鸢尾属部分种发育生物学与系统演化的研究

本文对鸢尾属植物部分种从种子胚到种苗的发育形态学、种子表面微形态及分子系统学(核DNA的ITS序列和叶绿体DNA的trnL-F序列)三个方面进行了比较研究，以此探讨了鸢尾属植物发育生物学及系统与演化等问题，并最终以检索表的形式全面综合分析了主要性状，并取得了某些新进展，分述如下： 1、发育形态学 种子胚苗端发育较好，根端发育较弱，突出表现为子叶节以上长于子叶节以下，根端短而钝，结构上分化不明显。种子萌发时，部分个体早期初生根紧邻根尖分生区之上产生环状膨大生毛区。这些个体性状与单子叶沼生目和双子叶睡莲目多数水生植物相似，从一定程度上反映它们在系统发生上的关系。 通过种子到种苗发育过程的观察与实验表明可以用来区分种的稳定性状是：由子叶节发出的维管束通过子叶鞘进入子叶联结的维管束的数目及位置；有无舌状鞘；子叶鞘的缺失与否：上胚轴和下胚轴明显与否；幼芽萌动的形式，尤其种子结构和第一片叶的形态：胚芽叶萌发时胚芽鞘膨大的形态；子叶联结的位置。发现胚芽鞘膨大的形态与子叶联结的位置存在相关性，子叶联结位于子叶鞘中上部的，子叶鞘会沿胚根方向延伸膨大，如子叶联结位于子叶鞘偏下部位置，子叶鞘会呈三角锥状突起膨大。 2、种子表面微形态 鸢尾属植物种子表面微形态特征具有稳定性，与分布区无关，但同一种的种子凹、凸面微形态差异很大。所以应取果实中部的发育良好、自然成熟的种子，并在比较观察时选择相同部位。所研究的鸢尾种都为网状(网纹或负网纹)文饰，这与鸢尾属植物花粉的基本纹饰相同，鸢尾属植物种子表面纹饰的进化关系为：网胞同形较网胞异形的原始；负网纹结构较网纹结构原始；网脊突起不明显较网脊突起明显或凹陷呈蜂窝状的纹饰原始；网眼较浅较网眼较深的原始；次级雕纹平滑的较次级雕纹具褶皱或突起的原始。 3、分子系统学 通过引物设计，PCR，基因克隆，测序，聚类分析及其同源性比对，得到了10种鸢尾属植物和1个外类群的ITS序列，并进行了相应的系统发育分析。本研究中ITS序列包括部分18S、全部的ITS1、5.8S及ITS2序列、部分26S。在鸢尾属部分种中ITS1区长度在219-243bp，5.8S序列长度均为165bp，ITS2区长度变异范围为196-239bp，ITS1进化速率快于ITS2。5.8SDNA序列过于保守，保守位点占81.9％，不适于单独用作鸢尾属植物的系统发育分析，可以利用ITS整个序列进行统计发育分析。ITS序列对于区分鸢尾属植物组级的较大分类等级较好。用近缘属射干属的Belamcanda chinensis作为外类群，用邻位相接法(NJ)和最大简约法(MP)进行聚类分析所得的较一致的系统树，分析表明ITS序列对于建立属间的分类等级更加有效。结合genebank中的中国鸢尾属的种的序列，比较支持中国鸢尾属植物组以上的分类系统。由于鸢尾属种内ITS序列的多样性，ITS序列分析适于用于鸢尾属植物居群多样性研究，探讨物种起源与演化关系。