全 文 ：2007年 11月 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) Nov. 2007第 38卷第 6期 Journal of Inner Mongolia Universi ty Vol. 38 No. 6
　　文章编号: 1000- 1638( 2007) 06-0665-07
蒿属叶绿体 DNA trnL-F的序列分析与
系统发育的意义
王铁娟 1, 2 ,韩国栋 1 ,柴兆芳 2
( 1.内蒙古农业大学生态环境学院 ,呼和浩特 010019;
2.内蒙古师范大学生命科学与技术学院 ,呼和浩特 010022)
摘要:对蒿属 Artemisia Linn.两个亚属 5个组 38个种进行了 tr nL-F序列的分析 ,同时选取了
紊蒿 Elachanthemum intricatum作为外类群 .结果表明 ,蒿属的 tr nL-F序列长度为 786～ 799
bp, GC含量为 34. 79% ～ 35. 94% .组间变异小 , 38个种共有 62个变异位点 , 18个信息位点 .根
据形态学划分的蒿亚属和龙蒿亚属没有得到很好的分辨 ,但艾组多数种具有 6bp“ TACATA”
的缺失和三个位点组内多数种的共同变异 ,使得该组具有较明显的分化 .总的来说 , t rnL-F序
列在蒿属植物间有着高度的一致性 ,讨论系统发育时具有一定的局限性 .
关键词: 蒿属 ; tr nL-F序列 ;系统发育
中图分类号: Q949. 783. 5　　文献标识码: A
　　蒿属 Artemisia L.是菊科的大属之一 ,全世界约 344种 ,我国 187种〔1〕 ,不少种类为重要的药用植
物 ,少数供食用 ,分布于草原或荒漠地区的种类常作牲畜的干、青饲料或做为固沙植物 .关于该属属下
等级的划分有着较多的争议 . Besser〔 2〕和 Candolle〔 3〕先后将该属分为 4个组 ,即为:组 1.龙蒿组 Sect.Ⅰ
Dracunculus Bess. ,组 2.绢蒿组 Sect.Ⅱ Seriphidium Bess. ,组 3.艾蒿组 Sect.Ⅲ . Abrotanum Bess. ,组
4.莳萝蒿组 Sect.Ⅳ . Absinthium DC. ,这是以头状花的结构及花序托上有无托毛而分组的 .其中龙蒿
组为异形花 ,但其中央两性花不结实 ,艾蒿组和莳萝蒿组也为异形花 ,但均结实 ,这两者的区别是莳萝
蒿组花序托上有托毛而艾蒿组没有 ,绢蒿组和前面三个组的区别是全为同形的两性花 ,均结实 .上述
两作者都认为龙蒿组是最原始的组 ,而莳萝蒿组是最进化的组 ,这是对蒿属进行系统分类最早提出的
分组观点 .此后 ,某些学者对该属分组曾有不同的归并和组合 .美国学者 H. M. Hall和 F. E. Clements
共同研究北美洲的蒿属时〔4〕 ,赞同W. Besser和 A. P. De Candonlle分组观点 ,而对组的位置作了适当
的调整 ,并提出蒿属演化的设想 ,这两个学者认为:蒿属最原始的组是组 1.艾蒿组 ,组 2.莳萝蒿组是从
艾蒿组派生的一分支 ,其花序托具托毛 ;组 3.龙蒿组及组 4.绢蒿组是从艾蒿组中沿不同方向演化 (主
要是减化 )的进化类型 ,该观点为后来许多学者所接受 ,并一直沿用现代许多学者的著述中 ,尽管有的
学者将组的等级提升为亚属或属 ,但是其排列的雏形仍是 H. M. Hall和 F. E. Clements的观点 .如 N.
A. Petermann将绢蒿组提升为绢蒿亚属 Subgen. Seriphidium Peterm. ,前苏联学者П.П.Поляков在
《苏联植物志》中将绢蒿亚属上升为绢蒿属 Seriphidium Poljak.〔 5〕 ,并分出若干小属 . T. G. Tutin等
在《欧洲植物志》中 ,只将蒿属分为两大组 ,即组 1艾组 Sect. Artemisia ,包括前述的莳萝蒿组、艾蒿组
和绢蒿组 ,组 2为龙蒿组 Sect. Dracunculus Bess. ,即以两性花孕育与否分为 2组〔 6〕 .我国学者林有润
收稿日期: 2007-04-06
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 40561004)
作者简介: 王铁娟 ( 1969～ ) ,女 ,河北任丘人 ,副教授 ,博士 ,内蒙古农业大学博士后 ,主要从事植物区系地理学
和生态学研究 . E-mail: w tj105@ 163. com
在研究世界蒿属及邻近属的基础上 ,认为建立绢蒿等属是合理 ,并提出蒿属应分为两个亚属 ,九个组 ,
并将此观点应用于《中国植物志》中〔 7～ 9〕 ,其系统为蒿亚属 Subgen. Artem isia Less.: 莳萝蒿组、艾蒿
组、艾组 Sect. Artem isia L、灰蒿组 Sect. Artanacetum ( Rzazade) Poljak.、腺毛蒿组 Sect. Viscidipubes
Y. R. Ling、白苞蒿组 Sect. Albibractea Y. R. Ling;龙蒿亚属 Subgen. Dracunculus Peterm. :龙蒿组、
牡蒿组 Sect. Latilobus Y. R. Ling 、球序蒿组 Sect. Turaniphytum ( Poljak. ) Y. R. Ling ,其中灰蒿
组、球序蒿组中国不产 .球序蒿组、腺毛蒿组、白苞蒿组和牡蒿组是林有润建立的〔10〕 .后来林有润又在
“论世界蒿属植物区系”一文中 ,将灰蒿组提升为灰蒿亚属 .他提出莳萝蒿组是原始的组 ,艾蒿组由莳
萝蒿组的祖先演化而来 ,而后由艾蒿组沿不同方向演化出其它各组〔1〕 .
tr nL-F区域序列包括两段非编码的叶绿体 DNA序列 , t rnL内含子和 t rnL /t rnF区间序列 .尽管
只有 800bp左右长 ,这段序列为属内系统发育到族的划分都提供了重要的信息 .这段序列 ,在揭示菊
科中大属的系统发育方面有过一定的研究报道〔11, 12〕 .在国内利用 t rnL-F区域序列进行系统进化的研
究也有较多报道〔 13～ 17〕 ,尤其是对菊科风毛菊属的研究〔 17〕 .但是 ,至今未见蒿属的有关报道 .为此 ,本文
利用 t rnL-trnF间隔区序列分析探讨蒿属的系统发育 ,为研究蒿属类群系统发育与进化提供重要分子
依据 .
1　材料和方法
1. 1　材料来源
实验材料包括蒿属 5个组的部分种和作为外类群的紊蒿 ,采自于内蒙古的不同地区 (见表 1) ,采
集植物嫩叶 ,装入 15× 20 cm带封口的塑料袋中加变色硅胶使其快速干燥 ,带回实验室后 , - 20℃保
存 ,部分植物的叶片采自腊叶标本 .凭证标本存放于内蒙古师范大学标本馆中 .采集到的样品来自于
中国产的 5个大组 (除腺毛蒿组和白苞蒿组外 ) ,并且为蒿属演化中重要的组 ,因此具有一定的代表
性 .
1. 2　总 DNA的提取与 t rnL-F片段的扩增
1. 2. 1　 DN A的提取　采用 CT AB法进行 ,并根据蒿属植物的特点略作改动〔 18〕 .
1. 2. 2　引物设计　实验所用 PCR扩增引物由上海生工生物工程公司合成 ,分别为 c: 5′-CGA AA T
CGG T AG ACG CTA CG-3′和 f: 5′-ATT TGA ACT GGT GAC ACG AG-3′( Taberlet et al. ,
1991)〔 19〕 .用双蒸水回溶浓度到 100 pmol /μL作为母液备用 .
1. 2. 3　反应体系及扩增程序　 PCR扩增试剂购自大连宝生物生物工程公司 , 50μL体系含: 33. 7μL
的双蒸水 , 5μL 10× PCR缓冲液 , 4μL( 25 mM ) M gCl2 , 1μL( 10 mmol /L )dN T P, 4μL混合引物 (各 2
μL, 20 pmol ) , 0. 3μL( 5U /μL) Taq以及 2μL模板溶液 ( 20 ng /μL) .
扩增反应在 eppendorf公司梯度扩增仪上进行 ,扩增 t rnL-F的程序为: 70℃ 1 min, 94℃ 1 min,
55℃ 20 s, 72℃ 50 s,循环 2次 ,再以 94℃ 20 s, 55℃ 20 s, 72℃ 50 s,循环 38次 ,最后在 72℃补平
5 min, 4℃保温 .
1. 2. 4　扩增和测序　用引物 c和引物 f扩增 t rnL-F序列 ,扩增产物在 1. 0%的琼脂糖凝胶上电泳 ,所
有植物样品均扩增出特异性较好的单一条带 ,而对照中无扩增产物 .扩增产物送大连宝生物公司进行
测序 .
对于属不同组而序列完全一致的种或者与同组植物序列差异很大的种 ,均重新提取 DNA且重新
测序 ,以克服材料混淆和测序等试验误差 ,结果第二次重复测序均得到与第一次完全相同的序列 .对
于 A. mongol ica、 A. sphaerocephala、 A.ordosica测了不同的个体 ,但序列完全一致 ,故只列出一个结
果 .
蒿属 t rnL-F的范围根据 Genbank中菊科春黄菊族序列确定 .用 DNASta r软件中的 ClustalW进
行排序 .
666 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2007年
表 1　材料来源
Table 1　 The o rigin o f mate rials
组 种 采 样 地 凭证标本
莳萝蒿组
Sect. Absinthium
大籽蒿 A . siev ersiana 镶黄旗 马春明 02-194
碱蒿 A . anethif olia 哈素海 王铁娟 20262
莳萝蒿 A . anethoides 哈素海 王铁娟 20252
冷蒿 A . f rigida 蛮汗山 王铁娟 2282
白山蒿 A . lagocephala 额尔古纳左旗 耐尔勒图 2589
艾蒿组
Sect. Abrotanum
阿克塞蒿 A . aksaiensis 阿左旗 83050
褐苞蒿 A . phaeolepis 蛮汗山 王铁娟 2247
白莲蒿 A . sacrorum 蛮汗山 王铁娟 2263
黄花蒿 A . annua 呼和浩特青城公园 王铁娟 751
山蒿 A .brachyloba 科右中旗 702
丝裂蒿 A . adamsii 新巴尔虎左旗 刘书润 366
黑蒿 A . palustris 新巴尔虎右旗 无号
细裂叶莲蒿 A . gmelinii 呼和浩特树木园 王铁娟 054
艾组
Sect. Artemisia
艾 A . argyi 准格尔旗 王铁娟 007
蒙古蒿 A .mongolica 蛮汗山 王铁娟 2047
狭裂白蒿 A . kanashiroi 灰腾梁 王铁娟 2472
柳叶蒿 A . integrifolia 乌尔其汗 刘书润 689
蒌蒿 A . selengensis 大青山 王铁娟 3129
歧茎蒿 A . igniaria 赤峰 956
红足蒿 A . rubripes 通辽大青沟 刘书润 158
魁蒿 A . princeps 科左后旗 刘书润 678
线叶蒿 A . subulata 兴安盟西哲里木 中 -1282
龙蒿组
Sect.Dracunculus
龙蒿 A . dracunculus 灰腾梁 王铁娟 0591011
差不嘎蒿 A . halodendron 海拉尔 马春明 海 -04
褐沙蒿 A . intramongolica 达里湖 王铁娟 克 -09
黑沙蒿 A .ordosica 鄂托克旗 王铁娟 鄂 -04
准噶尔沙蒿 A . songarica 额济纳旗 赵天飙 额 -05
白沙蒿 A . sphaerocephala 乌海 王铁娟 乌 -02
乌丹蒿 A . wudanica 乌丹 王铁娟 乌 -01
猪毛蒿 A . scoparia 多伦 王东波 001
柔毛蒿 A . pubescens 通辽 王铁娟 081
光沙蒿 A . oxycephala 海拉尔 王铁娟 0612
糜蒿 A . blepharolepis 乌海 王铁娟 05031
牡蒿组
Sect. Latilobus
巴尔古津蒿 A . bargusinensis 乌尔其汗 刘书润 兴 -1124
南牡蒿 A . eriopoda 蛮汗山 王铁娟 4326
漠蒿 A . desertorum 科左中旗 孟慧君 341
牛尾蒿 A . dubia 大青山 王铁娟 829
华北米蒿 A . giraldii 兴和县 刘书润 423
外类群 Outg roup 紊蒿 E . intricatum 乌拉特后旗 梁存柱 354
1. 3　序列分析与系统树构建
序列用 ClustalW排序后 ,通过手工校正 ,排好的序列用 PAU P4. 0进行系统发育分析 .做简约
( Parsimony )分析时 ,空位 ( g ap)始终作为缺失状态 ,使用启发式 ( heuristic)搜索最简约树 ,利用
boo tst rap( 1000次重复 )检验各分支的置信度 .
667第 6期 王铁娟等　蒿属叶绿体 DN A trnL-F的序列分析与系统发育的意义
2　结果与分析
2. 1　 t rnL-F区的长度和 GC含量分析
从表 2中可以看出 ,蒿属植物 t rnL-F序列长度为 786～ 799 bp, GC含量为 34. 79%～ 35. 94% ,较
低 ;外类群紊蒿为 796 bp, GC含量为 35. 18% .
表 2　 38种植物的 trnL-F序列长度及其 GC含量
Table 2　 Sequence sizes and G+ C percent contents of trnL-F sequences of 38 species
种 长度 ( bp) ( G+ C) %
A . sieversiana 786 35. 11
A . anethif olia 796 35. 18
A . anethoides 799 35. 94
A . f rigida 796 35. 30
A . lagocephala 796 35. 18
A . aksaiensis 797 35. 13
A . phaeolepis 794 35. 14
A . sacrorum 796 35. 30
A . annua 796 35. 18
A . brachy loba 796 35. 30
A . adamsii 797 35. 13
A . palustris 790 35. 32
A . gmelinii 797 35. 26
A . argy i 790 35. 44
A .mongolica 790 35. 44
A . kanashiroi 790 35. 32
A . integrifolia 790 35. 32
A . selengensis 795 35. 09
A . igniaria 787 35. 58
A . rubripes 790 35. 44
A . princeps 797 35. 38
A . subulata 790 35. 44
A . d racunculus 796 35. 05
A . halodendron 796 34. 92
A . intramongolica 796 34. 92
A . ordosica 796 34. 92
A . songarica 799 34. 79
A . sphaerocephala 796 34. 92
A . wudanica 796 35. 05
A . scoparia 796 35. 05
A . pubescens 796 35. 05
A . oxycephala 796 34. 92
A . blepharolepis 796 35. 43
A . bargusinensis 796 34. 92
A . eriopoda 796 35. 05
A . desertorum 796 35. 05
A . d ubia 796 35. 05
A . giraldii 796 35. 18
E . intricatum 796 35. 18
　　 38个种加上空格一共得到 799个位点 (不计外类群 ) ,变异位点数 (变异位点为出现两种及以上碱
668 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2007年
基类型的位点 ) 62个 ,信息位点 (信息位点为特殊的变异位点 ,即在该位点上不仅存在两种以上的碱
基类型 ,而且每种碱基类型均出现在两个以上的类群中 ) 18个 (比对图略 ) .
图 1　 8个简约树之一 ,每个种名后的 ART、 ABR、 DRA、 LAT、 ABS、
OU T分别代表艾组、艾蒿组、龙蒿组、牡蒿组、莳萝蒿组和外类群 ,数字代表 boo tstrap支持
Fig. 1　 One o f eigh t par simonious trees, ART、 ABR、 DRA、 LAT、 ABS and OUT following each species name
are abbrev iations o f Sect. Artemisia , Sect. Abrotanum , Sect.Dracunculus, Sect. Latilobus,
Sect. Absinthium and outg roup. The numerals above branches indicate boo tstrap suppo rt.
2. 2　 t rnL-F序列的系统发育分析
根据序列结果 ,应用 PAU P4. 0进行系统树的构建 ,当用 E. intricatum作外类群 , gap处理为缺失
状态时 ,采用最大简约法共获得 8个最简约树 ,其中一个树及自展分析支持强度如图 1所示 .系统树的
长度为 36步 ,其一致性指数 ( CI)为 0. 9375,保持性指数 ( RI)为 0. 9767.由于该片段在蒿属内具有很高
669第 6期 王铁娟等　蒿属叶绿体 DN A trnL-F的序列分析与系统发育的意义
的保守性 ,所以聚类分析显示 (图 1) ,除了艾组外 ,其它组并未得到很好的分化 .在所研究的种中 ,一些
种的序列完全相同 ,如艾组的 A. kanashiroi和 A. integri folia , A. subulata和 A. rubripes;龙蒿亚属的
A. bargusinensis、 A. sphaerocephala和 A. intramongolica , A. desertorum、A .eriopoda、A. pubescens、 A.
scoparia和 A. wudanica;艾蒿组的 A.brachyloba和A . sacrorum;来自于不同组的一些植物也具有完全
相同的序列: A. anethi folia、 A. annua、 A. giraldii .艾组植物具有一个明显的分支 ,分支的支持率为
60% ,并且在研究的艾组 9个种中 ,只有蒌蒿 A. selengensis和魁蒿 A. princeps未处于本组的分支中 ,
而蒌蒿靠近本组分支 ,反映出本组植物在蒿属中有较明显的分化 .龙蒿亚属主要形成两大分支 ,但本
亚属下设的两个组并没有分开 ,其中一支中除 A. ordosica外 ,其它五个种的序列完全相同 ,分支的支
持率为 66% ,而另一支中 , A. bargusinensis、 A. sphaerocephala、 A. intramongolica有着完全相同的序
列 ,分支的支持率为 79% ,而 A. dracunculus和 A. dubia则单独聚到一起 .莳萝蒿组和艾蒿组的植物均
没有形成独立的分支 .
3　讨　论
　　蒿属的 t rnL-F序列长度在 786 bp至 799 bp范围内变化 ,但我们所研究的 38种植物中 (不计外类
群 ) ,共有 62个变异位点 , 18个信息位点 ,反映出序列较保守 ,不能提供丰富的变异位点 .但通过比对
发现 ,序列的变异具有一定的规律性 ,在艾组多数种具有 6 bp“ T ACATA”的缺失和三个位点组内多
数种的共同变异 ,所以从聚类图也显示出 ,艾组植物除魁蒿外基本聚到了一起 .龙蒿组与牡蒿组的部
分种也有着两个位点的变异 ,所以此二组除个别种外 ,被分为两大支 ,支持率分别是 66%和 79% ,但并
未反映出这两个组的分化 .从序列来看 ,一些种的序列完全一致 ,尤其是近缘种 ,说明该片段在解决蒿
属植物的演化关系时 ,具有一定的局限性 ,主要是缺乏变异位点 .因此由于变异位点的缺乏 ,在所分析
的种中 ,一些种没有和本组植物聚到一起 ,是否反映该组不为单系 ,还不能断然下结论 ,应结合其它片
段共同探讨 .而龙蒿组与牡蒿组种的混杂反映出广义的龙蒿组 (包括现龙蒿组与牡蒿组 )的定义是合
适的 .
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(责任编委　杨　持 )
Sequence Analy sis of th e trnL-F Region of cpDN A
in Artemisia and Its Phylog eny Significance
WANG Tie-juan
1, 2 , HAN Guo-dong
1 , CHAI Zhao-fang
2
( 1.College of Ecology and Env ironment ,
Inner Mongolia Agricultural University , Hohhot 010019,China;
2. College of L if e Science and Technology ,
Inner Mongol ia Normal University , Hohhot 010022,China)
　　 Abstract: The t rnL-F sequence o f 38 species of Artemisia L. w ere ampli fied and analy zed wi th
Elachanthemum intricatum chosen as an outg roup. The resul ts indicated that the size o f t rn L-F
sequences w as 786～ 799 bp and the content of G+ C was 34. 79%～ 35. 94% . There w ere 62 various
sizes and 18 informa tion sizes in this 38 species. Subgen. Artemisia and Subgen. Dracunculus
delimi ta ted by morpho logical cha racters w ere unrecognized on the phylog enetic t ree, but Sect.
Artemisia had distinct di fferentiation owing to a 6-bp “ TACAT A” deletion and 3 loci v ariation
among most species. In a w ord, t rnL-F sequences a re very high homogeneous in the Artemisia L. and
have limi tations in phylog eny.
Key words: Artem isia L; rnL-F sequence; phy logeny
671第 6期 王铁娟等　蒿属叶绿体 DN A trnL-F的序列分析与系统发育的意义