全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2015, 50 (3): 310–320, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2015.00310
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收稿日期: 2014-10-23; 接受日期: 2015-03-20
基金项目: 国家自然科学基金(No.31270253)和基金委重大国际合作项目(No.31110103911)
* 通讯作者。 E-mail: gary1967@bjfu.edu.cn
碎米蕨属的系统学研究——基于4种叶绿体DNA序列片段
王弯1, 杨文利2, 窦平1, 张钢民1*
1北京林业大学自然保护区学院, 北京 100083; 2河北农业大学园林与旅游学院, 保定 071000
摘要 碎米蕨属(Cheilosoria Trevis.)隶属碎米蕨类, 由于形态上的趋同进化, 使得该类群的系统分类一直存在争议。该研
究对该碎米蕨属植物的4种叶绿体DNA序列片段(rbcL/matK/rps4/rps4-trnS)进行PCR扩增和序列分析, 再结合其它相关类
群, 用贝叶斯法和最大似然法构建系统树并探讨其系统发育关系。结果表明, 碎米蕨属不是一个单系类群, 旧世界分布的碎
米蕨属植物(薄叶碎米蕨除外)均聚在亚洲Cheilanthes群内, 与粉背蕨属(Aleuritopteris Fée)等类群形成不同亚支。该属孢子
形态具有明显异质性。薄叶碎米蕨(Cheilosoria tenuifolia (Burm. f.) Trevis.)与亚洲其它碎米蕨属植物的系统位置相距甚远,
且与隐囊蕨(Notholaena hirsuta (Poir.) Desv.)聚为完全支持的分支, 两者可能均为大洋洲起源, 并属于另一类群。美洲和
旧世界分布的碎米蕨属植物关系较远, 二者可能代表了不同的演化路线。
关键词 碎米蕨属, 系统发育分析, rbcL/matK/rps4/rps4-trnS
王弯, 杨文利, 窦平, 张钢民 (2015). 碎米蕨属的系统学研究——基于4种叶绿体DNA序列片段. 植物学报 50, 310–320.
碎米蕨属(Cheilosoria Trevis.)在全世界约有10
种, 多为中生草本, 叶片披针形至长圆披针形, 稀为
卵状五角形, 2–4回羽状分裂, 通常无毛; 孢子囊群
小, 圆形, 生小脉顶端, 外被由叶片边缘反折而成的
囊群盖, 囊群盖常为断裂。该属主要分布于亚洲热带
和亚热带, 少数种类达大西洋及美洲(秦仁昌和邢公
侠, 1990)。碎米蕨属自1877年发表后并未得到蕨类
学界的认可。秦仁昌(1978)认为东南亚(包括中国)没
有真碎米蕨属(Cheilanthes Sw.), 东南亚地区过去所
记载的真碎米蕨属, 实际上是碎米蕨属(Cheilosoria
Trevis.)之误, 并重新恢复碎米蕨属, 但他未指出该
属与真碎米蕨属在形态上的区别。1990年出版的《中
国植物志》第3卷第1分册采纳了秦仁昌(1978)的观点,
其中记载中国有碎米蕨属植物7种, 即脆叶碎米蕨(C.
fragilis (Hook.) Ching & K.H. Shing)、毛轴碎米蕨(C.
chusana (Hook.) Ching & K.H. Shing)、碎米蕨(C.
mysurensis (Wall. ex Hook.) Ching & K.H. Shing)、
疏羽碎米蕨(C. belangeri (Bory) Ching & Shing)、厚
叶碎米蕨(C. insignis (Ching) Ching & K.H. Shing)、
大理碎米蕨 (C. hancockii (Baker) Ching & K.H.
Shing)和薄叶碎米蕨(C. tenuifolia (Burm. f.) Tre-
vis.)。后来王培善和王筱英(2001)根据叶柄具隆起的
狭边和囊群盖断裂等特征 , 将宜昌旱蕨 (Pellaea
patula (Baker) Ching)归入碎米蕨属, 并改名为平羽
碎米蕨(Cheilosoria patula (Baker) P.S. Wang)。虽然
国内大部分学者遵从《中国植物志》的观点承认碎米
蕨属, 但由于趋同演化的结果, 该类群在外部形态上
与美洲的真碎米蕨属(Cheilanthes Sw.)很难区分, 国
外学者大多是将碎米蕨属连同粉背蕨属(Aleuritop-
teris Fée)和薄鳞蕨属(Leptolepidium K.H. Shing &
S.K. Wu)等并入到真碎米蕨属(Christensen, 1906;
Copeland, 1947; Tryon et al., 1990; Fraser-Jenkins,
1997, 2008; Smith et al., 2006)。由此可见, 对碎米
蕨属的分类地位以及它与真碎米蕨属、粉背蕨属和薄
鳞蕨属等的系统关系, 国内外学者一直存在分歧。
碎米蕨属及其相关类群同为碎米蕨类植物
(cheilanthoid ferns) (Christenhusz et al., 2011; 张
宪春等, 2013)。由于形态上的趋同进化, 类群间的界
定十分困难 (Tryon and Tryon, 1982)。 Lellinger
(1989)认为依靠传统的性状来确定这类植物的系统
关系意义不大, 要想对该类群的系统与进化关系有更
清晰的了解, 必须寻找新的证据(Tryon and Tryon,
1973)。DNA序列被认为不受外界旱生环境的影响,
因而可以帮助我们更清楚地了解碎米蕨类植物之间
·研究报告·
王弯等: 碎米蕨属的系统学研究——基于 4种叶绿体DNA序列片段 311

的系统进化关系(Gastony and Rollo, 1995)。近年来,
分子系统学证据已被广泛用于碎米蕨类及其相关类
群系统发育关系的研究(Gastony and Rollo, 1995,
1998; Kirkpatrick, 2007; Prado et al., 2007; Schu-
ettpelz et al., 2007; Windham et al., 2009; Bouma et
al., 2010)。研究结果表明, 真碎米蕨属是一个复杂的
多系类群。然而, 上述研究对象大多数为美洲类群, 很
少涉及亚洲碎米蕨属成员。Zhang等(2007)利用rbcL
和trnL-F序列构建亚洲碎米蕨类植物的系统关系, 发
现美洲的Cheilanthes Sw.与亚洲Cheilanthes群成员
(包括碎米蕨属)并没有聚在一起, 两者关系较远, 可能
处于不同的演化路线。亚洲Cheilanthes群包括《中国
植物志》中记载的碎米蕨属、粉背蕨属、薄鳞蕨属、
中国蕨属(Sinopteris C. Chr. & Ching)、隐囊蕨属
(Notholaena R. Br.)及旱蕨属(Pellaea Link)的种类,
它们在系统树上相互交织, 彼此不能分开(Zhang et
al., 2007)。遗憾的是, 该研究也仅包括3种碎米蕨属植
物, 并不能全面而系统地说明该属的系统发育关系。
基于前人的研究结果, 本研究在增加取样的基础上,
选取多个叶绿体DNA序列片段(rbcL, rps4, rps4-trnS,
matK)构建系统树, 为进一步认识碎米蕨属不是单系
类群, 并探讨属内各种的地理分布、起源以及它们的
系统发育关系奠定基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验材料为野外采集并用硅胶快速干燥的新鲜叶片。
本研究取样包括《中国植物志》记载的除疏羽碎米蕨
之外的6种碎米蕨属(Cheilosoria Trevis.)植物, 连同
平羽碎米蕨(Cheilosoria patula (Baker) P.) 共7个类
群。根据以前的研究结果, 还选取了与碎米蕨属相关
的10种粉背蕨属(Aleuritopteris Fée)、3种薄鳞蕨属
(Leptolepidium K.H. Shing & S.K. Wu)、2种隐囊蕨
属(Notholaena R. Br.)、1种中国蕨属(Sinopteris C.
Chr. & Ching)、1种旱蕨属(Pellaea Link)、1种黑心
蕨属 ( D o r y o p t e r i s J . S m . )和2种金毛裸蕨属
(Paragymnopteris K.H. Shing)的类群一并进行分析。
其详细采集信息见表1。名称基本沿用《中国植物志》
的分类观点(秦仁昌和邢公侠, 1990)。DNA序列信息
见表2。
本文所用孢子主要取自北京林业大学标本馆
(BJFC), 一部分取自中国科学院植物研究所标本馆
(PE), 凭证标本号见表1。将干燥的孢子直接均匀地
撒在透明双面胶带上, 然后固定在标本台上, 经喷金
后置于HITACHI-520型扫描电子显微镜下观察并照
相。
1.2 总DNA提取、PCR扩增及测序
总DNA的提取采用改良的CTAB方法 (Doyle and
Doyle, 1990)。 取植物干燥叶片0. 2 g, 用于DNA提
取, 用0.8%琼脂糖凝胶电泳检测, 调整各模板质量
浓度至10 mg·L–1, 于4°C贮存备用。
PCR扩增反应在Eppendorf梯度PCR扩增仪上
进行。反应体积为20 μL, 1 μL DNA模板, 1 mmol·L–1
dNTPs, 10 × buffer, 5 pmol·L–1引物, Taq DNA聚合
酶1 U。
扩增程序为94°C预变性4分钟; 94°C变性30秒,
52°C退火40秒, 72°C延伸1分钟; 35个循环; 72°C延
伸10分钟 ; 10°C降温10分钟。扩增rbcL采用引物
ESRBCL1F 和 ESRBCL1361R (Schuettpelz and
Pryer, 2007)。扩增rps4/rps4-trnS采用的正反引物分
别是rps5F和trnSR (Nadot et al., 1995)。扩增matK
采用引物FERmatK fEDR和FERmatK rAGK (Kuo et
al., 2011)。
扩增产物经1.0%琼脂糖电泳后用Gene Genius
Bio imagingsystem凝胶成像系统观察。选取2000 bp
Plus DNA Marker 为标准分子量标记。
由北京诺赛基因组研究中心有限公司进行PCR
产物纯化及DNA序列测定。每个样品设2次重复。
1.3 系统发育分析
对于每一个DNA区段的数据矩阵 , 利用ClustalX
1.83软件运算全局联配(Complete Alignment), 进行
多 序 列 对 位 排 列 (Thompson et al., 1997), 用
Modeltest 3.7软件检测其分子进化模型(Posada and
Crandall, 1998) 。 模 型 选 择 采 用 AIC (Akaike
information criterion) 方法 (Posada and Buckley,
2004)。所选模型用于其后的贝叶斯系统发育分析。
系统发育分析采用贝叶斯法(Bayes)和最大似然

312 植物学报 50(3) 2015

表1 实验材料及其相关信息
Table 1 Samples used in sequence analysis and their information
Species Collecter Locality Voucher Figure
Cheilosoria mysurensis (Wall. ex Hook.) Ching
& K.H. Shing
Dong Shiyong Dongfang, Hainan Dong 747 (PE) 3F
Cheilosoria tenuifolia (Burm. f.) Trevis. Mao Xingxing Shaoguan, Guangdong M2013010501 (BJFC) 3H
Cheilosoria fragilis (Hook.) Ching & K.H. Shing T. Boonkerd Thailand TB&RP 519 (BJFC) 3C
Cheilosoria hancockii (Baker) Ching & K.H.
Shing
Mao Xingxing Xichang, Sichuan 2013080405 (BJFC) 3D
Cheilosoria chusana (Hook.) Ching & K.H.
Shing
Mao Xingxing Qingyuan, Guangdong M2013010101 (BJFC) 3B
Cheilosoria insignis (Ching) Ching &
K.H. Shing
Dong Shiyong Gyaca, Xizang Dong Shiyong S32 (PE) 3E
Cheilosoria patula (Baker) P.S. Wang Mao Xingxing Nanchuan, Chongqing 2013072309 (BJFC) 3G
Cheilosoria belangeri (Bory) Ching et Shing 3A
Aleuritopteris shensiensis Ching Mao Xingxing West Mountain, Beijing M2012092701 (BJFC)
Aleuritopteris veitchii (Christ) Ching Mao Xingxing Baoxing, Sichuan M2012070708 (BJFC)
Aleuritopteris subargentea Ching Mao Xingxing Jinchuan, Sichuan M2012072007 (BJFC)
Notholaena hirsuta (Poir.) Desv. Mao Xingxing Shaoguan, Guangdong M2013010503 (BJFC) 3I
Aleuritopteris duclouxii var. sulphurea (Ching)
Ching
Mao Xingxing Xichang, Sichuan 2013080411 (BJFC)
Aleuritopteris niphobola (C. Chr.) Ching Mao Xingxing Jinchuan, Sichuan M2012072009 (BJFC)
Aleuritopteris rufa (D. Don) Ching Mao Xingxing Shangri-La, Yunnan 2013082915 (BJFC)
Leptolepidium subvillosum (Hook.) K.H.
Shing & S.K. Wu
Mao Xingxing Binchuan, Yunnan 2013090303 (BJFC)
Aleuritopteris argentea (S.G. Gmel.) Fée Mao Xingxing West Mountain, Beijing M2012092702 (BJFC)
Aleuritopteris grisea (Blanf.) Panigrahi Mao Xingxing Liangshan, Sichuan 2013080706 (BJFC)
Aleuritopteris duclouxii (Christ) Ching Mao Xingxing Kangding, Sichuan M2012071804 (BJFC)
Leptolepidium kuhnii (Milde) K.H. Shing &
S.K. Wu
Mao Xingxing Shangri-La, Yunnan 2013082912 (BJFC)
Doryopteris concolor (Langsd. & Fisch.) Kuhn Dong Shiyong Changjiang, Hainan Dong Shiyong 178 (PE)
Paragymnopteris marantae (L.) K.H. Shing Mao Xingxing Kangding, Sichuan M2012071402 (BJFC)
Paragymnopteris vestita (Hook.) K.H. Shing Mao Xingxing Jinchuan, Sichuan M2012072008 (BJFC)
Leptolepidium dalhousiae (Hook.) K.H.
Shing & S.K. Wu
Mao Xingxing Shaoguan, Guangdong M2013010501 (BJFC)
Notholaena chinensis Baker Mao Xingxing Nanchuan, Chongqing 2013072310 (BJFC)
Pellaea calomelanos (Sw.) Link Mao Xingxing Yuanmou, Yunnan 2013081501 (BJFC)
Aleuritopteris likiangensis Ching Mao Xingxing Binchuan, Yunnan 2013090203 (BJFC)
Sinopteris albofusca (Baker) Ching Mao Xingxing Liangshan, Sichuan 2013080612 (BJFC)


法(maximum likelihood, ML)。Bayes法用于前述检测
的分子进化模型, 利用MrBayes 3.1.2 (Ronquist and
Huelsenbeck, 2003)软件完成。对于合并的多基因片
段分析 , 分子进化模型分别定义 ( B r o w n a n d
Lemmon, 2007)。Bayes分析运行2 000 000代的1冷
马尔可夫链(Markov chain Monte Carlo)和3逐渐增
温的热马尔可夫链, 每经过100代取1棵树。同一分析
重复2次以避免错误结果。马尔可夫链是否稳定采用
likelihood值与运行代数相关性曲线图来确定。Bayes
树的前2 000–5 000棵作为烧入(burn-in)弃掉不用,
剩余的树做50%多数一致树, 所得数值即为后验概率
值(posterior possibility)。最大似然法分析使用软件
MEGA 6.0 (Tamura et al., 2013), 采用启发式搜索
(heuristic searches), 并用1 000次循环。系统树各分
支的支持率计算采用靴带分析 (bootstrap) 方法
(Felsenstein, 1988), 每个分析均采用1 000次循环。

王弯等: 碎米蕨属的系统学研究——基于4种叶绿体DNA序列片段 313

表2 用于系统发育分析的DNA序列信息(本实验获得的序列登录号用正体, 网上下载的序列登录号用斜体)
Table 2 DNA sequences information applied to phylogenetic analysis (accession numbers generated in this study are in regular
script, downloaded from NCBI are in italic)
Taxon rbcL sequence
accession No.
rps4/rps4-trnS sequence
accession No.
matK sequence
accession No.
Aleuritopteris shensiensis Ching KP126958 KP126969 KP031648
Aleuritopteris argentea (S.G. Gmel.) Fée AY266410 KP126970 KP031649
Aleuritopteris grisea (Blanf.) Panigrahi AY299653 KP126971 KP031651
Aleuritopteris niphobola (C. Chr.) Ching AY266409 KP126972 KP031653
Aleuritopteris veitchii (Christ) Ching KP126959 KP126973 KP031654
Aleuritopteris subargentea Ching KP126960 KP126974 KP031655
Aleuritopteris duclouxii (Christ) Ching U27447 KP126975 KP031656
Aleuritopteris duclouxii var.
sulphurea (Ching) Ching
KP126961 KP126976 KP031658
Aleuritopteris rufa (D. Don) Ching KP126962 KP126977 KP031659
Aleuritopteris likiangensis Ching DQ432645 KP126978 KP031660
Cheilosoria patula (Baker) P.S. Wang DQ432641 KP126990 KP050478
Cheilosoria mysurensis (Wall. ex Hook.) Ching & K.H. Shing KP126966 KP126993 KP050481
Cheilosoria tenuifolia (Burm. f.) Trevis. KP126965 KP126988 KP050476
Cheilosoria fragilis (Hook.) Ching & K.H. Shing KP126967 KP126995 KP050482
Cheilosoria hancockii (Baker) Ching & K.H. Shing DQ432649 KP126992 KP050480
Cheilosoria chusana (Hook.) Ching & K.H. Shing DQ432650 KP126987 KP050475
Cheilosoria insignis (Ching) Ching & K.H. Shing AY266413 KP126994 KP050482
Pellaea calomelanos (Sw.) Link GU935497 KP126979 KP031664
Leptolepidium kuhnii (Milde) K.H. Shing & S.K. Wu AY266412 KP126980 KP031665
Leptolepidium subvillosum (Hook.) K.H. Shing & S.K. Wu KP126964 KP126982 KP031667
Leptolepidium dalhousiae (Hook.) K.H. Shing & S.K. Wu DQ432646 KP126981 KP031666
Sinopteris albofusca (Baker) Ching DQ432647 KP126983 KP031668
Notholaena hirsuta (Poir.) Desv. KP126968 KP126989 KP050477
Notholaena chinensis Baker DQ432651 KP126991 KP050479
Paragymnopteris vestita (Hook.) K.H. Shing DQ432652 KP126984 KP031669
Paragymnopteris marantae (L.) K.H. Shing DQ432655 KP126985 KP031670
Doryopteris concolor (Langsd. & Fisch.) Kuhn AY266414 KP126986 KP031671
Calciphilopteris ludens (Wall. ex Hook.) Yesilyurt
& H. Schneid.
DQ432657 – –
Cheilanthes covillei Maxon EU268782 – –
Cheilanthes eatonii Baker EF452144 – –
Cheilanthes lanosa (Michx.) D.C. Eaton U27205 – –
Cheilanthes allosuroides Mett. U27239 – –
Pellaea andromedifolia (Kaulf.) Fée U19501 – –
Pellaea rotundifolia (G. Forst.) Hook. U28788 – –
Pellaea breweri D.C. Eaton EU268808 – –
Hemionitis levyi E. Fourn. U27725 – –
Notholaena sulphurea (Cav.) J. Sm. U28254 – –
Notholaena californica D.C. Eaton EU268792 – –
Notholaena standleyi Maxon EU268805 – –
Notholaena rosei Maxon U27728 – –
– 本研究未使用该序列。
– Accession number of some sequences we didn’t use in this study.
314 植物学报 50(3) 2015

2 结果与讨论
2.1 序列分析
本实验测序得到的所有相关序列已上传至NCBI基因
数据库中。碎米蕨属及其相关类群的植物rbcL对位排
列后长度为1 257 bp, 空位始终作为缺失处理, 有变
异位点267个, 信息位点153个, 分别占序列总长度
的21.2%和12.1%。matK序列对位排列后长为871 bp,
有变异位点369个, 信息位点231个, 分别占序列总
长度的42.3%和26.5%; rps4/rps4-trnS对位排列后序
列长为1 016 bp, 有变异位点478个, 信息位点293
个, 分别占序列总长度的47.0%和28.8%。
2.2 分子系统发育分析
采用最大似然法得到的系统发育树与采用Bayes方法
得到的系统发育树一致, 因此本研究只列出用最大似
然法得到的系统树, 并将Bayes分析的后验概率值标
注于系统树上。在多基因联合分析之前, 首先利用
rbcL序列对包括美洲真碎米蕨属等在内的整个碎米
蕨类进行系统发育分析, 目的是进一步认识旧世界与
美洲大陆类群间的系统关系。根据以前的研究结果
(Zhang et al., 2007), 选择戟叶黑心蕨(Calciphilop-
teris ludens (Wall. ex Hook.) Yesilyurt & H.
Schneid.)为外类群。在此基础上重点对旧世界分布的
碎米蕨属及其相关类群进行多基因联合分析, 以金毛
裸蕨属的2个种为外类群。
以戟叶黑心蕨为外类群, 构建rbcL序列系统发育
树(图1)。由图1可知, 全部内类群聚类为“亚洲”和
“美洲”2支, 而“美洲”支又包含3个次级分支。碎
米蕨属的美洲代表种Cheilosoria allosuroides (Mett.)
Trevis.与真碎米蕨属(Cheilanthes Sw.)成员聚为1个
具很高支持率的分支(自展支持率达94%), 其姐妹群
为金毛裸蕨属和旱蕨属成员, 共同构成较大的分支V,
且支持率高达95%。美洲的4种隐囊蕨属成员聚在一
起(自展支持率达95%), 与分支V并为一大支, 且与
亚洲碎米蕨类群明显分开。“亚洲”支包含5个次级
分支。薄叶碎米蕨与隐囊蕨(N. hirsuta (Poir.) Desv.)
聚为完全支持的分支IV(自展支持率达100%), 该分
支并没有聚在亚洲C h e i l a n t h e s群内。黑心蕨
(Doryopteris concolor (Langsd. & Fisch.) Kuhn)和三
角羽旱蕨(Pellaea calomelanos (Sw.) Link)所形成的
分支自展支持率高达99%。在亚洲Cheilanthes群内,
毛轴碎米蕨、平羽碎米蕨及碎米蕨聚为分支III; 厚叶
碎米蕨与粉背蕨属的裸叶粉背蕨 (Aleur i topter is
duclouxii (Christ) Ching)、硫磺粉背蕨(A. duclouxii
var. sulphurea (Ching) Ching)、假银粉背蕨(A. su-
bargentea Ching)、陕西粉背蕨(A. shensiensis
Ching)、银粉背蕨(A. argentea (S.G. Gmel.) Fée)聚
为分支II; 脆叶碎米蕨与大理碎米蕨分别位于分支I
内部2个亚支上, 其中脆叶碎米蕨与粉背蕨属的棕毛
粉背蕨(A. rufa (D. Don) Ching)、阔盖粉背蕨(A.
grisea (Blanf.) Panigrahi), 薄鳞蕨属的华北薄鳞蕨
(Leptolepidium kuhnii (Milde) K.H. Shing & S.K.
Wu)、薄叶薄鳞蕨(L. dalhousiae (Hook.) K.H.
_______________________________________________________________________________________________
→
图1 基于rbcL基因序列的系统发育树
数字表示各分支自展数据支持率(自展支持率>50%), 括号内数字为Bayes分析的后验概率值。标尺代表核苷酸的替换率。实心黑圈
表示碎米蕨属植物在系统发育树中的位置。I表示脆叶碎米蕨和大理碎米蕨所在分支; II表示厚叶碎米蕨所在分支; III表示碎米蕨、毛
轴碎米蕨和宜昌旱蕨所构成的分支; IV表示薄叶碎米蕨所在分支; V表示美洲碎米蕨所在分支。

Figure 1 Maximum likelihood (ML) analysis based on sequences of rbcL gene
Numbers at the branch nodes indicated the confidence values for the presence of the branch obtained from bootstrap analysis
using 1 000 replicates (Bootstrap>50%), posterior probability values of Bayes analysis in parentheses. The scale bar represents
the substitution per site. Solid black circle indicated the position of the plants of Cheilosoria Trevis. in the phylogenetic tree. I
represented the clade in which Cheilosoria fragilis (Hook.) Ching & K.H. Shing and Cheilosoria hancockii (Baker) Ching & K.H.
Shing located; II represented the clade in which Cheilosoria insignis (Ching) Ching & K.H. Shing located; III represented the clade
posed by Cheilosoria mysurensis (Wall. ex Hook.) Ching & K.H. Shing, Cheilosoria chusana (Hook.) Ching & K.H. Shing, and
Cheilosoria patula (Baker) P.S. Wang; IV represented the clade in which Cheilosoria tenuifolia (Burm. f.) Trevis. Located; V
represented the clade in which Cheilanthes allosuroides Mett. located.

王弯等: 碎米蕨属的系统学研究——基于4种叶绿体DNA序列片段 315

Shing & S.K. Wu)、绒毛薄鳞蕨(L. subvillosum
(Hook.) K.H. Shing & S.K. Wu)混杂在一起, 聚为一
个亚支 ; 大理碎米蕨与粉背蕨属的金爪粉背蕨(A.
veitchii (Christ) Ching)、丽江粉背蕨(A. likiangensis
Ching)聚为另一亚支。除分支 I、 I I、 I I I外 , 亚洲
Cheilanthes群还包括小叶中国蕨(Sinopteris albo-


316 植物学报 50(3) 2015

fusca (Baker) Ching) 和中华隐囊蕨 (Notholaena
chinensis Baker)等成员, 说明这些碎米蕨属成员并
不是单系类群。
为更准确地探讨旧世界碎米蕨属各类群的系统
发育关系, 以金毛裸蕨属的2个种为外类群, 基于4个
叶绿体DNA序列片段(rbcL/matK/rps4/rps4-trnS)构
建系统发育树(图2)。所得的拓扑结构与图1基本相同,
但支持率都有所增加。碎米蕨属各类群所在4个分支



图2 基于联合数据(rbcL/matK/rps4/rps4-trnS序列)的系统发育树
图中数字和图形含义同图1。

Figure 2 Maximum likelihood (ML) analysis based on sequences of combined data (rbcL/matK/rps4/rps4-trnS)
The meaning of numbers and graph in this figure is the same as in Figure 1.

王弯等: 碎米蕨属的系统学研究——基于4种叶绿体DNA序列片段 317



图3 碎米蕨属及其相关类群的孢子形态
(A) 疏羽碎米蕨; (B) 毛轴碎米蕨; (C) 脆叶碎米蕨; (D) 大理碎米蕨; (E) 厚叶碎米蕨; (F) 碎米蕨; (G) 平羽碎米蕨; (H) 薄叶碎米
蕨; (I) 隐囊蕨。Bar=10 μm

Figure 3 Spore morphology of Cheilosoria and its related taxa
(A) Cheilosoria belangeri (Bory) Ching et Shing; (B) C. chusana (Hook.) Ching et K.H. Shing; (C) C. fragilis (Hook.) Ching et K.H.
Shing; (D) C. hancockii (Baker) Ching et K.H. Shing; (E) C. insignis (Ching) Ching et K.H. Shing; (F) C. mysurensis (Wall. ex
Hook.) Ching et K.H. Shing; (G) C. patula (Baker) P.S. Wang; (H) C. tenuifolia (Burm. f.) Trevis.; (I) Notholaena hirsuta (Poir.)
Desv. Bar=10 μm

318 植物学报 50(3) 2015

的支持率均为100%。同时, 薄叶碎米蕨与隐囊蕨所
形成的分支游离于亚洲Cheilanthes群之外。这一结果
得到了进一步的证实。
2.3 讨论
碎米蕨属(Cheilosoria)在1877年发表时没有指定模
式。Copeland (1947)虽然不承认该属, 但仍指定该属
的后选模式为产于墨西哥的C. allosuroides (Mett.)
Trevis.。本研究结果支持早期的研究结论(Gastony
and Rollo, 1995; Zhang et al., 2007), 即认为该种是
典型的真碎米蕨属Cheilanthes成员, 与亚洲分布的
碎米蕨属类群关系较远 , 二者并非同源。秦仁昌
(1978)在恢复碎米蕨属的同时, 指定热带亚洲至大洋
洲分布的薄叶碎米蕨为后选模式, 但该种在系统树上
也没有与亚洲的其它碎米蕨属成员聚在一起, 且与美
洲的C. allosuroides相距甚远。综上所述, 无论基于
哪种后选模式, 碎米蕨属的成员均被分在3个不同的
分支(The Asian Cheilanthes group, IV, V), 分别代
表亚洲、热带亚洲至大洋洲、美洲分布类型, 说明它
们具有不同的演化路线, 因此碎米蕨属不是单系类
群。从孢子形态来看, 碎米蕨属不同种类的孢子表面
纹饰差异较大, 具有明显的异质性(图3)。
在旧世界分布的碎米蕨属成员中, 薄叶碎米蕨的
地理分布最为特殊, 为热带亚洲至大洋洲分布。该种
根状茎上的鳞片为棕黄色柔软的钻形(秦仁昌和邢公
侠, 1990); 孢子表面较为光滑, 被有稀疏的附属物
(图3H), 与其它类群形成的拟网状、鸡冠状或刺状的
周壁纹饰明显不同。这一孢子纹饰与同样为热带亚洲
至大洋洲分布的隐囊蕨极其类似(图3 I)。二者可能均
为大洋洲起源, 并扩散到热带亚洲。分子系统学研究
表明, 薄叶碎米蕨和隐囊蕨具有很近的亲缘关系, 应
属于其它类群。至于是否另立新属, 则需要增加南亚
和大洋洲的类群进一步研究。
亚洲分布的6种碎米蕨属植物, 在系统树上聚在
一个大支上(The Asian Cheilanthes group)。在大支
内它们与粉背蕨属、薄鳞蕨属等类群形成不同的亚支,
说明该群植物是一个多系类群。其中毛轴碎米蕨、平
羽碎米蕨和碎米蕨均为热带、亚热带成分, 其叶柄均
具有较宽的浅纵沟槽, 两侧形成隆起的锐边, 三者具
有很近的亲缘关系, 形成一个小的单系类群。另外3
种碎米蕨属植物的叶柄则为圆柱形, 或仅有狭纵沟但
不形成隆起的锐边。尽管它们的地理分布不同, 其中
大理碎米蕨和厚叶碎米蕨是典型的横断山-喜马拉雅
成分, 脆叶碎米蕨则为典型的热带分布, 但它们在系
统树上均与粉背蕨属的类群交织在一起, 并具有很近
的亲缘关系, 它们可能都起源于泛喜马拉雅植物地区
并沿着各自的方向发展演化。张钢民(2003)根据地理
分布和形态特征, 曾将大理碎米蕨和厚叶碎米蕨并入
到粉背蕨属中, 这一分类处理得到了分子系统学证据
的支持。
碎米蕨属不是单系类群, 但是对该类群的分类处
理目前仍无定论。特别是亚洲分布的碎米蕨属植物,
它们与粉背蕨属、薄鳞蕨属和中国蕨属等类群交织在
一起, 形成亚洲Cheilanthes群。国外学者曾提议将该
类群并入到Allosorus Bernh., 但该名称长期作为
Cheilanthes的异名, 并不为人们所熟知, 且这种处
理将增加大量的新组合, 容易造成分类上的混乱。为
谨慎起见, 在最近出版的Flora of China中, 该类群暂
被放在真碎米蕨属(Cheilanthes)中(Zhang and Yat-
skievych, 2013), 但实属无奈之举。对这一类群的分
类处理, 仍需选择更多进化速率快的序列(特别是核
基因序列)作进一步研究。
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Phylogenetic Analysis of Cheilosoria Trevis. Based on Four
Chloroplast DNA Sequences
Wan Wang1, Wenli Yang2, Ping Dou1, Gangmin Zhang1*
1College of Nature Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2College of Landscape Architecture and Tourism, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China
Abstract Cheilosoria Trevis. (Cheilanthoid, Pteridaceae), is a controversial genus in terms of its phylogenetic taxonomy.
In this paper we reconstructed its phylogeny based on four chloroplast DNA sequence fragments (rbcL/matK/
rps4/rps4-trnS) using maximum likelihood methods and Bayesian analysis. The main results are as follows. The genus
Cheilosoria Trevis. is not monophyletic. Except Cheilosoria tenuifolia (Burm. f.) Trevis., species of Cheilosoria Trevis. from
the Old World were all nested within the Asian Cheilanthes group, forming different subclades with the species of Aleuri-
topteris Fée etc. Moreover, their spore morphology is heterogenetic. C. tenuifolia (Burm. f.) Trevis. was distantly related to
other species of Asian Cheilosoria Trevis. C. tenuifolia (Burm. f.) Trevis. and Notholaena hirsuta (Poir.) Desv. formed a
fully supported clade (BP=100%), so the two species may have an Oceania origin and belong to another group. The
American species of Cheilosoria allosuroides (Mett.) Trevis. is distantly related to those from the Old World and may
represent separate evolutionary lines.
Key words Cheilosoria Trevis., phylogenetic analysis, rbcL/matK/rps4/rps4-trnS
Wang W, Yang WL, Dou P, Zhang GM (2015). Phylogenetic analysis of Cheilosoria Trevis. based on four chloroplast
DNA sequences. Chin Bull Bot 50, 310–320.
———————————————
* Author for correspondence. E-mail: gary1967@bjfu.edu.cn
(责任编辑: 白羽红)