全 文 ：植物物种的快速鉴定与 iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用*
刘珉璐1,2, 郁文彬1, 王摇 红1**
(1 中国科学院昆明植物研究所生物多样性与生物地理学重点实验室, 云南 昆明摇 650201;
2 中国科学院大学, 北京摇 100049)
摘要: DNA条形码技术就是利用一段较短的标准 DNA序列对物种进行快速鉴定。 与基于植物外部形态特
征的传统分类鉴定方法相比, DNA条形码具有高效、 准确, 且易于实现自动化和标准化的特点。 马先蒿属
(Pedicularis L. ) 植物具对生 (轮生) 叶的种类 70%以上分布在中国, 近缘种间形态上非常相似, 鉴定较
为困难。 研究选取马先蒿属具对生 (轮生) 叶类群 43 种 164 份样品, 利用叶绿体基因 ( rbcL、 matK、
trnH鄄psbA) 和核基因 (ITS) 条形码片段, 采用建树法和距离法检验 4 个条形码对这些物种的鉴定效果。
结果表明, ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为 81. 40%和 89. 57% , 其鉴别率高于 3 个叶绿体基
因片段和任一基因片段的组合条码。 另外, 利用 ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。 DNA条形码在马
先蒿属研究中的实用性为新一代植物志 (iFlora) 实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持, 并能为分
类学、 生态学、 进化生物学、 居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。
关键词: DNA条形码; 快速鉴定; iFlora; 马先蒿属; 列当科
中图分类号: Q 781, Q 949摇 摇 摇 摇 摇 文献标识码: A摇 摇 摇 摇 摇 文章编号: 2095-0845(2013)06-707-08
Rapid Identification of Plant Species and iFlora: Application
of DNA Barcoding in a Large Temperate Genus
Pedicularis (Orobanchaceae)
LIU Min鄄Lu1,2, YU Wen鄄Bin1, WANG Hong1**
(1 Key Laboratory of Biodiversity and Biogeography, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences,
Kunming 650201, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: DNA barcoding involves species identification using a short and standardized DNA region. This method
has many advantages over traditional morphology鄄based identification, including greater effectivity, sensitivity, relia鄄
bility, and standardization. In this study, we used 43 whorled鄄 / opposite鄄leaved species from the genus Pedicularis
as a model system to test the utility of DNA barcoding for rapid identification of species in the taxa where traditional
identification methods are time鄄consuming and inaccurate. Four candidate DNA barcoding loci ( three chloroplast:
rbcL, matK, trnH鄄psbA, and one nuclear: ITS) were evaluated by tree鄄 and distance鄄based methods using a total of
164 accessions. Our results showed that species identification rates using the nuclear ITS locus (81. 40% and 89. 57%
for tree鄄 and distance鄄based methods, respectively) surpassed those of the three chloroplast barcodes and all combi鄄
nations of barcodes. In addition, the nuclear ITS locus was able to help identify some species that had previously
been difficult to differentiate using only morphological traits. The demonstrated ability of DNA barcoding to efficient鄄
ly discriminate among these Pedicularis species highlights the practicality and importance of its utility for the next鄄
植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 2013, 35 (6): 707 ~ 714
Plant Diversity and Resources摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 DOI: 10. 7677 / ynzwyj201313168
*
**
基金项目: 科技部科技基础性工作专项项目 (2013FY112600); 科技部国家高技术研究发展计划 (863计划) 主题项目 (2012AA021801);
中国科学院大科学装置项目 (2009鄄LSFGBOWS鄄01); 国家自然科学基金 (31200185, 30970201)
通讯作者: Author for correspondence; E鄄mail: wanghong@ mail. kib. ac. cn
收稿日期: 2013-08-30, 2013-09-29 接受发表
作者简介: 刘珉璐 (1987-) 女, 博士研究生, 主要从事马先蒿属系统分类学研究。 E鄄mail: liuminlu@ mail. kib. ac. cn
generation intelligent Flora (iFlora) in fulfilling the rapid and accurate identification of species. This new identifica鄄
tion method will provide key information for traditional taxonomy and for investigations of ecology, evolutionary biolo鄄
gy, population genetics, and conservation genetics, etc.
Key words: DNA barcoding; Rapid identification; iFlora; Pedicularis; Orobanchaceae
摇 对物种的准确鉴定是分类学的主要任务之
一。 随着对生物多样性认识的深入, 基于传统形
态学特征的物种鉴定在一定程度上已难以满足人
们认知物种的需求。 分子水平的鉴定相比传统的
鉴定方法更为高效、 准确, 且易于实现自动化和
标准化, 一定程度上突破了对专家和经验的过度
依赖, 在物种鉴定和分类方面发挥出不可忽视的
作用 (Hebert等, 2004; Li等, 2011b, c)。 融合
了分类学、 分子生物学、 生物信息学和计算机科
学的新一代植物志 ( iFlora) 开始成为物种快速
鉴定的新工具。 一方面, iFlora 提供了更多的分
类性状, 将使鉴定结果更加客观、 可靠, 另一方
面, 能够对鉴定物种在数据库中进行智能化的比
对和搜索, 完成物种鉴定和相关信息的提取
(李德铢等, 2012)。 这种快速和准确的鉴定途径
不仅可以服务于分类学、 生态学、 进化生物学、
居群遗传学和保护遗传学等分支学科, 还将应用
于科普教育、 检验检疫、 产业部门等相关领域
(高连明等, 2012; 曾春霞等, 2012)。
DNA条形码是基于标准基因片段而实现的物
种鉴定方法 (Hebert 等, 2003), 是 iFlora 的关键
组成部分, 也是联系物种与其他相关信息的纽带
(李德铢等, 2012)。 DNA 条形码与广义形态性状
结合, 共同应用于物种鉴定, 是对传统鉴定和分
类的有效补充 (DeSalle 等, 2005; Kristiansen 等,
2005; Will 等, 2005; Haase 等, 2007; Hajibabaei
等, 2007; Vogler和 Monaghan, 2007; 任保青和陈
之端, 2010; 王红等, 2012)。 在植物 DNA条形码
研究中, 学者们对来自叶绿体基因和核基因的大
量条码进行筛选 ( Kress 等, 2005; Chase 等,
2007; Lahaye等, 2008; Kress 和 Erickson, 2007)。
CBOL 植物工作组 (CBOL Plant Working Group,
2009) 建议将 rbcL+matK作为陆地植物通用条码。
2009年在墨西哥举行的第三届国际生命条形码大
会, 建议在核心条码 rbcL+matK 之外, 增加补充
条码, 例如 ITS 和 trnH鄄psbA。 随后, Chen 等
(2010) 和 Yao等 (2010) 推荐 ITS2为通用条码。
Li等 (2011a) 建议 ITS 作为种子植物核心条码。
尽管目前在 DNA 条形码通用性、 扩增等方面还
存在一些问题, 针对具体类群需要继续探索和选
择适合的条码, 但在诸多类群中已被证明它们可
以有效的应用于植物物种鉴定。
马先蒿属 (Pedicularis L. ) 是列当科 (Oro鄄
banchaceae) 最大的属, 广泛分布于北半球的高
纬度和高海拔地区, 有近 2 / 3 的种类集中于喜马
拉雅-横断山区, 该地区是其物种多样化和特有中
心之一 (Yang 等, 1998; 吴征镒等, 2003)。 马先
蒿属植物叶为互生、 对生或轮生。 Li (1951) 以
叶序为属下基本分类依据, 分为轮叶群 (Cyclo鄄
phyllum)、 异叶群 (Allophyllum) 和变叶群 (Po鄄
ecilophyllum), 认为具不同叶序的群是各自独立演
化的, 而且对生 (轮生) 叶类最为原始。 钟补求
(1955) 则认为互生叶类较早分化, 对生 (轮生)
叶类由互生叶类演化而来。 钟补求 (1963) 系统
将国产 329种马先蒿分为 13个群 (Group), 其中
7个群为对生 (轮生) 叶类, 而在以互生叶种类
为主的长茎群 (Dolichomiscus) 中混杂着假对生
和对生种类。 近年来, 分子系统学研究表明, 绝
大多数对生 (轮生) 叶类和互生叶类各自形成分
支, 轮生叶类形成多个单系, 如斗叶群 (Cya鄄
thophora) (Yang 等, 2003; Ree, 2005; Yang 和
Wang, 2007; Yu等, 2013)。 马先蒿属是典型的辐
射分化类群, 种类丰富, 分布范围广, 形态复杂。
该属花部器官高度分化, 被作为鉴定的主要性状
依据之一, 花期主要集中在 6 ~8 月, 在花期外采
集到的无花标本难以鉴定。 基于外部形态相似性
建立的马先蒿属分类系统存在很多问题, 较难客
观地反映出类群间自然的系统发育关系, 一些关
键鉴别性状界限模糊不清, 给鉴定带来困难。 因
此, 有必要利用 DNA条形码方法弥补依据形态鉴
定的缺陷。 Yu 等 ( 2011 ) 利用 rbcL、 matK、
trnH鄄psbA和 ITS这 4个条形码片段在马先蒿属中
的研究发现, 对该属鉴定效果最理想的单一片段
为 ITS, 鉴定成功率为 78. 4%; 而 rbcL+ITS 为最
807摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 35 卷
佳片段组合, 鉴定成功率为 79. 5%, 表明 DNA条
形码用于马先蒿属物种鉴定是可行的。
中国马先蒿属植物约 354 种 (Yu 等, 2010),
其中对生 (轮生) 叶类有 144种, 占世界马先蒿属
对生 (轮生) 叶种类的 70%以上。 该类群在横断
山区分布较多, 近缘种形态非常相似, 关键鉴定特
征, 如萼齿数目、 花冠管膝屈程度、 盔部是否具
齿、 花丝是否具毛等, 依据标本馆存放的标本难
以观察和确定, 鉴定尤为困难。 本文将以马先蒿
属对生 (轮生) 叶类为对象, 选取了有多个居
群样品且形态鉴定困难的 43 个种, 评价 DNA条
形码用于物种鉴定的可行性和实用性, 为 iFlora
的技术开发和数据整合提供依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究材料
本研究在前期工作基础上 (Yu 等, 2011), 补充了
7个种 18 个个体样品, 研究对象包括马先蒿属对生和轮
生叶 43 种 164 个个体, 每个种包括了 2 ~ 8 个个体 (附
录 1, http: / / journal. kib. ac. cn / UserFiles / File / LMLappen鄄
dix. pdf)。 实验材料均为野外采集后, 经硅胶快速干燥
的叶片, 供 DNA提取。 凭证标本存放于中国科学院昆明
植物研究所标本馆 (KUN), DNA 材料保存于中国西南
野生生物种质资源库。
1. 2摇 研究方法
本研究中总 DNA 提取采用改良 CTAB 法 (Doyle 和
Doyle, 1987), 选取的 DNA片段所使用 PCR扩增和测序
引物见表 1。 对于 matK 片段, PCR 扩增首先选用引物
3F_KIM和 1R_KIM, 对于扩增失败的样品, 选用候选引
物 matK 5r和 1R_KIM。 所有 4 个片段 PCR 扩增反应程
序一致: 94 益预变性 3 min, 94 益变性 45 s, 53 ~ 55 益
退火 1 min, 72 益延伸 1 min, 35 个循环后, 72 益延伸 5
min。 PCR扩增反应体系为 21 滋L: 含 1 滋L (30 ~ 80 ng·
滋L-1) DNA模板, 10 滋L 2伊Taq PCR MasterMix (北京天
根生化科技有限公司; 包含 0. 1 U Taq polymerase / 滋L,
0. 5 mmol·L-1 dNTP, 20 mmol·L-1 Tris鄄HCl (pH 8. 3),
100 mmol·L-1 KCl和 3 mmol·L-1 MgCl2 ), 9 滋L 双蒸水
(ddH2O) 和正反向引物各 0. 5 滋L (1 滋mol·L-1)。 扩增
得到的 PCR产物经琼脂糖凝胶电泳检测合格后, 用 Ex鄄
oSAP鄄IT (Affymetrix, Santa Clara, CA, USA) 纯化并测
序。 为保证序列的准确性, 所有片段均采用双向测序。
1. 3摇 数据分析
前期研究中已对 4 个单独片段条码和 6 个片段组合
条码进行了分析, 筛选出了最佳的单独片段 ITS 和片段
组合 ITS+rbcL 作为马先蒿属植物的鉴定条码 (Yu 等,
2011)。 因此, 本研究中只对 4 个单独片段和片段组合
rbcL+ITS, rbcL+matK+ITS 以及 rbcL+matK+ trnH鄄psbA+
ITS进行分析。 新增加的序列用 SeqMan (DNAstar) 进
行序列的拼接。 新拼接的序列和之前的序列构建矩阵,
利用 MEGA version 5. 2 (Tamura 等, 2007) 进行序列的
初步比对, 然后在 BioEdit version 7. 0 (Hall, 1999) 进
行人工调整和校正。 将 4 个片段的 DNA数据进行单独及
联合构建矩阵, 用 MEGA 软件构建单独片段以及片段
组合的邻接 (Neighbor鄄joining, NJ) 距离树, 靴带值以
1 000 次重复运算。 正确鉴定成功率的计算参考 Holling鄄
sworth等 (2009) 的 “同种个体分组聚类冶 标准, 即树
上同种的个体聚成一支认为该种鉴定正确。 对在 NJ 树
中鉴定成功率最高的 ITS片段采用 RAxML鄄HPC BlackBox
7. 4. 4 ( Stamatakis 等, 2008) 构建最大似然树 (Maxi鄄
mum Likelihood, ML)。 另外, 利用 TaxonDNA ( Meier
等, 2006) 软件中的 “最佳匹配 (Best match)冶、 “最近
匹配 (Best close match)冶 和 “所有物种条码 (All spe鄄
cies barcodes)冶 模式对条码的鉴别力进行评估。
2摇 结果
采用建树法和距离法对马先蒿属的物种鉴定
成功率进行了分析。 在基于单个片段的 NJ 树
中, ITS 表现最好, 可以区分 43 种中的 35 种
(81. 40% ) (图 1), matK可以区分 43 种中的 24
种 (55. 81% ), trnH鄄psbA 可区分 43 种中的 22
种 (51. 16% ), rbcL 鉴定能力较弱, 只能区分
43 种中的 16 种 (37. 21% )。 在 4 个单独条码
分别构建的 NJ 树中均能鉴定成功的有 10 种
(23. 26% ), 而采用 4 个条码均没能鉴定出的种
有 8 种 (18. 60% ), 即 P. cymbalaria, P. rex, P.
thamnophlia, P. confertiflora, P. maxionii, P. anas,
P. rupicola和 P. kansuensis。 片段组合中 rbcL+ITS
鉴定成功率为 79. 07% , rbcL+ITS+matK 鉴定成
功率为 74. 42% , rbcL+ITS+matK+ trnH鄄psbA 鉴
定成功率为 76. 74% (表 1)。
距离法中, 单独片段鉴定成功率在 “最佳匹
配冶 模式中表现为 ITS最高, 为 89. 57%, rbcL最
低, 为46. 34%。 片段组合鉴定成功率 rbcL +matK
+trnH鄄psbA+ITS最高, 为 90. 85%, rbcL+ITS最低,
为 74. 39%。 “最近匹配冶 模式中表现为 ITS 最高,
为 88. 95%, rbcL 最低, 为 46. 34%。 片段组合中
rbcL+matK+trnH鄄psbA+ITS最高, 为 90. 24%, rbcL+
ITS最低, 为 74. 39%。 在 “所有物种条码冶 模式
9076 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘珉璐等: 植物物种的快速鉴定与 iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
中, 单独片段鉴定成功率 ITS 最高, 为 66. 25%,
trnH鄄psbA最小, 为 51. 87%。 片段组合中 rbcL+
matK+trnH鄄psbA+ITS最高, 为 67. 07%, rbcL+ITS
最低, 为 37. 19% (表 1)。
表 1摇 四个片段的引物信息表
Table 1摇 Primer pairs used for the four DNA regions
Region Primer name Primer sequence (5忆 to 3忆)
rbcL 1F724R
ATGTCACCACAAACAGAAAC
TCGCATGTACCTGCAGTAGC
matK
3F_KIM
1R_KIM
matK 5r
CGTACAGTACTTTTGTGTTTACGAG
AATATCCAAATACCAAATCC
GTTCTAGCACAAGAAAGTCG
trnH鄄psbA trnH2psbAF
CGCGCATGGTGGATTCACAATCC
GTTATGCATGAACGTAATGCTC
ITS ITS4ITS5
GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG
TCCTCCGCTTATTGATATGC
对 ITS 片段所做的 ML 树显示的鉴定结果与
NJ树基本一致, 均可鉴定出 35 种 (见黑色标识
分支), 其中 26 种的支持率在 NJ 树和 ML 树中
均为 100% , 34 种的支持率高于 70% (图 1)。
鸭首马先蒿 (P. anas), 舟形马先蒿 (P. cymbal鄄
aria), 甘肃马先蒿 (P. kansuensis), 大王马先
蒿 (P. rex) 和灌丛马先蒿 (P. thamnophila) 各
自有部分样品聚在一起 (见灰色标识分支)。
3摇 讨论
3. 1摇 物种鉴定成功率的评价
在 4 个条形码片段中, ITS 的鉴定成功率最
高 (81. 40% ), 成功鉴定的 35 个种中, 近缘种
之间仅利用形态性状鉴定比较困难, 特别是琴盔
系 (Ser. Lyratae)、 轮叶系 (Ser. Verticillatae) 中
的种类, 形态上很相似。 而 DNA 条形码与形态
性状结合, 对区分近缘种效果明显。 Yu等 (2011)
的研究中 ITS的鉴定成功率为 78. 4% , 可能是样
品中互生叶类群有些种界定不清, 导致鉴定成功
率略低。 rbcL 的鉴定成功率最低 (37. 21% ),
在种级水平上, 特别是对于近期分化的类群, 鉴
别能力有限 (任保青和陈之端, 2010; Yu 等,
2011)。 Yu等 (2011) 的结果也显示 rbcL 鉴定
成功率较低 (38. 6% ), 但由于 rbcL 的引物通用
性和测序质量较好, 所以推荐与 ITS 作为组合
条码。 本研究中 ITS+rbcL 组合也能达到较高的
鉴定成功率 ( 79. 07% )。 距离法中, rbcL 在
“最佳匹配冶 和 “最近匹配冶 模式中鉴定成功
率较低, 而在 “所有物种条码冶 模式中较高
(65. 24% ), 可能是 rbcL序列在不同物种中拥有
相同序列的比例很高导致的假阳性鉴定结果
(Ross等, 2008)。 另外, 不同片段对物种的鉴
定结果也有冲突。 例如, 在 ITS 中得到 100%支
持的 P. comptoniifolia在 3 个叶绿体片段中都没有
与 P. rigida分开; 同样, 在 ITS中得到 99%支持
的 P. rhynchotricha在 3 个叶绿体片段中也都没有
与 P. oliveriana 分开。 这种差异可能是由于叶绿
体基因进化速率与 ITS相比较慢, 也可能是杂交
或基因渐渗所引起 (Li等, 2011a)。 在本研究中
基于形态性状鉴定的 43 种, 有 8 种在 NJ 树和
ML树中没有构成单系, 需要更多样品的形态分
析以及居群遗传学的研究以确定这些种划分的合
理性。 在构成单系的 35 种中, 有 34 种得到较高
的支持率 ( >70% ), 分子证据与形态鉴定结果
达到较高的一致性。 本研究进一步支持了 ITS 作
为马先蒿属物种鉴定的主要条形码, 能够满足快
速和准确鉴定的要求。
3. 2摇 对疑难种鉴定的作用
在传统的植物志中, 物种的描述和检索表中
的关键性状通常是遵照原始文献资料, 或者依据
标本的特征记录。 形态性状本身存在个体变异,
一些形态性状在物种间存在重叠, 或渐变的状
态。 在实际应用中, 物种的鉴定主要参考植物志
和 (或) 标本比较, 这就要求鉴定人对研究类
群相当熟悉, 并且具有丰富的经验。 与形态性状
相比, 分子性状较为稳定, 而且分子实验和数据
分析过程也更加规范, 因此, DNA 条形码可有
效地辅助传统植物志对物种进行准确鉴定 (李
洪涛等, 2012)。
在本研究中, 将 DNA 条形码与形态性状和
分布信息结合, 可成功解决一些疑难种的归属问
题。 例如, 采自四川雅江的样品 HW10329 (图
2: D), 其花冠形态与浅黄马先蒿 (P. lutescens)
(图 2: A, B) 相似, 如弓曲的盔部, 盔端下缘
多齿和花冠具紫色斑点等; 同时, 其圆钝盔端近
似于琴盔马先蒿 (P. lyrata) (图 2: C)。 在地理
分布上, 浅黄马先蒿分布和琴盔马先蒿不重叠,
样品 HW10329 产地是在琴盔马先蒿的分布范围
内。 本研究表明, 该样品与琴盔马先蒿聚在一起,
017摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 35 卷
图 1摇 基于 ITS片段所构建的邻接树, 分枝上的数值为邻接法 /最大似然法得出的靴带值。 黑色标识分支:
全部样品构成单系的种; 灰色标识分支: 部分样品聚为一支的种
Fig. 1摇 A neighbor鄄joining (NJ) tree inferring from the nuclear ITS sequences. Bootstrap values indicated above the branches were calculated
using NJ / Maximum likelihood methods. Black clades: species is monophyletic; grey clades: species with part of its samples grouping together
1176 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘珉璐等: 植物物种的快速鉴定与 iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
఍ₑᖈ Ꮑ䄒䞡Ⴧͧ⥡Ⰱ侙ٵ㧬ᤙ ओ̭͗Ҹၽ᭜䛴
㜗ఈጊ⤳අ⮱ᵤ৮ ᒶ᧛ᧉԱϕԦԗࣷ ཽఫ Ԧ᧙ ̶ɥᖈ ڣ㟞
ۍᒏᔮ䓾ѩλ㝌ᒏ侙ٵ㧬 ཽۗॹ ዞᡥቂᤇᐹᤀᐹʗᔠᐹɥ ཽఫ
Ԧ᧙ ጪɥܜ ᬒ⚔侙ٵ㧬 ཽۗॹ ʗᔠऊ၊ᐹᅳᓣႥ໧ᔠ໧ɥ ཽఫ Ԧ᧙ Þɥ
হ㏿℈侙ٵ㧬 ཽۗॹ ᡙᅳቂᓣႥᡙᅳ໧ᐹɥ ཽఫ Ԧ᧙ ᤼ɥ ཽ఍ग
ᰶ ϕ Ъᵤ৮ᖈ ᩲ᱗࠲क़ౕ᱙ⵁ⾣͚ɥᤙ ᵤ৮
ᒶ᧛ᧉԱϕԦԗࣷ ͗Ҁ⩌䪬⊤᠁ౕ ࿋ Ԧԗԗ ቑጓठᖈ ѻⴛহ
䓾ᬍ℈⮱Ḻᵗᣒ䓾λ㝌ᒏ侙ٵ㧬ᖈ ѳ᭜ᖈ 䪬Ṛళ
ᒏ⮱ण❴ᣒ䓾λᬒ⚔侙ٵ㧬হ㏿℈侙ٵ㧬ᤙ ϲϻ
ᒏᔮ➦ᒮ䯫ВݑჇᵤ৮ ᒶ᧛ᧉԱϕԦԗࣷ Ꮑͧਗ͗⻺ᖈ
㔹 ᧉપዪ᲎ᒏ⴮ⵁ⾣㶕ᬻᖈ 䄒ᵤ৮Ꮑ䄒ᑿᆋλᬒ
⚔侙ٵ㧬ᤙ
ᇺ঄ ᇺই ᔠÞᤀᅳʗᐹ⮱ᘼͶ̻ᆂ᱈
Ḻ➖ܳㆨ႓᭜Ḻ➖႓ऱܳᩜ႓⻾ⵁ⾣⮱ധ
⵭ᤙ ̻э㐌ܳㆨ䞡Ⴧ᫦∂Ⱕ℁ᖈ ᔱÞᤓᆁʘᑉ᪡वγᧉપዪ
᲎ᒏ⴮ぶឭᱜᖈ ڣх߬ͨ㺮ᰶ᧙ ϕɥ ᔘ䕌হ۳⶛
㶕 ԣই ധλᐧᴾ∂হ䌊⻨∂⮱䞡Ⴧ᜽ߌ⢴
௿ᑉᤚᤓᓴ Ԧ঒ ᧛ʑᓴႳᡫᔱசᔱይᑉᡫᔱᆁႳ ໵ࣲይይᓴ໵໵ᓴ໵ ཽᠢ ɥ ᤚᑉ໵ᓴʑ ᆁႳ ᡫʘᓴᓴ᤿ᤚᑉ໵ᓴʑ ᑉႳʑ ʑᔱ໵ᡫᑉႳይᓴ ቑᓴᡫၘᆁʑ໵
Ն䔶Ꮌ݄
ᒶᆁይᔱ
ᐧᴾ∂
௿ʘᓴᓴ᤿
ᤚᑉ໵ᓴʑ
͡⩹թ
௿ၘʘᓴ໵ၘᆁᤓʑ
ᣤ ᠢ
ଲᓴ໵ᡫ ቑᑉᡫይၘ
ଢ଼᧛ ዪ᧛ ᥌᧛
ଲᓴ໵ᡫ ይᤓᆁ໵ᓴ ቑᑉᡫይၘ
ଢ଼᧛ ዪ᧛ ᥌᧛ પ᥌
ዪᤓᤓ ໵ᡥᓴይᔱᓴ໵ ᤚᑉʘይᆁʑᓴ໵
ଢ଼᧛ ዪ᧛ ᥌᧛ પ᥌
᧛௿ଢ଼ आϕ঄ ࿋ԗ Ԧ঄ आ጖ आࣷ঄ ጖Ꭲ ϕ঄ आ࿋ आ঄ ጖आ आआ঄ ࣷ጖ ϕ঄ आ࿋ आ঄ ጖आ ԗ঄ ᣷ϕ ᣷᣷঄ Ԧ጖ ሉϕ঄ ࣷԗ ϕ঄ ԦԦ ԗ঄ ᣷ϕ
ቂᐹᡙᣱ ጖጖঄ आϕ ϕ঄ ࿋Ꭲ Ꭲԗ঄ ሉᎢ Ԧ࿋঄ ԗᎢ ጖঄ ጖጖ Ꭲԗ঄ ሉᎢ Ԧሉ঄ ࿋጖ ጖঄ ጖጖ ԗ঄ ᣷ϕ ጖጖঄ ጖጖ ࿋ϕ঄ ሉ጖ Ԧ঄ ࿋᣷ ԗ঄ ᣷ϕ
ʗᤇዞᒶ ሉᎢ঄ Ԧϕ ԗ঄ आԗ ࿋᣷঄ ሉ࿋ ጖ϕ঄ Ԧϕ Ԧ঄ ࿋ሉ ࿋᣷঄ ሉ࿋ ጖ԗ঄ ᣷ԗ Ԧ঄ ࿋ሉ ԗ঄ ᣷ԗ ᣷጖঄ Ԧ࿋ ሉԗ঄ ࿋आ ሉ঄ ᣷጖ ԗ঄ ᣷ԗ
ᡙʗႥ̶᤿ᡓ໧ᤇዪ ࿋आ঄ आ࿋ ሉ঄ Ꭲ጖ Ꭲ጖঄ ᣷Ԧ ϕ጖঄ ԗԗ ࣷ঄ ሉᎢ Ꭲ጖঄ ᣷Ԧ ϕ጖঄ ԗԗ आ঄ Ꭲ጖ ԗ঄ ᣷Ԧ ጖ϕ঄ आᎢ ࿋጖঄ ԗԗ Ԧ঄ ጖ԗ ԗ঄ ᣷Ԧ
ʗᤇዞᒶխ᧛௿ଢ଼ Ꭲࣷ঄ ԗᎢ ϕ঄ ሉࣷ Ꭲ࿋঄ ሉࣷ ࿋঄ आᎢ Ԧԗ঄ Ꭲሉ Ꭲ࿋঄ ሉࣷ ࿋঄ आᎢ Ԧԗ঄ Ꭲሉ ԗ ঒ ሉᎢ঄ ϕࣷ ᣷ϕ঄ ጖आ ϕ঄ Ԧϕ ԗ ঒
ʗᤇዞᒶխቂᐹᡙᣱխ᧛௿ଢ଼ Ꭲ࿋঄ ࿋Ԧ ϕ঄ Ԧ᣷ आआ঄ ࿋ϕ ԗ঄ ᣷ԗ ϕԗ঄ ࣷᎢ आआ঄ ࿋ϕ ԗ঄ ᣷ԗ ϕԗ঄ ሉ᣷ ԗ঄ ᣷ԗ ጖Ꭲ঄ ࣷԦ ሉࣷ঄ ᣷ሉ ϕ঄ आԦ ԗ঄ ᣷ԗ
ʗᤇዞᒶխቂᐹᡙᣱխ
ᡙʗႥ̶᤿ᡓ໧ᤇዪխ᧛௿ଢ଼ Ꭲ᣷঄ Ꭲ࿋ ϕ঄ ࣷԗ ࣷԗ঄ आ጖ ԗ ঒ ࣷ঄ ϕ࿋ ࣷԗ঄ Ԧ࿋ ԗ ঒ Ꭲ঄ ࣷԦ ϕ঄ आԦ ᣷Ꭲ঄ ԗᎢ Ԧࣷ঄ Ԧ᣷ ϕ঄ आԦ ϕ঄ आԦ
∕᧙ ᜽ߌ䞡Ⴧ ཽଢ଼᧛ɥଟ ὎ㇷ䞡Ⴧ ཽዪ᧛ɥଟ 䞡Ⴧ๞䉒 ཽ᥌᧛ɥଟ ⇎ᰶࡦ䙺 ཽપ᥌ɥ
પᆁᡫᓴ᧙ ଢ଼᧛᧙ ໵ࣲይይᓴ໵໵சࣲᤓ ᔱʑᓴႳᡫᔱசᔱይᑉᡫᔱᆁႳଟ ዪ᧛᧙ ᑉቑᤚᔱ੡ࣲᆁࣲ໵ ᔱʑᓴႳᡫᔱசᔱይᑉᡫᔱᆁႳଟ ᥌᧛᧙ ቑᔱ໵ᔱʑᓴႳᡫᔱசᔱይᑉᡫᔱᆁႳଟ પ᥌᧙ Ⴓᆁ ቑᑉᡫይၘ
ఫ Ԧ঒ ᧉપዪ᲎ᒏ⴮᜽ߌ⩕λ侙ٵ㧬ᆋ⪾䯫⻺䞡ჇͫҸ
ዪ঄ ≲叱侙ٵ㧬ଟ ଲ঄ ≲叱侙ٵ㧬ଟ ऀ঄ ⥡Ⰱ侙ٵ㧬ଟ ᧉ঄ ̶۲ϕԗሉԦࣷଟ ጪ঄ 㝌ᒏ侙ٵ㧬ଟ Þ঄ ᬒ⚔侙ٵ㧬ଟ ᤼঄ ㏿℈侙ٵ㧬ଟ ̶঄ ᒶ᧛ᧉԱϕԦԗࣷ
Þᔱ੡঄ Ԧ঒ ௿ऊᆁ ይᑉ໵ᓴ໵ ᆁச ۗᓣʐᔠዞࣩᤀᐹʗᔠ໧ ໵ᡥᓴይᔱᓴ໵ ይᆁቑᡥᤓᓴନ ᑉʘᓴ ໵ࣲይይᓴ໵໵சࣲᤓᤓᡷ ᔱʑᓴႳᡫᔱசᔱᓴʑ ࣲ໵ᔱႳ੡ ᡫၘᓴ Ⴓࣲይᤓᓴᑉʘ ᧛௿ଢ଼ ໵ᓴशࣲᓴႳይᓴ໵
ዪ঄ ۗॹ ᤀࣩᡙᓣ໧ዞᓣႥ໧ ÞʘᑉႳይၘ঄ ᓴନ ᥌ᑉନᔱቑ঄ ଟ ଲ঄ ۗॹ ᤀࣩᡙᓣ໧ዞᓣႥ໧ ÞʘᑉႳይၘ঄ ᓴନ ᥌ᑉନᔱቑ঄ ଟ ऀ঄ ۗॹ ᤀᡥʗᐹᡙᐹ ۠ʘᑉᔱႳ ᓴନ ᥌ᑉନᔱቑ঄ ଟ ᧉ঄ ̶۲ϕԗሉԦࣷଟ
ጪ঄ ۗॹ ዞᡥቂᤇᐹᤀᐹʗᔠᐹ ଲᆁႳᑉᡫᔱଟ Þ঄ ۗॹ ʗᔠऊ၊ᐹᅳᓣႥ໧ᔠ໧ ̶঄ ۠঄ ɕᑉႳ੡ଟ ᤼঄ ۗॹ ᡙᅳቂᓣႥᡙᅳ໧ᐹ ̶঄ ᒶ঄ ᒶᔱଟ ̶঄ ᒶ᧛ᧉԱϕԦԗࣷ
ԦϕᎢ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ Ḻ ➖ ܳ ㆨ ̻ 䉱 ⎽ ႓ ្঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ ঒ す ሉ጖ ࢤ
的物种鉴定, 不仅分类学家可以使用, 也适合于
非专业人员利用; 2) 可用于辅助传统方法难以
鉴定的疑难种; 3) 发现新种和隐形种, 揭示物
种多样性, 进行分类修订。 当然, DNA 条形码
也存在一些不足, 如: 分子鉴定与形态鉴定结果
存在一定的冲突; 进化速率的差异导致不同来源
的条形码鉴定结果不完全一致。 DNA 条形码研
究仍是以形态鉴定为基础, 同时又可以对形态鉴
定进行检验 (任保青和陈之端, 2010)。 分子性
状与形态性状相辅相成, 是 iFlora 中最重要的两
种鉴定途径 (方伟和刘恩德, 2012)。 DNA 条形
码作为 iFlora的核心组件, 配合其他关键形态学
特征、 植物图像、 分布信息和分子系统发育等数
据, 实现综合的智能化物种鉴定 (陆露等, 2012)。
随着物种 DNA条形码数据库及相关数据的不断
积累和完善, iFlora 在未来对植物物种的鉴定中
将发挥出重要作用, 为分类学和其他学科的研究
奠定基础, 并充分的为社会和公众所用。
致谢 摇 本研究群体高连明、 蔡杰、 张书东、 张挺、 陆
露、 刘杰和何华杰提供部分实验材料; 吴丁、 蒋伟和骆
洋在野外工作中提供帮助; 杨俊波、 黄盼辉、 张娟红、
曾春霞和杨静为实验工作提供支持。
也参摇 考摇 文摇 献页
吴征镒, 路安民, 汤彦承等, 2003. 中国被子植物科属综论
[M]. 北京: 科学出版社
CBOL Plant Working Group, 2009. A DNA barcode for land plants
[ J] . Proceedings of the National Academy of Sciences of the Unit鄄
ed States of America, 106: 12794—12797
Chase MW, Cowan RS, Hollingsworth PM et al., 2007. A proposal
for a standardised protocol to barcode all land plants [ J] . Tax鄄
on, 56: 295—299
Chen SL, Yao H, Han JP et al., 2010. Validation of the ITS2 region
as a novel DNA barcode for identifying medicinal plant species
[J] . PloS ONE, 5: e8613
DeSalle R, Egan MG, Siddall M, 2005. The unholy trinity: taxono鄄
my, species delimitation and DNA barcoding [J] . Philosophical
Transactions of the Royal Society of London Series B鄄Biological
Sciences, 360: 1905—1916
Doyle J, Doyle J, 1987. A rapid DNA isolation procedure for small
quantities of fresh leaf tissue [J] . Phytochemistry, 19: 11—15
Fang W (方伟), Liu ED (刘恩德), 2012. The development of
classical plant taxonomy and iFlora [J] . Plant Diversity and Re鄄
sources (植物分类与资源学报), 34: 532—538
Gao LM (高连明), Liu J (刘杰), Cai J (蔡杰) et al., 2012. A
synopsis of technical notes on the standard for plants DNA bar鄄
coding [J] . Plant Diversity and Resources (植物分类与资源学
报), 34: 592—606
Haase M, Wilke T, Mildner P, 2007. Identifying species of Bythinel鄄
la (Caenogastropoda: Rissooidea): a plea for an integrative ap鄄
proach [J] . Zootaxa, 1563: 1—16
Hajibabaei M, Singer GAC, Hebert PDN et al., 2007. DNA barcod鄄
ing: how it complements taxonomy, molecular phylogenetics and
population genetics [J] . Trends in Genetics, 23: 167—172
Hall TA, 1999. Bioedit: a user friendly biological sequences align鄄
ment editor and analysis program for Windows 95 / 98 / NT [ J] .
Nucleic Acids Symposium Series, 41: 95—98
Hebert PDN, Cywinska A, Ball SL et al., 2003. Biological identifi鄄
cations through DNA barcodes [ J] . Proceedings of the Royal
Society of London Series B鄄Biological Sciences, 270: 313—321
Hebert PDN, Penton EH, Burns JM et al., 2004. Ten species in
one: DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical
skipper butterfly Astraptes fulgerator [J] . Proceedings of the Na鄄
tional Academy of Sciences of the United States of America, 101:
14812—14817
Hollingsworth ML, Clark AA, Forrest LL et al., 2009. Selecting bar鄄
coding loci for plants: evaluation of seven candidate loci with spe鄄
cies鄄level sampling in three divergent groups of landplants [ J] .
Molecular Ecology Resources, 9: 439—457
Kress WJ, Erickson DL, 2007. A two鄄locus global DNA barcode for
land plants: The coding rbcL gene complements the non鄄coding
trnH鄄psbA spacer region [J] . PloS ONE, 2: e508
Kress WJ, Wurdack KJ, Zimmer EA et al., 2005. Use of DNA bar鄄
codes to identify flowering plants [J] . Proceedings of the Nation鄄
al Academy of Sciences of the United States of America, 102:
8369—8374
Kristiansen KA, Cilieborg M, Drabkova L et al., 2005. DNA taxono鄄
my鄄the riddle of Oxychloe (Juncaceae) [ J] . Systematic Botany,
30: 284—289
Lahaye R, Van der Bank M, Bogarin D et al., 2008. DNA barcoding
the floras of biodiversity hotspots [J] . Proceedings of the Nation鄄
al Academy of Sciences of the United States of America, 105:
2923—2928
Li DZ, Gao LM, Li HT et al., 2011a. Comparative analysis of a large
dataset indicates that internal transcribed spacer (ITS) should be
incorporated into the core barcode for seed plants [ J] . Proceed鄄
ings of the National Academy of Sciences of the United States of
America, 108: 19641—19646
Li DZ, Liu JQ, Chen ZD et al., 2011b. Plant DNA barcoding in Chi鄄
na [J] . Journal of Systematics and Evolution, 49: 165—168
Li DZ (李德铢), Wang YH (王雨华), Yi TS (伊廷双) et al.,
2012. The next generation Flora: iFlora [ J] . Plant Diversity
and Resources (植物分类与资源学报), 34: 525—531
3176 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘珉璐等: 植物物种的快速鉴定与 iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Li HL, 1951. Evolution in the flowers of Pedicularis [J] . Evolution,
5: 158—164
Li HT (李洪涛), Zeng CX (曾春霞), Gao LM (高连明) et al.,
2012. Genetic information and technologies related to iFlora
[J] . Plant Diversity and Resources (植物分类与资源学报),
34: 585—591
Li Y, Gao LM, Poudel RC et al., 2011c. High universality of matK
primers for barcoding gymnosperms [ J] . Journal of Systematics
and Evolution, 49: 169—175
Lu L (陆露), Wang H (王红), Li DZ (李德铢), 2012. Some
considerations on data integration for the next鄄generation Flora
( iFlora) and Flora revision—A case study of Gaultheria (Eri鄄
caceae) [J] . Plant Diversity and Resources (植物分类与资源
学报), 34: 562—584
Meier R, Kwong S, Vaidya G et al., 2006. DNA barcoding and tax鄄
onomy in Diptera: a tale of high intraspecific variability and low
identification success transactions [J] . Systematic Biology, 55:
715—728
Ree RH, 2005. Phylogeny and the evolution of floral diversity in Pe鄄
dicularis (Orobanchaceae) [ J] . International Journal of Plant
Sciences, 166: 595—613
Ren BQ (任保青), Chen ZD (陈之端), 2010. DNA barcoding
plant life [J] . Chinese Bulletin of Botany (植物学报), 45:
1—12
Ross HA, Murugan S, Li WLS, 2008. Testing the reliability of genet鄄
ic methods of species identification via simulation [J] . System鄄
atic Biology, 57: 216—230
Stamatakis A, Hoover P, Rougemont J, 2008. A rapid bootstrap algo鄄
rithm for the RAxML web servers [ J] . Systematic Biology, 57:
758—771
Tsoong PC (钟补求), 1955. A new system for the genus Pedicularis
[J] . Acta Phytotaxonomica Sinica (植物分类学报), 4: 71—
147
Tsoong PC (钟补求), 1963. Scrophulariaceae (Part II) [A]. In:
Flora Reipublicae Popularis Sinicae (中国植物志) [M]. Bei鄄
jing: Science Press, 68: 1—378
Tamura K, Dudley J, Nei M et al., 2007. MEGA4: Molecular evolu鄄
tionary genetics analysis (MEGA) software version 4. 0 [ J] .
Molecular Biology and Evolution, 24: 1596—1599
Vogler AP, Monaghan MT, 2007. Recent advances in DNA taxonomy
[J] . Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Re鄄
search, 45: 1—10
Wang H (王红), Wang YH (王雨华), Yang ZL (杨祝良) et al.,
2012. iFlora: opportunities and challenges for botanists [ J] .
Plant Diversity and Resources (植物分类与资源学报), 34:
I—III
Will KW, Mishler BD, Wheeler QD, 2005. The perils of DNA bar鄄
coding and the need for integrative taxonomy [J] . Systematic Bi鄄
ology, 54: 844—851
Yang FS, Wang XQ, Hong DY, 2003. Unexpected high divergence
in nrDNA ITS and extensive parallelism in floral morphology of
Pedicularis (Orobanchaceae) [ J] . Plant Systematics and Evo鄄
lution, 240: 91—105
Yang FS, Wang XQ, 2007. Extensive length variation in the cpDNA
trnT鄄trnF region of hemiparasitic Pedicularis and its phylogenetic
implications [J] . Plant Systematics and Evolution, 264: 251—
264
Yang HB, Holmgren NH, Mill RR, 1998. Pedicularis Linn [ A].
In: Wu ZY, Raven PH (eds.), Flora of China, Vol. 18 [M].
St. Louis, Beijing: Missouri Botanical Garden Press, Science
Press, 97—209
Yao H, Song JY, Liu C et al., 2010. Use of ITS2 region as the uni鄄
versal DNA barcode for plants and animals [J] . PLoS ONE, 5:
e13102
Yu WB, Huang PH, Li DZ et al., 2010. A new species of Pedicularis
(Orobanchaceae ) from the Hengduan Mountains, Southwest
China [J] . Novon, 20: 512—518
Yu WB, Huang PH, Ree RH et al., 2011. DNA barcoding of Pedic鄄
ularis Linn. (Orobanchaceae): testing four candidate DNA bar鄄
coding loci in a large and hemiparasitic genus [ J] . Journal of
Systematics and Evolution, 49: 425—437
Yu WB, Huang PH, Wang H et al., 2013. Incongruence between nu鄄
clear and chloroplast DNA phylogenies in Pedicularis section
Cyathophora ( Orobanchaceae ) [ J ] . PLoS ONE, doi: 10.
1371 / journal. pone. 0074828
Zeng CX (曾春霞), Yang JB (杨俊波), Yang J (杨静) et al.,
2012. A proposed framework for iFlora [J] . Plant Diversity and
Resources (植物分类与资源学报), 34: 555—561
417摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 35 卷