全 文 ：植物分类学报 46 (5): 667–675 (2008) doi: 10.3724/SP.J.1002.2008.07091
Journal of Systematics and Evolution (formerly Acta Phytotaxonomica Sinica) http://www.plantsystematics.com
虎耳草属山羊臭组的界定和系统发育:
核糖体 DNA ITS序列证据
1,2张得钧 1,2陈生云 1,2高庆波 1,2段义忠 1陈世龙*
1(中国科学院高原生物适应与进化重点实验室, 中国科学院西北高原生物研究所 西宁 810001)
2(中国科学院研究生院 北京 100049)
Circumscription and phylogeny of Saxifraga sect. Ciliatae:
Evidence from nrDNA ITS sequences
1,2De-Jun ZHANG 1,2Sheng-Yun CHEN 1, 2Qing-Bo GAO
1,2Yi-Zhong DUAN 1Shi-Long CHEN *
1(Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota, Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810001, China)
2(Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract The largest section of the genus Saxifraga (Saxifragaceae), sect. Ciliatae, consists of 175 morphologi-
cally diverse species. This section is mainly distributed in the Qinghai-Tibetan Plateau and adjacent regions of
southwest China and more than 80% of the total number of species are endemic to this region. It remains unknown
whether this section is monophyletic and up to now no study has been conducted on the infra-sectional phylogeny.
In this study, ITS sequences of the nuclear ribosomal DNA were firstly determined for 33 species mainly from this
section and related sections. We further downloaded the corresponding sequences of the same DNA region for the
other 22 species of Saxifraga and Mitella from GenBank. All sequences were together used to construct the phy-
logenetic trees. The main implications of the phylogenetic analyses include: (1) sect. Ciliatae, as traditionally
defined, constitutes as a monophyletic clade and its sister group is a well supported clade that includes species
from 8 sections such as sect. Porphyrion, sect. Saxifraga and sect. Mesogyne; (2) three morphological subsections,
i.e., subsect. Gemmiparae, subsect. Hirculoideae and subsect. Rosulares were tentatively recovered despite the
relatively low statistic bootstrap support for the last one; however, subsect. Flagellares and subsect. Hemi-
sphaericae were not recognized as separate entities, and nested within subsect. Gemmiparae; (3) subsect. Hircu-
loideae and subsect. Rosulares clustered together as sister subclades while subsect. Gemmiparae diverged early. In
addition, our results suggest that the paired variation of ITS sequences in sect. Ciliatae is relatively low between
the sampled species in spite of their diverse morphology. It is suggested that such a scenario may mirror rapid
speciation in this section that probably trigged by the uplifts of the Qinghai-Tibetan Plateau and the extensive
selection pressure under the alpine environments.
Key words circumscription, ITS, phylogeny, Saxifraga sect. Ciliatae.
摘要 虎耳草属Saxifraga山羊臭组sect. Ciliatae是该属中最大的一个组, 共有175种, 主要分布在喜马拉雅地区, 我国分布有
166种, 占总种数的95%; 其中, 112种为中国特有。约80%的种类分布在我国青藏高原和西南地区, 是中国喜马拉雅植物成分
的代表类群。山羊臭组内物种分化十分显著, 分类处理也很困难, 该组是否为单系类群, 组下的系统发育关系也不清楚, 均需
进一步验证。本文测定了虎耳草属山羊臭组及其他组33种植物样品的核糖体DNA内转录间隔区ITS序列, 并从GenBank调取
虎耳草组sect. Saxifraga等组和近缘属唢呐草属Mitella共22种植物的该序列。ITS分析结果表明: (1)所研究的山羊臭组类群聚为
单独一支, 而且与垫状组sect. Porphyrion、虎耳草组、球茎组sect. Mesogyne和仅在欧洲分布的sect. Cymbalaria和sect. Cotylea
等8个组聚成的另一分支构成姊妹群; (2)根据形态特征建立的山羊臭组的3个亚组即唐古拉亚组subsect. Hirculoideae、莲座状
亚组subsect. Rosulares和具芽亚组subsect. Gemmiparae各自聚为一支, 但是莲座状亚组这一支的支持率较低。同时, 山羊臭组
的鞭匐枝亚组subsect. Flagellares和subsect. Hemisphaericae的代表类群单独聚为一支, 位于具芽亚组类群分支内部而不能成
立; (3)唐古拉亚组和莲座状亚组又聚为一亚分支与具芽亚组构成姊妹群, 而且具芽亚组最早从山羊臭组这一支中分化出来。

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2007-06-21 收稿, 2007-09-19 收修改稿。
* 通讯作者(Author for correspondence. E-mail: slchen@nwipb.ac.cn;
Tel.: 86-971-6110067)。
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46卷5期 668
我们的研究还发现山羊臭组内种间形态分化较大, 而ITS碱基变异较小, 这可能是山羊臭组类群在青藏高原及毗邻地区的高
山环境下物种快速分化的结果。
关键词 界定; ITS序列; 系统发育; 虎耳草属山羊臭组
虎耳草属Saxifraga L.是虎耳草科Saxifragaceae
最大的属 , 约有400种 (Engler & Irmscher, 1916,
1919; Spongberg, 1972; Kohlein, 1984; Gornall, 1987;
Webb & Gornall, 1989; 潘锦堂, 1992; Pan et al.,
2001), 主要分布在北极和北温带, 该属的多样性中
心在北美西部、东亚和喜马拉雅–青藏高原地区; 生
于林缘、草原、冻土地带、岩坡石隙。长期以来, 该
属在形态学、细胞学、生境等方面的变异很大, 因
此虎耳草属分类学研究一直存在争议。自Linnaeus
(1753)建立虎耳草属以来, 先后有很多分类学家对
该属进行了分类学研究, 如Haworth (1812, 1821)虽
摒弃了Linnaeus建立的广义虎耳草属分类系统, 将
该属分成16个属, 但Linnaeus的虎耳草属分类系统
还是被后来的许多学者接受并进一步完善(Don,
1822; Tausch, 1823; Seringe, 1830; Engler, 1872;
Engler & Irmscher, 1916, 1919; Gornall, 1987; Webb
& Gornall, 1989; 潘锦堂, 1992; Pan et al., 2001)。
中国现有虎耳草属植物216种, 其中139种是中
国特有种(Pan et al., 2001)。一直以来, 对我国虎耳
草属植物进行分类学及相关研究的人较少。20世纪
90年代以前, 少数分类学家曾对该属进行过研究
(吴征镒, 1984; 吴征镒, 潘锦堂, 1990); 1976年以
后, 我国植物分类学家潘锦堂从形态学、解剖学、
区系地理学等方面对我国分布的虎耳草属植物进
行了详细的研究, 在Engler和Irmscher (1916–1919)
的虎耳草属分类系统基础上, 确定我国共有虎耳草
属植物203种, 并将其分为8组7亚组31系和4亚系。
这8个组是: 双喙组sect. Birostres (Gornall) C. Y.
Wu & J. T. Pan、斑点组sect. Punctatae (Engl.) J. T.
Pan、石荷叶组sect. Irregulares Haw.、球茎组sect.
Mesogyne Sternb.、小花组sect. Micranthes (Haw.) D.
Don、山羊臭组sect. Ciliatae Haw.、舌形组sect.
Ligulatae Haw. 和 点 地 梅 形 组 sect. Aretiaria
Sternb.(潘锦堂, 1978, 1982, 1990, 1991, 1992; Pan et
al., 2006)。2001年, 在进行《Flora of China》编研时,
潘锦堂先生与国外合作者对我国虎耳草属进行了
修订, 确立中国现有虎耳草属植物216种, 属下分7
个组, 即小花组、石荷叶组、球茎组、垫状组sect.
Porphyrion Tausch、虎耳草组sect. Saxifraga、糙叶
组sect. Trachyphyllum (Gaudin) W. D. J. Koch和山羊
臭组(Gornall et al., 2000; Pan et al., 2001)。比较潘锦
堂(1992)和Pan等(2001)虎耳草属的分类系统, 发现
山羊臭组在两个分类系统中均存在, 但在类群的归
属上存在很大差异。在《Flora of China》中, 将《中
国植物志》中舌形组的部分类群和点地梅形组的全
部类群并入山羊臭组。除山羊臭组类群变化大外,
小花组和垫状组类群变化也较大, 将《中国植物志》
中的双喙组和斑点组的所有类群并入了小花组, 而
将舌形组中没有并入山羊臭组的类群移入垫状组
中。
根据最近的分类处理, 山羊臭组sect. Ciliatae
是虎耳草属中最大的一个组, 共有175种, 主要分
布在喜马拉雅地区, 部分种分布到欧洲和北美; 我
国分布有166种, 占总种数的95%; 其中, 112种为中
国特有, 该组约80%的种类分布在我国青藏高原和
西南地区(Pan et al., 2001)。在该属最新的分类系统
中, 山羊臭组组下没有进行亚组的区分, 仅为了检
索的方便而分了7个检索表(Pan et al., 2001)。但在
Gornall (1987)和潘锦堂(1992)的虎耳草属分类中,
山羊臭组类群均进行了亚组的区分, 在潘锦堂系统
中分为4个亚组, 即具芽亚组subsect. Gemmiparae
Engl. & Irmsch.、唐古拉亚组subsect. Hirculoideae
Engl. & Irmsch.、莲座状亚组 subsect. Rosulares
Gornall和鞭匐枝亚组subsect. Flagellares (Clarke)
Engl. & Irmsch.; 而Gornall系统分了7个亚组, 即除
了上述4个亚组外 , 还有 subsect. Hemisphaericae
(Engl. & Irmsch.) Gornall、subsect. Cinerascentes
Engl. & Irmsch.和subsect. Serpyllifoliae Gornall。该
类群是中国–喜马拉雅植物成分的代表类群, 其现
代分布、分化中心在喜马拉雅山东部和横断山区(即
青藏高原的主体部分); 该组的起源中心也可能位
于该地区的云南丽江一带(Webb & Gornall, 1989;
潘锦堂, 1992; Ohba et al., 1995)。有关该地区植物的
系统发育以及物种分化已有一些类群的研究, 如利
用分子手段对菊科Compositae的橐吾属Ligularia
Cass.-垂头菊属Cremanthodium Benth.-蟹甲草属
张得钧等: 虎耳草属山羊臭组的界定和系统发育: 核糖体 DNA ITS 序列证据

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Parasenecio Smith & Small复合群、风毛菊属
Saussurea DC.、蓼科Polygonaceae的大黄属Rheum L.
和报春花科Primulaceae的点地梅属Androsace L.进
行了物种分化的研究。结果表明, 在这些类群内,
尽管形态分化十分强烈, 但DNA水平的分化较小,
物种的快速形态分化类似于岛屿植物, 存在快速的
适应性辐射分化(Liu et al., 2002, 2006; 王玉金, 刘
建全, 2004; 王玉金等, 2004; Wang et al., 2005)。
已有的分子系统学研究表明, 虎耳草属属下的
系统演化关系仍存在许多疑问。如Soltis等(1996)利
用rbcL和matK基因对虎耳草属进行了分析, 结果表
明该属不是一个单系群, 而且属下组的划分并不能
准确地反映属内各类群的系统演化关系。Conti等
(1999)采用ITS和matK基因对欧洲分布的虎耳草属
舌形组进行了研究, 认为舌形组也不是一个单系
群 , 该组一些类群与垫状组聚为一支 ; Vargas等
(1999)采用ITS基因对地中海地区分布的虎耳草组
植物进行了分子地理学研究, 认为地中海可能对分
布在欧洲和北非的虎耳草组植物起到了有效的隔
离作用。然而, 目前对山羊臭组的系统学研究未见
报道, 除潘锦堂先生对该组进行分类学研究外, 仅
有一些该组植物的区系和新分类群研究(罗鹏, 田
晓琴, 1997; 金兰, 1998; 庄璇, 2001)。事实上, 山羊
臭组同样存在许多系统学问题: (1)山羊臭组是否像
Webb和Gornall (1989)所阐述的一样, 能构成一个
单系群？组的划分是否合理, 为什么在《Flora of
China》(Pan et al., 2001)编研时, 将舌形组的大部分
种都划到山羊臭组, 而没有把它们列入垫状组或其
他组; (2)山羊臭组内类群间的系统演化关系如何？
(3)Webb和Gornall (1989)认为山羊臭组可能与sect.
Cymbalaria亲缘关系最近, 主要是因为这两组植物
的黄色花瓣基部都稍有膨胀、而且染色体基数非常
接近(山羊臭组x=8, sect. Cymbalaria x=9)。山羊臭组
究竟与哪一个组的亲缘关系最近 , 是sect. Cym-
balaria, 还是其他组？
核糖体DNA中的内转录间隔区(ITS)序列由于
可以提供较丰富的信息位点, 已被广泛应用于研究
被子植物属内种间、近缘属间乃至科内的系统发育
和分类问题(Baldwin, 1993; Baldwin et al., 1995;
Vargas et al., 1998; Liu et al., 2002, 2006; 田欣, 李德
铢, 2002; Wang et al., 2005)。ITS序列在研究虎耳草
属属内组间关系时也得到了较好的应用(Conti et
al., 1999; Vargas et al., 1999; Vargas, 2000)。因此, 本
文在前人研究的基础上, 通过对虎耳草属山羊臭组
及相关类群的ITS序列分析, 探讨其系统演化关系。
1 材料和方法
1.1 材料
本文采用的虎耳草属山羊臭组及其他组共33
种植物叶片, 其中12种采自腊叶标本, 其余21种为
野外硅胶快速干燥的新鲜叶片, 山羊臭组的种类共
有28种, 涉及5个亚组, 材料来源见表1。凭证标本
保存于中国科学院西北高原生物研究所标本馆
(HNWP)。本文所用虎耳草组、sect. Cymbalaria和
sect. Gymnopera等组共22种植物的ITS序列均调自
GenBank, 主要是根据 Vargas 等 (1999) 和 Vargas
(2000)的研究。
1.2 实验方法
硅胶干燥叶片的总DNA提取采用CTAB法
(Doyle & Doyle, 1987), 来自标本的叶片采用
CASsuper Plant Genomic DNA Isolation Kit试剂盒
(上海中科开端生物芯片科技股份有限公司)进行提
取。ITS区的扩增采用White等(1990)描述的通用引
物 ITS1 (5′-AGAAGTCGTAACAAGGTTTCCGT-
AGG-3′)和ITS4 (5′-TCCTCCGCTTATTGATATGC-
3′)。扩增反应在Biometra Thermal Cycler PCR扩增
仪上进行, 具体扩增程序参照陈生云等(2005)的方
法完成。扩增产物采用CASpure PCR Purification Kit
试剂盒(上海中科开端生物芯片科技股份有限公司)
纯化。纯化后的产物利用相同的引物ITS1和ITS4进
行测序反应, 反应体系为10 μL, 包括: PCR纯化产
物为1.0–2.0 μL, 引物各1 μL, ET 1.0 μL, 双蒸水
6–7 μL; 程序为: 95 ℃ 8 s, 95 ℃ 15 s, 50 ℃ 15 s,
60 ℃ 90 s循环31次, 然后60 ℃保温90 s。产物用
Autoseq 96 Plates (Amersham公司)进行纯化, 并在
MegaBACE 500DNA Analysis System (Amersham
Biosciences Corp.)上进行测序。每条链均能完整读
出约700 bp, 正反两条链相互重叠90%以上。
ITS范围根据GenBank下载的虎耳草属植物序
列确定 , 新测序列注册于GenBank中 , 同时从
GenBank调取虎耳草组、sect. Cymbalaria、sect.
Gymnopera等有关组共20种植物的ITS序列。所有种
类的序列号见表1。
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46卷5期 670
表1 材料来源(采用Gornall (1987)、潘锦堂(1992)和Pan等(2001)的属下分类系统)
Table 1 The origin of materials (The infrageneric classification follows Gornall, 1987; Pan, 1992; Pan et al., 2001)
分类群
Taxon

采集地
Locality

凭证标本
Voucher

序列号
GenBank
Acc. No.
虎耳草属Saxifraga L.
山羊臭组sect. Ciliatae Haw.
鞭匐枝亚组subsect. Flagellares (Clarke) Engl. & Irmsch.

棒腺虎耳草S. consanguinea W. W. Smith 青海囊谦Nangqên, Qinghai 陈世龙(S. L. Chen) 2002042 EU158837
朗县虎耳草S. nangxianensis J. T. Pan 西藏错那Cona, Xizang 青藏队(Qinghai-Xizang Exped.) 751492 EU158850
subsect. Hemisphaericae (Engl. & Irmsch.) Gornall
治多虎耳草S. zhidoensis J. T. Pan 青海玉树Yushu, Qinghai 王为义(W. Y. Wang) 85-608 EU158862
唐古拉亚组subsect. Hirculoideae Engl. & Irmsch.
优越虎耳草S. egregia Engl. 四川色达Sêrtar, Sichuan 陈世龙(S. L. Chen) 2003075 EU158836
无睫毛虎耳草S. egregia var. eciliata J. T. Pan 四川阿坝Aba, Sichuan 陈世龙(S. L. Chen) 2003035 EU158842
山羊臭虎耳草S. hirculus L. OS Brochmann 93-219 from GenBank AF374823/24
近优越虎耳草S. hookeri Engl. & Irmsch. 西藏曲水Qüxü, Xizang 陈世龙(S. L. Chen) 2002085 EU158840
贡山虎耳草S. insolens Irmsch. 云南丽江Lijiang, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003147 EU158841
林芝虎耳草S. isophylla H. Smith 西藏林芝Nyingchi, Xizang 青藏队(Qinghai-Xizang Exped.) 751144 EU158848
毛叶虎耳草S. kingiana Engl. & Irmsch. 西藏聂拉木Nyalam, Xizang 西藏中草药普查队(Xizang Chinese
Medicine General Survey Team) 1556
EU158851
洱源虎耳草S. peplidifolia Franch. 云南大理Dali, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003129 EU158843
狭瓣虎耳草S. pseudohirculus Engl. 西藏曲松Qusum, Xizang 陈世龙(S. L. Chen) 2002107 EU158844
山地虎耳草S. sinomontana J. T. Pan & Gornall 青海大武Dawu, Qinghai 陈世龙(S. L. Chen) 2003015 EU158834
唐古特虎耳草S. tangutica Engl. 青海大武Dawu, Qinghai 陈世龙(S. L. Chen) 2003004 EU158858
小中甸虎耳草S. xiaozhongdianensis J. T. Pan 云南中甸Zhongdian, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003168 EU158835
具芽亚组subsect. Gemmiparae Engl. & Irmsch.
马耳山虎耳草S. balfourii Engl. & Irmsch. 云南鹤庆Heqing, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003164 EU158838
短柄虎耳草S. brachypoda D. Don 西藏林周Lhünzhub, Xizang 西藏中草药普查队(Xizang Chinese
Medicine General Survey Team) 1926
EU158855
芽生虎耳草S. gemmipara Franch. 云南丽江Lijiang, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003142 EU158859
伏毛虎耳草S. strigosa Wall. ex Ser. 云南大理Dali, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003135 EF369514
流苏虎耳草S. wallichiana Sternb. 云南鹤庆Heqing, Yunnan 陈世龙(S. L. Chen) 2003166 EU158847
莲座状亚组subsect. Rosulares Gornall
丁青虎耳草S. dingqingensis J. T. Pan 西藏丁青Dêngqên, Xizang 陈世龙(S. L. Chen) 2002053 EU158857
小芽虎耳草S. gemmigera Engl. var. gemmuligera
(Engl.) J. T. Pan & Gornall
青海达日Darlag, Qinghai EU158856
小斑虎耳草S. punctulata Engl. 西藏亚东Yadong, Xizang 青藏队(Qinghai-Xizang Exped.) 75-7344 EU158854
红虎耳草S. sanguinea Franch. 青海久治Jiuzhi, Qinghai 青藏队(Qinghai-Xizang Exped.) 71-616 EU158849
打箭虎耳草S. tatsienluensis Engl. 四川鹧鸪山Mt. Zhegu,
Sichuan
陈世龙(S. L. Chen) 2003048 EU158845
篦齿虎耳草S. umbellulata var. pectinata
(Marquand & Airy Shaw) J. T. Pan
西藏昌都Qamdo, Xizang 陈世龙(S. L. Chen) 2002137 EU158832
小伞虎耳草S. umbellulata Hook. f. & Thoms. 西藏加查Gyaca, Xizang 陈世龙(S. L. Chen ) 2002118 EU158833
爪瓣虎耳草S. unguiculata Engl. 青海大里加山Mt. Dalijia,
Qinghai
陈世龙(S. L. Chen) 2004033 EU158839
小花组sect. Micranthes (Haw.) D. Don
黑虎耳草S. atrata Engl. 青海互助Huzhu, Qinghai 吴玉虎(Y. H. Wu) 3057 EU158852
黑蕊虎耳草S. melanocentra Franch. 青海大武Dawu, Qinghai 陈世龙(S. L. Chen) 2003001 EU158846
多叶虎耳草S. pallida Wall. ex Ser. 西藏米林Mainling, Xizang 青藏队(Qinghai-Xizang Exped.) 75-1328 EU158863
S. stellaris L. WS Horandl 2703, from GenBank AF374827/28
石荷叶组sect. Irregulares Haw.
齿瓣虎耳草S. fortunei Hook. f. WS Soltis 2519, from GenBank AF374821/22
糙叶组sect. Trachyphyllum (Gaudin) W. D. J. Koch
S. tricuspidata Rottb. WS Parker s.n., from GenBank AF087601/31
球茎组sect. Mesogyne Sternb.
零余虎耳草S. cernua L. 甘肃张掖Zhangye, Gansu 黄荣福(R. F. Huang) 91-3119 EU158861

张得钧等: 虎耳草属山羊臭组的界定和系统发育: 核糖体 DNA ITS 序列证据

671
表1 (续) Table 1 (continued)
分类群
Taxon

采集地
Locality

凭证标本
Voucher

序列号
GenBank
Acc. No.
垫状组sect. Porphyrion Tausch
具梗虎耳草S. afghanica Aitch. & Hemsl. 青海囊谦Nêngqên, Qinghai 王为义(W. Y. Wang) 82-0016 EU158853
S. blepharophylla A. Kern. ex Kolb. Alps, Austria,
Schladminger Tauern
from GenBank AF504545
挪威虎耳草S. oppositifolia L. Alsaka, Anchorage from GenBank AF502089
垫状虎耳草S. pulvinaria H. Smith 新疆塔什库尔干
Taxkorgan, Xingjiang
EU158860
S. smalliana Hulten Alaska, Seward penisnsula from GenBank AF504544
虎耳草组sect. Saxifraga
S. aphylla Ten. Austria, Innsbruck D. Gómez, from GenBank AF261160
S. babiana T. E. Díaz & Fern. Prieto Spain, León, Truébano 2992PV, from GenBank AJ233879
S. bulbifera L. Italy, Fiuminata from GenBank AF261166
S. exarata Griseb. Austria, Glochturm, Plats D. Gómez 1994, from GenBank AJ233861
S. granulata Desf. Spain, Mālaga, Jubrique 3PV97, from GenBank AJ233860
S. osloensis Knaben WS Brochmann s.n., from GenBank AF087608/38
S. pentadactylis Lapeyr. Andorra, El serrat Aedo et al., 11918SC, from GenBank AJ233862
sect. Cotylea Tausch
S. rotundifolia L. Cult., K BBG 267-94-80-10, from GenBank AF087598/
AF087628
sect. Cymbalaria Griseb.
S. cymbalaria L. WS Ferguson s.n., from GenBank AF087599/
AF087629
S. hederacea M. Bieb. Libya, Wadi Kouf Davis 50203, from GenBank AF261182
sect. Gymnopera D. Don
S. spathularis Brot. Spain, Pontevedra,
Vilasobroso
Vargas et al., 21ML88
from GenBank
AJ233858
sect. Hetersia (Rafinesque ex Small) A. M.
Johnson

S. mertensiana Bong. WS Grable 11586, from GenBank AY231367
sect. Xanthizoon Grisebach
S. aizoides L. OS Brochmann 92-78-1, from GenBank AF087624/
087594
外类群Outgroup
唢呐草属Mitella Tour. ex L.
唢呐草M. nuda L. from GenBank AB163495
M. kiusiana Makino from GenBank AB163527

1.3 外类群选择
本研究选取虎耳草科唢呐草属Mitella Tour. ex
L.的两种植物唢呐草M. nuda L.和M. kiusiana
Makino作为外类群, 序列调自GenBank, 序列号见
表1。
1.4 数据分析
序列排列用CLUSTAL X软件(Thompson et al.,
1997)自动完成后, 用手工适当校正以使序列更加
合理。排好的序列用PAUP* 4.0b10软件(Swofford,
2003)进行数据分析。空位(gap)始终作为缺失状态。
简约性Parsimony分析采用如下选项完成, 即树二
组重新连接TBR、启发式搜索Heuristic search、多重
性选择MULPARS、ACCTRAN优化和100次随机附
加的重复, 用自展法Bootstrap analysis检验系统树,
自展数据集为 1000 次 (Maddison, 1991) 。利用
MrBayes 3.0b4软件(Ronquist & Huelsenbeck, 2003)
构建贝叶斯推论Bayesian inference (BI)分子系统树,
选用GTR+G为最适于拟合该数据集的DNA进化模
型, 同时建立4个马尔可夫链, 共运行500万代, 每
100代抽样一次, 忽略全部动态抽样5000次, 对剩
余的45000次静态抽样计算合意树 , 以后验概率
(posterior probability)(PP)作为评估参数。
2 结果
在所研究虎耳草属山羊臭组28种中, 种间最小
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46卷5期 672
碱基差异为0, 存在于篦齿虎耳草Saxifraga umbel-
lulata var. pectinata和丁青虎耳草S. dingqingensis之
间; 最大的为1.48%, 存在于伏毛虎耳草S. strigosa
与打箭虎耳草 S. tatsienluensis和爪瓣虎耳草 S.
unguiculata之间。
本文测得的33种虎耳草属植物的ITS区序列和
从GenBank获得的20种虎耳草属植物的ITS区(含
5.8S)序列的长度范围为647–681 bp。空位作为缺失
处理时, ITS全序列排序后的长度为715 bp, 其中有
263个信息位点, 占总位点的36.7%。ITS1的长度范
围为247–316 bp, 排序后长度为350 bp, 其中有120
个信息位点, 占总位点的34.3%; ITS2的长度范围为
66–238 bp, 排序后长度为253 bp, 其中信息位点14
个, 占总位点的5.5%。
以唢呐草Mitella nuda和M. kiusiana为外类群,
启发式搜索获得 704 棵简约树 , 最大简约树
(maximum parsimony, MP)之一如图1所示 , 步长
=1479, CI=0.523, RI=0.809, 并给出重复1000次各分
支的自展支持率BV (bootstrap value)值。利用贝叶斯
推论法构建的贝叶斯系统树(Bayesian inference, BI)
见图1, 同时也标明后验概率PP值。BI树和MP树的
拓扑结构基本一致, 只是支持率略有不同。



图1 根据ITS序列数据得到的704个最简约树的一个(length=1479, CI=0.523, RI=0.809)和Bayesian 50%多数一致性树。分支上、下数字分别代
表最简约树(MP)的自展支持率和Bayesian后验概率。
Fig. 1. One of the 704 most parsimonious trees (length=1479, CI=0.523, RI=0.809) and fifty percent of Bayesian majority rule consensus tree
obtained from ITS sequence data. Numbers above and below the branches indicate bootstrap support and the Bayesian posterior probabilities,
respectively.
张得钧等: 虎耳草属山羊臭组的界定和系统发育: 核糖体 DNA ITS 序列证据

673
比较简约法和贝叶斯法的分析结果, 发现两种
方法构建的系统发育关系极为吻合(图1), 所研究的
虎耳草属类群分为五支: 山羊臭组所选类群聚为一
支, 并在两种方法中得到BV值和PP值分别为95%
和100%的支持率; 垫状组sect. Porphyrion、虎耳草
组sect. Saxifraga和sect. Gymnopera等8个组聚为一
支, BV值和PP值分别为87%和100%; 各有一个代表
种的糙叶组 sect. Trachyphyllum和石荷叶组 sect.
Irregulares各自聚为一支; 小花组sect. Micranthes同
样也单独聚为一支, BV值和PP值均为100%, 位于
上述分支的最基部。
山羊臭组分支内所涉及的5个亚组分为两大支,
其中一支包括唐古拉亚组subsect. Hirculoideae和莲
座状亚组subsect. Rosulares, 且这两个组均单独聚
为一亚分支; 而具芽亚组subsect. Gemmiparae、鞭匐
枝亚组subsect. Flagellares和subsect. Hemisphaericae
(在潘锦堂(1992)系统中为点地梅形组)聚为另一支,
其中鞭匐枝亚组和subsect. Hemisphaericae的代表
类群又聚为单独一支而位于具芽亚组类群的分支
内部。因此, 具芽亚组、唐古拉亚组和莲座状亚组
分别聚为单独一支, 这3个亚组分支的BV值和PP值
分别为97%、100%、52%和100%、75%、100%, 而
且具芽亚组最早从这一支中分出。
3 讨论
比较潘锦堂(1992)和Pan等(2001)虎耳草属山羊
臭组的分类系统, 本文的ITS分析表明重新界定的
山羊臭组(Pan et al., 2001)是一个单系类群, 与叶绿
体matK和rbcL基因序列分析的结果一致(Soltis et
al., 1996)。从图1来看, 我们所选《Flora of China》
中的山羊臭组代表类群均聚为一支, 而且与垫状
组、虎耳草组、球茎组和仅在欧洲分布的 sect.
Cymbalaria和sect. Cotylea等8个组聚成的分支构成
姊妹群。显然, sect. Cymbalaria在后一分支中形成一
个独立的亚分支位于这一姊妹群的基部, 表明sect.
Cymbalaria相对于该姊妹群的其他组, 与山羊臭组
亲缘关系最近。因此, ITS分析结果支持山羊臭组与
sect. Cymbalaria亲缘关系最近的观点 (Webb &
Gornall, 1989)。
我们的ITS研究结果支持Gornall (1987)虎耳草
属分类系统以及Pan等(2001)根据形态特征对山羊
臭组的重新组合, 即虎耳草属山羊臭组应该包括潘
锦堂(1992)分类系统中舌形组的垂头亚组subsect.
Nutantes Engl. & Irmsch.和小果亚组subsect. Mi-
crogynae J. T. Pan与点地梅形组的所有类群, 舌形
组的对叶亚组subsect. Oppositifoliae Hayek应为垫
状组, 而斑点组应移入小花组中, 且舌形组的类群
在中国没有分布(Pan et al., 2001)。从图1可以看出,
在潘锦堂(1992)分类系统中, 舌形组包括43种, 组
下分为3个亚组即垂头亚组、对叶亚组和小果亚组;
而点地梅形组仅包括3种。舌形组的4个代表种即棒
腺 虎 耳 草 S. consanguinea 和 朗 县 虎 耳 草 S.
nangxianensis 隶属小果亚组 ; 而狭瓣虎耳草 S.
pseudohirculus和唐古特虎耳草S. tangutica隶属垂头
亚组; 这4个种与点地梅形组的一个代表种治多虎
耳草S. zhidoensis均聚到山羊臭组中, 而且这些代表
种都没有单独聚为一支, 而是与山羊臭组的类群聚
在不同的支上; 同时舌形组另外3个代表种垫状虎
耳草S. pulvinaria、具梗虎耳草S. afghanica和挪威虎
耳草S. oppositifolia隶属对叶亚组却聚到垫状组中。
另外, 我们没有得到双喙组类群的研究材料, 斑点
组仅包括了3种, 其代表种多叶虎耳草S. pallida聚
到小花组中。本研究ITS分析结果与欧洲分类学家
对虎耳草属属下分类系统的观点一致(Engler &
Irmscher, 1916, 1919; Gornall, 1987; Webb & Gor-
nall, 1989)。在《Saxifrages of Europe》(Webb &
Gornall, 1989)中, 舌形组仅包括8个种, 主要分布在
欧洲 , 个别种分布到南亚和北美地区。Conti等
(1999)对虎耳草属舌形组的分子系统学研究表明,
舌形组不是一个单系类群。潘锦堂(1992)分类系统
中的舌形组3个亚组、点地梅形组和斑点组 , 在
Gornall (1987)的虎耳草属分类系统中均有归属, 即
舌形组垂头亚组的类群归在山羊臭组唐古拉亚组
中, 舌形组小果亚组的类群归在山羊臭组鞭匐枝亚
组中, 舌形组对叶亚组的类群归在垫状组的对叶亚
组中; 点地梅形组归在山羊臭组中, 而斑点组归在
小花组中(Gornall, 1987)。由此可知, 潘锦堂(1992)
虎耳草属分类系统中舌形组、点地梅形组和斑点组
的分类处理欠妥。如前所述, 虎耳草属山羊臭组内
的分类系统在潘锦堂(1992)和Pan等(2001)的系统中
也有很大区别。在潘锦堂(1992)系统中, 主要依据茎
基部或叶腋是否具芽、具鞭匐枝以及茎基部是否具
莲座叶丛、叶片质地、叶脉类型等特征将山羊臭组
植物分类学报 Journal of Systematics and Evolution 2008 46卷5期 674
分为4个亚组 , 这一分类系统与《Saxifrages of
Europe》(Webb & Gornall, 1989)中山羊臭组分类系
统一致。而在Pan等(2001)的系统中, 没有进行组下
分类, 仅根据茎或叶基部是否具毛或腺毛以及茎基
部是否具莲座叶丛和鞭匐枝等特征分了7个检索表
来区分山羊臭组内的各分类群。迄今为止, 有关山
羊臭组内的系统演化关系研究未见报道。ITS分析
结果表明唐古拉亚组和莲座状亚组为单系类群, 且
具有较近的亲缘关系 ; 而鞭匐枝亚组和subsect.
Hemisphaericae应归入具芽亚组。我们的研究结果
支持将山羊臭组组下类群分为亚组的观点, 而且应
分为3个亚组, 即唐古拉亚组、莲座状亚组和具芽亚
组(潘锦堂 , 1991, 1992; Gornall, 1987; Webb &
Gornall, 1989)。
虽然我们的研究结果表明山羊臭组中根据形
态特征建立的组下分类系统得到了分子证据的支
持, 但本研究也发现各亚组内种间的遗传分化非常
小, 特别是在唐古拉亚组和莲座状亚组中尤为明
显, 不能有效地建立起种间的系统发育关系。如在
唐古拉亚组中, 优越虎耳草S. egregia与其变种无睫
毛虎耳草S. egregia var. eciliata的碱基变异为0, ITS
序列长度相同, 在形态上二者的区别在于优越虎耳
草的萼片边缘具腺毛, 无睫毛虎耳草的萼片边缘无
毛。在莲座状亚组中, 小斑虎耳草S. punctulata、小
伞虎耳草S. umbellulata、篦齿虎耳草S. umbellulata
var. pectinata和丁青虎耳草S. dingqingensis这4个种
之间, ITS序列均相同, 这4个种碱基变异最大为
0.35%, 存在于小斑虎耳草和小伞虎耳草之间, 而
碱基变异最小为0, 存在于篦齿虎耳草和丁青虎耳
草之间, 篦齿虎耳草花瓣具2痂体, 而丁青虎耳草
花瓣具8痂体。由此推测，这种形态上分化较大, 而
ITS碱基变异较小, 可能是物种在青藏高原及毗邻
地区的高山极端环境下快速形成所致。而这种物种
快速分化是否导致物种之间存在杂交, 是一个值得
深入研究的问题。特别是在虎耳草属中, 已有研究
发现, 在欧洲和北美分布的该属虎耳草组的种间存
在频繁的杂交(Webb & Gornall, 1989; Soltis et al.,
1996; Vargas, 2000)。这种物种快速形成方式也在主
要分布于青藏高原的菊科风毛菊属中存在(王玉金,
刘建全, 2004)。那么, 在青藏高原极端环境下的物
种快速分化是否是该地区植物形成的普遍式样, 还
需进一步对青藏高原地区分布的其他科属植物进
行验证。
致谢 感谢已故植物分类学专家潘锦堂老师鉴定标
本; 感谢郭松长博士在本文数据处理上的帮助, 以
及王海庆博士、沈裕琥博士、杨慧玲博士、夏涛博
士、张得芳女士等在分子生物学实验中给予的指导。
国家自然科学基金(30170066)资助。
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