbelliferae芹亚科Apioideae前胡族Peucedaneae当
归亚族Angelicinae, 由林奈建立于1753年。迄今为止, 其所含的某些分类群的分与合, 不
同国家的学者持有不同的观点。有的主张将某些类群从当归属中分离出来, 作为数个独
立的属存在(陈晓亚, 1989), 《中国植物志》(单人骅, 佘孟兰, 1992)和《Flora of China》(Pan
& Watson, 2005)将山芹属Ostericum Maxim.、高山芹属Coelopleurum Ledeb.、柳叶芹属
Czernaevia Turcz.和古当归属Archangelica Hoffm.等4个类群独立成属, 而将余下的种仍
保留在当归属, 一般称之为狭义当归属Angelica s.s. (袁昌齐, 单人骅, 1983; 单人骅, 佘
孟兰, 1992; Pan & Watson, 2005)。有的则主张将以上各属作为一个当归属处理(Hiroe &
Constance, 1958; Constance, 1994), 一般称之为广义当归属Angelica s.l.。
近20年来的研究表明, 即使是狭义当归属, 也仍然不是一个单起源的自然分类群(王
年鹤, 1990; Katz-Downie et al., 1999; Downie et al., 2001a, b; Plunkett & Lowry, 2001; Sun
et al., 2004); Downie等(2001b)综合了叶绿体基因组DNA序列(包括rbcL、matK、rpl16、
rps16和rpoC1)和核基因组ITS序列等方面的分子生物学研究结果, 表明其实验所涉及的
12种欧美当归属植物与前胡属Peucedanum L.、西风芹属Seseli L.等另十多个属的植物相
混杂, 被分散在若干个次级分支中, 但是他们的研究仅是在对伞形科芹亚科植物的广泛
研究时稍有涉及, 而没有对当归属植物进行专门的研究。因此可以看出, 由于所采集材料
的分布区域、所采用的分析手段以及实验所选分类群数的有限性, 对当归属的分类问题
目前仍未能提供充分的资料解决, 各属之间的关系以及它们之间自然分类群的划分等问
题, 目前依然非常混乱。
广义当归属植物全世界约120种, 东亚分布60多种, 北美约30种, 欧洲12种, 其他地
区有少数种类分布; 狭义当归属植物全世界约90种, 东亚分布50种以上。显然东亚是世
界当归属植物的分布中心, 而中国和日本又是东亚地区当归属植物种类分布较多的区
域。中国产狭义当归属植物45种(其中少数为非东亚分布种类), 含特有种31种; 日本狭义
当归属植物21种, 含特有种13种。因此对中日两国以及少量韩国的当归属植物的研究, 应
当可以建立起东亚当归属植物的分类学基本框架, 并为世界当归属植物的科学分类奠定
基础。
由于在被子植物中, 核基因组的ITS区(包括ITS1和ITS2)具有长度的高度保守性, 使
得这些间隔区的DNA序列较为容易排序, 而相对其他常用的片段(如matK、rbcL等)的高
度变异性又使得该序列较适合于属内及属间的分类研究(Downie et al., 1996; 2001a, b;
Douzery et al., 1999)。鉴于以上原因, 本文选取中国、日本及韩国等东亚地区广泛分布的
狭义当归属及其近缘属(包括广义当归属中的其他小属)共7属44种代表植物, 以天胡荽亚
科Hydrocotyloideae天胡荽属Hydrocotyle L.的H. bonariensis Comm. ex Lam.和积雪草属
Centella L.的积雪草C. asiatica (L.) Urban以及变豆菜亚科Saniculoideae变豆菜属Sanicula
L.的变豆菜S. chinensis Bunge作为外类群, 主要根据ITS序列并结合形态与化学等分类依
据, 探讨东亚广义当归属植物之间的分类关系, 以期初步建立一个东亚当归属植物的分
类学基本框架。
6 期 薛华杰等: 基于 ITS 序列的东亚当归属植物的分类学研究 785
1 材料和方法
1.1 材料
所用材料包括7属40种代表植物, 分别来自东亚地区的中国与日本。其中38种代表植
物由江苏省中国科学院植物研究所的王年鹤研究员采集并鉴定; 2种代表植物由该所的
徐增莱副研究员采集, 王年鹤研究员鉴定, 具体凭证标本号与材料采集地详见表1。另有7
种植物的ITS序列来自GenBank。


表1 用于ITS序列分析的植物材料来源、凭证标本与GenBank登录号
Table 1 Taxa and voucher numbers used for this study and their GenBank accession numbers
No. 种名
Species
采集地
Locality
凭证标本
Voucher
GenBank登录号
GenBank accession
1 东当归
Angelica acutiloba (Sieb. &
Zucc.) Kitag.
日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200424 (NAS)
DQ278165
2 黑水当归
A. amurensis Schischk
中国吉林长白山
Mt. Changbaishan, Jilin, China
王年鹤(N. H. Wang)
200404 (NAS)
DQ263581
3 阿坝当归
A. apaensis Shan & Yuan
中国四川康定
Kangding, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200409 (NAS)
DQ263583
4 A. sp.1) 中国云南丽江
Lijiang, Yunnan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200423 (NAS)
DQ263588
5 重齿当归
A. biserrata (R. H. Shan &
C. Q. Yuan) C. Q. Yuan &
R. H. Shan
中国浙江天目山
Mt. Tianmushan, Zhejiang, China
王年鹤(N. H. Wang)
200501 (NAS)
DQ270207
6 长鞘当归
A. cartilaginomarginata
Makino ex Yabe Nakai
var. foliosa Yuan & Shan
中国江苏南京中山植物园
Nanjing Botanical Garden, Mem.
Sun Yat-Sen, Jiangsu, China
王年鹤(N. H. Wang)
200425 (NAS)
DQ263589
7 兴安白芷
A. dahurica (Fischer ex
Hoffmann) Benth. & Hook.
f. ex Franch. & Sav.
日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200426 (NAS)
DQ278167
8 紫花前胡
A. decursiva (Miq.) Franch.
& Sav.
日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200427(NAS)
DQ263563
9 鸭巴前胡
A. decursiva f. albiflora
(Maxim.) Nakai
中国吉林长白山
Mt. Changbaishan, Jilin, China
王年鹤(N. H. Wang)
200405 (NAS)
DQ263579
10 A. furcijuga Kitaga. 日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200423 (NAS)
DQ278164
11 A. genuflexa Nuttall 日本北海道津顿别
Hamatonbetsu, Hokkaido, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200430 (NAS)
DQ263566
12 朝鲜当归
A. gigas Nakai
中国吉林长白山
Mt. Changbaishan, Jilin, China
王年鹤(N. H. Wang)
200407 (NAS)
DQ263580
13 A. japonica A. Gray 日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200425 (NAS)
DQ278166

植 物 分 类 学 报 45 卷 786
表1 (续) Table 1 (continued)
No. 种名
Species
采集地
Locality
凭证标本
Voucher
GenBank登录号
GenBank accession
14 康定当归
A. kangdingensis Shan & Pu
中国四川康定
Kangding, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200411 (NAS)
DQ263584
15 明日叶
A. keiskei (Miq.) Koidz.
日本八丈岛
Oshima, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200422 (NAS)
DQ263562
16 疏叶当归
A. laxifoliata Diels
中国四川九寨沟
Jiuzhaigou, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200419 (NAS)
DQ263586
17 丽江当归
A. likiangensis Wolff
中国云南丽江
Lijiang, Yunnan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200421 (NAS)
DQ263587
18 茂汶当归
A. maowenensis Yuan &
Shan
中国四川小金
Xiaojin, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200414 (NAS)
DQ263585
19 大叶当归
A. megaphylla Diels
中国重庆金佛山
Mt. Jinfoshan, Chongqing, China
王年鹤(N. H. Wang)
2000310 (NAS)
DQ263568
20 福参
A. morii Hayata
中国福建武夷山
Mt. Wuyishan, Fujian, China
王年鹤(N. H. Wang)
200402 (NAS)
DQ263578
21 青海当归
A. nitida Wolff
中国青海玛曲
Maqu, Qinghai, China
徐增莱(Z .L. Xu) 483
(NAS)
DQ263592
22 峨眉当归
A. omeiensis Yuan & Shan
中国四川峨眉山
Mt. Emeishan, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
2000316 (NAS)
DQ263576
23 拐芹
A. polymorpha Maxim.
中国江苏南京中山植物园
Nanjing Botanical Garden, Mem.
Sun Yat-Sen, Jiangsu, China
王年鹤(N. H. Wang)
200426 (NAS)
DQ263590
24 A. pubescens Maxim. 日本大阪萩谷
Hakitani, Osaka, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200431 (NAS)
DQ263567
25 A. purpureifolia Chuang GenBank/韩国
GenBank/Korea
AY548229
26 A. sachalinensis Maxim. 日本北海道津顿别
Hamatonbetsu, Hokkaido, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200428 (NAS)
DQ263564
27 当归
A. sinensis (Oliver) Diels
中国四川宝兴
Baoxing, Sichuan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200314 (NAS)
DQ263570
28 A. tenuissima Nakai GenBank/韩国
GenBank/ Korea
AF455750
AY548215
29 天目当归
A. tianmuensis Z. H. Pan
中国浙江天目山
Mt. Tianmushan, Zhejiang, China
徐增莱(Z. L. Xu) 501
(NAS)
DQ270194
30 A. ursine (Rupr.) Maxim. 日本北海道津顿别
Mt. Hamatonbetsu, Hokkaido,
Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200429 (NAS)
DQ263565
31 金山当归
A. valida Diels
中国重庆金佛山
Jinfoshan, Chongqing, China
王年鹤(N. H. Wang)
200306 (NAS)
DQ263569
32 Coelopleurum lucidum
Fernald
日本北海道津顿别
Mt. Hamatonbetsu, Hokkaido, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200332 (NAS)
DQ270196
33 高山芹
C. saxatile (Turcz. ex
Ledeb.) Drude
中国吉林长白山
Mt. Changbaishan, Jilin, China
王年鹤(N. H. Wang)
200406 (NAS)
DQ270195
34 柳叶芹
Czernaevia laevigata Turcz.
中国吉林长白山
Mt. Changbaishan, Jilin, China
王年鹤(N. H. Wang)
200408 (NAS)
DQ270197
35 Heracleum moellendorffii
Hance
GenBank/韩国
GenBank/Korea
AY548226
36 狭翅独活
H. stenopterum Diels
中国云南丽江
Lijiang, Yunnan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200420 (NAS)
DQ270203
37 川防风
Ligusticum brachylobum
Frachet
中国重庆金佛山
Mt. Jinfoshan, Chongqing, China
王年鹤(N. H. Wang)
200307 (NAS)
DQ270205
38 川芎
L. sinense ‘Chuanxiong’ S.
H. Qiu et al.
中国重庆金佛山
Mt. Jinfoshan, Chongqing, China
王年鹤(N. H. Wang)
200301 (NAS)
DQ270204

6 期 薛华杰等: 基于 ITS 序列的东亚当归属植物的分类学研究 787
表1 (续) Table 1 (continued)
No. 种名
Species
采集地
Locality
凭证标本
Voucher
GenBank登录号
GenBank accession
39 L. hultenii Fern. 日本北海道津顿别
Hamatonbetsu, Hokkaido, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200334 (NAS)
DQ270206
40 L. jeholense (Nakai &
Kitag.) Nakai & Kitag.
GenBank/韩国
GenBank/ Korea
AY548218
41 大齿山芹
Ostericum grosseserratum
(Maxim.) Kitag.
中国江苏南京中山植物园
Nanjing Botanical Garden Mem.
Sun Yat-Sen, Jiangsu, China
王年鹤(N. H. Wang)
200424 (NAS)
DQ270199
42 Ostericum sp. 中国云南丽江
Lijiang, Yunnan, China
王年鹤(N. H. Wang)
200424 (NAS)
DQ270198
43 华山前胡
Peucedanum
ledebourielloides Franch.
中国陕西华山
Mt. Huashan, Shaanxi, China
王年鹤(N. H. Wang)
200320 (NAS)
DQ270200
44 滨海前胡
P. japonicum Thunb.
日本大阪药科大学药用植物园
Medicinal Plants Garden, Osaka
University of Pharmaceutical
Sciences, Japan
王年鹤(N. H. Wang)
200333 (NAS)
DQ270201
45* 积雪草
Centella asiatica (L.) Urban
GenBank/美国
GenBank/America
AF272352
46* Hydrocotyle bonariensis
Comm. ex Lam.
GenBank/俄罗斯
GenBank/Russia
AF077894
47* 变豆菜
Sanicula chinensis Bunge
GenBank/美国
GenBank/America
AF031965
1) GenBank上登录植物名为A. baizhioides (mss). *表示外类群。
1) Registered in the GenBank as A. baizhioides (mss). * represents the outgroup.

1.2 实验方法
1.2.1 植物总DNA的提取 基因组DNA的提取采用上海申能博采公司的3S Spin Plant
基因组DNA提取试剂盒从硅胶干燥的叶片中提取。DNA浓度测定采用分光光度法, 并以
电泳与EB染色后在紫外灯下观察辅助测定。提取的基因组DNA直接用于PCR扩增。
1.2.2 ITS区片段扩增与纯化 采用White等(1990)设计的ITS通用引物ITS4和ITS5, 按反
应程序(预变性95 5 min, ℃ 变性94 1 min, ℃ 复性54 1 min, ℃ 延伸 72 1 min, 30℃ 个循
环后延伸72 10 min)℃ 进行PCR扩增, 得到核糖体DNA的ITS片段(包括ITS1、ITS2和
5.8S)。PCR产物经琼脂糖凝胶电泳检测, 并用DNA琼脂糖凝胶回收试剂盒(申能博采公
司)纯化。
1.2.3 DNA测序与ITS序列确定 纯化后的PCR产物直接用扩增引物测序。各属各分类
群的ITS序列始末端的决定, 均参考了GenBank中各相关植物的ITS序列。它们各自的ITS
序列已被GenBank收录, 具体登录号见表1。其中属于18S与26S的部分片段已被删除。每
种植物至少进行了3次测序, 并将3次结果进行相互验证。
1.2.4 数据分析 所得序列用CLUSTAL X程序进行对位排列(Thompson et al., 1997), 并
经手工校正。利用MEGA 3.1 软件对序列进行分析, 根据Kimura 2-parameter法计算各类
群间的核苷酸差异值及差异矫正值(Kumar, 2004), 最后用PAUP4.0 beta 10 win软件对序
列进行统计和分支分析(Swofford, 2003), 碱基处理作Fitch性状(无序), 空位(gap)作缺失
(missing)状态分析。分别应用邻接法、最大简约法与最大似然法构建ITS系统树: 邻接树
的构建使用Kimura距离; 最大简约树的构建使用启发式搜索, 树二等分再连接分支交换
(TBR), 各种核苷酸替代同等加权; 最大似然树的构建使用HKY模式。所有自展分析
植 物 分 类 学 报 45 卷 788
(bootstrap)重复1000次, 以检验树拓扑结构的可靠性。
2 结果
2.1 各植物ITS的长度与GC百分含量比较
除外类群外, 所有ITS1序列与ITS2序列排序后分析发现, ITS1部位的信息位点数为
97/225 (43.11%), ITS2部位的为91/221 (41.18%), 两者相近。因此以下分析将ITS1和ITS2
序列合并进行分析。文中所涉及的广义当归属与其他相关属植物的ITS序列长度与它们的
GC百分含量见表2。由表2可见, 所有植物的ITS序列长度相差不大, 平均值均在437 bp左
右; GC百分含量除独活属Heracleum L.稍小外, 其他各属植物相差不大, 平均值均在55%
左右。由此可见, 从ITS各区段序列长度与GC含量上比较, 各属间差异不大。

表2 各属植物ITS(包括ITS1和ITS2)序列特征比较
Table 2 Sequence characteristics of ITS regions (including ITS1 and ITS2)
属
Genus
当归属
Angelica L.
高山芹属
Coelopleurum
Ledeb.
柳叶芹属
Czernaevia
Turcz.
独活属
Heracleum L.
藁本属
Ligusticum L.
山芹属
Ostericum
Maxim.
前胡属
Peucedanum
L.
Length range (nt)
(mean)
436–440
(437)
436–437
(437)
437
(437)
439–440
(440)
434–436
(435)
440–441
(441)
438–440
(439)
Aligned length (nt) 442 437 437 440 436 441 440
% G & C content
range (mean)
53.0–57.6
(55.4)
55.3–55.6
(55.5)
56.0
(56.0)
52.6–53.0
(52.8)
55.0–57.2
(55.8)
54.9–55.8
(55.4)
55.7–56.2
(56.0)

2.2 基于ITS序列分析各植物之间的遗传距离
除外类群外, 所有代表植物的ITS合并序列经排序后其总长度为468 bp(包括空位)。
基于该序列分析各属间的遗传距离值(表3)可见: 狭义当归属与广义当归属中的高山芹
属、柳叶芹属之间的遗传距离值均小于0.07, 表明这3属间的亲缘关系很近, 而山芹属与
上述3个属间的遗传距离值均在0.25以上, 显示山芹属与这3个属的亲缘关系较远; 当归
属、高山芹属以及柳叶芹属与广义当归属外的3属(包括前胡属、独活属和藁本属)间的遗
传距离值反较它们与山芹属间的小, 这从另一方面也显示山芹属与广义当归属其他小属
间亲缘关系较远; 前胡属与广义当归属内的当归属、高山芹属与柳叶芹属等的遗传距离
值均小于0.1, 显示前胡属与这三属之间的关系较近。

表3 基于ITS序列(包括ITS1和ITS2)比较各属植物间的相对遗传距离
Table 3 Sequence divergence of ITS sequence (including ITS1 and ITS2) between every two genera
1 2 3 4 5 6 7
1 当归属Angelica –
2 高山芹属Coelopleurum 0.064
3 柳叶芹属Czernaevia 0.064 0.048
4 山芹属Ostericum 0.276 0.271 0.283
5 独活属Heracleum 0.171 0.167 0.182 0.291
6 藁本属Ligusticum 0.150 0.134 0.149 0.211 0.197
7 前胡属Peucedanum 0.091 0.061 0.084 0.287 0.192 0.149

2.3 分子系统树的比较和分析
基于ITS序列以Hydrocotyle bonariensis、积雪草和变豆菜作为外类群, 通过邻接法、
最大简约法和最大似然法构建NJ树、MP树和ML树, 共得到3个系统树, 具体见图1–3。
6 期 薛华杰等: 基于 ITS 序列的东亚当归属植物的分类学研究 789


图1 用邻接法构建的ITS(包括ITS1和ITS2)系统树(数字表示各分支自展数据支持率, *表示外类群)
Fig. 1. ITS (including ITS1 and ITS2) phylogenetic tree using the neighbor-joining method. Numbers are bootstrap
values. * represents the outgroup.

植 物 分 类 学 报 45 卷 790


图2 用最大简约法构建的ITS (包括ITS1和ITS2)系统树(数字表示各分支自展数据支持率, *表示外类群)
Fig. 2. ITS (including ITS1 and ITS2) phylogenetic tree using the maximum parsimony method. The tree has 796 steps
with CI=0.6382 and RI=0.7480. Numbers are bootstrap values. * represents the outgroup.


6 期 薛华杰等: 基于 ITS 序列的东亚当归属植物的分类学研究 791


图3 用最大似然法构建的ITS (包括ITS1和ITS2)系统树(数字表示各分支自展数据支持率, *表示外类群)
Fig. 3. ITS (including ITS1 and ITS2) phylogenetic tree using the maximum likelihood method. Numbers are bootstrap
values. * represents the outgroup.

植 物 分 类 学 报 45 卷 792
不同系统树的构建依据了不同的计算方法 , 如NJ树的构建依据了距离法 (distance
method), MP树与ML树的构建依据了独立元素法(discrete character method), 3个系统树在
拓扑结构上有一定区别。但比较这3个系统树可以发现以下共同特点: 所分析的31种狭义
当归属植物中, 有26种狭义当归属植物与广义当归属中的高山芹属、柳叶芹属植物以及
广义当归属外的前胡属植物组成一个大的分支; 在这一大分支中, 26种狭义当归属植物
又进一步分成若干小支, 虽然各小支在3个系统树上的位置并不完全一致, 但组成各小分
支的植物类群相同; 在这一大分支中, 除柳叶芹总是与狭义当归属植物聚在一个小分支
中外, 高山芹属、前胡属以及藁本属植物川防风等在3个系统树上均相互靠近, 并与狭义
当归属的长鞘当归和明日叶在空间位置上较近, 位于大分支内部; 同属广义当归属的山
芹属植物大齿山芹和Ostericum sp.在这3个树中均与广义当归属内的其他植物距离较远,
而与广义当归属外的藁本属植物L. hultenii聚成一个分支, 位于整个系统树的最外侧, 靠
近外类群; 狭义当归属中的A. tenuissima、当归、天目当归与藁本属的川芎和L. jeholense
聚合成一个分支; 丽江当归、阿坝当归则与独活属的两个植物H. moellendorffii与狭翅独
活组成另一分支, 在NJ树和MP树中紧靠山芹属分支位于系统树的外侧, 而与绝大多数
狭义当归属植物距离较远; 藁本属的4种植物相互间在系统树上相距较远, 而与其他属
的植物相互混杂。
3 讨论
国内外对伞形科芹亚科当归属的研究, 一直断断续续地进行着。20世纪90年代初,
《中国植物志》伞形科卷编成出版, 为有关当归属研究的物种鉴定提供了依据。在此前
后, 江苏省中国科学院植物研究所的潘泽惠等(潘泽慧等, 1994; 舒璞, 潘泽惠, 1997)对中
国当归属植物的染色体、花粉等进行了较为详细深入的研究。不过, 此类研究都是在
Drude (1897)系统的框架内, 即把当归属作为单起源的类群进行研究的。加之在芹亚科与
当归属有关的植物中, 染色体基数相同(2n=22)(潘泽慧, 1994), 花粉的形态特征大同小异
(舒璞, 余孟兰, 2001), 所以这两类研究都只能提供物种进化程度相近的信息而难于提供
属间或属内分类的依据。王年鹤等(1990, 1996)进一步从化学分类的角度研究显示, 即使
是狭义当归属, 也不是一个单起源的自然分类群。国外在分子系统水平涉及当归属的少
量研究又表明当归属植物与前胡属、西风芹属等另10多个属的植物相混杂, 被分散在若
干个次级分支中(Downie et al., 1996)。因此, 当归属植物的基本分类框架体系模糊不清。
近几年来, 生物体内被称为“活化石”的rDNA, 因具有比cpDNA更快的进化速率, 且
不存在cpDNA的母系单向遗传, 而被用作研究科内、属内和种间的分子演化以及物种鉴
别的重要分子标记(葛颂等, 1997)。我们利用ITS序列分析东亚地区广泛分布的狭义当归
属以及它们的近缘属的共7属44个代表植物, 根据各属间的遗传距离以及建立的3个系统
树的结果显示:
1．在系统树上, 大多数广义当归属的植物(包括当归属、柳叶芹属和高山芹属)都相
对集中在一个大分支里, 但狭义当归属与广义当归属的其他属(包括柳叶芹属和高山芹
属)的植物之间没有明确的区分, 显示它们之间的亲缘关系较近。这个大分支中的各狭义
6 期 薛华杰等: 基于 ITS 序列的东亚当归属植物的分类学研究 793
当归属植物又进一步相互聚成各个小分支, 这与王年鹤(1990)、Downie等(2001b)和
Katz-Downie (1999)等认为狭义当归属不是单起源, 而是应该分成若干组(section)的意见
一致, 但若要对其中各物种的具体分类地位进行确定尚需要更多的证据。
2. 当归属与山芹属是广义当归属中种类最多的两个属, 对这两个属的分合历来存在
分歧。《北美植物志》(Constance, 1994)和《日本伞形科植物志》(Hiroe & Constance, 1958)
均将山芹属并入当归属, 而《苏联植物志》(Schischk, 1951)和《中国植物志》(单人骅, 佘
孟兰, 1992)则将之独立成属, 但仍属于广义当归属范畴; 袁昌齐和单人骅(1983)、秦惠珍
等(1995)根据果实的解剖特征, 舒璞和佘孟兰(1997)根据花粉形态也认为山芹属应单独
成属; 根据化学成分分析, 山芹属植物基本不含香豆素成分, 而其他广义当归属植物大
多含有香豆素类成分, 这之间相差较大(中华本草编委会, 1999); 本文根据ITS序列计算
的遗传距离也发现山芹属与广义当归属的其他属相距甚远, 在系统树上山芹属也处在系
统树的外围, 紧靠外类群。以上结果显示山芹属应当作为一个相对独立的分类群处理。
至于该属是否应该被保留在当归亚族甚至前胡族, 还有待于进一步扩大相关研究范围后
才可做出结论。
3. 在系统树上, 所选前胡属的两种植物均无一例外地位于当归属植物大分支的内
部, 这不仅与遗传距离的计算结果一致, 也与Downie (1996)等分析的欧洲来源的前胡属
植物的结果一致。化学分析结果也表明, 前胡属植物含有与狭义当归属植物类似的香豆
素(王年鹤, 1996)。以上结果共同显示前胡属与当归属植物之间的亲缘关系很近。
4. 在系统树上, 4种藁本属植物分别与当归属的当归和天目当归、前胡属植物以及山
芹属植物聚到3个小分支中; 从化学成分类型来看, 这3个小分支各有自己的特点: 当归
分支除天目当归外, 均不含香豆素, 而含苯肽内酯成分; 前胡分支含角型吡喃香豆素
(Baba et al., 1989; 中华本草编委会, 1999); 山芹分支不含上述两类成分。由此可见, 化学
成分分析的结果与ITS序列分析的结果一致, 均支持藁本属不是一个自然类群的观点。
5. 在系统树上, 狭义当归属中尚有少数几种远离主分支的植物, 初步分析如下:
(1)当归: 在3个系统树中, 它总是与当归属的另一植物A. tenuissima Nakai以及藁本
属的川芎、L. jeholense之间空间距离较近。这几种植物具有一个共同特点, 即: 不含有香
豆素类成分, 却含有大量的苯酞内酯类成分(Kim & Chi, 1989; 中华本草编委会, 1999)。
这种情况在当归属其他植物中是不存在的。在形态(主要是果实形态)上狭义当归属是一
个变异较大的属, 特征不稳定, 而和藁本属的差别也不十分明显, 仅仅是果实腹背扁压
(当归属)或者是稍扁压(藁本属)。因此, 综上分析, 应当重新考虑当归的归属问题。
(2)天目当归: 是伞形科中罕见的多倍体(10倍体)植物(潘泽慧等, 1994), 在ITS测序
时未发现有一个位点有多个峰的现象, 提示该物种可能为同源多倍体。天目当归在形态
上与拐芹和重齿当归相似(舒璞等, 2001), 且含有与当归属植物一致的香豆素成分, 但在
系统树上天目当归与拐芹等含有香豆素的植物相距甚远, 而聚类到不含香豆素的分支。
天目当归在系统树上位置的异常是由于其特殊的多倍性(Cerbah et al., 1998)还是其他原
因造成的, 还有待进一步探讨。
(3)阿坝当归: 其经典的分类特征有些与当归属的相似, 有些又与独活属的相似, 有
些特征又介于当归属与独活属之间, 因而其分类地位一直摇摆不定(潘泽慧等, 1994; 马
植 物 分 类 学 报 45 卷 794
永红等, 2005)。虽然在系统树上阿坝当归与独活属植物距离较近, 而与狭义当归属多数
植物相距较远。但进一步仔细分析ITS1和ITS2序列却发现, 其ITS1部分拥有当归属的序
列特征, ITS2部分拥有独活属的序列特征, 因此认为阿坝当归的分类地位介于当归属和
独活属之间(薛华杰等, 2007)。
(4)丽江当归: 虽然拥有当归属的典型形态特征, 在系统树上却与阿坝当归以及独活
属植物聚成一个分支。从化学成分分析, 丽江当归与独活属植物共同拥有角型呋喃香豆
素(王年鹤等, 1996), 但同样含有角型呋喃香豆素的重齿当归却在当归属分支内部。为何
基于ITS序列分析丽江当归会聚类到独活分支, 还有待进一步研究。
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