中國杜鵑屬植物資源研究

中國杜鵑屬植物資源研究

杜鵑花是杜鵑科中最具特色的一個(gè)。世界上約有967種，包括8個(gè)亞屬，中國約有6個(gè)亞屬562種。除了新疆無杜鵑花的天然分布外,在中國從東南部的低海拔地區(qū)到西南的高海拔地區(qū),都有杜鵑花的蹤跡,以西南地區(qū)為最多,是世界杜鵑花屬植物的分布中心。杜鵑花爛漫迎春、絢麗多姿,是綠化、美化最理想的樹種,具有極高的觀賞價(jià)值,在市場(chǎng)上有著巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。因此人們?cè)谶M(jìn)行大規(guī)模商品生產(chǎn)的同時(shí),也對(duì)其進(jìn)行了廣泛深入的研究?，F(xiàn)將其近15年的分類研究進(jìn)展總結(jié)如下。1植物中脈維管束和種子形態(tài)在探討植物系統(tǒng)分類時(shí),植物葉表皮特征是重要依據(jù)之一。熊子仙等報(bào)道了分別隸屬于杜鵑花屬中8個(gè)亞屬的國產(chǎn)33個(gè)種葉片的解剖特征,根據(jù)中脈維管束結(jié)構(gòu)特點(diǎn),木質(zhì)部與韌皮部的位置,木質(zhì)部的形狀,木射線排列的方式,可分為5個(gè)類型:(1)圓形周韌維管束;(2)羽線腎形周韌維管束;(3)扇線腎形周韌維管束;(4)近周韌維管束;(5)下韌維管束,并討論了中脈維管束類型可能的演化趨勢(shì):周韌維管束→近周韌維管束→下韌維管束,還討論了8個(gè)亞屬中脈維管束所處的演化階段。石登紅、陳訓(xùn)利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察了6種杜鵑屬植物的葉片結(jié)構(gòu),結(jié)果表明它們具有很多共同形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,但是在種間也存在結(jié)構(gòu)差異,如葉片的厚度、氣孔大小、氣孔形態(tài)、氣孔指數(shù)以及分布類型、表皮附屬物的類型以及中脈維管束的類型等的結(jié)構(gòu)特征,這些結(jié)構(gòu)特征差異既是抗寒抗旱性的表現(xiàn)形式,也在分類學(xué)上為種間鑒別提供了可靠依據(jù)。王秀偉、毛子軍用指甲油印記法在光學(xué)顯微鏡下觀察了杜鵑花屬6個(gè)種的表皮指紋特征,對(duì)葉片的形態(tài)特征包括葉片下表皮氣孔類型、保衛(wèi)細(xì)胞和副衛(wèi)細(xì)胞的特征、葉片兩面的普通細(xì)胞(形狀和垂周壁特征)和表皮毛進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。郭木桂研究了杜鵑花3個(gè)品種比較解剖學(xué)研究,指出各品種之間的不同是其對(duì)周圍環(huán)境適應(yīng)的一種表現(xiàn),每種植物都有各自獨(dú)特的對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征,但在表達(dá)方式上有所差異。丁炳揚(yáng)等對(duì)浙江產(chǎn)杜鵑花屬13個(gè)種(隸屬5個(gè)亞屬7個(gè)組)的種子形態(tài)進(jìn)行了研究,比較觀察了種子形狀、大小、扁化率,翅和表面結(jié)構(gòu)等形態(tài)學(xué)特征,并對(duì)該屬種子形態(tài)的演化趨勢(shì)、種子類型的劃分及種子形態(tài)在分類學(xué)上的意義進(jìn)行了討論,指出種子形態(tài)在杜鵑花屬的系統(tǒng)研究中是不可忽視的性狀。丁炳揚(yáng)等根據(jù)浙江12種杜鵑花屬植物果實(shí)的形狀大致可劃分成3類,其研究結(jié)果與該屬的分類系統(tǒng)有一定的吻合,并說明同種植物的不同產(chǎn)地間種源優(yōu)劣有所不同。2馬銀花亞屬的染色體核和倍性染色體數(shù)目和形態(tài)與物種的進(jìn)化直接相關(guān),并廣泛應(yīng)用于種下、種間、屬間,甚至科級(jí)分類單位的系統(tǒng)學(xué)研究。高連明等對(duì)杜鵑花屬馬銀花亞屬中的馬銀花組和長蕊杜鵑組7種1變種的染色體數(shù)目進(jìn)行了觀察,結(jié)果表明,馬銀花亞屬所觀察種類的染色體數(shù)目相同,均為2n=26。染色體基數(shù)為x=13,與杜鵑花屬其它亞屬的染色體基數(shù)相同。杜鵑花屬雖然在地理分布和形態(tài)特征方面均表現(xiàn)出豐富的多樣性,但染色體基數(shù)非常穩(wěn)定,除葉狀苞亞屬x=12外,均為x=13。在倍性方面,杜鵑花屬中多倍化現(xiàn)象在有鱗杜鵑花中非常普遍,約占有鱗杜鵑花種類的三分之一,倍性從三倍體(2n=39)至十二倍體(2n=156)均有,且在相同種內(nèi)存在不同的倍性。有鱗杜鵑花的多倍化現(xiàn)象僅發(fā)現(xiàn)于喜馬拉雅地區(qū),并與海拔高度相關(guān),海拔越高,多倍化現(xiàn)象越明顯。3花粉粒的測(cè)量花是植物最保守的器官之一?；ǚ鄣男螒B(tài)受植物核基因的控制,不受外界條件的影響。花粉形態(tài)的研究有助于解決某些植物在分類系統(tǒng)上的地位問題,是探討植物起源演化和親緣關(guān)系的重要特征之一。借助光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡,杜鵑屬植物孢粉學(xué)研究得到了很好的發(fā)展。毛子軍等利用對(duì)東北杜鵑花屬6種、1變種、1變型的花粉形態(tài)進(jìn)行了觀察和比較研究。該屬花粉粒均為四合花粉。四合花粉呈正四面體排列?；ǚ哿＝蛐?。每?；ǚ劬?溝,在四合花粉粒上,相鄰花粉粒上的溝相接,有些種可見溝內(nèi)的萌發(fā)孔。光鏡下可見花粉外壁為內(nèi)外兩層,厚度約相等。不同的種在花粉粒大小上有區(qū)別。在掃描電鏡下觀察可見不同的種花粉表面具有不同的紋飾,即該屬在花粉形態(tài)上具有種的特性。毛加寧研究了產(chǎn)于中國杜鵑花屬的4個(gè)種的花粉形態(tài)大小、外壁紋飾、孔溝形態(tài)等性狀,均為四合花粉;有的外壁具聚合瘤狀雕紋,有的為細(xì)網(wǎng)狀雕紋,有的為細(xì)顆粒狀雕紋,有的為粗顆粒雕紋;在大小上也有差異;為種間的親緣關(guān)系和系統(tǒng)分類研究提供了旁證。高連明等利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)杜鵑屬和仿杜鵑屬26種植物的花粉形態(tài)進(jìn)行了觀察和比較研究,杜鵑屬和仿杜鵑屬花粉大小和花粉粒外壁紋飾均不同,具有明顯的屬間差異。在掃描電鏡下,杜鵑屬亞屬內(nèi)組(或亞組)之間花粉粒具有不同的外壁紋飾,可為分類學(xué)研究提供孢粉學(xué)方面的證據(jù),具有重要的分類學(xué)意義。王玉國等對(duì)5個(gè)亞屬20種杜鵑花屬植物的花粉形態(tài)進(jìn)行了觀察和比較研究,指出杜鵑花屬花粉均為四合花粉,呈正四面體排列。四合體為圓角三角形,連接緊密。單粒花粉為球形或近球形,具三溝孔。在掃描電鏡下,除了杜鵑亞屬的百合杜鵑、羊躑躅亞屬的羊躑躅以及馬銀花亞屬的馬銀花組具有明顯的紋飾特征之外,其它類群的形態(tài)特征相互重疊,不足以作為現(xiàn)有亞屬的分類依據(jù),應(yīng)慎重應(yīng)用花粉形態(tài)對(duì)杜鵑花屬植物特定種進(jìn)行分類鑒定。4植物tn-pcr組成及分類系統(tǒng)植物化學(xué)分類學(xué)研究生物堿、酚類、β-硫代葡萄糖苷脂、氨基酸、類萜等次生代謝物的功能和它們?cè)谥参镏械姆植?以及它們與其他性狀的相關(guān)性等。應(yīng)用植物次生代謝的分布來改進(jìn)植物分類系統(tǒng),使分類系統(tǒng)愈益接近其自然演化的實(shí)際情況。根據(jù)精油、生物堿等在植物界(主要是被子植物)各目、科里的分布情況制定的植物分類系統(tǒng),已更接近植物自然演化的實(shí)際情況。唐丹林等通過對(duì)杜鵑花屬24種與1變種葉的黃酮類化合物薄層層析,獲得了兩項(xiàng)結(jié)果:(1)在層析譜中有一些共同的斑點(diǎn),這些斑點(diǎn)表明了杜鵑花屬的共性。(2)對(duì)光房銀葉杜鵑和大邑杜鵑的確立以及將芒刺杜鵑歸入麻花杜鵑亞組均得到了化學(xué)驗(yàn)證。5自然氣候因素對(duì)植物種類的影響杜鵑屬植物生長在同一產(chǎn)地不同海拔高度的植株形態(tài),包括葉片、花的大小、植株各部所被鱗片都有不同程度的變異。引起各器官大小變化的主要原因與生長條件有關(guān),即杜鵑屬植物的形態(tài)特征、分布與生境有很大的關(guān)系,因此不斷發(fā)現(xiàn)變種和新種。如陳正仁等、何明友等、高連明等、馮志堅(jiān)等等均報(bào)道了新品種。王福明等從海拔高度、溫度、降雨量、土壤對(duì)螺髻山杜鵑花的成因進(jìn)行分析,指出了生境因子決定了螺髻山的杜鵑花主要分布在海拔高度1600~3000m之間;胡文光根據(jù)形態(tài)特征,地理分布和種間關(guān)系,將所有的種分為7個(gè)植物群,進(jìn)而說明了本亞組杜鵑花的現(xiàn)代分布中心在中國四川西部地區(qū);N.Nadezhdina等采用測(cè)量灌木高度和長度、枝干的直徑、葉面積、干燥的花芽及葉的質(zhì)量等方法,研究了蘇格蘭稀疏的松樹林里RhododendronponticumL.冠層結(jié)構(gòu)和生物量;VetaasO.R比較了4種杜鵑花RhododendronarboreumSm.、R.campanulatumD.Don、R.barbatumWall.和R.wallichiSm.的實(shí)際和潛在的氣候生態(tài)位,指出對(duì)于物種的生存,極端寒冷的氣溫代表著絕對(duì)的分界線,然而溫暖的氣候不是這樣的。因此同種不同生長地的杜鵑屬植物在形態(tài)上和生長特性上都有差異,這導(dǎo)致了新種和變種的不斷發(fā)現(xiàn)。6dna分子標(biāo)記的應(yīng)用近15年來杜鵑花屬植物分子水平的研究,主要是以DNA分子標(biāo)記應(yīng)用在系統(tǒng)發(fā)育分析、遺傳圖譜的構(gòu)建、種群分析和分子進(jìn)化和轉(zhuǎn)基因杜鵑花的研究、蛋白質(zhì)及其遺傳分化的研究。6.1不同林分類型中杜仲屬的系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究ITS(internaltranscribedspacer內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū))是被子植物系統(tǒng)發(fā)育研究中應(yīng)用最廣泛的分子標(biāo)記之一。杜鵑屬植物的系統(tǒng)發(fā)育研究絕大部分是基于rDNAITS序列分析。ScheiberS.M.以Rhododendronvaseyi和RhododendronsectionRhodora為外類群進(jìn)行研究,支持了Pen-tanthera組經(jīng)典分類。Tsal等對(duì)臺(tái)灣的20種杜鵑花rDNAITS的PCR產(chǎn)物直接測(cè)序,根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育樹,指出與杜鵑花經(jīng)典分類是一致的結(jié)論。高連明等以葉狀苞亞屬的葉狀苞杜鵑為外類群,對(duì)杜鵑屬映山紅亞屬(subg.Tsutsusi)2組12種杜鵑和羊躑躅亞屬(subg.Pentanthera)3組4種杜鵑的ITS區(qū)(包括5.8SrDNA)的序列進(jìn)行了系統(tǒng)學(xué)分析。同年,高連明等首次報(bào)道了15種杜鵑屬(Rhododendron)植物的內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)(ITS)(包括5.8S)序列,加上從GenBank下載的13種杜鵑屬植物和Bajiariaracemosa的ITS序列,以C.fastigiata和B.racemosa為外類群,用最大簡(jiǎn)約法對(duì)杜鵑屬的亞屬和組間的系統(tǒng)關(guān)系進(jìn)行了分析并指出:杜鵑屬是一個(gè)單系類群,葉狀苞亞屬為杜鵑屬的基部類群;杜香屬確應(yīng)歸并到杜鵑屬中,且與有鱗杜鵑亞屬有較近的親緣關(guān)系;羊躑躅亞屬和馬銀花亞屬均為多系類群。6.2rapd標(biāo)記和rflp標(biāo)記的排列和定位用多種分子標(biāo)記可構(gòu)建杜鵑屬植物的遺傳圖譜。DunemannF.等通過種間雜交的隔離的居群構(gòu)建了杜鵑花分子連鎖圖,239個(gè)RAPD標(biāo)記和38個(gè)RFLP標(biāo)記和2個(gè)微衛(wèi)星標(biāo)記排列在親本特有的連鎖圖中,父本有182個(gè)分子標(biāo)記定位在13個(gè)連鎖群里,母本有168標(biāo)記定位在18個(gè)聯(lián)鎖群里。譚萍等采用RAPD方法對(duì)貴州7個(gè)常見杜鵑花基因型進(jìn)行分析,建立了它們的指紋圖譜,應(yīng)用NTSYSpc軟件進(jìn)行聚類K將聚類結(jié)果轉(zhuǎn)化為7個(gè)杜鵑花基因型之間的遺傳關(guān)系樹型圖。6.3遺傳距離和距離關(guān)系研究用分子標(biāo)記技術(shù)可對(duì)同種杜鵑屬植物的不同種群及亞群進(jìn)行遺傳關(guān)系分析。高連明等采用水平淀粉凝膠電泳技術(shù),對(duì)9種杜鵑屬植物的遺傳分化進(jìn)行了初步研究。Kameyama等在西日本廣島150m×70m嵌塊上分析了RhododendronmetternichiiSieb.etZucc.var.hondoenseNakai親緣關(guān)系,把R.metternichii種群分為3個(gè)亞居群地(A1-A3),基于微衛(wèi)星基因型的兩兩相關(guān)性揭示了亞群間和亞群內(nèi)的親緣關(guān)系的層次構(gòu)造。WolfP.G.等在較寬的空間范圍用115種AFLP標(biāo)記來評(píng)估RhododendronferrugineumL.基因結(jié)構(gòu),對(duì)它的遺傳距離和地理距離關(guān)系進(jìn)行了研究。趙喜華等以井岡山杜鵑為材料建立了杜鵑花RAPD反應(yīng)優(yōu)化體系,用于杜鵑花遺傳多樣性分析,為基于DNA分子水平深入探討杜鵑屬植物種間的親緣關(guān)系和系統(tǒng)位置奠定了良好的基礎(chǔ)。6.4新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶iii基因杜鵑屬植物轉(zhuǎn)基因的研究相對(duì)較少,僅見DanielaPavingerow等把攜帶T-DNA(有g(shù)usA基因和選擇標(biāo)記新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶II基因)根癌土壤桿菌成功轉(zhuǎn)化到5種杜鵑花栽培種,但在繁殖期間,一些轉(zhuǎn)化體的GUS表達(dá)產(chǎn)物和序列都會(huì)丟失。郭秀蓮等研究杜鵑花葉片總RNA的提取方法,為此類植物的基因工程研究奠定了理論基礎(chǔ)。6.5耐冰激凌變化對(duì)林分穩(wěn)定性的影響在冰凍和脫水條件下,由于脫水蛋白在穩(wěn)定細(xì)胞功能上扮演一種重要角色。LimC.C.等研究檢測(cè)了常綠杜鵑栽培種中葉的脫水蛋白表現(xiàn)是否與耐冰凍變化水平相關(guān)聯(lián);該研究也被引導(dǎo)來確定生理老化和時(shí)程老化是否會(huì)影響杜鵑花葉組織中的耐冰凍性和脫水蛋白的積累。最后他們得出了25kDa脫水蛋白可作為一種遺傳標(biāo)記,也可區(qū)別超耐寒性和不耐寒性杜鵑花。CalinO.Marian等研究了杜鵑花亞屬和常綠杜鵑花亞屬植物中的脫水素的變化及其與耐寒性的關(guān)系。此外,周蘭英等研究了46種杜鵑花屬植物表型性狀的數(shù)量分類。7中國菊花的分類將植物分類是為了更好的認(rèn)識(shí)、利用和保護(hù)植物資源,分類研究是基礎(chǔ),杜鵑花分類研究的不斷發(fā)展勢(shì)必為中國更好的開發(fā)、利用和保護(hù)豐富的杜鵑花資源奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。綜上所述,中國對(duì)杜鵑屬植物在分類基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究,主要從形態(tài)解剖學(xué),細(xì)胞學(xué),化學(xué)分類到分子標(biāo)記分類,力圖為杜鵑花確定可靠的分類依據(jù),客觀、準(zhǔn)確地分析杜