全 文 :植物科学学报 2015ꎬ 33(3): 281~290
Plant Science Journal
DOI:10 11913 / PSJ 2095-0837 2015 30281
淡水刚毛藻目一新组合种及其系统发育分析
赵志娟1ꎬ2ꎬ 刘国祥1∗ꎬ 胡征宇1
(1. 中国科学院水生生物研究所ꎬ 武汉 430072ꎻ 2. 中国科学院大学ꎬ 北京 100049)
摘 要: 作者于 2012-2014年先后在湖北省采集到 4株刚毛藻目的丝状绿藻ꎮ 经鉴定ꎬ 其形态特征和莫拉瓦刚
毛藻 Cladophora moravica Gardavsk (1986)非常相似ꎻ 但相较于刚毛藻属各个种的形态ꎬ 4 株藻体更接近黑
孢藻科的分类特征ꎮ 基于 SSU和 LSU rDNA序列构建的系统发育树显示ꎬ 4 株刚毛藻目的丝状绿藻均属于黑孢
藻科拟湖球藻属(Aegagropilopsis)ꎮ 据此ꎬ 作者建议将该种名称作为一个新组合处理ꎬ 即莫拉瓦拟湖球藻 Ae ̄
gagropilopsis moravica (Dvorˇák) Zhao et Liu com. novꎮ 拟湖球藻属仅含有 3个种: 莫拉瓦拟湖球藻、 硬枝拟
湖球藻和棒状拟湖球藻ꎬ 其形态特征与湖球藻相近且易混淆ꎬ 故采用核基因组序列分析方法区分二者是非常有
效的ꎮ
关键词: 莫拉瓦拟湖球藻ꎻ 湖球藻属ꎻ SSU ̄LSU rDNAꎻ 系统发育ꎻ 刚毛藻目ꎻ 新组合
中图分类号: Q94921+4 文献标识码: A 文章编号: 2095 ̄0837(2015)03 ̄0281 ̄10
收稿日期: 2014 ̄11 ̄21ꎬ 退修日期: 2015 ̄02 ̄02ꎮ
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31270252)ꎮ
作者简介: 赵志娟(1987-)ꎬ 女ꎬ 博士ꎬ 研究方向为淡水刚毛藻系统发育(E ̄mail: zjanezhao@126 com)ꎮ
∗通讯作者(Author for correspondence E ̄mail: liugx@ihb ac cn)ꎮ
A New Combination Species of Freshwater Cladophorales
and Its Phylogenetic Analysis
ZHAO Zhi ̄Juan1ꎬ2ꎬ LIU Guo ̄Xiang1∗ꎬ HU Zheng ̄Yu1
(1. Institute of Hydrobiologyꎬ Chinese Academy of Sciencesꎬ Wuhan 430072ꎬ Chinaꎻ
2. University of Chinese Academy of Sciencesꎬ Beijing 100049ꎬ China)
Abstract: Four filamentous green algal samples of Cladophorales were collected from Hubei
Province during 2012 -2014. The four specimens had a morphology very similar to that of
Cladophora moravica Gardavsk (1986). These algae were more closely related to species of
Pithophoraceae than to other Cladophora species. Phylogenetic analysis based on SSU and LSU
rDNA sequences indicated that all four samples belonged to the clade of Aegagropilopsisꎬ
which is a distinct genus in Pithophoraceae. Thusꎬ a new combination - Aegagropilopsis
moravica (Dvorˇk) Zhao et Liu com. nov. - was proposed. Currentlyꎬ with only three species
(Aegagropilopsis moravicaꎬ Aegagropilopsis sterrocladia and Aegagropilopsis clavuligera)ꎬ
Aegagropilopsis is easily morphologically confused with Aegagropila species. Thereforeꎬ nuclear
genome sequence analysis would be an efficient method to solve this problem.
Key words: Aegagropilopsis moravicaꎻ Aegagropilaꎻ SSU ̄LSU rDNAꎻ Phylogenyꎻ Cladopho ̄
ralesꎻ New combination
刚毛藻目隶属于绿藻门石莼纲ꎬ 藻类形态多
样ꎬ 广泛分布于海水和淡水环境ꎮ 该目主要包含三
个分枝ꎬ 即管枝藻分枝(Siponocladus clade)、 刚
毛藻分枝(Cladophora clade)和湖球藻分枝(Ae ̄
gagropila clade) [1ꎬ2]ꎮ 刚毛藻属于刚毛藻分枝刚
毛藻科ꎬ 为具分枝或少数分枝的丝状体ꎬ 细胞为多
核管状ꎬ 形态复杂ꎬ 种类多样[3-5]ꎮ 因刚毛藻属生
态变异幅度很大ꎬ 致使其分类学遗留问题较多ꎬ 例
如黑孢藻科(Pithophoraceaeꎬ 从刚毛藻科独立出
来成立的一个新科)黑孢藻属、 湖球藻属和阿诺藻
属的一些种类早期均被归于刚毛藻属ꎬ 仅刚毛藻属
下的种名就有近 400 个[6]ꎮ 湖球藻最早在日本报
道ꎬ 因可形成独特的球状结构而得名[7-9]ꎬ 其形态
多变ꎬ 至今有 90 多个异名[10]ꎬ 但遗传变异小ꎬ
Aegagropila linnaei为目前湖球藻属唯一的种[11]ꎮ
拟湖球藻和湖球藻亲缘关系较近ꎬ 也隶属于湖球藻
分枝黑孢藻科[12]ꎬ 拟湖球藻属常着生于淡水蚌类
或螺丝壳上ꎬ 模式种为硬枝拟湖球藻(Aegagropi ̄
lopsis sterrocladia) [13]ꎮ 与阿诺藻属相比ꎬ 拟湖球
藻假根系统弱化ꎬ 多形成长的次生假根ꎮ 由于早期
对拟湖球藻属缺乏详细了解ꎬ 仅依据形态特征而将
其一些种类归于刚毛藻属或湖球藻属ꎮ
本研究以湖北省内采集到的 4株刚毛藻目的丝
状绿藻为材料ꎬ 进行形态观察、 核糖体小亚基
SSU和大亚基 LSU 序列分析ꎬ 同时与 Gardavsk
描述的莫拉瓦刚毛藻(Cladophora moravica) [14]
比较ꎬ 进一步讨论拟湖球藻属的特征、 种类和分布
以及黑孢藻科内各属间的关系ꎮ 在系统发育分析
中ꎬ 本实验主要采用了 SSU 和 LSU rDNA 序列ꎬ
因相较于 rDNA ITS、 叶绿体 rbcL 基因等序列ꎬ
SSU和 LSU在进化上更为稳定和保守ꎬ 也是刚毛
藻目多数藻类及其相关类群系统发育研究采用的主
要基因组片段序列[15-17]ꎮ
1 材料与方法
1 1 材料采集及形态观察
刚毛藻目多为大型丝状绿藻ꎬ 表面附着许多杂
藻如蓝藻、 硅藻、 丝藻等ꎬ 一直以来纯培养都较为
困难ꎮ 对采集的 4株刚毛藻目的丝状绿藻(表 1)进
行开口玻璃器皿培养(25℃ꎬ 自然光照)ꎬ 每 3 d
换水 1次ꎬ 藻丝维持自然状况ꎬ 生长良好ꎮ 同时ꎬ
对采集的 4 株刚毛藻目的丝状绿藻分别用 10%甲
醛进行固定ꎬ 编号依次为 HB1209、 HB1304、
TS1304、 HB1416ꎬ 固定标本均保存于中国科学院
水生生物研究所ꎮ
将 4株丝状绿藻置于解剖镜(Olympus SZX7ꎬ
Japan)下小心分离ꎬ 同时用双蒸水(ddH2O)反复
清洗去掉表面杂质ꎬ 然后在光学显微镜 (DM5000B:
表 1 四株样品的采集信息
Table 1 Collection information of four samples
编号
Code
采集者
Collector
采集时间
Collection
date
采集地
Locality
经纬度
Longitude
and latitude
HB1209 赵志娟 2012年 11月 东湖ꎬ岸边石头上
30°32′52″ Nꎬ
114°21′05″ E
HB1304 刘国祥 2013年 4月 梁子湖ꎬ螺丝壳上
30°13′57″ Nꎬ
114°30′37″ E
TS1304 赵志娟 2013年 7月 咸宁市ꎬ水池壁上
29°36′37″ Nꎬ
114°28′49″ E
HB1416 赵志娟 2014年 6月 南湖ꎬ 岸边 30°29′02″ Nꎬ114°22′16″ E
Leicaꎬ Wetzlarꎬ Germany)下进行形态观察ꎻ 利
用 Leica DFC320数码相机对藻丝的整体形态、 颜
色、 单根藻丝的分枝方式、 细胞形态、 长宽比、 末
端假根状分枝、 固着器等结构拍照ꎮ HB1209 固着
于螺丝壳上生长ꎬ 我们通过 10%盐酸处理来观察
其末端固着器的形态ꎮ 为方便对 TS1304的固着器
观察ꎬ 用中性红做了染色处理ꎮ
1 2 DNA提取、 PCR扩增及测序
单细胞法提取总 DNA: 在解剖镜下分别对采
集的 4株丝状绿藻进行小心分离ꎬ 挑取适量干净藻
丝用 ddH2O 反复洗涤后ꎬ 再置于显微镜下镜检ꎻ
用镊子将干净藻丝放到滴有 TE 缓冲液的载玻片
上ꎬ 再用解剖刀对单个细胞进行切割使细胞内含物
释放ꎻ 用移液枪吸取含有细胞内含物的缓冲液置于
EP管中ꎬ 收集量约为 50 μLꎻ 然后以 10 ∶1 的比例
加入蛋白酶 Kꎬ 55℃温育 30 minꎻ 最后 95℃加热
处理 5 minꎬ 目的是对蛋白酶 K灭活ꎮ 将分别提取
的 4株刚毛藻目丝状绿藻的总 DNA 置于-20℃冰
箱中保存备用ꎮ
PCR扩增和测序参照 Boedeker 和 Immers 对
刚毛藻的处理方法[18]ꎮ PCR 反应体系为 50 μLꎬ
包含: 2 μL 模板 DNA(10 ng / μL)、 1 25 U Taq
DNA 聚合酶 ( ExTaqꎬ TaKaRa )、 正反引物各
0 2 μmol / L、 0 4 mmol / L dNTPs、 5 mmol / L
MgCl2ꎮ 18S rDNA序列由 SR1 ̄SS11H (SR1: 5′ ̄
TACCTGGTTGATCCTGCCAG ̄3′ꎻ SS11H: 5′ ̄CC ̄
TTTAAGTTTCAGCCTTGCGACC ̄3′) 和 SSU897 ̄
18SC2 ( SSU897: 5′ ̄GGTGAAATTCTTGGATTT ̄
GCGAAAGACG ̄3′ꎻ 18SC2: 5′ ̄TCCGCAGGT ̄
TCACCTACGGAG ̄3′)两对引物扩增获得ꎬ PCR
282 植 物 科 学 学 报 第 33卷
反应条件为: 94℃预变性 3 minꎻ 94℃变性 1 minꎬ
55℃退火1 minꎬ 72℃延伸 90 sꎬ 35个循环ꎻ 最后
72℃延伸 3 min[17]ꎮ 28S rDNA序列的扩增引物为
C1 ( F: 5′ ̄ACCCGCTGAATTTAAGCATAT ̄3′) 和
D2 (R: 5′ ̄TCCGTGTTTCAAGACGG ̄3′) [17]ꎬ PCR
反应条件为: 94℃预变性 5 minꎻ 94℃变性 30 sꎬ
57℃退火 30 sꎬ 72℃延伸 30 sꎬ 31个循环ꎻ 最后
72℃延伸 5 minꎮ
PCR产物通过 1%琼脂糖凝胶电泳、 GelRed
染色ꎬ 在紫外灯下观察目的条带ꎻ 采用 Axygene
凝胶回收试剂盒回收目的条带 DNAꎬ 并送上海生
工测序ꎻ 用 Seqman 软件对序列进行拼接[19]ꎬ 获
得的 4 株刚毛藻目丝状绿藻的 4 条 SSU 序列和 4
条 LSU序列均已提交 GenBank(表 2)ꎮ
1 3 系统发育分析
本实验获得的 4条 SSU、 4条 LSU rDNA序列
及从 GenBank数据库中下载的相关藻类序列见表
2ꎮ 利用软件 Clustal X 183 将 SSU 和 LSU rDNA
序列联合起来比对ꎬ 并辅以 BioEdit 509 进行手
工校正[20]ꎻ 再使用软件 MEGA4 计算碱基组成和
转换 /颠换的比值等[21]ꎮ
采用软件 PAUP 40∗[22]中的最大似然法(ML)
表 2 SSU和 LSU rDNA序列分析的种类、 采集信息及 GenBank序列号
Table 2 Speciesꎬ collection information and their GenBank accession numbers
used for SSU and LSU rDNA sequence analysis
种类
Species
采集地
Locality
GenBank No.
SSU LSU
内类群 Ingroup
Aegagropila linnaei Sällvikꎬ Baltic Seaꎬ Finland FR873098 EU655701
Aegagropila linnaei Lake Myvatnꎬ Iceland FR719925 EU655697
∗Aegagropilopsis sp. Wuhanꎬ Hubeiꎬ China KC898950 KM350683
∗Aegagropilopsis sp. Ezhouꎬ Hubeiꎬ China KM350687 KM350684
∗Aegagropilopsis sp. Xianningꎬ Hubeiꎬ China KM370100 KM350685
∗Aegagropilopsis sp. Wuhanꎬ Hubeiꎬ China KM370101 KM350686
Aegagropilopsis sterrocladia Botanical gardenꎬ Leidenꎬ Netherlands FR873099 FR719940
Aegagropilopsis clavuligera Tropical aquarium FR719927 FR719939
Arnoldiella conchophila Lake Pankeꎬ Japan AB062712 -
Basicladia ramulosa Annie Creekꎬ Kimberley regionꎬ Australia FR719935 FR719948
Basicladia cf. chelonum Missouriꎬ USA FR719934 FR719947
Basicladia kosterae Kager Plassenꎬ Leidenꎬ Netherlands FR719933 FR719945
Boodlea composite Ishikawaꎬ Shikaꎬ Japan AF510157 AJ544731
Cladophora sp. “Tateyama” Tateyamaꎬ Toyamaꎬ Japan AB062711 -
Cladophora feredayi Kaikouraꎬ Oaru streamꎬ New Zealand FM205049 FM205030
Cladophora albida W Hokkaidoꎬ Japan Z35317 AM503433
Cladophora vagabunda Ishikawaꎬ Shikaꎬ Japan AB062710 AJ544760
Cladophora rupestris Boulonaisꎬ France Z35319 AJ544764
Chaetomorpha crassa Ishikawaꎬ Shikaꎬ Japan AB062701 AJ544767
Pithophora cf. polymorpha Brooklynꎬ Indianaꎬ USA FR873097 FR873096
Pithophora cf. roettleri Rice fieldꎬ Montemor ̄o ̄Velhoꎬ Portugal FR719930 FR719942
Pithophora sp. Wuhanꎬ Hubeiꎬ China KM892869 KM892873
Rhizoclonium sp. Hainanꎬ China KM892870 KM892874
Rhizoclonium sp. Wuhanꎬ Hubeiꎬ China KM892871 KM892875
Rhizoclonium sp. Hengshanꎬ Hunanꎬ China KM892872 KM892876
Siphonocladus tropicus Las Americasꎬ Tenerifeꎬ Canary Islandsꎬ Spain AM498761 AJ544744
Valonia aegagropila Okinawaꎬ Japan AM498762 AJ544748
Valoniopsis pachynema Yule Pointꎬ Queenslandꎬ Australia AM498765 AJ544741
外类群 Outgroup
Trentepohlia sp. Brusselsꎬ Belgium FR719938 FR719952
Ulva fasciata Kochiꎬ Japanꎻ USA AB425964 AJ544726
∗代表作者获得的序列ꎮ
∗ Represents sequences obtained by the author.
382 第 3期 赵志娟等: 淡水刚毛藻目一新组合种及其系统发育分析
和软件 MrBayes 312[23]中的贝叶斯算法(BI)构
建系统进化树ꎮ 采用 ModelTest 37 [24]程序选择
ML树的最佳替代模型ꎬ ML 分析采用启发式搜索
(heuristic searches)和树的二等分再连接( tree ̄
bisection reconnectionꎬ TBR)ꎬ 并用自展分析
(bootstrapsꎬ BP) [25] 检验分枝的置信度ꎬ 进行
100次随机重复抽样ꎬ 数据的最佳拟合模型均为
GTR + I + Gꎮ 贝叶斯分析运行 1×106代ꎬ 每 100
代随机重复抽样一次ꎬ 分析达到平稳(标准误差
< 0 01)时程序运行结束ꎮ ML 树和贝叶斯树分别
在相应分枝上获得自展支持值和后验概率值ꎮ
2 结果与分析
莫拉瓦拟湖球藻(新拟)
Aegagropilopsis moravica (Dvorˇák) Zhao et
Liuꎬ comb. nov.
基异名 Basionym: Aegagropila moravica Dvo ̄
rˇák 1924ꎬ Brno. 7: 32-34.
异名 Synonym: Cladophora moravica (Dvo ̄
rˇák) Gardavskꎬ 1986ꎬ Algol. Stud. 42: 49-77ꎻ
Cladophora sp. Tateyamaꎬ Hanyuda et alꎬ 2002ꎬ
J. Phycol. 38: 564-571ꎻ Yoshii et alꎬ 2004ꎬ J.
Phycol. 40: 1170 - 1177ꎻ Cladophora sauteriꎬ
Cladophora sauteri f sauteriꎬ Nagaiꎬ M. 1988ꎬ
Iden. 42: 101-105.
2 1 形态特征
植物体成团或簇ꎬ 株高 2~15 mmꎬ 单根藻丝
主轴细胞长宽比约 1~10ꎬ 末端延伸的假根状分枝
直径为 8~80 μmꎮ HB1209藻丝深绿色ꎬ 交织成地
毯状ꎬ 具爪状固着器ꎬ 细胞成熟或老化时多呈棒状
(图版Ⅰ: A ~D)ꎮ HB1304 藻丝固着于螺丝壳上
生长ꎬ 假根状分枝发达(图版Ⅰ: F)ꎮ TS1304 交
织生长ꎬ 分枝侧生或无规则生长(图版Ⅰ: Hꎬ I)ꎮ
HB1416藻丝交织成团ꎬ 颜色较深ꎬ 假根状分枝的
长宽比较大(图版Ⅰ: Kꎬ L)ꎮ 同时ꎬ 在莫拉瓦拟
湖球藻培养过程中观察到再生现象ꎬ 即在破损细胞
处重新生长出新的细胞 (图版Ⅰ: N)ꎮ 1986 年
Gardavsk描述的莫拉瓦刚毛藻ꎬ 主轴细胞直径
为 150~600 μmꎬ 具发达的假根状分枝和固着
器[14] ꎬ 本文 4 个样品的形态特征与之十分相似
(表 3ꎬ 表 4)ꎮ
2 2 序列分析及系统发育树的构建
四株刚毛藻目丝状绿藻的 SSU 和 LSU rDNA
序列长度分别约为 1700 bp 和 600 bpꎬ 以 Ulva
fasciata和 Trentepohlia sp 为外类群构建刚毛藻
目 4株丝状绿藻及其它类群的 SSU ̄LSU 序列矩
阵ꎮ 在 SSU ̄LSU序列矩阵中ꎬ 比对长度为 2371 bpꎬ
分析长度为 2164 bp(其中 SSU序列长度为 1623 bpꎬ
LSU为 541 bp)ꎮ SSU ̄LSU 序列中有 752 个可变
位点、 512个可供简约分析的信息位点、 240 个单
态位点ꎻ A、 T、 C、 G 碱基的平均含量分别为
24 6%、 24 0%、 22 5%、 28 9%ꎬ 其中 G + C 的
含量(51 4%)高于 A + T的含量(48 6%)ꎬ 碱基转
换 /颠换值为 11ꎮ 以 HB1209的 SSU和 LSU rDNA
序列为分析对象ꎬ 它与硬枝拟湖球藻 A. sterro ̄
cladia (FR873099)、 棒状拟湖球藻 A. clavuligera
表 3 四株样品与莫拉瓦刚毛藻的细胞形态比较
Table 3 Morphological comparison of cells among the four samples with Cladophora moravica
编号
Code
主轴细胞(n=30)
Main axes cells (n=30)
长(μm) Length 长宽比 L / D ratio
顶端细胞
Apical cells
长(μm) Length 长宽比 L / D ratio
假根状分枝
Rhizoid ̄like branches
宽(μm) Diameter
HB1209 156.09~523.51(319.55 ± 109.46)
1.34~10.35
(5.23 ± 2.65)
128.71~553.30
(353.23 ± 116.52)
2.82~11.31
(6.82 ± 2.64)
10.44~80.00
(22.32 ± 15.78)
HB1304 166.66~514.08(278.48 ± 76.28)
1.52~8.20
(3.89 ± 1.80)
139.61~418.45
(305.15 ± 94.48)
4.02~11.00
(6.14 ± 2.54)
10.05~40.64
(22.90 ± 12.07)
TS1304 141.52~420.68(253.77 ± 69.60)
2.78~4.77
(4.93 ± 1.34)
298.18~594.96
(415.83 ± 103.87)
6.52~10.82
(8.80 ± 1.79)
8.06~60.64
(23.43 ± 17.11)
HB1416 101.21~412.67(237.95 ± 73.50)
0.77~6.85
(3.29 ± 1.53)
105.83~424.91
(304.27 ± 114.38)
1.50~9.94
(5.26 ± 2.77)
15.59~57.78
(22.16 ± 9.54)
Cladophora
moravica 150~600 1.5~9.0 200~1200 9.2~13.0 < 20
482 植 物 科 学 学 报 第 33卷
表 4 四株样品与莫拉瓦刚毛藻的形态特征比较
Table 4 Morphological comparison of the four samples with Cladophora moravica
编号
Code
植物体形态
Morphological
traits of thalli
植物体厚度
Thickness
of thalli
(mm)
分枝
Branches
细胞形状
Shape of cells
固着器
Holdfast
再生能力
Ability to
regenerate
HB1209 地毯状Like carpet 2 5~10
多一级分枝ꎬ 有时偏侧生
Often primary branchesꎬ
sometimes slightly unilateral
多圆柱状ꎬ 有时呈棒状、 桶状
Often cylindricalꎬ sometimes
club ̄shapedꎬ barrel ̄shaped
爪状
Claw ̄like
-
-
HB1304 地毯状Like carpet 2~6
多一级分枝ꎬ 有时偏侧生
Often primary branchesꎬ
sometimes slightly unilateral
多圆柱状ꎬ 有时呈棒状、 桶状
Often cylindricalꎬ sometimes
club ̄shapedꎬ barrel ̄shaped
珊瑚状
Coralloid
-
-
TS1304
交织ꎬ 松散聚集
Intertwinedꎬ
loosely
clustered
3~15
分枝旺盛ꎬ 有二级分枝ꎬ 偏侧生
或不规则生长
Secondary branches occurringꎬ
profuseꎬ slightly unilateral or
irregular
多圆柱状
Often cylindrical
珊瑚状
Coralloid
-
-
HB1416
交织ꎬ 松散聚集
Intertwinedꎬ
loosely
clustered
2~8
多一级分枝ꎬ 有时偏侧生
Often primary branchesꎬ
sometimes slightly unilateral
圆柱状、 棒状
Cylindricalꎬ lub ̄shaped
爪状
Claw ̄like
强
Frequent
Cladophora
moravica
地毯状
Like carpet 5~15
单侧ꎬ 无规则或分枝对生
Branches unilateralꎬ irregular or
opposite
圆柱状、 棒状、 桶状、 不规则状
Cylindricalꎬ club ̄shapedꎬ bar ̄
rel ̄shapedꎬ irregular shape
珊瑚状
Coralloid
强
Frequent
(FR719927)、 Cladophora sp. Tateyama(AB06 ̄
2711)及采集的其他 3 株材料(HB1304、 TS1304、
HB1416) SSU 序列的相似性分别达 99 0%、
99 5%、 100%、 99 8%、 100%、 99 8%ꎬ 碱基
差异小于 8 bpꎻ C. sp. Tateyama(AB062711)与
湖北境内 4 株刚毛藻目丝状绿藻的 SSU 序列相似
性达 99 8%以上ꎬ 碱基差异小于 6 bpꎮ HB1209
的 LSU 序列与 A. sterrocladia ( FR719940)、 A.
clavuligera( FR719939)及采集的其他 3 株材料
(HB1304、 TS1304、 HB1416)同源基因序列之间
的覆盖度均为 99 8%以上ꎬ 相似性分别达 94 2%、
96 0%、 100%、 100%和 100%ꎮ Modeltest 分析
结果表明ꎬ SSU ̄LSU 序列矩阵拟合的最佳替代模
型均为 GTR + I + Gꎮ
利用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)构建的
系统发育树拓扑结构在主要分枝位点基本一致ꎬ 分
枝位点处的数字分别代表 BI 树和 ML 树在此节点
的自展支持值ꎮ 基于 SSU ̄LSU 序列矩阵构建的系
统发育树可知(图 1)ꎬ 4株刚毛藻目的丝状绿藻与
C. sp. Tateyama 聚为一枝ꎬ BI 值为 0 99ꎬ 自展
支持值为 92ꎻ 此外ꎬ 它们的 SSU 序列相似性高达
99 8%以上ꎬ 碱基差异小于 6 bpꎬ 说明这 4 个样
品与 C. sp. Tateyama为同一个种ꎮ 硬枝拟湖球藻
(A. sterrocladia)、 棒状拟湖球藻(A. clavuligera)
和 4个样品聚在一起ꎬ 形成一个进化枝———拟湖球
藻分枝ꎬ 其 BI 值为 0 98ꎬ 自展支持值为 67ꎬ 虽
然自展支持值不高ꎬ 但两种不同方法(ML 和 BI)
所构建的系统发育树都支持这一分枝的存在ꎮ 拟
湖球藻属、 湖球藻属以及黑孢藻属均属于黑孢藻
科ꎬ 但它们与刚毛藻属位于明显不同的两个进化
枝上(图 1)ꎮ
3 讨论
生境和形态学特征比较均表明ꎬ 在湖北省内采
集的 4 株刚毛藻目的丝状绿藻样品与 Gardavsk
描述的莫拉瓦刚毛藻 C. moravica非常相似: 多发
生于湖泊或河流等水流扰动小的区域ꎻ 藻团深绿
色ꎬ 刚硬ꎬ 呈地毯状或不规则聚集体ꎻ 幼小的新生
细胞圆柱形ꎬ 壁薄ꎬ 较成熟或老化的细胞中部膨大
呈桶状或上部膨大呈棒状ꎬ 壁厚ꎻ 具再生能力等
(表 3ꎬ 表 4ꎬ 图版Ⅰ)ꎮ 但相较于刚毛藻ꎬ 这些形
态更符合黑孢藻科拟湖球藻属的分类学特征ꎻ 此
外ꎬ 系统进化分析的结果进一步表明ꎬ 4 株样品和
拟湖球藻分枝以较高的自展支持值聚在一起ꎬ 因此
582 第 3期 赵志娟等: 淡水刚毛藻目一新组合种及其系统发育分析
0.05
Ulva fasciata AB425964
Trentepohlia sp. FR719938
Aegagropila linnaei Finland FR8730981.00/100
0.74/63
1.00/100
0.78/-
Aegagropilopsis sp. HB1209 KC898950★
Aegagropilopsis sp. HB1304 KM350687★
Aegagropilopsis sp. TS1304 KM370100★
Aegagropilopsis sp. HB1416 KM370101★
0.99/92
0.99/92
0.98/67
0.94/-
Basicladia ramulosa FR719935
Arnoldiella conchophila AB062712
Basicladia chelonumcf. FR719934
Basicladia kosterae FR7199331.00/100
1.00/96
0.56/56
0.93/73
Cladophora feredayi FM205049
Chaetomorpha crassa AB062701
Cladophora rupestris Z35319
1.00/93
Cladophora albida Z35317
Cladophora vagabunda AB062710
0.96/60
Rhizoclonium sp. HUN1405 KM892872
Rhizoclonium sp. HB1404 KM892871
Rhizoclonium sp. HAN1304 KM8928701.00/100
1.00/100
1.00/100
1.00/99
1.00/88
Siphonocladus tropicus AM498761
Boodlea composita AF510157
Valonia aegagropila AM498762
Valoniopsis pachynema AM4987650.68/55
1.00/97
1.00/100
1.00/100
1.00/100
Basicladia
Aegagropila
Outgroup
Aegagropilopsis
Aegagropila linnaei Iceland FR719925
Pithophora polymorpcf. FR873097
Pithophora roettlericf. FR719930
Pithophora sp. HB1402 KM892869
Aegagropilopsis sterrocladia FR873099
Aegagropilopsis clavuligera FR719927
Cladophora sp. Tateyama AB062711
Pithophora
贝叶斯分析(BI)的后验概率值(> 0 50)和最大似然法(ML)计算的自展支持值(> 50)均显示于节点处ꎮ 图中仅标示
SSU序列号ꎮ ★ 为本实验获得的 4株样品序列ꎮ
Bayesian inference (BI) posterior probabilities and bootstrap support based on maximum ̄likelihood (ML) analyses
are shown on the nodes. Values > 0 50 are shown for BI and > 50 for ML. Only SSU accession numbers are shown.
★ represents the four sequences obtained in the study.
图 1 基于 SSU ̄LSU rDNA序列构建的系统进化树
Fig 1 Phylogenetic tree based on SSU ̄LSU rDNA sequences
682 植 物 科 学 学 报 第 33卷
作者建议将该种名称作为一个新组合处理ꎬ 即莫拉
瓦拟湖球藻ꎮ
本研究 4株绿藻的形态特征显示ꎬ 拟湖球藻属
具备以下特征: 藻体在静水中着生(着生于石头上
或以枯枝、 蚌壳为基质)生长ꎬ 形成小簇ꎬ 不形成
宏观尺寸的球状外观ꎬ 株高通常小于 1 5 cmꎻ 与
刚毛藻属相比ꎬ 拟湖球藻属主轴细胞长宽比较小
(小于 10)ꎻ 植物体各个部分均可形成假根ꎻ 极性
反转能力强ꎬ 末端假根状分枝发达ꎻ 固着器珊瑚状
或爪状ꎬ 但不形成匍匐系统ꎮ
本研究构建的系统进化树显示ꎬ 拟湖球藻属内
3 个节点处的后验概率值均较高 ( 098、 099、
099)ꎬ 表明 3个分枝分别对应拟湖球藻属的 3 个
种ꎬ 即硬枝拟湖球藻、 棒状拟湖球藻和莫拉瓦拟湖
球藻(图 1)ꎮ 硬枝拟湖球藻采自缅甸淡水螺丝壳
上[26]ꎬ Strmach[27]和 Moshkova 等[28]均描述过此
种形态特征: 具顶生倾向ꎬ 下端常为直立枝ꎬ 上部
多分枝ꎻ 分枝常互生ꎬ 少对生ꎻ 主轴细胞直径 40~
50 μmꎬ 细胞长宽比 8 ~10ꎮ 棒状拟湖球藻由 Sri
Lanke发现ꎬ 无明显顶生现象ꎻ 分枝对生、 3 ~4
个轮生ꎬ 罕见单生ꎬ 分枝处直径较小ꎻ 主轴细胞直
径 22~35 μm[29]ꎮ 本研究的系统进化分析结果显
示ꎬ C. sp. Tateyama属于莫拉瓦拟湖球藻属ꎬ 该
株材料于 1987 年发现于日本 Tateyama 镇ꎬ 早期
对该种的研究多存在争议[2ꎬ30ꎬ31]ꎮ Kanda[32]根据
藻丝刚硬程度和细胞大小将 Cladophora sauteri和
Cladophora sauteri f. sauteri[33](二者曾作为 Tate ̄
yama 种的异名)归为相同种ꎮ Wakana 等[34] 在
2001年报道了一个采自日本 kimoma 和 pon 沼泽
地的湖球藻新种ꎬ 该藻丝生物量小ꎬ 可以着生生
长ꎬ 作者推测该新种属于拟湖球藻ꎮ 该种无明显顶
生现象ꎬ 分枝无规则或有时偏侧生ꎮ 硬枝拟湖球
藻、 棒状拟湖球藻和莫拉瓦拟湖球藻主要分布在亚
洲地区ꎬ 如中国、 日本、 印度等地ꎬ 这和许多学者
多在这些区域采样有关ꎬ 非洲和南美洲的黑孢藻科
种类了解较少[13]ꎮ
早期拟湖球藻一直被归于刚毛藻目湖球藻
属[30]ꎬ 本研究系统发育分析(图 1)及 Boedeker
等[11]的分析或观察结果与之不一致ꎬ 我们支持将
拟湖球藻属作为黑孢藻科内一个独立的属存在ꎬ 不
支持将湖球藻、 黑孢藻及拟湖球藻均合并到湖球藻
属ꎮ 其主要原因包括: (1)三个亚分枝(subclade)
之间的序列差异(2 7%~5 0%)较大ꎬ 超过黑孢藻
科的其他属间差异(1 3%~1 7%) [13]ꎻ (2)黑孢
藻因典型的厚壁孢子形态而易与其他两个属区分ꎬ
端生或间生厚壁孢子常单个、 成对或成串出现ꎻ 假
根系统极度弱化ꎬ 多呈漂浮团块[13]ꎮ 拟湖球藻属
因其形态和湖球藻相近而命名ꎬ 如可形成附着藻丝
或垫状结构ꎬ 具有极性反转现象等ꎮ 二者的差异在
于: 拟湖球藻主要为着生态ꎬ 株体较小、 呈簇状ꎻ
湖球藻则具球状体、 自由漂浮的藻丝和着生藻丝 3
种形态[35]ꎬ 在自然条件下其球状体结构的直径甚
至可达 40 cm[36]ꎬ 并且当条件合适时湖球藻的 3
种形态可以发生相互转换[37]ꎻ 湖球藻多发生于水
体扰动大的生境ꎬ 典型的球状体生长于泥泞地或沙
质地ꎬ 在硬质地不形成球状[7]ꎮ 拟湖球藻属和湖
藻属的 SSU ̄LSU rDNA 序列差异明显ꎬ 因此采用
核基因组序列分析方法区分二者是非常有效的ꎮ 同
样ꎬ 黑孢藻科其它属间及属内也存在形态差异不明
显的现象即存在隐含种ꎬ 有时仅仅依靠形态难以区
分ꎬ 故序列分析也将在构建黑孢藻科的系统进化关
系中发挥重要作用ꎮ
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图 版 说 明
图版Ⅰ: 湖北省内 4株样品的形态特征ꎮ A~D: HB1209ꎮ A: 地毯状植物体ꎻ B: 单根藻丝形态ꎻ C: 爪状固着器ꎻ D: 末
端假根状分枝及固着器ꎮ E~G: HB1304ꎮ E: 藻丝固着于螺丝壳上ꎻ F: 单根藻丝形态ꎬ 偏侧生分枝ꎻ G: 珊瑚状固着器ꎮ
H~J: TS1304ꎮ H: 交织的植物体ꎻ I: 藻丝分枝侧生或不规则ꎻ J: 珊瑚状固着器ꎮ K~N: HB1416ꎮ K: 交织的植物体ꎻ
L: 末端假根状分枝ꎻ M: 爪状固着器ꎻ N: 箭头所示为细胞再生ꎮ
Explanation of plates
PlateⅠ: Morphological characteristics of four samples. A-D: HB1209. A: Carpet ̄like thalliꎻ B: Single filamentꎻ C: Claw ̄
like holdfastꎻ D: Terminal rhizoid ̄like branches and holdfast. E-G: HB1304. E: Filaments attached on snailsꎻ F: Single
filamentꎬ slightly lateral branchesꎻ G: Coralloid holdfast. H-J: TS1304. H: Acrossed thalliꎻ I: Branches inserted laterally
or irregularlyꎻ J: Coralloid holdfast. K-N: HB1416. K: Acrossed thalliꎻ L: Terminal rhizoid ̄like branchesꎻ M: Claw ̄like
holdfastꎻ N: The arrowhead indicates the phenomenon of regeneration.
982 第 3期 赵志娟等: 淡水刚毛藻目一新组合种及其系统发育分析
赵志娟等: 图版Ⅰ ZHAO Zhi ̄Juan et al.: Plate Ⅰ
A 5 mm B C
D E F
2.5 mm 100 mμ
2.5 mm 2.5 mm 2.5 mm
5 mm 5 mmHG I20 mμ
LJ K
M N
20 mμ! 5 mm 5 mm
20 mμ 50 mμ
See explanation at the end of text
(责任编辑: 刘艳玲)
092 植 物 科 学 学 报 第 33卷