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Systematic Position of Allium macrostemon Based on nrDNA  ITS and cpDNA trnL-F Sequence Data

基于nrDNA ITS和cpDNA trnL-F序列探讨薤白的系统地位



全 文 :基于 nrDNA ITS和 cpDNA trnL ̄F序列探讨薤白的系统地位∗
黄德青1ꎬ2ꎬ 李琴琴3ꎬ 周颂东1ꎬ 何兴金1∗∗
(1 四川大学生命科学学院ꎬ 生物资源与生态环境教育部重点实验室ꎬ 成都  610065ꎻ 2 桂林医学院药学院ꎬ
桂林  541004ꎻ 3 内蒙古师范大学生命科学与技术学院ꎬ 呼和浩特  010022)
摘要: 薤白 (Allium macrostemon) 是葱属中重要的药食同源种类ꎬ 其系统地位和分类等级迄今尚无统一定
论ꎬ 一直存有争议ꎮ 为了探讨其系统位置及其与相关类群的亲缘关系ꎬ 本研究利用 nrDNA ITS 和 cpDNA
trnL ̄F序列数据对该种及若干近缘类群进行了系统发育分析ꎮ 基于贝叶斯法和最大简约法构建的系统树均
表明薤白为一单系种ꎬ 与多系的组 Caerulea、 Pallasia的部分种类有密切的系统发育关系ꎬ 而与组 Codono ̄
prasum和 Allium的种类关系疏远ꎻ 结合总苞、 花丝和子房等形态学特征ꎬ 不支持将薤白划归 Allium组或置
于广义的 Scorodon组ꎮ 薤白可能代表一个新的组一级的类群ꎬ 但尚待增加类群采样 (尤其是中亚的种类)
进一步研究ꎮ 本文还在系统发育框架下探讨了中药薤白 (Allii Macrostemonis Bulbus) 的基源植物 (薤白、
藠头、 棱叶韭和长梗韭) 及 Pallasia组部分物种的系统位置ꎮ
关键词: 葱属ꎻ 薤白ꎻ ITSꎻ trnL ̄Fꎻ 系统位置
中图分类号: Q 949              文献标志码: A              文章编号: 2095-0845(2015)05-537-09
Systematic Position of Allium macrostemon Based on nrDNA
ITS and cpDNA trnL ̄F Sequence Data
HUANG De ̄qing1ꎬ2ꎬ LI Qin ̄qin3ꎬ ZHOU Song ̄dong1ꎬ HE Xing ̄jin1∗∗
(1 Key Laboratory of Bio ̄Resources and Eco ̄Environment of Ministry of Educationꎬ College of Life Sciencesꎬ Sichuan Universityꎬ
Chengdu 610065ꎬ Chinaꎻ 2 School of Pharmacyꎬ Guilin Medical Universityꎬ Guilin 541004ꎬ Chinaꎻ 3 College of
Life Science and Technologyꎬ Inner Mongolia Normal Universityꎬ Hohhot 010022ꎬ China)
Abstract: Allium macrostemon is an important medicinal and edible plant. Its systematic position and taxonmical
classification remain controversial to date. To explore this issueꎬ we reconstructed phylogenetic relationships among
A􀆰 macrostemon and other related taxa using nrDNA ITS and cpDNA trnL ̄F markers. The phylogenetic trees derived
from Bayesian inference and maximum ̄parsimony analysis showed that A􀆰 macrostemon is monophyleticꎬ and has a
close relationship with some species of polyphyletic sections Caerulea and Pallasia instead of sections Codonoprasum
and Allium. The including of A􀆰 macrostemon within section Allium was not supported by both molecular data and
morphological characters of spatheꎬ filaments and ovary. Allium macrostemon should be included in a new sectionꎬ
however further studies using additional samples (especially those from Central Asia) is necessary. In additionꎬ we
also provided a discussion on the phylogenetic relationships among four original plants (A􀆰 macrostemonꎬ A􀆰 chinenseꎬ
A􀆰 caeruleum and A􀆰 neriniflorum) of Allii Macrostemonis Bulbus and systematic position of partial species of section
Pallasia.
Key words: Alliumꎻ A􀆰 macrostemonꎻ ITSꎻ trnL ̄Fꎻ Systematic position
植 物 分 类 与 资 源 学 报  2015ꎬ 37 (5): 537~545
Plant Diversity and Resources                                    DOI: 10.7677 / ynzwyj201514174

∗∗
基金项目: 国家自然科学基金面上项目 (31270241)ꎻ 国家基础条件平台教学标本资源共享平台 (http: / / mnh.scu.edu.cn / )ꎻ 广
西自然科学基金青年基金 (2013GXNSFBA019108)
通讯作者: Author for correspondenceꎻ E ̄mail: xjhe@scu􀆰 edu􀆰 cn
收稿日期: 2014-12-20ꎬ 2015-02-20接受发表
作者简介: 黄德青 (1980-) 男ꎬ 博士ꎬ 副教授ꎬ 主要从事药用植物的系统分类与分子鉴定研究ꎮ E ̄mail: huangdeqing2008@163􀆰 com
  薤白 (Allium macrostemon Bunge) 隶属广义
石蒜科 (Amaryllidaceae s􀆰 l.) 葱属 ( Allium L.)
(Li等ꎬ 2010)ꎬ 其鳞茎可入药ꎬ 也可作蔬菜食
用 (许介眉ꎬ 1980)ꎬ 是卫生部 2002年公布的 87
种药食两用物品之一ꎬ 也是历版 «中华人民共和
国药典» 收载的中药薤白 ( Allii Macrostemonis
Bulbus) 的基源植物之一ꎮ 在我们收集整理有关
薤白的文献资料过程中ꎬ 发现该种异名甚多ꎬ 如
包括 «中华人民共和国药典» (国家药典委员会ꎬ
2010) 在内的文献所用的小根蒜、 国外文献常见
的 A􀆰 grayi Regel 等ꎬ 使用颇为混乱ꎬ 加上该种
中文名与中药名称相同ꎬ 致使对中药薤白基源植
物的记载亦较为混乱ꎬ 如称为 “薤白” 的还有
藠头 (A􀆰 chinense G. Don)、 棱叶韭 (A􀆰 caeruleum
Pallas) 和长梗韭 ( A􀆰 neriniflorum (Herbert) G.
Don) 等种类 (国家中医药管理局ꎬ 1999)ꎬ 这些
问题的存在对薤白的研究、 使用乃至生产流通等
诸多方面均增加了不少困难ꎮ 在地理分布上ꎬ 现
有资料通常记载薤白广布于东亚地区 (Kawano
和 Nagaiꎬ 1975ꎻ Friesenꎬ 1995ꎻ Xu 和 Kamelinꎬ
2000ꎻ Choi和 Ohꎬ 2011)ꎬ 现今在中国、 韩国和
日本均有栽培 (Fritsch 和 Friesenꎬ 2002)ꎮ 关于
该种的地理起源ꎬ 迄今尚无研究报道ꎬ 其中
Fritsch和 Friesen (2002) 的观点值得关注ꎬ 他们
认为薤白原产于中国中北部和蒙古ꎬ 后经驯化成
为栽培作物ꎬ 之后才传至朝鲜半岛和日本ꎮ 他们
的这一见解是否正确有待今后进一步研究和考
证ꎮ 在薤白的分类方面ꎬ 该种因其花序上常具或
全为珠芽 (bulbils) 这一特性的存在ꎬ 分类学者
曾以此作为分类诊断特征ꎬ 命名过诸如能正常开
花结实的密花小根蒜 A􀆰 uratense Franch. ( ≡
A􀆰 macrostemon Bunge var. uratense (Franch.) Airy
Shaw)、 花序上全为珠芽的狭义薤白 (A􀆰 macrost ̄
emon s􀆰 str.) 等种下类群ꎬ 目前其物种分类问题
已基本澄清 (Choi和 Ohꎬ 2011)ꎮ
在系统发育上ꎬ 已有的研究显示ꎬ 薤白为葱
属 Allium亚属的一员ꎬ 但其在 Allium 亚属中的
系统地位和分类等级尚存有争议ꎮ 许介眉先生
(1980) 曾以鳞茎单生的性状将薤白归入单生组
Haplostemon Boiss.ꎬ 但现代的分子系统学研究已
证实其属多系组 (Friesen 等ꎬ 2006)ꎬ 因此这一
分类处理应当摒弃ꎮ Hanelt 等 (1992) 以总苞、
花丝和子房等联合特征将薤白置于 Scorodon
Koch s􀆰 l. 组之下ꎬ 但该组种类因形态上的高度
异质性 (如种皮纹饰、 叶序特征、 子房解剖特征
等) (Haneltꎬ 1996)ꎬ 已被 Khassanov (1997ꎬ 2000)
细分成若干小的类群ꎬ 如组 Avulsea F􀆰 O. Khas ̄
sanov、 Caerulea (Omelcz.) F􀆰 O. Khassanov、 Ko ̄
petdagia F􀆰 O. Khassanov、 Minuta F􀆰 O. Khassanov
等ꎬ 这也得到了分子系统学研究的支持 (Fritsch
和 Friesenꎬ 2002)ꎮ Friesen 等 (2006) 进一步把
该组中鳞茎具根状茎及网状至纤维状被膜的种类
分出ꎬ 组成狭义的 Scorodon 组并转移至 Polypra ̄
son Radic′亚属之下ꎬ 同时认为薤白可能代表了一
个新的组一级的类群ꎮ
Nguyen等 (2008) 和 Hirschegger 等 (2010)
基于 ITS序列数据分别对葱属和 Allium亚属进行
了系统发育分析ꎬ 结果显示薤白均嵌套在 Codo ̄
noprasum Reichenb. 组内ꎬ 与 A􀆰 melanantherum
Pancˇ ic′等类群 (欧洲巴尔干半岛) 或 A􀆰 oleraceum
L. (高加索至欧洲地区) 构成姊妹关系ꎬ 其中后
者在生长习性和繁殖策略以及在染色体倍性等
方面与薤白颇为相似 (Kawano 和 Nagaiꎬ 1975ꎻ
Åström 和 Hæggströmꎬ 2004ꎻ Duchoslavꎬ 2011)ꎬ
但他们均未对薤白的系统地位给予评价ꎮ Li 等
(2010) 基于较为全面的类群取样ꎬ 以 ITS 序列
对世界葱属的系统发育重建显示ꎬ 薤白与 Codo ̄
noprasum组的种类并不相关ꎬ 而是与中亚的 Ko ̄
petdagia、 Caerulea、 Pallasia (Tzag.) F􀆰 O. Khas ̄
sanovꎬ R􀆰 M. Fritsch et N. Friesen等组的种类密切
相关 (其 rps16 序列数据显示薤白与 Caerulea 组
的棱叶韭 A􀆰 caeruleum Pallas近缘)ꎻ 但作者却将
薤白置于以大蒜 A􀆰 sativum L. 为模式的 Allium
组ꎬ 这一分类安排有待商榷ꎮ 尽管 Choi 等 (2012)
基于 ITS和 trnL ̄F序列及种皮形态的数据支持薤
白与棱叶韭近缘ꎬ 但由于仅对 Allium 亚属的这
两个种进行了取样ꎬ 并不能证实二者有直接的亲
缘关系ꎬ 所以他们仍置薤白于广义的 Scorodon组
之下ꎮ 由此可见ꎬ 已有研究对薤白的系统地位和
分类等级尚无统一定论ꎬ 需进一步研究和探讨ꎮ
近年来的分子系统学研究已为世界葱属的系
统发育关系提供了全新的证据和框架ꎮ 本研究以
Friesen等 (2006) 提供的系统框架为基础ꎬ 对薤
白及若干近缘类群的代表种进行 nrDNA ITS片段
835                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
和叶绿体基因 trnL ̄F 序列的系统发育分析ꎬ 并
结合形态学和细胞学证据ꎬ 对薤白的系统地位和
分类等级进行探讨ꎮ 同时ꎬ 本文还在系统发育框
架下对中药薤白的基源植物 (薤白、 藠头、 棱叶
韭和长梗韭) 及 Pallasia 组部分物种的系统位置
进行了探讨ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  材料
本研究对产自中国的 11 个薤白居群及若干近缘类
群的代表种进行了野外调查和取样 (表 1)ꎮ 以单花韭
A􀆰 monanthum Maxim. 和多星韭 A􀆰 wallichii Kunth 为外类
群ꎬ 结合已报道的葱属分子数据 (Friesen等ꎬ 2006ꎻ Hir ̄
schegger等ꎬ 2010ꎻ Li 等ꎬ 2010)ꎬ 本研究共涉及葱属 43
个种的 nrDNA ITS序列和 28个种的 trnL ̄F序列ꎬ 涵盖了
Friesen等 (2006) 葱属分类系统的 7亚属 17个组ꎮ 实验
材料信息见表 1ꎬ 凭证标本存放于四川大学标本馆 (SZ)ꎮ
1􀆰 2  方法
1􀆰 2􀆰 1  DNA提取及 PCR扩增、 纯化和测序  总 DNA的
提取采用改进的 CTAB 法 (Doyle 和 Doyleꎬ 1987)ꎮ ITS
和 trnL ̄F序列的扩增分别参照 Li 等 (2010) 和 Choi 等
(2012) 提供的程序进行ꎮ PCR产物在 1􀆰 5%的琼脂糖凝
胶上电泳 (0􀆰 5% × TBE) 分离后割胶回收ꎬ 使用 DNA纯
化试剂盒 (Promegaꎬ Madisonꎬ WIꎬ USA) 纯化ꎮ 纯化后样
品测序工作由上海英俊生物有限公司测序部完成ꎮ 所用
测序仪器为 ABI 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems
Inc.)ꎬ 测序所用引物与 PCR引物相同ꎬ 正反双向测序ꎮ
1􀆰 2􀆰 2  数据分析   测序所得序列利用 SeqMan (DNAs ̄
tar) (Burlandꎬ 2000) 程序进行编辑和组装ꎻ 从 GenBank
中下载的序列用该软件中的 Editseq程序进行编辑ꎮ 采用
Mega 5中的 CLUSTAL W (Tamura等ꎬ 2011) 对序列进行
对位排序ꎮ 利用最大简约法 (Maximum Parsimonyꎬ MP)
和贝叶斯推断 (Bayesian inferenceꎬ BI) 对两个数据矩阵
(ITS和 trnL ̄F 矩阵) 进行系统发育分析ꎮ 利用 PAUP∗
ver. 4􀆰 0b10 (Swoffordꎬ 2003) 进行 MP 分析ꎮ 对排好的序
列中所有的碱基同等加权 (equal weighted) 并作为无序
(unordered) 性状ꎬ 空位 (gap) 作为缺失 (missing) 处理ꎮ
采用启发式搜索 (heuristic search) 进行 1 000次随机添加
(random addition)ꎬ 以 TBR (tree ̄bisection ̄reconnection) 进
行枝长交换获取分支树ꎬ 每步保存 10棵树ꎮ 对系统发育
的拓扑结构的可靠性通过自展法 (bootstrapꎬ BS) 来检验ꎬ
表 1  实验材料采集信息及 GenBank序列号
Table 1  Collection information and GenBank accession numbers
分类 Classification
(Friesen等ꎬ 2006) 类群 Taxa 采集地 Coll. locality
凭证标本
Voucher No.
GenBank Accession No.
ITS trnL ̄F
Subg. Allium
Sect. ? A􀆰 macrostemon Bunge 1 四川汶川 Wenchuanꎬ Sichuan L09060601 GU566613a KF693251
A􀆰 macrostemon 2 陕西汉中 Hanzhongꎬ Shanxi L2008092502 JF975842a KF693252
A􀆰 macrostemon 3 四川江油 Jiangyouꎬ Sichuan H20110305 KF693239 KF693253
A􀆰 macrostemon 4 云南迪庆虎跳峡Hutiaoxiaꎬ Diqingꎬ Yunnan H11100509 KF693240 KF693254
A􀆰 macrostemon 5 云南迪庆三坝Sanbaꎬ Diqingꎬ Yunnan H11100606 KF693241 KF693255
A􀆰 macrostemon 6 云南昆明 Kunmingꎬ Yunnan L20081102 KF693242 KF693256
A􀆰 macrostemon 7 广西桂林 Guilinꎬ Guangxi H20110219 KF693243 KF693257
A􀆰 macrostemon 8 四川峨眉山 Emeishanꎬ Sichuan T2012060603 KF693244 KF693258
A􀆰 macrostemon 9 陕西宝鸡 Baojiꎬ Shanxi S11102502 KF693245 KF693259
A􀆰 macrostemon 10 陕西安康 Ankangꎬ Shanxi L2008092101 JF975843a KF693260
A􀆰 macrostemon 11 黑龙江牡丹江Mudanjiangꎬ Heilongjiang Z20110701 — KF693261
A􀆰 macrostemon 韩国 Korea — GQ412213a JF262658a
Sect. Allium A􀆰 ampeloprasum L. FJ664289a EU626248a
A􀆰 atroviolaceum Boiss. EU626324a EU626241a
A􀆰 dregeanum Kunth AJ411962a —
A􀆰 iranicum (Wendelbo)
Wendelbo AJ411961
a EU626242a
A􀆰 porrum L. AY427543a —
A􀆰 sativum L. AF037621a EU626261a
9355期                黄德青等: 基于 nrDNA ITS和 cpDNA trnL ̄F序列探讨薤白的系统地位                   
续表 1  Table 1 continued
分类 Classification
(Friesen等ꎬ 2006) 类群 Taxa 采集地 Coll. locality
凭证标本
Voucher No.
GenBank Accession No.
ITS trnL ̄F
A􀆰 scorodoprasum L. AJ412713a FJ628600a
A􀆰 sphaerocephalon L. AJ412717a —
Sect. Brevidentia A􀆰 brevidens Vved. AJ412721a —
Sect. ? A􀆰 haneltii F􀆰 O. Khass. &R􀆰 M. Fritsch AJ412725
a —
Sect. Caerulea A􀆰 caeruleum Pall. 1 新疆察布查尔 Qapqalꎬ Xinjiang H11070203 KF693246 KF693262
A􀆰 caeruleum Pall. 2 新疆昭苏 Zhaosuꎬ Xinjiang H11070303 KF693247 KF693263
A􀆰 caesium Schrenk AJ412731a —
A􀆰 elegans Drobow AJ412730a —
A􀆰 litvinovii Drobow ex Vved. AJ412727a —
Sect. Codonoprasum A􀆰 melanantherum Pancic AJ412739a —
A􀆰 oleraceum L. FJ664286a FJ628602a
A􀆰 paniculatum L. AJ411949a —
Sect. Kopetdagia A􀆰 eremoprasum Vved. AJ412726a —
A􀆰 kopetdagense Vved. AJ411950a —
Sect. Pallasia A􀆰 eusperma Airy Shaw 四川巴塘 Batangꎬ Sichuan B03 GQ181067a KF693264
A􀆰 glomeratum Prokh. 新疆乌鲁木齐 Urumchiꎬ Xinjiang H11062601 KF693248 KF693265
A􀆰 pallasii Murr. 1 新疆乌鲁木齐 Urumchiꎬ Xinjiang H110623 KF693249 KF693266
A􀆰 pallasii Murr. 2 新疆昭苏 Zhaosuꎬ Xinjiang H11070301 KF693250 KF693267
A􀆰 schoenoprasoides Regel 新疆察布查尔 Zhaosuꎬ Xinjiang H11070206 AJ412728a KF693268
A􀆰 tanguticum Regel 青海左道 Zuodaoꎬ Qinghai 20080701 GQ181089a GU570992a
Subg. Cepa
Sect. Cepa A􀆰 cepa L. AM418370a FJ628603a
A􀆰 fistulosum L. AJ411918a FJ628604a
Sect. Condensatum A􀆰 condensatum Turcz. 1 内蒙古大青山Daqingshanꎬ Inner Mongolia 97827 GQ181098
a JF262660a
A􀆰 condensatum Turcz. 2 黑龙江佳木斯 Jiamusiꎬ Heilongjiang 0922 HQ690573a —
Sect. Sacculiferum A􀆰 chinense G. Don 云南大理 Daliꎬ Yunnan H11101002 AJ411848a KF693269
A􀆰 thunbergii G. Don AJ411849a JF262663a
Subg. Polyprason
Sect. Falcatifolia A􀆰 carolinianum DC. 新疆乌鲁木齐 Urumchiꎬ Xinjiang 97656 GQ181097a KF693270
A􀆰 platyspathum Schrenk 新疆昭苏 Zhaosuꎬ Xinjiang H11070208 AJ411878a KF693271
Sect. Oreiprason A􀆰 saxatile M. Bieb. 新疆托里 Tuoliꎬ Xinjiang H11070702 GQ181108a KF693272
Sect. Scorodon s. s A􀆰 inaequale Janka AJ412735a —
A􀆰 moschathum L. AJ411872a —
A􀆰 pamiricum Wendelbo AJ412736a —
Subg. Reticulatobulbosa
Sect. Campanulata A􀆰 teretifolium Regel 新疆特克斯 Tekesꎬ Xinjiang H1107030601 AJ411886a KF693273
Sect. Reticulatobulbosa A􀆰 lineare L. 新疆乌鲁木齐 Urumchiꎬ Xinjiang 97606 GQ181103a KF693274
A􀆰 strictum Schrad. 新疆托里 Tuoliꎬ Xinjiang 97636 GU566621a JF262650a
Subg. Caloscordum
Sect. Caloscordum A􀆰 neriniflorum (Herb.) Baker AJ411913a JF262642a
A􀆰 tubiflorum Rendle 陕西华山 Huashanꎬ Shanxi C072804 GU566622a KF143837
外类群Outgroup taxon
Subg. Amerallium
Sect. Bromatorrhiza A􀆰 wallichii Kunth 四川康定 Kangdingꎬ Sichuan 2008081203 GQ181091a JX017731
Subg. Microscordum
Sect. Microscordum A􀆰 monanthum Maxim. AJ412745a JF262636a
  a Sequences obtained from GenBank
045                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
进行 1 000 000 次重复取样ꎮ 贝叶斯分析使用 MrBayes
ver. 3􀆰 1􀆰 2 (Ronquist 和 Huelsenbeckꎬ 2003)ꎮ 首先利用
MrModeltest ver. 2􀆰 2 (Nylanderꎬ 2004) 进行模型和参数估
计ꎬ 基于赤池信息量准则 ( Akaike infomation criterionꎬ
AIC) 选择最适碱基替代模型ꎮ ITS和 trnL ̄F矩阵的最适
模型分别为 GTR+I+G 和 HKY+Iꎮ 贝叶斯推断以随机树
(random tree) 开始分析ꎬ 4条马尔可夫链 (Markov Chain
Monte Carloꎬ MCMC) 同时运行ꎬ 温度参数值设为 0􀆰 2ꎬ
共运行 2 000 000代ꎬ 每 100代保留 1棵树ꎮ 前 25%代作
为动态老化样本 (burn ̄in samples) 被舍弃ꎬ 仅对剩余的
静态抽样计算一致性树 (consensus tree) 并计算相关参
数ꎬ 一致性树上的各分支可信度评价用后验概率 (poste ̄
rior probabilityꎬ PP) 表示ꎮ
2  结果
2􀆰 1  序列特征
本研究共获得 56 条 ITS 序列和 41 条 trnL ̄F
序列ꎮ 对于 ITS数据集ꎬ 序列长度介于 614 (A􀆰 br ̄
evidens) ~653 bp (A􀆰 monanthum)ꎬ 对位排列的长
度为 694 bpꎬ 其中 218个位点为不变位点ꎬ 402个
位点为简约信息位点ꎻ 在 trnL ̄F 数据集中ꎬ 序列
长度范围为 584 (A􀆰 neriniflorum) ~655 bp (A􀆰 sax ̄
atile)ꎬ 对位排列的长度为 703 bpꎬ 其中 585 个
位点为不变位点ꎬ 65个位点为简约信息位点ꎮ
2􀆰 2  系统发育分析
基于 ITS序列构建的贝叶斯树在拓扑结构上
较最大简约树 [tree length = 1654ꎬ Consistency in ̄
dex (CI)= 0􀆰 5018ꎬ Retention index (RI)= 0􀆰 7702]
更好地解决了分支间的关系ꎬ 因此显示的是贝叶
斯树 (图 1)ꎮ 两种分析方法均表明薤白为一单
系种 (PP = 100ꎬ BS= 100)ꎬ 与不为单系的 Caer ̄
ulea、 Kopetdagia、 Pallasia 组的部分种类以及
A􀆰 haneltii形成一个高支持率的 Clade C ( PP =
100ꎬ BS= 97)ꎬ 表明它们之间有密切的系统发
育关系ꎮ 另外ꎬ 亚属 Allium (Clade A ̄D)、 Cepa、
Reticulatobulbosa和 Polyprason均不为单系群 (mon ̄
ophyletic group)ꎮ
基于 trnL ̄F序列构建的贝叶斯树与最大简约
树 ( tree length = 149ꎬ CI = 0􀆰 8792ꎬ RI = 0􀆰 9268)
在拓扑结构上非常相似ꎬ 图 2 显示的是贝叶斯
树ꎮ 两种分析方法均支持薤白为一单系种 (PP =
100ꎬ BS= 91)ꎬ 与不为单系的 Pallasia 组的部分
种类、 Caerulea 组构成一个高支持率的 Clade C
(PP = 100ꎬ BS= 69)ꎬ 表明它们之间有密切的系
统发育关系ꎮ 亚属 Allium ( Clade A ̄D)、 Cepa、
Reticulatobulbosa和 Polyprason也均未构成单系群ꎮ
3  讨论
Allium亚属是葱属中最大的类群ꎬ 约 300 多
种 (Friesen等ꎬ 2006)ꎬ 其多样化中心发生在地
中海至中亚的广大干旱地区 (Hanelt 等ꎬ 1992)ꎮ
由于其种类繁多且类群间缺乏清晰的分类界限ꎬ
致使它的分类异常困难 (Haneltꎬ 1996)ꎮ 最近的
分子系统学研究 (Friesen等ꎬ 2006ꎻ Li等ꎬ 2010)
和本研究均表明ꎬ 根据鳞茎特征 (单生近球状ꎬ
被膜膜质或纸质) 界定的 Allium亚属以及依据总
苞、 花丝和子房等联合特征界定的大多数组均不
为单系类群ꎬ 与亚属 Cepa、 Reticulatobulbosa 和
Polyprason的种类相互嵌套ꎬ 这与基于形态学的
传统分类存在明显的冲突ꎬ 因此这四个亚属的
分类界限以及它们之间的演化关系是目前葱属中
亟待解决的系统学问题ꎬ 未来仍需开展大量的
工作ꎮ
本研究构建的 ITS和 trnL ̄F系统发育树均表
明薤白为一单系种ꎬ 与不为单系的组 Caerulea、
Kopetdagia、 Pallasia的部分种类以及 A􀆰 haneltii 有
密切的亲缘关系 (图 1ꎬ 2)ꎮ 这与 Li 等 (2010)
基于 ITS 的研究结果相一致ꎬ 但与 Fritsch 和
Friesen (2002)、 Nguyen 等 (2008) 和 Hirschegger
等 (2010) 的研究结果不同ꎬ 他们的 “薤白”
(ITS GenBank No. AJ412738ꎬ 采自蒙古东部的马
塔德) 嵌套在 Codonoprasum组中ꎬ 该组属于典型
的地中海类群 (Haneltꎬ 1996)ꎬ 其种类以总苞不
等二裂且常比花序长、 花丝简单、 子房蜜腺不明
显等为主要特征 (Brullo等ꎬ 2008)ꎬ 而薤白总苞
比花序短且具有帘的凹陷蜜腺 (许介眉ꎬ 1980)ꎬ
明显不属于 Codonoprasum 组ꎬ 这或许也是 Fries ̄
en等 (2006) 认为薤白可能代表一个新的组一级
的类群的原因ꎮ 针对上述分子数据间的冲突ꎬ 我
们通过序列比对和系统分析ꎬ 发现他们的 “薤
白” 与小山蒜 A􀆰 pallasii Murr. 的 ITS序列最为接
近ꎬ 但小山蒜在蒙古东部并无分布记录 (Fries ̄
enꎬ 1995)ꎬ 因此推断他们的结果应是技术方面
的原因所致ꎬ 而不是物种鉴定的问题ꎮ Li 等
(2010) 认为薤白应属于 Allium组ꎬ 而本研究基
1455期                黄德青等: 基于 nrDNA ITS和 cpDNA trnL ̄F序列探讨薤白的系统地位                   
图 1  基于 ITS序列的贝叶斯系统发育树ꎮ 右边亚属和组的划分是依据 Friesen等 (2006) 的研究结果ꎮ 沿着节点的数值分别代表
贝叶斯后验概率和简约自展值ꎮ 灰色区域和粗体的学名表示与中药薤白有关的类群ꎮ Clade A-D表示 Allium亚属的四个分支
Fig􀆰 1  Phylogenetic tree inferred from Bayesian analysis of the ITS sequences. The taxonomy of subgenera and sections following the classification
by Friesen et al. (2006) is indicated on the right. Bayesian posterior probabilities (PP) and parsimony bootstrap support (BS) values
are shown at nodesꎬ respectively. The region given in gray and scientific names given in bold denote related original plants of
Allii Macrostemonis Bulbus. Clade A-D represents four identified clades of subgenus Allium in this study
245                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 37卷
于 ITS和 trnL ̄F的系统树均表明薤白与 Allium组
的种类并不相关ꎬ 不支持 Li等 (2010) 将薤白归
入 Allium组的分类处理ꎮ 形态上ꎬ Allium 组的种
类总苞常不裂且易早落ꎬ 内轮花丝基部具长丝状
的细齿ꎬ 且常具异常长的随体染色体 (Hanelt等ꎬ
1992)ꎬ 而薤白的总苞二裂且宿存ꎬ 内轮花丝不
具长丝状细齿 (Xu 和 Kamelinꎬ 2000)ꎬ 其随体
染色体远短于短臂 (朱世梅和许介眉ꎬ 1999ꎻ 赵
露露等ꎬ 2012)ꎬ 因此ꎬ 将薤白置于 Allium 组是
不合适的ꎮ
图 2  基于 trnL ̄F序列的贝叶斯系统发育树ꎮ 图例说明如图 1
Fig􀆰 2  Phylogenetic tree derived from Bayesian analysis of the trnL ̄F sequences. The legend for figure 2 is the same as described in Figure 1
3455期                黄德青等: 基于 nrDNA ITS和 cpDNA trnL ̄F序列探讨薤白的系统地位                   
    相比而言ꎬ Choi等 (2012) 将薤白置于 Scor ̄
odon s􀆰 l. 组似乎是合理的ꎬ 因为薤白与该组种
类总苞先端渐尖或骤尖且常比花序短、 花丝简单
及子房具明显凹陷的蜜腺等特征 ( Brullo 等ꎬ
2001ꎻ Bogdanovic′等ꎬ 2011ꎻ Koçyigˇ it 和 Özhatayꎬ
2012) 颇为相似ꎬ 但该类群因形态的异质性已被
拆分为若干小类群ꎬ 因此本研究亦不赞同 Choi
等 (2012) 的这一折中处理ꎮ 但 Choi 等 (2012)
同时也指出ꎬ 薤白与 Caerulea组的棱叶韭在花序
上珠芽的发生、 雌蕊形态、 种子形状及种皮纹饰
等方面极为相似ꎬ Mes 等 (1999) 基于叶绿体的
限制性内切酶位点数据和 Li 等 ( 2010) 基于
rps16的序列数据也支持二者密切相关ꎮ 尽管本
研究的 ITS 和 trnL ̄F 系统树也表明薤白与 Caer ̄
ulea组的种类有较近的亲缘关系ꎬ 但一些形态上
差别较大的种也嵌套其中ꎬ 如类北葱ꎬ 因此本研
究认为薤白应该不属于 Caerulea 组ꎮ 就 ITS 序列
来看ꎬ 薤白与 Caerulea组的种类间成对的遗传距
离平均高达 10􀆰 63%ꎬ 而 Caerulea 组内种类间成
对的遗传距离平均仅 3􀆰 48%ꎬ 提示它们之间的
遗传关系较远ꎻ 在地理分布上ꎬ 薤白广布于东
亚ꎬ 而在系统发育上与它密切相关的种类均分布
在中亚ꎬ 暗示了它们的起源可能亦不同ꎮ 因此ꎬ
我们认为薤白可能代表一个新的组一级的类群
(这有别于 Friesen 等 (2006) 的观点)ꎬ 但仍有
待类群采样 (尤其是中亚的种类) 的增加而进行
深入研究ꎮ
本研究的系统树还显示ꎬ Pallasia 组不为单
系群ꎬ 其种类分属三个不同的分支 (Clade A-Cꎬ
图 1ꎬ 2)ꎮ Clade A 与亚属 Reticulatobulbosa (鳞
茎外皮为网状) 和 Polyprason (鳞茎外皮为片状
破裂) 的种类似乎有密切的关系ꎮ 取样的三个种
传统上也被放在广义的 Scorodon 组内ꎬ Friesen
等 (2006) 把它们转移至 Pallasia 组ꎬ 但唐古韭
等与小山蒜和类北葱的鳞茎被膜明显不同ꎬ 前者
的鳞茎被膜纸质ꎬ 老时顶端常不规则地破裂而呈
纤维状ꎬ 后者被膜膜质而不破裂 (Xu和 Kamelinꎬ
2000)ꎮ 依据我们的系统发育树ꎬ 唐古韭等可能
属于 Polyprason亚属ꎮ 小山蒜与类北葱形态上差
别也较大ꎬ 前者鳞茎被膜常具平行脉ꎬ 总苞二裂
且宿存ꎬ 子房表面具疣状突起且具凹陷蜜腺ꎬ 而
后者总苞早落ꎬ 子房不具凹陷蜜腺 (Xu 和 Ka ̄
melinꎬ 2000)ꎬ 结合本研究结果ꎬ 我们认为类北
葱不属于 Pallasia组ꎮ
关于中药薤白的植物基源历来争议较多ꎬ
2010版 «中华人民共和国药典» 认为其基源植物
为薤白 (Allium macrostemon Bunge) 或藠头 (A􀆰 chi ̄
nense G. Don)ꎬ 但本草考证认为ꎬ 历史上所用中
药薤白的原植物应为藠头 (正品)ꎬ 而不是薤白
(祝之友ꎬ 2000ꎻ 焦阳等ꎬ 2010)ꎮ 尽管在长期的
应用实践中ꎬ 薤白的干燥鳞茎一直被用作中药薤
白的生药来源ꎬ 但研究表明薤白与藠头在药材形
态、 化学成分和功效等方面均存在差异 (国家中
医药管理局ꎬ 1999)ꎬ 本文的分子数据也表明二
者亲缘关系较远ꎮ 依据中药趋向于采用单一或相
近来源可同等入药的原则ꎬ 本研究不支持将薤白
与藠头并作中药薤白的植物基源ꎬ 赞同将薤白另
立中药名称的观点ꎬ 以与中药薤白相区分ꎮ 另据
«中华本草» 记载ꎬ 中药薤白的生药来源还包括
长梗韭和棱叶韭ꎬ 依据本研究的系统树ꎬ 这两个
种与藠头亲缘关系甚远ꎬ 不宜作为中药薤白的生
药原料使用ꎮ
致谢  感谢许介眉教授在标本鉴定过程中给予的指导ꎻ
感谢新疆农业大学谭敦炎教授、 林辰壹博士和标本馆
的邱娟女士在野外采样、 标本查阅与鉴定方面提供的
帮助ꎮ
〔参  考  文  献〕
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