全 文 ：文章编号:1000-1573(2005)02-0036-04
金粉蕨属系统位置 ———来自 rbcL 序列的证据
杨文利1 , 　张钢民2
①
(1.河北农业大学 园林与旅游学院 , 河北 保定 071000;2.北京林业大学 , 北京 100083)
摘要:金粉蕨属的系统位置长期以来一直存有争议。 对金粉蕨属 、珠蕨属 、粉背蕨属 、薄鳞蕨属 、碎米蕨属和黑
心蕨属 10 种植物的叶绿体基因 rbcL 序列进行测定 ,以鳞始蕨科的 2 个成员为外类群构建它们的系统关系。简
约性分析结果表明:①碎米蕨类植物是一个单系类群 ,并得到 boo tstrap 100%的支持。该类群不仅包括中国蕨科
的大部分属 ,还包括裸子蕨科中的部分成员;②珠蕨属 、L lavea 和凤丫蕨属形成一个分支 , 并得到很高的 boot-
strap支持;③金粉蕨属严格位于凤尾蕨群这一分支 , 该属与凤尾蕨属的关系近缘。从分子系统学的角度来看 , 金
粉蕨属既不属于中国蕨科 , 也不属于珠蕨科 ,而应归入凤尾蕨科。
关　键　词:金粉蕨属;系统位置;rbcL;中国蕨科;珠蕨科;凤尾蕨科
中图分类号:Q 949.36　　　　　　　　文献标识码:A
Phylogenetic placement of Onychium based on
the analysis of rbcL sequences
YANGWen-l i1 , ZHANGGang-min2
(1.Department of Landscape and Tour , Agricultural University of Hebei , Baoding 071000 , China;
2.Beijing Forestry University , Beijing 100083 , China)
Abstract:The systematic position of the genus Onychium Kaulf.has long been in dispute.In this
paper , the chloroplast DNA rbcL region w as sequenced for 10 species representing Onychium ,
Cryptogramma , Aleuritopteris , Leptolepidium , Chei losoria , and Doryopteris.Phylogenetic
analysis w as conducted using the maximum -parsimony (MP)method , w ith tw o species of Lind-
saeaceae being selected as the outgroup.The results of phylegenetic analysis show that:①cheilan-
thoid is a monophy letic g roup st rong ly supported by a boo tst rap value of 100%, which comprises
most of the genera in Sinopteridaceae sensu Ching and some genera in Hemionitidaceae sensu Pichi-
Sermolli.②Cryptogramma , Llavea , and Coniogramme form a clade with a high bootst rap value.
③Onychium is robustly nested within the pteroid clade , and closely related to P teris.In the light of
molecular phy logeny , the genus Onychium belongs to neither Sinopteridaceae no r Cryptogram-
maceae sensu Pichi-Sermolli but should belong to the family of Pteridaceae sensu Nayar.
Key words:Onychium Kaulf.;systematic position;rbcL;Sinopteridaceae;Cryptog rammaceae;
Pteridaceae
收稿日期:2004-05-28
项目基金:中国科学院生物科学与生物技术研究特支项目
作者简介:杨文利(1968-), 女 ,河北容城人 , 讲师 ,主要从事植物学教学和科研工作.E-mail:yangw l68@sohu.com
通讯作者:张钢民(1967-), 男 , 河北武邑人 , 博士 , 讲师 , 主要从事植物学教学和科研工作.E-mail:gangmin1967 @ya-
hoo.com.cn
第 28卷第 2期
2 0 0 5年 3月
河 北 农 业 大 学 学 报
JOURNAL OF AGRICU LT URAL UNIVERSI TY OF HEBEI
　 　 Vol.28 No.2
M ar .2 0 0 5
　　金粉蕨属 Onychium Kaulf.是一个旧世界分布
属 ,约 10种左右 ,主要分布于亚洲热带和亚热带 ,以
喜马拉雅地区为分布中心 ,非洲仅有 1 种。该属自
建立以来 ,系统位置比较混乱 。早期的一些学者如
DIELS 将该属并入到珠蕨属 Cryptogramma[ 1] 。
CHRISTENSEN 虽然将金粉蕨属独立出来 ,但仍将
该属放入广义的水龙骨科 Polypodiaceae[ 2] 。秦仁昌
在其发表的蕨类系统中 ,把金粉蕨属 、珠蕨属和部分
碎米蕨类放入中国蕨科 Sinopteridaceae ,但也指出金
粉蕨属在形态特征上接近凤尾蕨属 Pteris ,放入凤
尾蕨科 Pteridaceae 可能更为自然[ 3] 。Pichi-Ser-
molli将金粉蕨属连同珠蕨属和 Llavea 一起从中国
蕨科中分出 , 成立了珠蕨科 Cryptogrammaceae[ 4] 。
《中国植物志》第 3卷第 1 分册沿用了秦仁昌的系
统 ,将金粉蕨属放在中国蕨科 。NAYAR等通过解
剖学 、孢粉学及配子体发育等方面的研究认为 ,将金
粉蕨属放入凤尾蕨群 pteroid更为合适[ 5] ,并在发表
的蕨类系统中将该属放入凤尾蕨科[ 6 , 7] 。TRYON
等学者则采用广义凤尾蕨科的概念 ,将金粉蕨属放
入该科中的碎米蕨族[ 8] ,后来又把该属转入竹叶蕨
亚科 Taenit idoideae[ 9] 。以上表明 ,有关金粉蕨属的
系统位置存在分歧 ,有必要对该属的系统位置进一
步研究论证 。
近年来 ,基因序列分析已被广泛用于蕨类植物
科间及科内属间的系统发育研究。HASEBE 等根
据叶绿体 rbcL 基因序列对薄囊蕨类的系统发育进
行了研究 ,发现金粉蕨属不属于碎米蕨类成员 ,而是
与凤尾蕨等属形成一个分支 ,但他们的研究仅涉及
日本金粉蕨 Onychium japonicum (Thunb.)Kze.1
种金粉蕨属植物 ,没有包括珠蕨属和中国蕨科的许
多典型成员 , 如中国蕨属 Sinopteris 和粉背蕨属
Aleuritpteris等 。为了进一步探讨碎米蕨类 、珠蕨
类和凤尾蕨类植物之间的系统关系 ,本研究从金粉
蕨属 、珠蕨属和中国蕨科的典型成员中分别选取代
表类群 ,测定了 10个种的 rbcL 序列 ,结合其他相关
类群的序列资料进行系统发育分析 ,并在此基础上
讨论金粉蕨属的系统位置。
1　材料和方法
1.1　材料来源
材料(表 1)采用野外硅胶快速干燥的新鲜叶
片 。材料名称来自中国植物志第 3卷 。凭证标本存
放于中国科学院植物所标本馆。
表 1　材料来源
Table 1　Origin of materials
分类群　Taxa 来源　Origin 凭证标本　Voucher
黑足金粉蕨 Onychium contiguum Hope 印度西姆拉(Simla) 张钢民 459
繁羽金粉蕨 O.plumosum Ching 四川木里 张钢民 280
蚀盖金粉蕨 O.tenuif rons Ching 四川木里 张钢民 281
高山珠蕨 Cryptogramma brunoniana Wall.ex Hook.et G rev. 西藏波密 董仕勇 S9
雪白粉背蕨 Aleuritopteris niphobola (C.Chr.)Ching 四川康定 张钢民 258
银粉背蕨 A .argentea (Gmé l.)Fé e 北京东灵山 张钢民 460
白边粉背蕨 A .albomarginata (C.B.Clarke)Ching 印度西姆拉(Simla) 张钢民 457
华北薄鳞蕨 Leptolepidium kuhnii(Milde)K.H.Shing et S.K.Wu 北京东灵山 张钢民 461
厚叶碎米蕨 Cheilosoria insignis(Ching)Ching et K.H.Shing 西藏加查 董仕勇 S32
黑心蕨 Doryopteris concolor(Langsd.et Fisch.)Kuhn 海南昌江 董仕勇 178
1.2　总 DNA提取 、rbcL序列的扩增 、纯化和测序
总DNA的提取采用 CTAB法[ 10] 。扩增反应参
照Gastony &Rollo 对碎米蕨类植物研究时所使用
的引物(表 2 ,其中 1F 的 3′端稍作修改),在 MJ Re-
search PTC-200(美国)PCR仪上进行[ 11] 。反应体
系 20 μL ,反应程序为:①94℃变性 1 min , 48℃退火
20 s ,72℃延伸1.5 min ,循环 2次;②94℃变性 20 s ,
48℃退火 20 s , 72℃延伸 1.5 min , 循环 35 次;③
72℃保持 4 min。纯化步骤按 Pharmacia GFXTM
PCR DNA and Gel Band Purification Kit的说明书进
行。 rbcL 序列测定在ABI377自动测序仪上完成。
表 2　PCR 扩增及测序引物
Table 2　Primers for PCR amplification and sequencing
引物
P rimer
碱基序列 ,由 5′端到 3′端
5′sequence 3′
设计者
Designed by
1F A TGTCACCACAAACAGAAACT Mark Chase
440F GG TAATGTTTTTGGATTTAAGGC Gerald Gastony
1351R CTTCACAAGCAGCAGCTAG TTCAGGACTCC Mark Chase
1.3　rbcL序列分析及系统树构建
将测得的 rbcL 序列与从 GenBank 上下载的
rbcL 序列用 CLUSTAL W 软件自动排序 ,用 PAUP
＊4.0b4a 软件 ,采用 maximum-parsimony(MP)方
法进行系统发育分析。因凤尾蕨属曾被 Holt tum 放
37　第 2期　 杨文利等:金粉蕨属系统位置 ———来自 rbcL 序列的证据
入碗蕨科 Dennstaedtiaceae 中 ,故选择比该科更为原
始的鳞始蕨科 Lindsaeaceae 2个成员为外类群[ 12] 。
2　结果与分析
参照 GenBank 上的相关序列 , 采用第 61 至
1 269碱基范围内的 rbcL 基因序列进行系统发育分
析。排序后的序列总长度为 1 209 bp ,其中 415 个
位点为变异位点 ,309个位点为信息位点 ,占序列总
长度的 25.6%。用 MP 法进行系统发育分析时 ,通
过启发式搜索(heuristic search)只寻得 1棵最简约
树(图 1)。该系统树的总步长为 1 048 ,一致性指数
CI =0.534 ,保持性指数 RI =0.670。在系统树上 ,
碗蕨科的 2个成员聚在一起 ,位于整个分支图的基
部 ,其他成员则聚为另一大群 ,并明显地形成 3个分
支:A支是由 Cheilanthes 、隐囊蕨属 Notholaena 、粉
背蕨属 、中国蕨属 、旱蕨属 Pel laea 和黑心蕨属Do-
ryopteris等组成的碎米蕨类 ,并得到 100%的 boot-
st rap支持率 。在这一分支上 ,不仅包括孢子囊群沿
叶缘边生的中国蕨科典型成员 ,也包括孢子囊群在
叶背着生的部分裸子蕨科成员 ,如泽泻蕨属 Hemio-
nit is等 。此外 ,大部分亚洲的中国蕨科成员如中国
蕨属 、粉背蕨属 、薄鳞蕨属和碎米蕨属 Chei losoria
等明显地聚在一起 ,并与泽泻蕨属形成姊妹群。B
支是由珠蕨属 、凤丫蕨属 Coniogramme和特产于南
美的Llavea属组成的珠蕨类 cryptogrammoid。C支
是由金粉蕨属 、凤尾蕨属和卤蕨属 Acrostichum 组
成的凤尾蕨类 ,其中金粉蕨属 4种聚成的分支得到
了 bootstrap 100%的支持 。珠蕨类和凤尾蕨类虽然
在简约树上聚在一起 ,但这种结构的 bootstrap支持
率低于 50%。
(分支上面的数字代表步长 ,分支下面的数字代表 1 000次重复抽样检测的 bootst rap值)
图 1　根据 rbcL基因序列所得到的最简约树
Fig.1　The most parsimonious tree based on rbcL gene sequences
38　　　　　 河 北 农 业 大 学 学 报 第 28卷
3　讨论
3.1　金粉蕨属与碎米蕨类的成员的关系
碎米蕨类植物是一个单系类群 ,它不仅包括中
国蕨科的大多数成员 ,也包括裸子蕨科的部分成员 ,
如泽泻蕨属 。在系统树上 ,金粉蕨属与碎米蕨类植
物并不在同一分支上 ,说明它们之间的系统关系较
远。这同 HASEBE 等的研究结果一致 。金粉蕨属
的孢子形态有明显的赤道翼 ,而碎米蕨类植物的孢
子则无此结构[ 13 , 14] 。在植株形态方面 ,金粉蕨属植
物的叶柄常为禾杆色 、干后皱缩 ,叶片大多数光滑 ,
无附属物 ,孢子囊群沿叶缘边脉着生;而碎米蕨类的
体型普遍较小 ,叶柄颜色多为栗黑色或深棕色 、圆柱
状或少有沟槽 ,叶片表面常具各种毛 、鳞片或粉等附
属物 ,除黑心蕨属部分种类叶缘形成边脉外 ,大多数
属的孢子囊群着生在侧脉的顶端 ,与金粉蕨属相差
较远。数量分类的研究结果表明 ,金粉蕨属与中国
蕨科的典型成员如粉背蕨属(碎米蕨类植物)等关系
疏远 ,应从中国蕨科中分出[ 9] 。综上所述 ,金粉蕨属
不为碎米蕨类成员 ,将该属放入中国蕨科是不合
适的 。
3.2　粉蕨属与珠蕨类成员的关系
从 rbcL 序列来看 ,珠蕨属与 Llavea 及裸子蕨
科中的凤丫蕨属具有较近的系统学关系 ,三者聚成
的分支得到 bootstrap 93%的支持 ,为一单系类群 ,
而金粉蕨属则被排除在外 。凤丫蕨属的成员无论从
植株形态还是从孢子特征来看 ,与同一分支中的另
外两个成员有一定的区别 ,他们之间的系统关系仍
需进一步的研究 。珠蕨属和特产美洲的 Llavea 的
孢子形态为三角状球形 ,周壁表面形成疣状或瘤状
突起 ,既不同于金粉蕨属的孢子形态 ,与典型的碎米
蕨类植物也有明显的区别 。珠蕨属植物主要为北温
带分布 ,体型矮小 ,叶为典型的二型 ,孢子囊群着生
在侧脉顶端 ,并沿侧脉向内延伸 ,而不象金粉蕨属那
样着生在叶缘边脉上 。这也说明金粉蕨属与珠蕨类
植物的关系并不近缘 ,将金粉蕨属并入珠蕨科也是
不正确的 。
3.3　金粉蕨属与凤尾蕨类植物的关系
金粉蕨属的 4个种与凤尾蕨属的成员组成稳定
的分支 ,并得到很高的 bootst rap支持 ,说明它们之
间具有很近的亲缘关系。两者的叶柄均多为禾杆
色 、干后皱缩 ,孢子囊群着生在叶缘形成的一条边脉
上 ,所不同的是金粉蕨属的孢子囊群之间没有隔丝。
在孢子形态方面 ,金粉蕨属和凤尾蕨属也极其相似 ,
均有明显的赤道翼 。于晶等据此认为 ,将金粉蕨属
放入凤尾蕨科应更为合适[ 15 , 16] 。金粉蕨属的配子
体发育类型同大多数凤尾蕨类植物一样 ,为水蕨型。
此外 ,在解剖学特征及早期幼叶的形态方面 ,金粉蕨
属同凤尾蕨类植物比较接近而与碎米蕨类植物相差
较远 ,如碎米蕨类植物早期幼叶大多数为简单全缘
的匙形 ,而后发育成为三裂和羽状;而金粉蕨属同凤
尾蕨属类似 ,其幼叶为强度分裂 。因此 ,将金粉蕨属
放入凤尾蕨群应当更为合适 。
多方面的证据表明 ,金粉蕨属同凤尾蕨等属具
有较近的亲缘关系 ,而与碎米蕨类和珠蕨类成员关
系较远 。因此 ,金粉蕨属既不属于中国蕨科 ,也不属
于珠蕨科 ,放入凤尾蕨科更为合适。
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39　第 2期　 杨文利等:金粉蕨属系统位置 ———来自 rbcL 序列的证据
移到新的培养基上伸长 ,在 5 ～ 80 mg L 的 AgNO 3
培养基上获得了甜瓜再生植株 。至于不同浓度诱导
效率不同 ,则可能与植株的生理状态有关。
1988年 ,DUMAS DE VAULX[ 6] 首次通过离体
雌核发育途经 ,得到了西葫芦单倍体植株。2002
年 ,GEMES JUHASZ[ 7] 建立了有效的黄瓜离体雌核
发育技术 ,植株再生率达 7.1株 100 个子房。至今
关于甜瓜离体雌核发育的报道甚少 。本试验在国内
首次报道甜瓜未受精胚珠离体培养获得雌性单倍体
植株 。
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