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广义紫菀属(菊科紫菀族)系统学研究的现状



全 文 :摘 要! 广义的紫菀属 !#$% & ’& #曾是个大包大揽的类群$ 产于北美和欧亚大陆 % &’()*主要根据瘦果的形态
和细胞学性状对 !#$% & ’&进行了评价$将北美紫菀类植物从 !#$%中独立出去$使 !#$%成为欧亚特有类群%但
是$在欧亚各国对 !#$%有定为一属和分为十多个属等不同的分类学处理$分歧较大%狭义紫菀属 !#$% & & #与
从 !#$% & ’& 中分出的各属之间的系统学关系$以及后者中某些属与北美紫菀类和紫菀族其他亚族间的系统学
关系$ 都存在很大疑问 % 过去一直认为北美是 !#$%的发源地$ 现在欧亚 !#$% & ’& 的起源与演化需要重新研
究$ 而青藏高原是探讨 !#$% & ’& 物种多样性形成的关键地区 % +&,尤其是 +&,序列资料在研究 !#$% & ’& 的
系统发育和分类上将发挥关键作用 %
关键词!广义紫菀属-狭义紫菀属-北美紫菀类-系统学- +&,序列
中图分类号! ./0/% 123% 4 文献标识码! , 文章编号! 566171201 8660 #95766/3760
收稿日期! 866075576/-修回日期! 8660755788
基金项目!国家自然基金资助项目(36016535)-湖南省自然基金资助项目(68::;0644)
作者简介!黎维平(5/4/7)$ 男 $ 湖北监利县人 $ 湖南师范大学副教授 $ 博士 $ 主要从事植物分类学研究和植物生态学研究 $ <’=!
> 2?7613572218484$ @7*AB=! =CDE FGHHG% ’IG% JH- 陈三茂(5/4?7)$ 男 $ 湖南长沙人 $ 湖南师范大学副教授 $ 主要从事植物学研究 $
@7*AB=! JF’H(*6105E (BHA% J)*%
第 2 卷 第 0期 专辑 # 生命科学研究 K)=% 2 &)% 0 9GDD=% #
8660 年 58 月 LBM’ 9JB’HJ’ N’(’AOJF +’J% 8660
广义紫菀属(菊科紫菀族)系统学研究的现状
黎维平$陈三茂
(湖南师范大学 生命科学学院$中国湖南 长沙 056625)
!#$#%& ’&(&)$ *+ ’,$&#-(&./(0 ’&)1.#$ *% !#$% & ’&
23$&##(#4 3$&#(/#(#5
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DOI:10.16605/j.cnki.1007-7847.2004.s2.018
! 生 命 科 学 研 究 #$$ 年
紫菀族 %&’()*)+) ,是菊科 %&’()*+-)+) ,的第二
大族. 约有 /!#个属. 0$#$种 1 / 2 3 广义的紫菀属
% !#$% $&’ ()#*.即 !#$% + (3 ,曾是紫菀族中最大
的属之一. 产于北美和欧亚大陆 3 !#$% + (3 是个
大包大揽的类群(+ “-+(-45+66”7*89:). 染色体基
数就有 ; 个.包含了一些形态上相似但亲缘关系
较远的分类群 1 / < 2 3 #$$多年来.学者们曾对 !#$%
+ (+ 的分类提出了许多方案 . 但始终没有一个系
统被广泛认可1/. #23由于对 !#$*的定义不同. !#$%所
包括的种类有约/=$到/ $$$种等不同的统计1#. 0. >. ;23根
据 ?)’8@1 / . # 2新的修订 . 紫菀族由 / 个亚族组
成.其中只有紫菀亚族 %&’()*AB+) C9@8*(3 ,以亚洲
为分布中心 3 在欧亚. 广义的紫菀属 % !#$% + (3 ,
几乎等于整个紫菀亚族. !#$%的定义成了紫菀亚
族分类的关键.也是紫菀族分类的难点 3
! 近 !多年来北美 !#$% & ’& 的研究
近 /$多年来.北美紫菀族的系统学研究十分
活跃.其中在 !#$% + (3 研究上取得的成果最为引
人注目 3 !#$%的定义和划分是理解北美紫菀族起
源的中心问题 1 0 2 3 ?)’8@1# 2主要根据形态学(瘦果
形态)和细胞学性状(染色体形态)对 !#$% + (3 进
行了评价.其结论是北美紫菀类植物应从 !#$%中
独立出去 3 ?)’8@1# 2的这一观点先后得到 ?8D)’ E
FA)’)G)*710 2 和 H*89A66)( $# )(3 1 I 2 的 JKL(核糖体
C?& 非编码转录间隔区 . (4) AB()*B+6 (*+B’-*AG)M
’:+-)* *)7A8B’ 8N B*C?&)证据的强烈支持. 并为其
他研究者所接受 1 . = 2 3北美紫菀类植物有约 #$$多
种. 它们从 !#$%中分离出去后形成 =5/ 个属 3
这些属的定义及其相互关系是十分复杂的问题.
成为近期研究的热点 1 = 2 3
另一方面. OA+B7 E L)@:6)1! 2基于叶绿体 C?&
%-:C?&, 限制性片段长度多态性 % *)’(*A-(A8B N*+75
@)B( 6)B7(4 :86D@8*:4A’@’. FPQR’, 分析得出的结
论.虽然也同意北美紫菀类植物是多系的.应分成
不同的属.但是他们却认为狭义 !#$% + 3 并不限
于欧亚分布.也包括许多北美种 3
# 欧亚 !#$% & ’& 的研究现状
多数北美学者认为. 排除了北美紫菀类后.
!#$%属的范围大大缩小. 约有 /=$种. 限于欧亚分
布.成为“狭义的紫菀属 % !#$%$&’#%,-#* 即 !#$%
+ 3 ,”1 / < 0 23但是实际上北美学者所称的欧亚“狭义
紫菀属”仍然是属的界限十分模糊的类群3 北美学
者对于 !#$% + (+ 的研究重心在北美植物.仅涉及
极少的欧亚 !#$% + (+ 植物 3
近几十年来 . 对欧亚紫菀族 %&’()*)+) ,包括
!#$% + (3 的系统学研究十分少见3 各国学者对于
!#$%系统学的观点主要体现在各国植物志中3欧
洲的意大利、土耳其、保加利亚、罗马尼亚和亚洲
的日本等国采用广义 !#$%的概念. 将东风菜属
% .*$((,&/$%,) ,、 裸菀属 % 0)()#$(() ,、马 兰属
% 1)(,2$%, ,、1$2’()%,$(()、麻菀属 % 3,&*4%, ,、碱
菀属 % 5%,6*(,’2 ,等并入 !#$%3 而前苏联则采用了
十分狭义的 !#$%概念.将 !#$% + (+ 分成 /个较
小的属 1 /$ 2 3《中国植物志》(第七十四卷)1 > 2也采用
了狭义紫菀属 % !#$% + + ,的概念 3
中国是广义 !#$%的分布中心之一. 约有 />$
种 1 > 2 3 广义 !#$%中.与 !#$% + 3 界线模糊的类群
几乎都产于我国 3《中国植物志》 1 > 2 将广义 !#$%
分成 /0个属 3 国产 !#$% + 3 约有 /$$种 1 >. //. /# 2 3
其他各属中 . 马兰属 (1)(,2$%,). 狗娃花属
% 7$#$%*6)66’ , 和裸菀属 % 042&)#$% , 等是由于冠
毛短或缺乏而从 !#$% 中独立出去的 3 但 J(8 $#
)(3 1 /0 2和 J(8 $# )(3 1 / 2根据叶绿体 C?&限制性片段
长度多态性分析.认为马兰属和裸菀属是多系的.
冠毛的缩短在不同进化线上可以平行发展. 即冠
毛作为划分属的关键特征不可靠 3 马兰属
% 1)(,2$%, , . 狗娃花属 % 7$#$%*6)66’ , 和裸菀属
% 042&)#$% , 分别与狭义紫菀属的某些种在系统
树上组成分支 1 /0 . / 2 . 这说明目前所采用的狭义
!#$% 的范围是大有疑问的 3 马兰属和狭义紫菀
属之间频繁的天然杂交 1 />. /; 2 . 也暗示应该重新评
价此二属间的关系 1 /0 2 3 所以. 有必要在广阔的背
景下对从广义紫菀属中分离出来的各属的范围以
及相互关系进行详细研究 1 / 2 3
欧亚 !#$% + (3 研究上的分歧具体表现在以
下几个方面S
/)在东风菜属 % .*$((,&/$%,) ,的处理上. 除了
将其作为 !#$%的一个组 % ’)-(3 .*$((,&/$%,) ,外.还
有承认其为北美—东亚间断属 1 / 2、或只包括北美
的 0种 1 I 2、或只含东亚 I < =种 1 > 2、或东亚 =种并
非单系 1 /I 2 等多种分歧 3 此外. 更大的分歧是. 将
东风菜属留在紫菀亚族还是移至 LD@:4D8(*A-4A5
B+)亚族. 或与 8*(#*&,)、9%$*#$22)等属组成另
一个新的亚族 1 / < 0. > 2 3
#)关于马兰属 % 1)(,2$%, ,的分类学存在许多
疑问S 第一. 马兰属是独立的属还是 !#$%的一个
!第 # 期
组 $ %&’() !#$%&’$( *?虽然 +, - ./’0123 4把马兰属
当作独立的属来修订5工作十分细致扎实5但他们
也承认马兰属作为属的地位是暂时的5 有待于在
6%(&7&8&研究的基础上最终决定马兰属的系统地
位9第二5马兰属是单系还是多系的?+,-./’01 23 4
将 %&’() )*’+$,*#$-%从马兰属中移至 .(/&’ (0 ()5 但
在 :(/ &/ # 1 2# 4根据 ’;<=6限制性片段长度多态性
所建立的系统树上5 %&’() )*’+$,*#$-%的 !#$%&’$(
%$1-&##$2同 3*&##$4&’$ (56&’ 而非 6 (/&’ 4&’7
/*$+&( 等 .(/&’ (0 () 植物聚成一分支 ) 那么
%&’() )*’+$,*#$-% 的归属到底如何?第三 5 .(/&’
(0 () 中的一些短冠毛种 $如 .(/&’ 8’*’&’-( .&>%?和
.0 (%$/9$2-( .8@A) BC8DD) * 的分类地位有很大疑
问 1 2! 4 ) 是否应将这些种以及 .(/&’ (0 () 中其他短
冠毛种转移至 !#$%&’$(5这有待进一步研究 )
E)裸菀属 $ :&’%2(/&’ * 产于中国、朝鲜和日
本5以所有瘦果均无冠毛为最重要特征 ) 在 :(/ &/
#) 1 2# 4根据 ’;<=6限制性片段长度多态性所建立
的系统树上5 裸菀属的 F个种中分别与东风菜属
$ 3*&##$24&’$ *和狭义紫菀属 $ .(/&’ (0 () *的物种形
成分支 ) 这对裸菀属是否为单系以及是否有必要
作为属加以保留提出了疑问 )
#)=/G&% - HI&%&J&7K1E 4构建的 :LM系统树上5
麻菀属 $ ;$2*(<’$(= )’$2$/’$( * 并未与 .(/&’ (0 #) 的
另两个欧亚种在同一支 5 而是与雏菊亚族
$ N&??IAI@8& *的 >&##$( 8&’&22$( O) 结合5这使人对紫
菀亚族是否为单系类群产生了疑问5 即麻菀属以
及紫菀木属 $ .(/&’*/9&%2-( * 5乳菀属 $ :#/&## *和
莎菀属 $ .’5/*4&’*2 * 等麻菀属的近缘属可能应该
移出紫菀亚族 )
) 翠 菊 属 $ )##$(/&89-( *、 狗 娃 花 属
$ ?&/&’*888-( *、女菀属 $ @-’5A2$2*B$ *、岩菀属
$ !’<#*C$ *、碱菀属 $ @’$8*#$-% *、!&%-#’$&##和
)*2立成属还是应继续留在 .(/&’内5独立的属如何定
义以及它们是否是单系的5 如何确定它们在紫菀
亚族内的系统位置 )
P)即使采用林镕等14使用的狭义的 .(/&’概念5
.(/&’仍是形态特征十分复杂多样的类群1234) .(/&’属
的定义5属内一些种的处理(是否留在 .(/&’内)5
组和系的划分5都存在很多疑问)《中国植物志》1 4
将国产 .(/&’ (0 (0 分成 E个组5但著者对分组的合
理性留下了疑问 ) 国产 .(/&’被分成 FQ个系5 其
中 FF个由林镕建立 ) 但这些系是否合理5尚未见
评价 )
Q)关于 .(/&’ (0 #) 的起源5过去一直认为北美
是其发源地 1 !5 FR 4 ) 现在5 北美原属 .(/&’的植物被
证明与欧亚 .(/&’没有亲缘关系 1 2 S E5 Q 4 5 那么欧亚
.(/&’ (0 #) 源于北美的观点就基本被否定 ) 在
=/G&% - HI&%&J&7K1E 4 提出的 :LM 系统发育树上 5
.(/&’ %&##-((.(/&’的后选模式种5即 ?&’(/(G;&)位
于南半球紫菀族植物之间5这暗示 .(/&’可能起源
于南半球 ) 关于 .(/&’的起源及其在欧亚大陆扩
散的研究5 有助于理解 .(/&’的系统发育 )《中国
植物志》1 4记载的!F种紫菀属植物中5 #Q种特产于
横断山和喜马拉雅地区5占总数的2) 2T )可见横
断山和喜马拉雅地区为 .(/&’ 的分布中心 ) .(/&’
的起源及扩散的研究5 也可为横断山和喜马拉雅
地区植物区系的起源和发展提供新的证据 )
! 北美紫菀类与欧亚 !#$% & ’ 的关系
虽然目前多数学者赞成将北美紫菀类植物从
.(/&’中完全分出去5 但是 UI8@K - M&>;?& 1! 4依据
’;<=6限制性片段长度多态性资料5 认为北美部
分紫菀类植物应保留在 .(/&’ 中 ) :LM 与 ’;<=6
限制性片段长度多态性资料在北美紫菀类与欧亚
.(/&’ (0 #) 关系上的分歧令人困惑5 有必要采用新
的分子资料进一步研究 ) 此外5 3*&##$24&’$中北
美种和东亚种的关系也颇具争议 )
# 分子资料在紫菀族系统学中的应用
<=6尤其是 <=6序列资料在研究菊科的系
统发育和分类上已被证明有着巨大的分类学价
值5 对于一些“困难属”的研究尤其如此 1 F2 4 ) 近年
来5在北美紫菀类植物的系统分类研究中5研究的
主流是采用各种分子资料(:LM5 VLM即 7<=6的外
转录间隔区和 ’;<=6限制性位点多态性等)5 结
合形态学和细胞学性状5 评价紫菀族的系统发育
及各属的分类 1 25 E5 #5 Q5 ! 4 ) 目前普遍采用的各种
<=6序列或片段长度多态性进化速率有差异5 存
在一定的缺陷 1 FF 4 ) 因此5 几种 <=6序列的结合应
用已成为目前重建菊科各类群系统发育的主要工
具 1 F2 4 )
欧亚 .(/&’ (0 #) 植物的分子资料极少5而分子
资料应用于欧亚紫菀族、紫菀亚族或 .(/&’ (0 #) 的
全面研究则尚未见报道 ) :(/ &/ #) 1 2Q 4 5 :(/ &/ #) 1 2E 4
和 :(/ &/ # 1 2# 4 ) 对日本产的一些 .(/&’ (0 #0 物种的
’;<=6限制性片段长度多态性的研究5 得出了与
黎维平等:广义紫菀属(菊科紫菀族)系统学研究的现状
! 生 命 科 学 研 究 #$$% 年
经典分类明显不同的结论 & 但是’ 这些研究检测
的种和属太少’ 只对 !#$%&’$(和 )(*&’ (+ (& 中个
别种的分类学地位提出了新的见解 & 取样不充分
被认为是分子资料未能很好解释一些系统学问题
的主要原因 & 研究者们常常建议更广泛地取样’
使研究深入下去 ( ) * &
! 开展欧亚 !#$% & ’ 系统学研究的紧
迫性
由于兴趣和研究材料的限制 ’ 北美学者对
)(*&’ (+ #& 的研究着重北美紫菀类的系统分类 &
日本学者对 )(*&’ (+ #+ 的系统学表现出较高的热
情’但只是限于对日本产 )(*&’ (+ #+ 开展研究 & 另
一方面’ 鉴于 +,-与 ./012限制性片段长度多态
性资料在北美紫菀类与欧亚 )(*&’ (+ #& 关系上具
有较大分歧’ 而根据 ./012限制性片段长度多态
性资料所得出的结论 (! *不为其他学者所接受’因此
日本学者 ( 3)’ 3%’ 34 *对日本 )(*&’(+ #&的 ./012限制性
片段长度多态性研究的可靠性也就值得怀疑&近几
十年来’ 欧亚其他地区包括俄罗斯 ()(*&’ (+ #+ 分
布中心之一)的学者尚未对欧亚 )(*&’ (+ #+ 的系统
学开展研究 & 中国是 )(*&’ (+ #+ 最大的分布中心’
中国学者有条件也有责任为澄清欧亚 )(*&’ (+ #+
分类中的混乱做出贡献 &
在《中国植物志(英文版)》的紫菀亚族尚未编
写的情况下’ 开展此研究十分急切 & 在全球背景
下研究广义 )(*&’是非常必要 & 此研究应在广泛
取样的基础上’ 采用 +,-和 5678(叶绿体基因组
中 5678基因)等分子资料’ 结合形态学和细胞学
性状’对欧亚广义紫菀属开展系统学研究’弄清性
状演化的方向’依据可靠的形态学性状定义各属’
澄清混乱局面’ 构建一个合理的分类系统’ 使《中
国植物志(英文版)》中的紫菀亚族以新的面貌面
向世界 &
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