云杉属系统与进化学研究
云杉属是一个单系类群的判定得到了学术界广泛的认同，并在很早就被普遍接受，但对将属划分成亚属、树种组和系还存在很大的争议，主要问题是分类标准并不明确。本研究根据花粉形态、以及cpDNA和mtDNA序列，分别研究了云杉属的系统与进化关系和地理起源，为本属的分类提供孢粉学和DNA水平上的依据： 应用扫描电镜观测了14种云杉的花粉形态，即我国的鳞皮云杉、红皮云杉、粗枝云杉、白扦、青海云杉、紫果云杉、青扦、丽江云杉和川西云杉，欧洲大陆的塞尔维亚云杉和欧洲云杉，以及北美大陆的黑云杉和白云杉，运用数理统计和图片分析的方法对其花粉形态进行对比研究。结果显示：云杉属这14个种的花粉均属于两气囊松科花粉，大小的变动范围为84.59~103.18μm；花粉体近极面与气囊过渡明显，形成帽沿；气囊表面纹理较平滑，在种间变异不显著。萌发沟位于花粉体远极面两气囊之间，呈现沟痕的形式。根据聚类分析可以把云杉属14个种分成两组：丽江云杉组和云杉组；云杉组又可划分成云杉亚组、塞尔维亚云杉亚组和青扦亚组。其组间的系统进化关系为丽江云杉组→云杉组进化。 通过父系遗传的叶绿体6个序列matK、rbcl、trnT-trnF、atpA、chlB和pbsC，以及母系遗传的线粒体nad5和nad7序列研究了云杉属32个种共160个个体的系统进化，结果显示：叶绿体DNA序列与线粒体DNA，以及6个叶绿体DNA序列之间均经历了不一致的遗传进化历程。在6个叶绿体 DNA序列中，4个多态性较高的序列 matK、rbcl、trnT-trnF和chlB的系统进化相似，都是北美洲的西加云杉处于进化分支的基部位置，而2个多态性较低的序列atpA和pbsC的系统进化是亚洲的日本云杉处于进化分支的基部位置；6个cpDNA的联合序列，检测到34个叶绿体单倍型，在构建的最大似然（ML）进化树中北美洲的西加云杉处于进化分支的基部位置，其它的云杉属又可进一步分割成三个进化分支。在2个线粒体的联合序列中检测到9类线粒体单倍型（A~I），线粒体单倍型A处于进化分支的中心位置，是云杉属线粒体的祖先类型，其树种包括亚洲云杉属的9个种和一个欧洲种源的欧洲云杉，它分4条路径进化，其他8类单倍型都是它的派生物。 将花粉形态的UPGM聚类分析图与6个cpDNA联合序列的系统进化树进行对比研究发现，二者的拓扑结构呈现高度吻合，可以作为云杉属系统进化研究的有效形态指标；在通过cpDNA序列进行云杉属系统进化研究时，选择多态位点较高的序列的同时，也不能忽视对一些变异较小的保守序列的选择，二种类型的序列相辅相成，共同揭示云杉属系统进化的历程。 通过花粉形态以及cpDNA和mtDNA探讨云杉属的地理起源，发现云杉属最早起源于亚洲，它经历了两次独立的迁移。第一次，它的迁移路线是由亚洲到到北美洲；时间可能发生在白垩-第三纪的大灭绝事件之前的白垩纪时期。第二次，它的迁移路线是由北美洲回迁到亚洲，再由亚洲到欧洲，时间可能发生在第三世纪的中期。
云杉;花粉形态;系统进化;分类标准;地理起源
中国林业科学研究院
博士
林木遗传育种
张守攻
2011
中文
S791.18;S718.43
133
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）