全 文 ：基于 ! #$ %&’(序列论三白草科的系统发育!
孟少武，李德铢!!，梁汉兴
（中国科学院昆明植物研究所植物分类学研究室，云南”昆明 )!*+*,）
摘要：三白草科（$-.%.%-/0-0）是古草本的一个核心类群，它的研究对被子植物起源和早期演
化具有重要意义。本文采用最大简约法（1-231.1 4-%531678 109:6;）和邻接法（703<:=6% > ?637@
37< 109:6;）等不同的分析方法，对三白草科及其外类群齐头绒（!##$%& ’$()*&$+)%& AB.10）
的 !#$ %&’(序列进行分析，得到一致的结论：,*$-)#.. 最早从三白草科中分离出来， /&0102
10. 34*$*..和 / 5 3$1*00. 是一对姐妹群，由于 !#$ %&’(序列的变异位点和信息位点相对比较
少，67-*)84$3& 34*$*.. — 6 5 *9)%031&8& — :)08807*& — /&01010. 之间难以通过 !#$ %&’(序
列的比较进行分辩。
关键词：!#$ %&’(序列；三白草科；系统学发育
中图分类号：C D,D，C E! 文献标识码：( 文章编号：*+!F > +E**（+**G）*F > *F*D > *,
!# $%&’(#)% ’* +,-.-.,/#,# 0,1#2 ’) !#+ .345 +#6-#)/#1
HI’J $:-6 > K.，LM &0 > N:.，LM(’J O-7 > P37<
（;$#&18-$*8 )+ <%&*8 =&>)*)-7，?0*-*( @*.8808$ )+ A)8&*7，B4*$.$ ,3&C$-7 )+ /3$*3$.，Q.7137< )!*+*,，R:37-）
5718.,/8：$-.%.%-/0-0 35 - /6%0 /61467079 6S 4-B06:0%=5，-7; 35 T0%8 3146%9-79 S6% 59.;837< 9:0 6%3<37 -7;
;0T0B641079 6S 0-%B8 -7<36540%15U A8 .537< ;3SS0%079 -7-B8535 109:6;，5./: -5 9:0 1-231.1 4-%531678
109:6; -7; 9:0 703<:=6% > ?63737< 109:6;，V0 -7-B8W0; 9:0 !#$ %&’( 50X.07/05 6S $-.%.%-/0-0 -7; 9:0
6.9<%6.4 !##$%& ’$()*&$+)%& AB.10U Y:0 /67/B.53675 -%0 9:0 5313B-%，9:-9 35，,*$-)#.. ;04-%95 S%61
$-.%.%-/0-0 -9 S3%59，/&01010. 34*$*.. 35 9:0 53590% 96 / 5 3$1*00. U O6V0T0%，39 35 ;3SS3/.B9 96 ;3SS0%9 9:0
67-*) 84$3& 34*$*.. — 6 5 *9)%031&8& — :)08807*& — /&01010. /B-;0 =8 .537< !#$ %&’( 50@
X.07/05U
9#% :’.21：!#$ %&’( 50X.07/05；$-.%.%-/0-0；Z:8B6<078
三白草科（$-.%.%-/0-0）是古草本类中的一个稳定成分，对研究被子植物起源和早期
演化具有重要意义。它是一个古老的残存小科，现仅存 ,属 )种，其中，有 F属 ,种分布
于东亚，+属 +种分布于北美，呈典型的东亚 >北美间断分布。吴征镒（GD!E）很早就注
意到三白草科在系统学研究和地理分布类型上的重要意义。
国外涉及三白草科的研究开展较早，但比较零散，很少见关于三白草科研究的系统报
道。Y./[0%（GDD)）对三白草科作过较为系统的工作，她通过外部形态和花器官发育的比
云 南 植 物 研 究 +**G，;<（F）：F*D \ FG+
5/8, 0’8,)=/, >-)),)=/,
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!! 通迅作者 (.9:0% S6% /6%%05467;07/0
作者简介：孟少武（GD)D >）男，湖北人，在读博士研究生，主要从事植物分子系统学与分子进化方面的研究。
基金项目：国家杰出青年基金 ’$]R FDE+!**G及中科院百人计划 R($［GDD#］**!, 等项目的资助
较，曾提出三白草科的系统发育。在我国，张遂申等主要通过营养器官的比较研究（张遂
申，!#$；雷立公，!!），也曾提出一个不同的三白草科的系统发育（雷立公，!!）；
梁汉兴等主要通过繁殖器官的比较研究（%&’() * +,-./0，!1；梁汉兴，!2，!$；孟
少武和梁汉兴，!$），又提出一个不同的三白草科的系统发育（梁汉兴，!$）。到目前
为止，虽然运用了比较形态学、解剖学、胚胎学、细胞学等学科的许多研究方法，对表现
型性状进行了较多的研究，但各国学者对三白草科各属间的系统关系仍然没有一个统一的
认识。
表现型的差异归根结底应追溯到基因型的差异，即 345序列上的差异（丁士友等，
!6）。分子系统学主要依据 345序列上的差异来比较植物的亲缘和演化关系，可以为植
物系统与进化研究提供最直接的证据，为建立分类群间的自然谱系提供有力的佐证。本文
尝试根据 $7#8 0345序列的比较来重建三白草科的系统发育。
! 材料和方法
!7! 材料
实验材料是三白草科所有现存的 6 种植物及其外类群齐头绒（!##$%& ’$()*&$+)%&
9:,;/），它们都栽种于中国科学院昆明植物研究所植物园。
!7< 实验方法
采用改良的 =+59法（3>?:/，!#@）提取总 345，实验材料是新鲜叶片。
由于 $7#8 0345在 A+8 !和 A+8 <之间，故扩增 A+8就可以得到 $7#8 0345。扩增整个
A+8区（含 A+8 !、$7#8和 A+8 <）的引物为 A+8 $和 A+8 2（BC&D/，!1）。扩增反应在 EF
公司的 611型 E=G仪上进行，E=G反应体系为 <1!%。扩增程序如下：@H预变性 2 ;&(，
然后按下列条件循环 I1次：2H变性 ! ;&(，$1H复性 21 J，@
测序反应在 EF公司的 611型 E=G仪上进行，反应体积为 $!%。测序反应程序如下：
6H，!1 ;&(；$1H，$ ;&(；61H，2 J；I1个循环。在 EF公司的 59A I!1自动测序仪上测
序。为保证所测序列的精确度，分别用引物 A+8 $和 A+8 2对每个片段进行正、反链测序。
使用软件 3458+5G的 8/NO’(程序将每对正、反链进行拼接，拼接时至少 #$P的重
合率。然后根据 ,)-./ &0$*&0./（5Q对三白草科的序列进行剪切，从而得到各个种的 $7#8 0345序列。然后在 O/)5:&)(程序中
进行对位排列，得到数据矩阵。最后在 O’-&(D>JC RI机上运用 E5SE 271T 2’中最大简约法
和邻接法进行分支分析。对于最大简约法，采用分枝 U边界法（T0’(-C ’(V T>,(V）进行搜
索，应用自展法（T>>DJD0’W）检验系统树，自展数据集为 $11次。对于邻接法，采用最小
进化法（;&(&;,; /X>:,D&>( ;/DC>V）以及 E式距离测量，也用自展法检验系统树，自展数
据集为 $11次。
< 结果与分析
<7! 最大简约法的结果与分析
三白草科中 $7#8 0345 的长度为 !6ITW 或者 !62TW。当空格（)’WJ）被处理为缺失
1!I 云 南 植 物 研 究
变异但无信息，仅有 /个位点是信息位点，信息位点的百分率是 &01/2。在三白草科内，
序列变异度（#3453$)3 6738%3$)3#）从 .到 901::2。在三白草科和外类群之间序列变异度
从 /0:-:2到 &&01.&2（表 &）。将矩阵用最简约法之分枝 ;边界法进行搜索，得到 &<个
同等最简约树，其步长是 -(，=> ? .09<1，@> ? .0’’:，@= ? .0’/9。图 &是其 <.2多数一致
树。根据图 &，三白草科是单系，!#$%&’(’ 最早从三白草科中分离出来，是 ) * +,(#’(’
— ) * (-%./+0121 — 3%/22/4(1 — 51/0/0/’ 支的姐妹群； 5 * +,(#’(’ 是 5 * +#0//’ 的姐妹
群，其一致值是 &..2，其自展数据值（A**+#+8,B 7,C53）是 ’’2；) * +,(#’(’，) * (-%./6
+0121，3%/22/4(1 和 51/0/0/’ 彼此难以分开，它们聚在一起的一致值是 1:2。
表 & 三白草科植物及其外类群齐头绒 <01D 8EFG序列的距离矩阵
H,AC3 & I,8J#3 6#+,$)3# A3+J33$ +,K,L H*+,C )M,8,)+38 6NN383$)3# ,83 ,# +M3
A3C*J 6,%*$,C L O3,$ )M,8,)+38 6NN383$)3# ,83 ,# +M3 ,A*73 6,%*$,C L
& - / ( < ’ :
& !#$%&’(’ ; .0.9-<9 .0.9-<9 .0.9-<9 .0.91:: .0.91:: .0&&1.&
- )4$%2,#+1 +,(#’(’ &< ; .0..... .0..... .0..’&: .0..’&: .0./:-:
/ ) * (-%./+0121 &< . ; .0..... .0..’&: .0..’&: .0./:-:
( 3%/22/4(1 &< . . ; .0..’&: .0..’&: .0.(/-&
< 51/0/0/’ +#0//’ &’ & & & ; .0..... .0.(/(1
’ 5 * +,(#’(’ &’ & & & . ; .0.(/(1
: 7(&&#.(1 &9 ’ ’ : : : ;
图 & 基于 <01D 8EFG序列的三白草科植物的系统发育树（最大简约法所得）。进化支上的数值是一致值，
进化支下的数值是自展数据值，括号中的数值是当空格被处理为第 <种状态时的自展数据值。
P%L & HM3 BMQC*%3$3+) +833 *N D,5858,)3,3 A,#36 *$ <01D 8EFG #3453$)3#（G$,CQ## AQ !,K!5! B,8#!*$Q !3+M*6）L
=*$#3$#5# 7,C53# ,83 $6),+36 ,A*73 A8,$)M3#L R**+#+8,B 7,C53# ,83 $6),+36 A3C*J A8,$)M3#L HM3 $5!A38# $ A8,)S3+#
,83 A**+#+8,B 7,C53# JM3$ %,B# ,83 +83,+36 ,# +M3 NN+M #+,+3L
当空格被处理为第 < 种状态（ +M3 NN+M #+,+3）时，结果大致相同。排列后有 &’( 个位
点，其中有 &(.个位点是稳定的，-&个位点变异但无信息，仅有 /个位点是信息位点，信
息位点的百分率也是 &01/2。将矩阵用最简约法之分枝 ;边界法进行搜索，得到 &个最简
约树，其步长也是 -(，=> ? &0....，@> ? &0....，@= ? &0....。其最简约树的结构与图 &完
全一样。但其 5 * +,(#’(’— 5 * +#0//’ 支的自展数据值是 ’-2，) * +,(#’(’ — ) * (-%./6
+0121 — 3%/22/4(1 — 51/0/0/’ 支的自展数据值是 ’’2。
&&//期 孟少武等：基于 <01D 8EFG序列论三白草科的系统发育
!! 邻接法的结果与分析
邻接法所得的结果与图 #大致类似，认为三白草科是单系，!#$%&’(’ 最早从三白草
科中分离出来，是 )%*++*,(- — .-*/*/*’ — 0 1 (2%3*4/-+- — 0 1 45(#’(’ 支的姐妹群；
)%*++*,(- 其次从三白草科中分离出来，是 .-*/*/*’ — 0 1 (2%3*4/-+- — 0 1 45(#’(’ 支的
姐妹群；. 1 45(#’(’ 是 . 1 4#/**’ 的姐妹群；0 1 45(#’(’、0 1 (2%3*4/-+- 和 .-*/*/*’ 彼此
不能分开。该距离树的得分是 $#%$$&。将其用自展法分析，. 1 45(#’(’ — . 1 4#/**’ 支
的自展数据值是 ’(6，而 !#$%&’(’ — 0 1 45(#’(’ — 0 1 (2%3*4/-+- — .-*/*/*’ —)%*++*,7
(- 支难以分开。
) 讨 论
)# *+, -./0的系统学价值
从表 #可以看出，在三白草科内，序列变异度从 $到 &+((1，在三白草科和外类群
之间序列变异度从 )(!(1到 ##+$#1；从图 #可以看出，无论空格被处理为缺失还是被
处理为第 * 状态，都可以将 !#$%&’(’ 和其它的属（)%*++*,(- —.-*/*/*’ — 0,$%+5#4-）
分开，并且，其一致率 +(1还较高，其自展数据值 ’’1属中度支持。这说明 *+, -./0
序列对重构古老、孑遗的类群的系统发育（例如，三白草科）具有一定意义，并且还具有
一定的可信度。
)! 三白草科的系统发育
从上可知，无论采用最大简约法还是采用邻接法进行分析，都得到一致的结论，即三
白草科是单系，!#$%&’(’ 最早从三白草科中分离出来，是 )%*++*,(- — .-*/*/*’ —0 1 (7
2%3*4/-+- — 0 1 45(#’(’ 支的姐妹群；. 1 45(#’(’ 是 . 1 4#/**’ 的姐妹群。
)) !#$$#%&’( 的系统位置
在邻接法分析中，)%*++*,(- 其次从三白草科中分离出来，而在最大简约法分析中，
)%*++*,(- 和 0 1 45(#’(’，0 1 (2%3*4/-+-，.-*/*/*’ 彼此不能分开，这两种分析方法在显示
)%*++*,(- 的系统位置时表现出不一致。)%*++*,(- 的系统位置有待于进一步的探讨。
〔参 考 文 献〕
丁士友等，#&&’ 2 ./0水平上的植物系统学研究进展〔3〕2 西北植物学报，!（%）：%%’—%*’
吴征镒，#&*( 2 云南热带亚热带地区植物区系研究的初步报告 4〔3〕2 植物分类学报，（!）：#+)—!*%
张遂申，#&+* 2 数值分类在中国三白草科属间关系上的应用〔3〕2 西北植物学报，#（!）：$#—$$
孟少武，梁汉兴，#&&( 2 三白草科的比较胚胎学研究〔3〕2 云南植物研究，!$（#）：’(—(%
梁汉兴，#&&% 2 三白草科花部发育及其系统学意义〔3〕2 植物分类学报，%&（*）：%!*—%)!
梁汉兴，#&&* 2 论三白草科的系统演化和地理分布〔3〕2 云南植物研究，!’（)）：!**—!’(
雷立公，#&&# 2 裸蒴属的核型及其演化关系〔3〕2 西北植物学报，!!（’）：%#—%’
.5678 3 3，.5678 3 9，#&+( 2 0 -:;<= ./0 <>57:?<5@ ;-5A8=B-8 C5- >D:77 EB:@? 5C C-8>F 78:C D:?8-<:7〔3〕2 85,+%45#$ 9*33，!$：##
9<:@G H I，JBAK8- , L，#&&$ 2 L5D;:-:?
JBAK8- , L .5BG7:> 0 N，#&&’ 2 O75-:7 >?-BA?B-8，=8M875;D8@?，:@= -87:?<5@>F<;> 5C P:785F8-Q>〔R〕：,:-BD:，L:Q5DQ:，9:A?5-<>，:@=
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!#) 云 南 植 物 研 究 !)卷