全 文 ：中国特有蕨属扇蕨属 (水龙骨科) 的系统学研究
杜新宇1,2, 成摇 晓1*
(1 中国科学院昆明植物研究所, 云南 昆明摇 650204; 2 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要: 扇蕨属 (Neocheiropteris) 为中国蕨类植物 4 个特有属之一。 自 Christ建属以来, 不同的分类学者对
本属的范畴以及系统位置一直存有争议。 本研究对扇蕨属和盾蕨属进行了形态解剖观察, 并对扇蕨属及其
近缘类群共 14 个种的 4 个叶绿体 DNA片段: rbcL、 rpS4 & rpS4鄄trnS IGS、 trnL intron & trnL鄄trnF IGS 以及
atpB & atpB鄄rbcL IGS 进行测序, 应用最大简约法 (Maximum鄄parsimony)、 最大似然法 (Maximum鄄likeli鄄
hood) 和贝叶斯推断 (Bayesian inference) 对序列进行联合矩阵分析, 并构建系统树。 该研究从形态学和
分子系统学方面都提出了支持扇蕨属和盾蕨属分立的证据。 形态学研究显示扇蕨属和盾蕨属叶片分裂方
式、 叶被和侧脉特征迥异, 支持扇蕨属和盾蕨属的分立; 但两属根状茎鳞片的共同特征则反映了两属间的
紧密联系。 分子系统学研究表明扇蕨属与毛鳞蕨属和鳞果星蕨属构成姐妹群, 其集合与盾蕨属构成姐妹
群。 综合形态学和分子系统学的证据, 对扇蕨属的系统位置以及范畴进行了深入探讨, 扇蕨属包括扇蕨和
三出扇蕨, 结合形态学和分子系统学证据对三出扇蕨的系统位置进行了初步探讨。
关键词: 扇蕨属; 系统学; 形态解剖; 叶绿体 DNA序列
中图分类号: Q 949. 36摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标识码: A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号: 2095-0845(2011)03-261-08
Phylogeny of the Chinese Endemic Fern Genus
Neocheiropteris (Polypodiaceae)
DU Xin鄄Yu1,2, CHENG Xiao1*
(1 Botanical Garden, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Science, Kunming 650204, China;
2 Graduate University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China)
Abstract: Neocheiropteris is one of the four Chinese endemic fern genera. The taxonomic circumscription and sys鄄
tematic position of Neocheiropteris have always been argued among taxonomists since its establishment by Christ in
1905. The anatomical examination of Neocheiropteris and Neolepisorus is performed, and four chloroplast DNA mark鄄
ers: rbcL, rpS4 & rpS4鄄trnS IGS, trnL intron & trnL鄄trnF IGS and atpB & atpB鄄rbcL IGS for Neocheiropteris and its
closely related taxa, totally 14 taxa are sequenced. Phylogenetic trees are constructed with the Maximum鄄parsimony,
Maximum鄄likelihood and Bayesian inference method based on coded dataset / non鄄coded dataset / combined dataset.
The division of Neocheiropteris and Neolepisorus is supported by both anatomical and molecular phylogeny evidence.
Anatomical research provides support for the division of the two genera by their totally different characters of the division
back and vein of frond, and for the close connection of the two genera by their common characters of rhizome scale.
Molecular phylogeny research shows that: Neocheiropteris is sister to a clade that includes Tricholepidium and Lepido鄄
microsorium, and Neolepisorus is sister to the combination of above鄄mentioned three genera. The taxonomic circum鄄
scription and systematic position of Neocheiropteris are investigated by integrating anatomical characters and molecu鄄
lar phylogenetic results, only Neocheiropteris palmatopedata and N. triglossa should be treated as members of Neo鄄
植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 2011, 33 (3): 261 ~ 268
Plant Diversity and Resources摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 DOI: 10. 3724 / SP. J. 1143. 2011. 10188
* 通讯作者: Author for correspondence; E鄄mail: xcheng@ mail. kib. ac. cn
收稿日期: 2010-10-27, 2011-02-28 接受发表
作者简介: 杜新宇 (1986-) 男, 在读硕士研究生, 主要从事蕨类植物系统发育和居群遗传多样性研究。
cheiropteris. The systematic position of N. triglossa is investigated based on molecular together with anatomical evi鄄
dence for the first time.
Key words: Neocheiropteris; Phylogeny; Anatomy; Chloroplast DNA sequences
摇 扇蕨属 (Neocheiropteris Christ) 隶属于水龙
骨科瓦韦亚科 ( Polypodiaceae Subfam. Lepisori鄄
oideae Ching), 为中国蕨类植物 4 个特有属之
一, 仅分布于我国云南、 四川和贵州三省。 目前
本属中得到广泛承认的种只有扇蕨 (Neocheirop鄄
teris palmatopedata ( Bak. ) Christ) 和三出扇蕨
(Neocheiropteris triglossa (Bak. ) Ching), 这两个
种最初都由 Henry Augustine 于 1898 年在云南弥
勒采得, 随后都被 Baker 置于 Polypodium L. 。
Christ (1905) 根据扇蕨独特的鸟足状扇形深裂
叶片建立了一个新属———Neocheiropteris Christ
(广义盾蕨属), 模式种即为扇蕨。 Christ 认为本
属介于 Dipteris Reinw. 和 Pleopeltis Humb. & Bon鄄
pl. ex Willd. 之间, 与两者的主要区别在于其叶
片分裂方式为独特的鸟足状分裂 (peculiarly pe鄄
datifid frond) 或 Brower 所描述的向下螺旋系统
(katadromic helicoids system) (Ching, 1933)。 由
于孢子囊群具有隔丝, 秦仁昌将扇蕨属归入瓦韦
亚科。
Ching (1933) 认为, 水龙骨科的单叶类群
由于叶片形状尤其是裂片数极易受环境影响, 变
异幅度大, 因而不能将叶形作为划分属的主要依
据, 单叶种 (comparatively simple鄄leaved species)
和深裂叶种 (more divided鄄leaved species) 之间
具有非常紧密的亲缘关系。 基于此观点, Ching
(1933) 将三出扇蕨, 宽带蕨 (Platygyria walto鄄
nii (Ching) Ching & S. K. Wu), 剑叶盾蕨 (Ne鄄
olepisorus ensatus ( Thunb. ) Ching ), 中华盾蕨
(N. sinensis Ching), 盾蕨 (N. ovatus ( Bedd. )
Ching) 及其两个变型三角叶盾蕨 (N. ovatus f.
deltoideus (Bak. ) Ching) 和蟹爪盾蕨 (N. ovatus
f. doryopteris (Christ) Ching) 都归入了 Neochei鄄
ropteris (广义盾蕨属)。 这样就极大地扩展了广
义盾蕨属的范围。
随后, Ching (1940) 又将 Neocheiropteris Christ
(广义盾蕨属) 划分为两个属: Neocheiropteris
Christ (扇蕨属) 和 Neolepisorus Ching (盾蕨属
或狭义盾蕨属), 前者仅包括扇蕨和三出扇蕨。
但是这种处理在国际上并未得到广泛认同, 许多
国外学者至今仍沿用 Ching (1933) 的 Neochei鄄
ropteris (广义盾蕨属) 的概念, 并将其它一些近
缘种也归入本属。 例如, Tagawa (1952) 把毛鳞
蕨 (Tricholepidium normale (D. Don) Ching) 和
鳞果星蕨 (Lepidomicrosorum buergerianum (Miq. )
Ching & Shing) 归入本属; Bosman (1991) 将
表面星蕨 (Microsorum superficiale ( Blume) Ch鄄
ing) 和显脉星蕨 (M. zippelii ( Blume) Ching)
置于本属。 在中国植物志 (林尤兴等, 2000)
中, 宽带蕨也被列入扇蕨属下, 处理为戟形扇蕨
(Neocheiropteris waltonii Ching)。 这种对 Neochei鄄
ropteris (扇蕨属或广义盾蕨属) 的概念性分歧无
疑在国际交流中造成很大的混乱。
目前, DNA 测序以及分子标记等分子生物
学技术在蕨类植物系统学研究中被广泛应用
(Hasebe等, 1995; Schneider 等, 2004; Korall 等,
2006; Schuettpelz 和 Pryer, 2007)。 目前在蕨类
分子系统学研究中应用的基因片段主要来自叶绿
体基因组 (刘红梅等, 2009)。 近年来, 基于叶
绿体 DNA片段的分子系统学研究为水龙骨科单
叶类群的系统学研究提供了很多新的证据, 主要
有 Kreier等 (2008) 基于 rbcL、 rpS4 & rpS4鄄trnS
IGS (以下简写为 rpS4)、 trnL鄄trnF IGS三个叶绿
体 DNA片段对星蕨类的系统学研究, Wang 等
(2010a) 基于 rbcL、 rpS4、 trnL intron & trnL鄄
trnF IGS (以下简写为 trnL鄄F) 以及 atpB & atpB鄄
rbcL IGS (以下简写为 atpB鄄rbcL) 4 个叶绿体
DNA片段对瓦韦属 (Lepisorus (J. Sm. ) Ching)
的系统学研究, 以及 Wang 等 (2010b) 基于
rbcL、 rpS4、 trnL鄄F 以及 atpB鄄rbcL 4 个叶绿体
DNA片段对瓦韦族 (Tribe Lepisoroideae) 的系统
学研究。 研究的结果表明: 瓦韦类作为一个单系
类群位于复系的星蕨类中, 所有瓦韦类形成支持
率很高的一支, Lepisorus longifolia (Blume) Ho鄄
ltt. 与所有其它瓦韦类构成姐妹群, 其余的瓦韦
类形成两个主要支系。 一支包括瓦韦属以及位于
其分支内部的的丝带蕨属 (Drymotaenium Maki鄄
262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 33 卷
no)、 尖嘴蕨属 ( Belvisia Mirb. ) 和宽带蕨属
(Platygyria Ching & S. K. Wu); 另一支包含伏
石蕨属 (Lemmaphyllum Presl)、 骨牌蕨属 (Lepi鄄
dogrammitis Ching)、 毛鳞蕨属 ( Tricholepidium
Ching)、 鳞果星蕨属 (Lepidomicrosorium Ching &
K. H. Shing)、 扇蕨属、 盾蕨属以及星蕨属 (Mi鄄
crosorum Link) 的几个种, 但是在伏石蕨属等这
一支内部, 随着取样范围、 选用 DNA片段、 以及
建树方法的不同, 所得各类群之间的系统发育关
系常会互相冲突, 且主要分支支持率较低。
综上所述, 前人基于形态学证据对 Neochei鄄
ropteris的范围界定存在概念性分歧, 虽然很多分
子系统学研究都涉及扇蕨, 部分研究也支持扇蕨
属和盾蕨属的分立, 但是这些研究对扇蕨属及其
近缘类群的取样不足, 且所得系统树多有冲突,
无法清晰地反映 Neocheiropteris 的范围以及与其
近缘类群的亲缘关系, 所以有必要对这些问题进
行更深入的研究。 本研究希望通过更具针对性的
类群取样, 对选取类群进行形态解剖观察, 并以
4 个叶绿体 DNA 片段: rbcL、 rpS4、 trnL鄄F 和
atpB鄄rbcL, 进行分子系统发育树的构建。 综合形
态学和分子系统学证据探究扇蕨属和盾蕨属是否
应该分立, 如果两属可以分立, 则进一步确定扇
蕨属的系统位置及其成员范畴。
1摇 材料与方法
1. 1摇 形态解剖实验
类群选择及实验材料的获得: 扇蕨取自昆明植物园
引种栽培的植株, 三出扇蕨取自云南大学标本馆蕨类植
物标本室 (PYU) 保存的标本, 剑叶盾蕨和盾蕨等盾蕨
属的种及其变型取自昆明植物所标本馆 (KUN) 的标
本。 对实验材料进行形态学观察, 并对扇蕨、 三出扇蕨
和盾蕨的根状茎鳞片进行解剖镜和光学显微镜观察照
相。
1. 2摇 分子系统学类群取样
类群取样依据前人 (林尤兴等, 2000; Kreier 等,
2008; Wang, 2010a, b) 对水龙骨科尤其是瓦韦亚科的
系统学研究, 并且参考 Neocheiropteris (广义盾蕨属) 的
概念。 拟选取瓦韦亚科的扇蕨属、 盾蕨属、 瓦韦属、 毛
鳞蕨属、 鳞果星蕨属和伏石蕨属 6 属共 11 种, 以及星蕨
亚科 (Subfam. Microsorioideae Nayar) 与扇蕨属亲缘关系
紧密的表面星蕨和显脉星蕨 2 种作为内类群; 选取星蕨
亚科的矩圆线蕨 (Colysis henryi (Bak. ) Ching)、 似薄唇
蕨 (Leptochilus decurrens Blume) 和隐子蕨亚科 ( Sub鄄
fam. Crypsinoideae Nayar) 的光亮瘤蕨 (Phymatosorus cus鄄
pidatus (D. Don) Pic. Serm. ) 3 个种作为外类群。 实验
材料除三出扇蕨取自云南大学标本馆标本外, 其余全部
为硅胶快速干燥的新鲜叶片, 凭证标本保存于中科院昆
明植物所标本馆 (KUN), 详细信息见表 1。
1. 3摇 DNA提取, PCR扩增以及测序
基因组 DNA 提取采用改良的 CTAB 法 ( Doyle 和
Doyle, 1987)。 PCR 扩增所用引物: rbcL 片段为 esR鄄
BCL1F 和 esRBCL1361R ( Schuettpelz 和 Pryer, 2007 );
rpS4 片段为 RPS5F (Nadot等, 1995) 和 trnSR (Smith和
Cranfill, 2002 ); trnL鄄F 片 段 为 fern1鄄F ( Trewick 等,
2002) 和 F鄄R ( Tarberlet 等, 1991); atpB鄄rbcL 片段为
rbcL49R (Wolf, 1997) 和 atpB609R (Pryer等, 2004)。 扩
增引物同时作为测序引物。
扩增反应在 BIO鄄RAD iCycler Thermal Cycler PCR 仪
上进行。 反应体积为 50 滋L, 反应体系成分为: 1伊buffer,
1. 5 mmol·L-1 MgCl2, 0. 2 mmol·L-1 dNTPs, 0. 4 滋mol·L-1引
物, 1. 5 U Taq DNA聚合酶, PCR扩增均采用热启动法。
rbcL片段扩增程序为: 95益预变性 3 min; 95益 45s, 57.
5益 30s, 72益 1 min, 36 个循环; 72益延伸 7 min。 rpS4
片段扩增程序为: 95益预变性 3 min; 95益 45s, 54益
30s, 72益 1 min, 36 个循环; 72益延伸 7 min。 atpB鄄rbcL
片段扩增程序为: 95益预变性 3 min; 95益 45s, 56. 5益
30s, 72益 1 min, 36 个循环; 72益延伸 7 min。 trnL鄄F 片
段扩增采用降落 PCR ( touch down PCR), 扩增程序为:
95益预变性 3 min; 95益 30s, 65益 30s, 72益 1 min, 30
个循环, 每个循环降低 0. 5益; 95益 30s, 50益 30s,
72益 1 min, 20 个循环; 72益延伸 7 min。 PCR 产物经琼
脂糖凝胶电泳检测合格后用于测序。 测序反应在 ABI鄄
PRISM3730 自动测序仪上完成, 以扩增引物作为测序引
物进行双向测序。 序列编辑和拼接采用 Lasergene v1. 7
软件包中的 Seqman (DNASTAR Inc. , Madison, Wiscon鄄
sin, USA) 软件完成。 本研究中新测的 DNA 序列已上
传至 GenBank, 序列号见表 1。
1. 4摇 系统发育分析
应用 Clustal X (Thompson等, 1997) 对 4 个 DNA片
段的序列集进行序列比对, 并进一步进行手工调整。 调
整好的 DNA序列矩阵进行 4 个片段 ( rbcL、 rpS4、 trnL鄄
F 和 atpB鄄rbcL) 的单独分析, 并将其整合为编码区
( rbcL+ rpS4+atpB) 和非编码区 ( rpS4鄄trnS IGS+ trnL鄄F+
atpB鄄rbcL IGS) 两个独立序列矩阵以及 4 个 DNA片段的
联合序列矩阵, 分别进行系统发育树的构建。
应用 PAUP 4. 0b10 (Swofford, 2002) 进行最大简约
性分析 (Maximum parsimony MP) 和最大似然性分析
(Maximum likelihood ML), 应用 MrBayes ver. 3. 1. 2
3623 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 杜新宇和成晓: 中国特有蕨属扇蕨属 (水龙骨科) 的系统学研究摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
(Ronquist和 Huelsenbeck, 2003) 进行贝叶斯推断分析
(Bayesian inference BI)。 在进行 ML 和 BI 分析之前, 先
用 Modeltest 3. 7 (Posada和 Crandall, 1998) 对序列矩阵
进行模型选择, 在 Akaike Information Criterion (AIC) 标
准下获得最适核苷酸替代模型分别为 GTR+I、 GTR+I 和
TVM+G, 以及相关参数估值。 MP 分析参数设置为: 采
用启发式搜索 (Heuristic search), 1000 次随机序列加
入, TBR (Tree Bisection Reconnection) 枝长交换, MUL鄄
PARES和 ACCTRAN优化, 所有碱基位点不进行加权处
理, 空位 (Gap) 作为缺失 (Missing) 处理。 采用自展
分析 (Bootstrap analysis), 1000 次抽样, 根据抽样自展
值评估系统树各分支的自展支持率 ( Bootstrap value
BS)。 ML分析的参数设置为: 根据 Modeltest 3. 7 的模型
选择结果进行相关参数的设置, 其它选项按照软件默认
设置。 1000 次自展重复 (Bootstrap replicates), 计算自
展支持率。 BI分析的参数设置为: 采用 MCMCMC (Me鄄
tropoliscoupled Markov Chain Monte Carlo) 算法, 根据
Modeltest 3. 7 的模型选择结果进行相关参数的设置。 以
随机树为起始树, 运行 2000000 代, 每 100 代取样 1 次,
开始的 10000 个样本作为老化样本 ( Burn鄄in samples)
舍弃, 以剩余样本构建一致树并计算各分支的后验概率
(Posterior probability value, PP)。
表 1摇 样品名称、 凭证标本、 采集地及 GenBank序列号
Table 1摇 Taxa, vouchers, collecting localities, and GenBank accession numbers for sequences included in the phylogenetic analyses
分类群 Taxon 凭证标本或来源Vouchers or source 采集地 Locality
GenBank序列号摇 Accession No.
rbcL rpS4 trnL鄄F atpB鄄rbcL
Neocheiropteris palmatop鄄
edata (Bak. ) Christ X. Y. Du 0961
云南澄江
Chengjiang,Yunnan,China HQ597009 GQ256396# HQ597018 HQ597023
Neocheiropteris triglossa
(Bak. ) Ching
W. M. Zhu
57112
云南禄丰
Lufeng,Yunnan,China HQ597010 \ HQ597019 HQ597024
Microsorum zippelii
(Blume) Ching X. Y. Du 1001
昆明植物园 Kunming Botanical
Garden,Yunnan,China(Cult. ) AB232411# DQ642203# HQ597017 Neolepisorus ovatus
(Bedd. ) Ching X. Y. Du 0936
云南永仁
Yongren,Yunnan,China HQ597011 EU483023# HQ597020 HQ597028
Phymatosorus cuspidatus
(D. Don) Pic. Serm. X. Y. Du 1002
昆明植物园 Kunming Botanical
Garden,Yunnan,China(Cult. ) AF470335# HQ597015 HQ597021 HQ597026
Leptochilus decurrens
Blume X. Y. Du 1003
昆明植物园 Kunming Botanical
Garden,Yunnan,China(Cult. ) AY096203# AY096228# HQ597016 HQ597027
Tricholepidium normale
(D. Don) Ching X. Y. Du 1004
昆明植物园 Kunming Botanical
Garden,Yunnan,China(Cult. ) HQ597012 HQ597013 HQ597022 HQ597025
Lepidomicrosorium buer鄄
gerianum (Miq. ) C&S X. Y. Du 1005
昆明植物园 Kunming Botanical
Garden,Yunnan,China(Cult. ) GQ256315# HQ597014 GQ256242# GQ256156#
Neolepisorus ensatus
(Thunb. ) Ching
L. Wang et al.
(2010a) GQ256319# GQ256397# GQ256247# GQ256161#
Lepidomicrosorium
subhemionitideum
(H. Christ) P. S. Wang
L. Wang et al.
(2010a) GU126693# GU126712# GU126723# GU126701#
Lepisorus macrosphaerus
(Bak. ) Ching
L. Wang et al.
(2010a) GQ256280# GQ256354# GQ256203# GQ256116#
Lepisorus bicolor Ching L. Wang et al.(2010b) GQ256261# GQ256334# GQ256179# GQ256092#
Microsorum superficiale
(Blume) Ching
L. Wang et al.
(2010a) EU482971# GU126719# GU126730# GU126708#
Colysis henryi
(Bak. ) Ching
L. Wang et al.
(2010a) GQ256254# GQ256326# GU126732# GU126709#
“ \ 冶 未获得数据; “#冶 从 GenBank下载的序列。
“ \ 冶 Data not available for this taxon; “#冶 Sequences downloaded from GenBank
462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 33 卷
2摇 结果
扇蕨的叶片发育过程如图 1所示, 三出扇蕨叶
片为三出状深裂; 盾蕨属植物多为单叶, 一些变型
如三角叶盾蕨、 蟹爪盾蕨、 畸裂盾蕨 (Neolepisorus
ovatus f. monstrosus Ching et Shing) 以及撕裂盾蕨
(N. truncates f. laciatus Ching et Shing) 等的叶片呈
一回至多回羽状畸裂。 扇蕨和三出扇蕨叶片背覆疏
鳞, 裂片侧脉不显; 而盾蕨属成员则通常叶背光
滑, 侧脉突出。 通过对扇蕨、 三出扇蕨和盾蕨根
状茎鳞片的解剖镜和光学显微镜观察, 发现 3 个
种的根状茎鳞片的网眼结构、 颜色和边缘特征相
同, 且都在鳞片着生部位的背面环生细长的单细
胞柔毛, 图 2 显示扇蕨的根状茎鳞片形态。
本研究中测得扇蕨属及其近缘类群 8 个种 4
个叶绿体 DNA 片段: rbcL、 rpS4、 trnL鄄F 和
atpB鄄rbcL的部分序列, 三出扇蕨的 rpS4 片段和
显脉星蕨的 atpB鄄rbcL 片段未能在实验中获得。
将自己测得的 DNA 序列和从 Genbank 下载的
DNA序列进行处理和比对, 整合出编码区、 非
编码区和联合序列 3个 DNA序列矩阵。 统计数据
显示 (表 2): 联合序列总排列长度为 4 346 bp,
总的变异位点数目为 649 (14. 9% ), 其中简约
性信息位点数目为 368 (8. 4% ), 提供了比较充
足的变异信息。
图 1摇 扇蕨叶片发育过程
Fig. 1摇 Development process of the fronds of Neocheiropteris palmatopedata
图 2摇 扇蕨根状茎鳞片: 鳞片着生部位的背面环生细长的单细胞柔毛
Fig. 2摇 Rhizome scale of Neocheiropteris palmatopedata: long unicellular hairs circling the back of the occurrence part of the scale
5623 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 杜新宇和成晓: 中国特有蕨属扇蕨属 (水龙骨科) 的系统学研究摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 三个 DNA序列矩阵的统计数据
Table 2摇 Statistical data of three matrixes of DNA sequences
数据集 Data set 排列长度Aligned length
简约位点数目
Parsimony鄄informative sites (% )
变异位点数目
Variable sites (% )
插入 /缺失
Indels
编码区 Coding region 2413 120(5. 0) 239(9. 9) 0
非编码区 Noncoding region 1933 248(12. 8) 410(21. 2) 112
联合数据 Combined data 4346 368(8. 4) 649(14. 9) 112
摇 摇 对 3 个整合的 DNA 序列集分别以最大简约
性 (MP)、 最大似然性 (ML) 以及贝叶斯推断
(BI) 3 种方法进行系统发育分析的结果表明, 3
个序列集采用不同方法构建的系统树都是唯一
的, 且所有 9 棵系统树的拓扑结构完全一致, 仅
在分支的自展支持率或后验概率上略有差异, 但
各分支支持率均较高。 联合序列分析的结果显示
(图 3):
1) 瓦韦属 ( Clade I) 与所有其余内类群
(Clade II) 构成支持率极高的姐妹群, 其 MP 分
析和 ML 分析的自展支持率 (MP鄄BS / ML鄄BS)
以及 BI分析后验概率值 (BI鄄PP) 分别为: MP鄄
BS=100, ML鄄BS=100, BI鄄PP=1. 0。
2) Clade II由 A、 B和 C三个分支构成, 分
支 A和分支 B 构成支持率很高的姐妹群 (MP鄄
BS=98, ML鄄BS = 98, BI鄄PP = 1. 0); 分支 A、 B
再向外与分支 C构成支持率很高的姐妹群 (MP鄄
BS=99, ML鄄BS=100, BI鄄PP=1. 0)。
3) 分支 A: 成员比较复杂, 包含 Tricholepi鄄
dium normale、 Lepidomicrosorium buergerianum 和
L. subhemionitideum, Microsorum superficiale 也嵌
入其中; 分支 B: 仅包含 Neocheiropteris palmato鄄
pedata 和 N. triglossa; 分支 C: 包含 Neolepisorus
ovatus和 N. ensatus, Microsorum zippelii嵌入其中。
图 3摇 联合序列分析所得系统树
分支上方所显示数值为 BI分析后验概率值 (BI鄄PP), 分支下方所显示数值分别为 MP分析(树长=793,CI=0. 8222,RI=0. 8147,
RC=0. 6699)和 ML分析(鄄Ln likelihood=10449. 40499)的自展支持率 (MP鄄BS / ML鄄BS), ++ 代表自展支持率为 100%
Fig. 3摇 Phylogenetic tree resulting from analysis of combined matrix of sequences
Support values are given as posterior probability values of BI analysis (BI鄄PP) above branches, while bootstrap values
(++ corresponds to 100% ) of MP analysis (Tree length =793, CI=0. 8222, RI=0. 8147, RC=0. 6699)
and ML analysis (鄄Ln likelihood=10449. 40499) below branches (MP鄄BS / ML鄄BS)
662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 33 卷
3摇 讨论
本研究最初建树分析时包含伏石蕨属两个种
(伏石蕨 Lemmaphyllum microphyllum Presl 和肉质
伏石蕨 L. carnosum (Wall. ) Presl), 但是对 rbcL、
rpS4、 trnL鄄F 和 atpB鄄rbcL 这 4 个 DNA 片段的独
立序列矩阵, 以及组合成的编码区、 非编码区和
联合数据矩阵, 共 7 个序列矩阵分别构建 MP、
ML和 BI树时发现: 与Kreier等 (2008) 和Wang
等 (2010b) 等的结果相似, 伏石蕨属、 毛鳞蕨
属、 鳞果星蕨属、 扇蕨属、 盾蕨属聚在一大枝,
但是在这一支内部, 随着 DNA 序列矩阵以及建
树方法的不同, 所得到的各类群之间的系统发育
关系互相冲突, 出现主要分支没有得到支持或支
持率很低的情况。 形态解剖特征显示伏石蕨属与
其它 4 属的亲缘关系稍远, 相当于这 4 属的外类
群, 并非本研究的关键类群, 所以尝试将伏石蕨
属去掉。 去掉伏石蕨属之后, 树形变得非常稳
定, 各主要分支也获得很高的支持率 (图 3),
所以在结果分析中去掉了伏石蕨属。
本研究对扇蕨属和盾蕨属的形态解剖观察为
两者的关系提供了新的证据。 Christ 1905 年建立
Neocheiropteris (广义盾蕨属) 主要基于扇蕨叶片
独特的鸟足状扇形深裂, 其余广义盾蕨属成员则
为单叶或呈各种畸裂。 因此, 对 Neocheiropteris
(扇蕨属或广义盾蕨属) 概念或范围的分歧主要
集中在如何评价叶片分裂形态对于划分属的重要
性。 扇蕨叶片分裂形态虽然非常独特, 但是从图
1 所示的叶片发育过程来看, 扇蕨和三出扇蕨同
属三出脉型, 不同之处在于前者在三出深裂的基
础上, 两侧裂片又在内侧发生一次分裂; 虽然盾
蕨属一些变型如三角叶盾蕨、 蟹爪盾蕨、 畸裂盾
蕨以及撕裂盾蕨等的叶片也呈各种深裂, 但都为
一回至多回羽状畸裂, 与扇蕨和三出扇蕨的叶片
分裂方式有显著不同。 此外, 两属叶被和侧脉特
征迥异, 这些形态特征都支持扇蕨属和盾蕨属的
分立。 另一方面, 根状茎鳞片的共同特征则反映
了两属间的紧密联系。 本研究首次对扇蕨和三出
扇蕨的根状茎鳞片着生部位的背面环生细长的单
细胞柔毛这一独特性状进行报道, 这一性状之前
只在盾蕨属植物中有类似记载。
系统分析结果显示: 扇蕨属 (分支 B) 与
毛鳞蕨属和鳞果星蕨属 (分支 A) 为姐妹群,
其集合 (分支 A+分支 B) 与盾蕨属 (分支 C)
构成姐妹群 (图 3)。 所有分析得到一致的拓扑
结构和高的支持率也说明了这种系统发育关系的
稳定性和可靠性。 这一结果支持 Ching (1940)
将 Neocheiropteris (广义盾蕨属) 划分为 Neochei鄄
ropteris (扇蕨属) 和 Neolepisorus (盾蕨属) 的
处理, 扇蕨属成员仅包括扇蕨和三出扇蕨。 显脉
星蕨嵌入盾蕨属分支, 部分支持了 Bosman
(1991) 将其置入 Neocheiropteris (广义盾蕨属)
的观点, 该种更应归于盾蕨属。
三出扇蕨极为罕见, 只在云南弥勒和禄丰有
过采集记录, 作者在云南弥勒、 禄丰以及滇中其
它地区的多次调查中都没有发现三出扇蕨的分
布, 怀疑该种在野外已经灭绝。 正是由于其罕见
性, 前人对该种的研究非常少, 主要是一些形态
描述。 本研究首次应用叶绿体 DNA 序列结合形
态特征对该种的系统地位进行探讨。 实验测得三
出扇蕨和扇蕨的三个叶绿体 DNA 片段 rbcL、
atpB鄄rbcL和 trnL鄄F 完全一致; 该种仅有的两个
采集地都在扇蕨的分布范围之内。 相对于扇蕨,
该种株型纤弱, 孢子囊群较小, Ching (1933)
将其归入 Neocheiropteris (广义盾蕨属) 时也曾
指出: 该种除了叶片分裂程度上的微小差异, 基
本上符合本属所有重要的形态特征。 综合以上证
据, 该种是否为扇蕨在某一历史时期的特殊环境
下产生的突变种或扇蕨与盾蕨属的杂交种, 由于
其自身或环境因素, 未能在自然界生存繁衍而逐
渐灭绝, 仍值得深入研究。 由于未能在野外采集
到该种, 标本馆也仅保存有少量标本, 因而对该
种开展进一步研究比较困难。
不同的分类学者对鳞果星蕨属的处理争议很
大, 由于本群植物形态多变, 难以鉴别, 有的分
类学者主张将本属归并为一个或少数几个种
(石雷和张宪春, 1999; 林尤兴等, 2000)。 本研
究的系统分系结果显示, 毛鳞蕨位于鳞果星蕨属
分支内部, 表面星蕨也位于该分支 (图 3), 说
明这一群植物的亲缘关系非常密切。 这群植物的
共有特征为孢子囊群较小, 散生; 叶片多为披针
形, 纸质, 侧脉不显; 具攀援习性。 由于本研究
取样有限, 鳞果星蕨属和毛鳞蕨属的关系需要进
一步的研究来确定。
本研究结合形态学与分子系统学证据对扇蕨
7623 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 杜新宇和成晓: 中国特有蕨属扇蕨属 (水龙骨科) 的系统学研究摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
属的系统学问题进行了探讨, 从两方面都提出了
支持扇蕨属和盾蕨属分立的证据, 阐明了扇蕨属
的系统位置及其范畴, 并首次结合形态和分子证
据对三出扇蕨的系统地位进行了探讨。
致谢摇 云南大学朱维明教授在标本查阅以及实验材料和
文献资料的提供上给予的帮助!
也参摇 考摇 文摇 献页
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