全 文 ：第 42卷　第 4期
2003年 8月 　　　　　　
复 旦 学 报(自然科学版)
Journal of Fudan Universi ty (Natural Science)　　　　　
Vol.42 No.4
Aug .2003
　　文章编号:0427-7104(2003)04-0550-05

从叶绿体 DNA rbcL序列分析探讨
五味子科的系统发育
王彦涵1 , 张寿州2 , 高建平1 , 李晓波3 , 陈道峰1
　(1.复旦大学 药学院 , 上海　200032;2.深圳仙湖植物园 , 深圳　518004;3.上海交通大学药学院 , 上海　200030)
摘　要:以广玉兰 Magnolia grandiflora , 蝙蝠葛 Menispermum dauricum , 牡丹 Paeonia suf f ruticosa 和 I llicium
parvif lorum 为外类群 ,对五味子科的叶绿体 rbcL 基因进行序列分析 ,探讨其系统发育关系.结果表明 , 五味子
科为一单系类群 ,与八角科关系最近 , 与木兰科关系较远.在严格一致性树中(Length=256 , CI=0.872 5 , RI=
0.819 2),五味子科被分为二支 , 一支由五味子属中的中华五味子亚属 Subgen.S inoschisandra , 多蕊五味子亚属
Subgen.Pleiostema 和少蕊五味子亚属 Subgen.Maximow ixzia 构成 , 支持率 82%;另一支包括南五味子属和五
味子属中的团蕊五味子亚属 Subgen.Sphaerostema ,重瓣五味子亚属 Subgen.Plenischisandra.由此推断 ,五味子
属和南五味子属关系密切 ,它们之间存在交叉和重叠 ,两属可能起源于共同的祖先.通过基因树分析 , 结合形态
学 、解剖学和化学证据认为 , 五味子 S .chinensis和红花五味子 S .rubri flora 是五味子属中的原始类群.
关键词:五味子科;五味子属;南五味子属;系统发育;rbcL 基因
中图分类号:Q 94　　　　文献标识码:A
五味子科(Schisandraceae)包括南五味子属(Kadsura Kaempf.ex Juss)和五味子属(Schisandra
M ichx.).早期的分类系统中 ,五味子科一直被认为是木兰亚纲中较特化的类群[ 1～ 4] ,形态和分子证据却
显示 ,五味子科是被子植物中最基部的分支之一[ 5～ 8] .在五味子科内 ,五味子属和南五味子属的系统及系
统发育关系 ,也不十分清楚.Smith[ 9]将五味子属的位置放在南五味子属之前;刘玉壶[ 10]认为南五味子属
的果保存着多数 ,聚合果紧密排列 ,雄花托顶端具附属体和药隔的顶端的宽阔变异等都是比较原始的
特征 ,南五味子属系统位置应在五味子属之前;孙成仁[ 11 ,12]通过花粉形态学和种子表面微形态学研究则
提出 ,五味子属和南五味子属起源于共同的祖先 ,沿不同的路线演化.
南五味子属一直被认为是自然的类群 ,对属下分类并无不同看法.但五味子属的属下分类则有不同
的处理.1947年 Smith对该属进行全面研究并发表五味子属专著 ,根据雄花的形态变异 ,将五味子属分成
多蕊五味子组 Sect.Pleiostema 、少蕊五味子组Sect.Max imowiczia 、团蕊五味子组Sect.Sphaerostema 和
五味子组 Sect.Schisandra4个组;刘玉壶[ 10]将组提升为亚属.以后的学者通过研究也提出了不同的分类
处理[ 13 ,14] .在这些分类系统中 ,对于少蕊五味子亚属(按照刘玉壶系统)和五味子亚属各自作为一个自然
存在的类群 ,意见是统一的.分歧主要来自于对多蕊五味子亚属和中华五味子亚属 、团蕊五味子亚属和重
瓣五味子亚属之间关系的处理.
刘忠[ 15]对五味子科的 ITS 区进行了序列分析后认为 ,南五味子属和五味子属可能都不是单系类群 ,
而且南五味子属可能是从五味子属中分化出来的.本文对五味子科 17个种(代表 2属 7 亚属 ,按照刘玉
壶系统)的 rbcL基因进行了序列分析 ,并结合形态学 、解剖学及化学成分分析 ,探讨五味子科的系统发育
收稿日期:2003-04-08
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30271586);高校博士点基金项目(2000026519);高校优秀青年教师教学和
科研奖励基金项目(1999-71)
作者简介:王彦涵(1965—), 女 ,博士研究生;通讯联系人陈道峰教授 , 博士生导师.E-mail:dfchen@shmu.edu.cn.
DOI :10.15943/j.cnki.fdxb-jns.2003.04.007
关系.
1　材料与方法
实验材料见表 1 ,凭证标本存复旦大学药学院生药学教研室.
表 1　用于 rbcL基因测序的材料
Tab.1　Materials used fo r rbcL sequencing
分类群＊ 采集地/标本号
五味子属
S chisandra
多蕊五味子亚属
Subgen.Pleiostema 红花五味子 S chisa ndra rubri f lora 云南丽江/W0107016
少蕊五味子亚属
Subgen.Maximowixz ia 五味子 S.chinensis AF238061(GenBank序列注册号)
中华五味子亚属
Subgen.Sinosch isan dra 华中五味子 S.sphenan thera L12665(GenBank序列注册号)
毛叶五味子 S.pubescens 重庆金佛山/W0108005
翼梗五味子 S.henryi 四川都江堰/W0108009
金山五味子 S.glaucescens 重庆金佛山/W0108003
小花五味子 S.micrantha 云南屏边/W0107020
狭叶五味子 S.lanci folia 云南大理/W0107004
绿叶五味子 S.viridis 广西龙胜/W0106001
团蕊五味子亚属
Subgen.Sphaerostema 铁箍散 S.propinqua var.sinensi s 云南昆明/W0107001
重瓣五味子亚属
Subgen.Plenischisandra 重瓣五味子 S.plena 云南西双版纳/WJ0208001
南五味子属
Kadsura
离蕊南五味子亚属
Subgen.Cosbaea 黑老虎 K .coccinea 广西龙胜/W0106003
南五味子亚属
Subgen.Kadsura 仁昌南五味子 K .renchangiana 湖南石门壶瓶山/W0106006
多子南五味子 K .polysperma 湖南石门壶瓶山/G01070302
毛南五味子 K .induta 云南屏边/W0107019
日本南五味子 K .japonica AF193937(GenBank序列注册号)
长梗南五味 K .longiped uncu lata 浙江天目山/W020424002
外类群
outgroups
木兰科 Magnoliaceae 广玉兰 Magnolia g randi f lora AF119180(GenBank序列注册号)
防己科 Menisperiaceae 蝙蝠葛 Men ispermum dauricum AF190436(GenBank序列注册号)
芍药科 Paeoniaceae 牡丹 Paeonia suf f rut icosa AF274595(GenBank序列注册号)
八角科 Illiciaceae Ill icium parvi f lorum L12652(GenBank序列注册号)
　　　＊根据刘玉壶(1996)系统.
总 DNA提取材料为硅胶干燥的叶片 ,提取方法为 CTAB 法[ 16] .扩增引物:1F , 5′-ATGTCACCA-
CAAACAGAAGCT-3′;1494R , 5′-GAT TGGGCCGAGTTTAATTAC-3′[ 17] .扩增反应在 Eppendof PCR仪
上进行 ,反应体积为 25μL ,反应程序:94 ℃3 min ,预变性※94 ℃30 s※50 ℃40 s※72 ℃1.4 min , 35个
循环※72 ℃7 min.PCR产物经割胶纯化后用于测序反应.测序反应体积为 10 μL ,反应程序:98 ℃ 2
min , 预变性 ※94 ℃ 30 s※53 ℃ 30 s※60 ℃ 4 min , 24 个循环.测序引物分别为 1F , 991R(5′-CG-
GTACCAGCGTGAATATGAT-3′)和 1496R[ 17] , 序列分析在 3100 GENETIC ANALYZAR 自动测序仪
(Perkin-Elmer Applied Biosystems)上进行.
序列排列用 GEN EDOC 软件完成后 ,进行适当的手工校正.基因树的构建由 PAUP4.0系统发育分
析软件完成.分析中 ,缺隙做 missing 状态处理 ,最简约树用启发式搜索寻找 ,用 Bootst rap分析方法检验
(1 000次重复)严格一致性树中各分支的可信度.
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2　实验结果
五味子科 2属 17种植物 ,部分 rbcL 基因序列排列后用矩阵的总长为1 316 bp ,其中 1 115 bp为保守
位点 ,123 bp为变异位点 ,78 bp为具有系统发育信息的信息位点.去掉外类群 ,保守位点 1 287 bp ,变异
位点 13 bp ,具有系统发育信息的信息位点 16 bp ,其有效变异率仅为 1.2%,反映了 rbcL序列在五味子科
植物中分辨率不高.
图 1　由 rbcL序列分析得到的严格一致性树
Fig.1　The strict consensus tree of 251
equally most parsimonious trees constructed
from the partial rbcL sequences
　分支上部为 Bootst rap值;树长 256步 , CI =0.872 5 , RI
=0.819 2;广玉兰 ,蝙蝠葛 ,牡丹和 Il licium parvi f lorum
为外类群
以广玉兰 、蝙蝠葛 、牡丹和 Il licium parv i f lorum 为外
类群 ,将 gap 处理为缺失状态 ,用启发式搜索寻找得到 251
个最简约树 ,树长度为 256步 ,一致性指数(CI)和维持性
指数(RI)分别为 0.872 5 和 0.819 2 ,用 Bootst rap 分析
(1 000次)得到各分支的支持强度 ,结果见图 1.分支图分
为 2大支:Ⅰ支由南五味子属的种和五味子属的重瓣五味
子和铁箍散组成 ,支持强度为 62%,其中南五味子亚属中
的长梗南五味子和日本南五味子构成姊妹群(支持强度为
97%),铁箍散与重瓣五味子和长梗南五味子等南五味子
亚属植物共同组成一小支(图中 B 支),黑老虎和毛南五味
子聚为另一小支(图中A 支);Ⅱ支由五味子属的多蕊五味
子亚属 、少蕊五味子亚属和中华五味子亚属组成 ,支持强
度为 82%,其中少蕊五味子亚属支(仅五味子一种)是多蕊
五味子亚属支(红花五味子为代表)和中华五味子亚属支
的基出支.
3　讨　论
自五味子科建立以来 ,不同的学者给予它不同的分类
等级 ,或作为独立的科 ,置于木兰目或八角目中;或作为一
个亚科 、族置于番荔枝科(Annonaceae)、防己科 、木兰科 、
芍药科中[ 9] .以广玉兰 、蝙蝠葛 、牡丹和 Illicium parvi-
f lorum 做外类群 ,通过 rbcL 基因的序列分析得到的基因
树 ,显示出五味子属和南五味子属组成的五味子科是一个
自然的类群 ,它和八角科的关系最近 ,与木兰科关系较远 ,这与形态 、孢粉 、胚胎 、细胞学及植物化学的结果
一致[ 13 ,14] .
五味子科包含五味子属和南五味子属 ,已得到普遍认同.其分属主要依据是五味子属果实成熟时果托
伸长 ,南五味子属不伸长 ,二者之间的界限非常清楚.从 rbcL 序列分析的结果来看 ,五味子科植物在分支
图上分为两大支 ,五味子属的多蕊五味子亚属-少蕊五味子亚属-中华五味子亚属聚为一支;五味子属的团
蕊五味子亚属-重瓣五味子亚属和南五味子属的种聚为另一支.这与刘忠[ 15]的 ITS序列分析结果基本一
致 ,区别仅在于:ITS分析中红花五味子与中华五味子亚属聚为一支;除团蕊五味子亚属-重瓣五味子亚属
和南五味子属的种聚为一支外 ,五味子亚属(瘤枝五味子 S .bicolor var.tuberculata 为代表)也是与南五
味子属聚在一起的 ,且支持率高(91%)。本研究中缺少五味子亚属的数据.但无论如何 ,五味子属中的团
蕊五味子亚属-重瓣五味子亚属始终是与南五味子属聚在一起 ,这表明两属之间存在交叉和重叠 ,关系密
切 ,五味子属和南五味子属可能起源于共同的祖先.这与花粉形态学和种子表面微形态学[ 11 ,12]以及化学
成分分析结果[ 18]是一致的.
长期以来 ,五味子由于其雄蕊数目减少至 5(6)枚 ,各主要分类系统在进行属下分类时 ,均将它作为一
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个单独类群来处理.Smith[ 9]将它作为一个组;刘玉壶[ 10]将组提升为亚属;Saunders[ 13 ,14]将它处理为少蕊
五味子组 ,但是将它和团蕊五味子组 、五味子组一起归并在五味子亚属 Subgen.Schisandra 中.rbcL 基
因序列分析的结果显示 ,五味子单独聚为一支 ,因此本研究结果支持五味子作为一个单独类群的处理.严
格一致性树还显示出五味子是多蕊五味子亚属支(红花五味子为代表 ,图 1中 C支)和中华五味子亚属支
(华中五味子等为代表 ,图 1中 D支)的基出支 ,表明五味子是五味子属中最先分化出来的 ,是五味子属中
的原始类群.这得到了来自形态学 、解剖学 、孢粉学和化学分析的支持.从雄花形态发生来看 ,五味子属
原始的柱托型[ 19] ;导管分子都是以原始的梯状穿孔板为主[ 20] ;虽是 6沟型花粉 ,但网眼粗大[ 11] ;仅含有
五味子科植物 5类木脂素成分中较为原始的 2类[ 18] .这些特征都显示出五味子的原始性.但是五味子雄
蕊数目减至最少为 5枚 ,又是属于进化的特征.因此 ,五味子应该是一个保留有原始性状的特化类群.
对于五味子属的多蕊五味子亚属和中华五味子亚属 ,不同的分类系统有不同的分类处理.Smith[ 9]将
它们合在一起 ,作为多蕊五味子组处理;刘玉壶[ 10]和 Saunders[ 13 , 14]则将它们分开作为 2个亚属处理.形
态特征和孢粉特征都已经显示了红花五味子(多蕊五味子亚属的代表)作为五味子属原始类群的系统学地
位[ 10 , 11] , rbcL 基因分析结果与此相吻合.在基因树中 ,红花五味子为单独的一支 ,是中华五味子亚属的基
出支.此外 ,其导管分子以梯状穿孔板为主[ 20] ,含有的木脂素成分类型较少等特征都显示出红花五味子
是五味子属中的原始类群 ,与中华五味子亚属特征明显不同.因此 ,我们支持将这 2个类群分开作为 2个
亚属的处理[ 10 , 13] .
南五味子属分为离蕊南五味子亚属和南五味子亚属[ 10] .本严格一致性分析树中发现毛南五味子(南
五味子亚属)和黑老虎(离蕊南五味子亚属代表)聚在一起(支持率为 51%),与南五味子亚属其他类群构
成姊妹群;在 matK和 rpl16的序列分析中 ,得到同样的结果 ,且支持率为 100%(另文发表),这与形态学
是矛盾的 ,因此需要进一步的研究.南五味子亚属中的长梗南五味子和日本南五味子构成姊妹群(支持强
度为 97%),说明这 2个种之间关系很近.
感谢重庆药材种植研究所刘正宇研究员 、周毛勤研究员 、任明波先生 ,云南大学丁开宇博士 、李标先
生 ,复旦大学药学院王峻博士 ,云南大理州药检所中药室施兆龙 、许华 、杜仁中等老师协助采集标本及广州
华南农业大学解新明博士在软件分析方面给予的帮助.
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Phylogeny of Schisandraceae Based on the
cpDNA rbcL Sequences
WANG Yan-han1 , ZHANGShou-zhou2 , GAO Jian-ping1 , LI Xiao-bo3 , CHENDao-feng1
(1.School of Pharmacy , Fudan University , Shanghai 200032 China;2.Shenzhen Fairy lake
Botanical Garden , Shenz hen 518004 , China;3.School of Pharmacy ,
Shanghai J iaotong University , Shanghai , 200030 , China)
Abstract:Based on the cpDNA rbcL sequences , phy logene tic relationships of the family Schisandraceae were dis-
cussed.A phylogenetic tree of 17 Schisandraceae species was generated using Magnolia grandif lora (Magnoliaceae),
Menispermum dauricum (Menispermaceae), Paeonia suf fruticosa (Paeoniaceae)and Illicium parvif lorum (Illici-
aceae)as outgroups.The result show ed that Schisandaceae w as monophyletic , and closely related to I lliciaceae.In the
consensus tree(Length=256 , CI =0.872 5 and RI =0.819 2), the Schisandraceae was divided into two clades ,
Subgen.Sinoschisandra , Subgen.Pleiostema and Subgen.Maximow ixzia o f Schisandra formed a clade , ano ther
clade consisted of Subgen.Sphaerostema , Subgen.Plenischisandra of Schisandra and Kadsura , w hich implied tha t
Schisandra and Kadsura had a close relationship , and might be o riginated from a common ancestor.I t was found that
S .chinensis and S .rubri flora was primely differentiated in Schisandra.Combined w ith mo rphological , anatomical
and chemical analy ses , the autho rs concluded that S .chinensis and S rubrif lora may be the primitive taxa in
Schisandra.
Keywords:Schisandraceae;Schisandra;Kadsura ;phylog enesis;rbcL gene
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