（生态学专业论文）樟科植物dna+barcode及香樟系统地理学的初步研究.pdf

樟科植物d n a b a r c o d e 及香樟系统地理学的仞步研究 樟科植物d n ab a r c o d e 及 香樟系统地理学的初步研究 摘要 d n a b a r c o d e 是指基于一小段d n a 序列来区分物种的方法。其准确、快速的特点在识别 已知物种、发现新物种以及生物多样性研究方面都有着广阔的应用前景。在动物中，线粒体 基因的细胞色素c 氧化酶i 号基冈( c 0 1 ) 中一段长为约6 0 0 b p 的区间已经被证实为适合人多数 动物的d n a b a r c o d e i x 间。但在植物中，由于植物自身的特点，d n a b a r c o d e 相对丁其在动物 中的研究来说要困难得多，并且至今还没有达成一致性观点。 在陆生植物中，叶绿体中p s b a - t m h 基因间隔区间和一部分m a t k 基冈被认为是两个理想 的但又饱受争议的d n ab a r c o d e 区间。本研究分析并比较了上述两区间在樟科7 个属，共3 4 个物种( 包括许多亲缘关系很近的物种) 中的区分效果并通过香樟叶绿体基冈组p s b a - t m h 和 t m s t m g 基冈间隔区间的测序，对其进行了系统地理学研究。结果表明： ( 1 ) p s b a t r n h 和m a t k 区间的引物在所有3 4 个樟科物种中的p c r 扩增成功率都达到了 1 0 0 。在3 4 个物种中( 包括许多近缘物种) ，p s b a t r n h 序列区分出了2 6 个截然不同的序列， m a t k 序列共区分出了2 2 个不同的序列，分别占到了总数的7 6 4 7 和6 4 7 l 。两个区间在不 同属物种之间都能够很好的区分，但在一些亲缘关系十分近物种的区分上还存在困难。另外 将p s b a t m h 以及m a t k 序列组合起来，也没有显示出比单独的p s b a t m h 区间能区分出更多 的序列。 ( 2 ) 由- f p s b a - t m hi x 间在近缘物种之间的序列分化值( 2 4 5 ) 要远远人于m a t k 区间 ( o 3 6 ) ，前者将近为后者的7 倍，因此我们建议相比m a t k 基冈区间而言，n 1 绿体p s b a t m h 区间作为陆生植物的首选质体d n a b a r c o d e 区间更合理。 ( 3 ) 另外运用实验所获得的樟科植物d n ab a r c o d e 数据，我们发现在n c b i 数据库中香樟 ( c i n n a m o m u mc a m p h o r a ) 所对应的编号为a b 3 3 1 2 9 4 的序列与本实验中获得的香樟该段区间所 对应的序列两者之间有1 3 个碱基的差别，序列分化人小达剑了2 6 ；而与本实验所获得的 银术( c i n n a m o m u ms e p t e n t r i o n a l e ) - - - - 香樟的一近缘种所对应的序列两者之间只有1 个碱基的筹 别，序列分化只有0 3 ，因此，我们认为n c b i 数据库中编号为a b 3 3 1 2 9 4 的序列并1 卜对应 的是香樟物种，而很可能是银术或者为银术的一个种内变异。 ( 4 ) 中国人陆香樟的遗传多样性非常低。 关键词：d n ab a r c o d e ；p s b a - t m h ；m a t k ；樟科植物；系统地理学；香樟 樟科植物d n ab a r c o d e 及香樟系统地脞学的例步研究 a p r e l i m i n a r ys t u d y o i ld n ab a r c o d ei nl a u r a c e a e a n dp h y i o g e o g r a p h yo fc i n n a m o m u mc a m p h o r a a b s t r a c t d n ab a m o d ei sad i a g n o s t i ct e c h n i q u ef o rs p e c i e s - l e v e li d e n t i f i c a t i o nu s i n gas h o r t 、 s t a n d a r d i z e dd n a r e g i o n i ta i m st ou s et h ei n f o r m a t i o no f o n eo raf e wg e n e st oi d e n t i f ya l ls p e c i e s o fl i f e d n ab a r c o d ew i l la l l o wu s e r st oe f f i c i e n t l yr e c o g n i z ek n o w ns p e c i e s 、s p e e dt h ed i s c o v e r yo f s p e c i e sy e tt ob ef o u n di nn a t u r ea n dc o n t r i b u t et ob i o d i v e r s i t yr e s e a r c h u s i n gt h em i t o c h o n d r i a l c o x lg e n e ( c o i ) a sad n ab a r c o d er e g i o n ，i sn o ww e l le s t a b l i s h e df o ra n i m a l s ，w h e r e a st h e u n i v e r s a ld n ab a r c o d ef o rp l a n t si ss t i l lh e a t e dd i s p u t e d i nt h i sp a p e r , t h eu t i l i t yo ft h es o - c a l l e dt w om o s tp o t e n t i a ld n ab a r c o d ep l a s t i dr e g i o n sf o rl a n d p l a n t s 。_ _ p s b a - t m hs p a c e r a n dp o r t i o no fm a t ke x o nw a se v a l u a t e di n3 4l a u r a c e a e s p e c i e s ( i n c l u d i n gm a n yc l o s e l yr e l a t e ds p e c i e s ) ，a n dp h y l o g e o g r a p h yo fc i n n a m o m u mc a m p h o r a w a sa n a l y z e db ys e q u e n c i n g2c p d n ai n t e r g e n i cs p a c e r ( p s b a t m ha n dt m s - t r n g ) c o n c l u s i o n s w e r em a d ea sf o l l o w s ： ( 1 ) b o t hp s b a t m ha n dm a t kr e g i o n sa m p l i f i e ds u c c e s s f u l l yi na l lt h e3 4s p e c i e so fl a u r a c e a e i n t h i ss t u d y , p s b a - t r n hr e g i o nt o t a l l yf o u n d2 6d i f f e r e n ts e q u e n c e s ，w h e r e a sm a t ko b t a i n e d2 2 d i f f e r e n ts e q u e n c e s ，t a k i n gu p7 6 4 7 a n d6 4 71 o ft o t a ls e q u e n c e sr e s p e c f i v e l y - b u tn e i t h e r p s b a - t r n hn o rm a t kr e g i o nc o u l di d e n t i f ya l lc l o s e l yr e l a t e ds p e c i e s w h e np s b a t m ha n dm a t k r e g i o n sw e r ec o m b i n e dt o g e t h e r , n om o r ed i f f e r e n ts e q u e n c e sw e r ef o u n d ( 2 ) c o m p a r e dw i t hm a t kr e g i o n ，p s b a t m h h a dam u c hh i g h e ri n t e r s p e c i f i cs e q u e n c e d i v e r g e n c ea m o n gc l o s e l yr e l a t e ds p e c i e s ，w i t haf i g u r eo f2 4 5 a n d0 3 6 r e s p e c t i v e l y s o p s b a - t m hl o c u si sr e c o m m e n d e da st h ef i r s tc h o i c eo fd n a b a r c o d ep l a s t i dr e g i o nf o rf l o w e r i n g p l a n t s ( 3 ) u s i n go u rd n ab a r c o d ed a t ao fl a u r a c e a e ，w es u r p r i s i n g l yf o u n dt h a tt h ea c c e s s i o n n u m b e ro fa b 3 312 9 4i nn c b id a t a b a s ew h i c hc o r r e s p o n d st oc i n n a m o m u mc a m p h o r aa si th a d l a b e l e d ，a c t u a l l yi s ac o r r e s p o n d i n gs e q u e n c et oc i n n a m o m u ms e p t e n t r i o n a l e - ac l o s e l yr e l a t e d s p e c i e st occ a m p h o r ao ro n eo fi t si n t r a s p e c i f i ch a p l o t y p e sf r o mp s b a - t r n hr e g i o na n a l y s i s ( 4 ) t h eg e n e t i cd i v e r s i t yo fc i n n a m o m u mc a m p h o r ap o p u l a t i o n si nm a i n l a n dc h i n ai se x t r e m e l y l o w k e y w o r d s ：d n ab a r c o d e ，p s b a - t r n h ，m a t k , l a u r a c e a e ，p h y l o g e o g r a p h y , c i n n a m o m u r ac a m p h o r a 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确说明并表示谢意。 、 作者签名：蝉 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名： 日进i | 名 明 龆 期 扛 du，tl 剥 日 前言 1 前言 1 1d n ab a r c o d e 简介 d n ab a r c o d e 的概念由p a u lh e b e r t 在2 0 0 3 年最先提出，它指基t - d n a 上的- d , 段序列 来识别物种的一种方法( k r e s s ，e r i c k s o n ，2 0 0 8 ) 。近年来。d n ab a r c d o e 发展迅速并成为生态学 家、分类学家和生物进化学家关注的一个焦点( k r e s s ，e r i c k s o n ，2 0 0 7 ；k r e s se ta 1 ，2 0 0 5 ；l a h a y e e t a 1 ，2 0 0 8 ；p e n n i s i ，2 0 0 7 ) 。并由此产生了诸如h t t p ：w w w d n a b a r c o d i n g c a 、 h t t p ：w w w b a r c o d i n g s i e d u 、h t t p ：p h e r o c k e f e l l e r e d u b a r c o d e 等专i 、j 的网站介绍d n a b a r c o d e 的研究进展。d n ab a r c o d e 为物种的快速鉴定提供了一个经济有效的标准化模式，它具有快速 识别已知物种、加快发现新物种，提高分类学信息质量的满质，为生物多样性研究提供便捷 有效的途经，并能使那些非从事分类的学者1 常容易就获得该信息( m i l l 盯2 0 0 7 ) 。d n ab a r c o d e 的流程图( 图1 1 ) 。 图1 1d n ab a r c o d e 的流程图 f i g i ia n a l y t i c a lc h a i no fd n a b a r c o d e 对于d n ab a r c o d e 往往存在认识上的误区，即它将会取代传统的林奈分类学系统，从而 在根本上违背人们的建议并仅仅基rd n a 信息来构建一个新的分类学系统( g r e g o r y , 2 0 0 5 ) 。 而事实恰恰相反，d n ab a r c o d e 不仅对传统的分类学，而且对分子系统进化学和种群遗传学研 究都是具有促进和补充作用，它可为其提供背景信息并有助于研究者选择物种进行进一步深 入的研究分析。例如，当一个未知物种在d n ab a r c o d e 数据库中无法找剑与之对应的相近匹 配序列时，并不能保证该未知物种就一定是一个新种，而应将其作上标记以便对其更全面细 致的分类学研究( h a j i b a b 捌e ta 1 ，2 0 0 7 ) 。概括起米，d n ab a r c o d e 的具体作刚主要体现在两方 面：( 1 ) 分类学家应用序列对新采标本鉴定分类，特别是可以对些形态学不完整( 不成熟、部 分损坏的) 的标本进行分类鉴定以及发现新物种：( 2 ) 在生态学领域，其有助丁生物多样性调查 的开展，可以提高研究的准确性，特别是调查中一些近缘物种的区分。 分子系统发育学( p h y l o g e i l e t i c s ) 的研究通常关注生物更深进化分支上的进化关系，而种群 遗传学( p o p u l a t i o ng e n e t i c s ) 关注一个特定物种的种群内和种群间的变异。相比较而言：d n a 前言 b ”c o d e 由丁其目的在丁更泛的覆盖物种，描绘不同的物种忻仆他们之间的关系，田此它的 地位处于分子系统发育学和种群遗传学之间( 吲【_ 2 ) 。d n ab a r c o d e 的发展将有助r 我们对生 物系统拄育信息以及种群水平上变异更全而地理解( h a j i b a b a e ie l a l ，2 0 0 7 ) 。 关r d n ab a r c o d e 和基因组羊( g e n o m i c s ) 的土耍区别，k r e s s 和e r i c k s o n ( 2 0 0 8 ) 给出了明确 的阐明：d n ab a r c o d e 的目的是利用一个或者几个基冈片段所提供的信息来r 分所有的物种， 而基冈组学研究与其刚好相反，其t q 的是描述一个物种( 如人) 或选择的儿十物种中所有基叫的 功能及其相互关系( 围l 一3 ) 。 翻1 2 d n ab a 啪d e j 种群遗传学咀驶分了系统发肓学之问的关系 h a j i b a b a e i “a 2 0 0 7 l f i g l 2r e l a t i o n s h i p d n ab d ep o p u l a o o ng e n e t i c sa n dn l o l e c u i p h y l g e n c t i c s 洼每个小方形代表l 十个体：十l d 的颜色代表小旧的物种：种内蹙异用同一颤色叫晴十m 米表4 ： s p e c i e 0 j r e g f o l l 蝴抵 a i i1 ( o rl i t o s t ) ( o rf e w ) 1 a i i ( o rf e w )( o rm o s t ) 。1 9t 。- 3 ：勰兰：兰氅盖售撼嬲：髫盏急2 ”8 刖焉 d n a b a r c o d c 系统在许多生物类群中都已建立起来：如在动物、植物、大型藻类、真菌、 原生动物、细菌等( h a j i b a b a e ie ta 1 ，2 0 0 7 ) 。在动物中，线粒体基冈的细胞色素c 氧化酶i 号基 因( c 0 1 ) 中一段k 为约6 0 0 b p 的区间已经被证实为适合人多数动物的d n a b a r c o d e 区间。该序 列在物种中的平均分化程度达剑人约1 1 ，并且在大多数动物进化主支中，超过9 5 的物种 都能被明确1 i 勺鼢( k r e s s ，e r i c k s o n ，2 0 0 7 ) 。但在植物中，由t 植物自身的特点，d n a b a r c o d e 相对丁二其在动物中的研究来说要困难得多，并且至今还没有达成一致性观点( p e n n i s i ，2 0 0 7 ) 。 1 2 植物d n ab a r c o d e 研究进展 尽管线粒体基i x - ：lc o l 被证实为合适绝人多数动物的d n a b a r c o d e 区间，但该序列在植物 d n ab a r c o d e 中却不适用。其主要原因有两点：( 1 ) 与动物相比，植物线粒体基冈的变异1 f 常 低，有证据表明c 0 1 编码区域在高等植物各科中的变异在其整个1 4 k b 长的序列中只有少许 几个碱基的差别；( 2 ) 植物线粒体基冈组经常发生重排现象( k r e s se ta 1 ，2 0 0 5 ) 。另外由r 通常 在植物细胞中含有人量的线粒体基闪拷贝，但核基冈拷贝数却很少，研究者也不倾向丁- 埘核 基冈作为植物d n ab a r c o d e 区间。冈此，研究者将关注的焦点更多集中剑了在动物中不存在 的基因将光能转化为化学能的叶绿体基冈上( c h l o r o p l a s tg e n e ) ( p e n n i s i ，2 0 0 7 ) 。 一般来说，一个合适的植物d n ab a r c o d e 序列必须满足以下三条标准：( 1 ) 该序列住物种 水平上须具有显著的遗传变异并且物种问的变异要显若人丁种内的变异：( 2 ) 该序列具有较短 ( 4 0 0 b p 8 0 0 b p ) 以便d n a 提取、扩增及测序：( 3 ) 序列两端须存在与其相邻的保守位点以便设 计通朋引物( k r e s se t a l ，2 0 0 5 ) 。 k r e s s 等人( 2 0 0 5 ) 首先通过比对烟草( n i c o t i a n at o b a c u m ) 年l l 颠茄似t r o p ab e l l a d o n n a ) 的叶绿 体基冈组全序列后，初步筛选出l o 个植物d n ab a r c o d c 的候选区间( 包括一个核基冈) ，然后 通过对这1 0 个区间在5 3 科、8 0 属、共9 9 种植物中变异程度的进一步分析比较后，最后建议 将叶绿体p s b a - t m h 基冈间隔区( i n t e r g e n i cs p a c e r ) 币1 1 核基冈内转录间隔区i t s ( i n t e r n a l t r a n s c r i b e ds p a c e r ) 两区间作为显花植物d n ab a r c o d e 最合适的区间；k r e s s 和e r i c k s o n ( 2 0 0 7 1 在0 5 年研究的基础上，建议将叶绿体p s b a t m h 基冈间隔区与r b c l 编码基冈两者相结合，用 _ 丁植物d n ab a r c o d c ；n e w m a s t e r 等人( 2 0 0 7 ) 运_ 瑚叶绿体p s b a t r n h 区间与m a t k 基冈作为d n a b a r c o d e 区间，成功区分了所研究的舣子叶植物肉豆蔻科( m y r i s t i c a c e a e ) 植物样品，正确率达剑 了9 5 ；l a h a y e ( 2 0 0 8 ) 在朋8 个候选的植物d n a b a r c o d e 区间，对两个生物多样性热点地区超 过1 , 6 0 0 个样晶的分析后得出：p s b a t r n h 基闪间隔区或者m a t k 基冈都可以作为单一区间用 于植物d n a b a r c o d e 的结论。与上述观点不同的是：c h a s e 等人( 2 0 0 7 ) 建议r p o e l r p o b 和m a t k 三个基冈区间的组合或者r p o c l ，m a t k 和p s b a - t r n h 二区间的组合为植物d n a b a r c o d e 的合适 区间。而t a b e r l e t 等人( 2 0 0 7 ) 的研究结果表明叶绿体u n l 基冈内含子是一个合适的植物d n a b a r c o d e 区间。 从经济、便捷等角度考虑，最理想的植物d n ab a r c o d e 很显然应该是单一区间。在上面 这些候选的d n ab a r c o d e 区间中，如果只选择单一区间作为植物d n ab a r c o d e 的区间，那么 3 前言 p s b a t r n h 基因间隔区无疑更倾向于作为首选，因为基因间隔区与基因自身相比，前者通常具 有更多的变异而使之其具有更强的物种区分能力( p e n n i s i ，2 0 0 7 ) 。然而，由丁没有任何的序列 区间可以区分所有的物种，所以无论对丁动物还是植物来说，试图寻找个可以区分所有物 种的单一且短小的d n a 片段的想法太过于理想化。但不管怎样，k r e s s 等人( 2 0 0 5 ) 的研究将 可能导致研究学者关丁：对待植物d n ab a r c o d e 达成一个妥协：即一个被公认为d n ab a r c o d e 区间的基因片段尽管其在物种水平上具有较高的变异( 如p s b a t m h 序列) ，但由丁其还不能区 分所有的物种，因此还需要一些不同的短小基冈序列片段作为其补充，以更好地区分物种 ( r u b i n o f f e ta 1 ，2 0 0 6 ) 。 1 3 系统地理学( p h y l o g e o g r a p h y ) 研究进展 1 3 1 系统地理学简介 系统地理学是以生物地理学为基础，通过分子手段，将种群遗传变异与宏观地理分布及 孢粉学和考古学相结合，阐述物种现代种群分布形成的历史原冈以及遗传多样性分布式样的 学科( a v i s e ，1 9 9 4 ；a v i s ee t a l ，1 9 8 7 ) 。系统地理学的研究在帮助人们深入理解物种演化与地质、 气候历史q f e t - 之间的关系，特别是在鉴别第四纪遭受冰川覆盖地区物种的避难所以及重建它 们冰期后的扩散路线方面发挥了重要作朋( a b b o t te t 以，2 0 0 0 ) 。最早的系统地理学研究是利用 线粒体d n a 限制性片段长度多态性标记( m t d n a r f l p ) 研究囊地鼠的系统地理格局( a v i s e 2 0 0 0 ) 。在囊地鼠研究中，利 j6 个限制性内切酶产生2 3 个m t d n a 单倍型，将由此得出的母 系单倍型谱系与样本的独立分布图结合，得到了明确的系统地理格局。 全球气候尤其是第四纪气候的波动，导致反复而剧烈的环境变化，这些变化影响着不同 纬度地区动植物的分布和遗传结构( a b b o t te ta 1 ，2 0 0 0 ；a v i s e ，2 0 0 0 ；h e w i t t ，2 0 0 0 ；t a b e r l e tp t 以。 1 9 9 8 ) 。花粉化石记录、古气候数据和当前遗传变异的分布式样都被h j 来研究物种的上述动态 历史( c o m e s ，k a d e r e i t ，1 9 9 8 ) 。但由丁古孢粉学取样难度人，通常取样密度较小，加上孢粉一 般很难鉴定剑种，冈此占孢粉学研究精度往往不够，雉以反映植物分布区变迁的细节，甚至 推论出错误的避难所和迁移路线( c r u z a n ，t e m p l e t o n ，2 0 0 0 ) 。此外，目前也没有详尽并且直接的 古气候学数据资料供研究者分析。冈此，能够解读分布区变化留存下的遗传信息的系统地理 学研究成为推测冰期避难所和间冰期迁移路线的有效手段( a v i s e ，w a l k e r , 2 0 0 0 ； j a r a m i l l o - c o r r e ae ta 1 ，2 0 0 4 ；n e w t o ne ta 1 ，19 9 9 ；s c h b n s w e t t e re ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 1 3 2 植物系统地理学研究进展 近二十多年来，随着分子生物技术的引入和普及，主要是p c r 和测序技术的成熟和成本 的降低，以及多种分子标记的广泛应朋，植物系统地理学得以快速发展。在这方面，尤以欧 洲和北美的物种研究得最为详细。 通过检测欧洲栎属( q u e r c u s ) 1 绿体d n a ( c p d n a ) 单倍型分布，d u m o l i n l a p ：g u e 等人 ( 1 9 9 7 ) 和f e n i s 等人( 1 9 9 8 ) n y j 确指出第四纪冰期欧洲存在三个栎属植物避难所，即伊比利哑半 岛、意大利和巴尔干半岛。间冰期，栎属植物从这三个避难所沿不同的迁移路线向北迁移。 4 前占 根据阿尔卑斯山地区1 2 种植物的种内系统地理数据，s c h o n w e t t e r 等( 2 0 0 5 ) 发现这些植物在阿 尔卑斯山地区的西南部、南部、东部和北部边界，以及中部地区均存在冰期避难所。尽管与 欧洲有所不同，北关也显示出了几个相似的避难所地区，主要位丁阿巴拉契距山脉的东南和 南部，太平洋两北海岸( a v i s e ，w a l k e r , 2 0 0 0 ；g o d b a u te la 1 ，2 0 0 5 ；h e w i t t ，2 0 0 4 ；j a r a m i l l o c o r r e a e a 1 ，2 0 0 4 ；m i t t o ne ta 1 ，2 0 0 0 ；s o l t i se la l ，1 9 9 7 ) ：在第四纪冰期时，海平面比现在的要低约 1 0 0 2 0 0 米，当时阿拉斯加曲北端的白令海峡是亚洲和北美洲生物相互迁徙的路桥，a n d e r s o n 等人( 2 0 0 6 ) 通过对白冷杉( w h i t es p r u c e ) 的c p d n a 3 个片段测序分析后得出：在北美东南部以及 北部的阿拉斯加地区，白冷杉比其它地区的单倍型多样性都要高，又以阿拉斯加地区的单倍 型多样性最高。这一结果证实了h u l t 6 n ( 1 9 3 7 ) 关于第四纪冰期时，白令海峡没有冰川覆盖的区 域为北部及北极生物的一个北部土要避难所的推断。p e t i t 等人( 2 0 0 3 ) 在研究了2 2 种j 泛分布 于欧洲的乔术和灌木的c p d n a 变异后得出：所研究的所有物种在地中海地区都具有遗传分化 的种群，特别是那些种子扩散能力低的物种遗传分化更为明显。然而，遗传分化最人的种群 并不是在南部而是位于中纬度地区，这很可能是由丁来自互相分离的避难所的具有遗传分化 的分支在扩散过程中融合的结果所造成的。 我国的系统地理学研究与国外相比起步较晚，但进入2 l 世纪以来得到了k 足的发展：中 国人陆杉术属( c u n n i n g h a m i a ) 植物住冰期向南退却剑台湾，在台湾形成一个“迁移库”( 冰期 台湾与人陆相连) ，但是人陆的杉木属植物并没有消失，而生活在不同的山地避难所( l ue l a l ， 2 0 0 1 ) 。此外青冈c y c l o b a l a n o p s i sg l a u c a ( h u a n ge la l ，2 0 0 2 ) 、绣球蓠d u n n i as i n e n s i s ( g ee ta l ， 2 0 0 2 ) 、祁迮圆柏j u n i p e r u s p r z e w a l s k i i ( z h a n ge la l ，2 0 0 5 ；张菏e la 1 ，2 0 0 5 ) 、刺桫椤a l s o p h i l a s p i n u l o s a ( s ue ta 1 ，2 0 0 5 ) 、银杏g i n k g ob i l o b a ( s h e ne ta 1 ，2 0 0 5 ) 、鄂报春p r i m u l ao b c o n i c a ( 颜海 飞e ta l ，2 0 0 5 ) 、七筋鼎c l i n t o n i au d e n s i s ( t 祚铃，2 0 0 6 ) 、李属樱哑属植物p r u n u ss u b g e n u s c e r a s u s ( 曹尔伟，2 0 0 6 ) 、银杉c a t h a y aa r g y r o p h y t t a ( t 红卫，2 0 0 6 ) 等植物的系统地理学研究，都 不同程度地讨论剑第四纪气候变化对植物分布区的影响。 1 3 3 植物系统地理学常用的分子标记及分析方法 在植物三个基冈组中核d n a 进化速率最快，叶绿体次之，线粒体最慢( w o f ee l a l ，1 9 8 7 ) 。 由丁双亲遗传的特性，核基冈序列提供了更丰富的遗传信息。然而，利川核d n a 序列进行系 统地理学研究的一人障碍是雄以得蜘同源性片段并准确区分杂合个体中等位基冈( 单倍型) 序 歹l j ( z h a n g ，h e w i t t ，2 0 0 3 ) 。尽管如此，近年来随着测序技术的普及，利用植物核基冈序列米研 究植物系统地理学的报道也越来越多( b o u i l m ，b o u s q u e t ，2 0 0 5 ；m ae ta l ，2 0 0 6 ；p o te ta 1 ，2 0 0 5 ； 干红卫2 0 0 6 ) 。 植物细胞器d n a ( n 绿体d n a 和线粒体d n a ) 通常被认为是系统地理学研究中的首选遗 传标记。首先，细胞器d n a 为环状线性结构，所有基因形成连锁群，与核基冈相比，细胞器 d n a 很少出现重组现象，在植物中为单系遗传的基冈组( 王红卫，2 0 0 6 ) 。第二，在同一种群内， 单系遗传的基因组比双亲遗传的核基冈受遗传漂变的影响更人、更有可能产生程度较大的分 5 刖再 化而具有显著的独特性( h e w i t t ，1 9 9 6 ) 。第三，在被子植物中，绝大多数类群的线粒体 d n a ( m t d n a ) 或叶绿体d n a ( c p d n a ) 为母系遗传，它们仅通过种子遗传，比既有种子流和又 有花粉流的核d n a 更能长久的保持遗传多样性格局，特别是对于第四纪冰期避难所及冰期后 扩散方面的研究更有意义( e n n o s ，1 9 9 4 ；p e t i t ，w a g n e r , 1 9 9 3 ) 。 植物叶绿体d n a ( c p d n a ) 长度1 2 0 1 7 0 k b 不等，呈环状，一般由4 个部分组成，两段反 转重复区域( i g ) ，一段长单拷贝区( l s c ) ，还有一段短单拷贝i x ( s s c ) 。在烟草( n i c o t i a n a t a b a c c u m ) 中，叶绿体d n a 有1 5 58 4 4 b p ( s h i n o z a k ie ta 1 ，1 9 8 6 ) 。其在一些非编码区域存在相对 较高的核苻酸置换率( t a b e r l e te ta 1 ，1 9 9 1 ) ，从而使之在种间和种内都拥有较高的遗传变异 ( n e w t o ne t a l ，1 9 9 9 ) ，它们是迄今用于分子系统学和系统地理学研究最多的一类基冈组。目前， 针对叶绿体基因1 f 编码区发展了一批应用广泛的通用引物( d e m e s u r ee ta l ，1 9 9 5 ；h a m i l t o n 1 9 9 9 ；s h a we t a l ，2 0 0 5 ；s h a we t a l ，2 0 0 7 ；t a b e r l e te ta 1 ，1 9 9 1 ) ，通过这些c p d n a 序列变异的研 究，不仅可以建立物种之间的亲缘关系，而且还能在一些种内鉴别出许多单倍型( h a p l o t y p e ) 。 线粒体d n a ( m t d n a ) 被广泛应用丁动物的系统学及种群生物学的研究中，但在植物中， 由丁其基因序列的高度保守性( 核苷酸置换率低丁核基冈组约1 2 倍，低tc p d n a 3 - - 4 倍) 以及 结构上存在极高的重排率，在植物分子系统学上的价值远没有c p d n a 人。 但也已成功地应 用在一些裸子植物研究中( b u r b a n ，p e t i t ，2 0 0 3 ；g a r m a c h ee ta 1 ，2 0 0 3 ；g o d b a u te la 1 。2 0 0 5 ； g u g e r l ie t 以，2 0 0 l ；j a r a m i l l o c o r r e ae t a l ，2 0 0 4 ；r i c h a r d s o ne t a l ，2 0 0 2 ；王红卫，2 0 0 6 ) 。 系统地理学研究的理论基础是溯讥理论( c o a l e s c e n tt h e o r y ) ，该理论是对种内或相关种间 基冈谱系进行数学统计的基本理论。根据该理论，我们可以追溯一组个体或d n a 序列的讥先， 把找剑一个共同祖先称为一次共组事件。这样，就可以追溯现有d n a 序列的亲缘关系和支系 结构( 樊晓霞，2 0 0 5 ) 。溯讥理论假定在中性进化f ：任意一代每个d n a 世系产生两个不同世 袭后代的概率相同；这样，一个种群中任意两个d n a 序列在前一代拥有共同甜1 先的概率也相 同( a v i s e ，2 0 0 0 ) 。溯f i 理论研究表明d n a 序列遗传信息不仅可以反映不同单倍型之间的亲缘 关系，同时还包含了不同时间尺度上的种群结构( 遗传结构平种群数量等) 变化的信息。将d n a 序列数据依据溯祖理论转换成谱系图后，每个结点代表了一次溯 f l 事件，节点的分布情况可 以反映种群人小的历史变化信息( n e ee ta l 。1 9 9 5 ) 。 目前，探讨系统地理学中种群遗传格局及其成冈的最常见方法是t e m p l e t o n 等( t e m p l e t o n 1 9 9 8 ；t e m p l e t o ne ta 1 ，1 9 8 7 ；t e m p l e t o ne ta 1 ，1 9 9 2 ；t e r n p l e t o ne la 1 ，1 9 9 5 ) 提出并逐步完善的巢 式支系法( n e s t e dc l a d ep h y i o g e o g r a p h i ca n a l y s i s ) ，简称n c p a 法。截至2 0 0 7 年，人概有2 0 的系统地理学研究使用了n c p a 方法( p e t i t ，2 0 0 8 a ) 。它主要包括了构建单倍型系统树、进行组 巢、置换检验以及检索表应j h j 四方面内容。 t e m p l e t o n ( 1 9 9 5 ) 对巢式支系图中不同组巢水平的各支计算2 种距离，巢内距离( d c ) i g l 巢间 距离( d n ) 。巢内距离表示某支系某单倍型所有个体与该支系该单倍型地理分布中心的平均距 离，即该支系的地理分布范围：巢间距离表示某支系某单倍型所有个体与包含该支系的高一 6 前者 级水平支系的地理分布中心之间的平均距离，即该支系与进化上相近的支系间的地理分布关 系。然后对巢内距离，巢间距离和末支一内支距离进行随机置换检验；这3 种距离显著性大 小的不同组合表示了不同的距离格局，可从中分析种群结构和各种群历史事件对单倍型地理 格局形成的影响过程。通过严格统计检验和人量实例证明的遗传多样性地理格局成冈包括： ( 1 ) 有限基冈流；( 2 ) 种群扩张：( 3 ) 片断化。单倍型系统树将种群结构和种群历史研究结合在了 一起( 樊晓霞，2 0 0 5 ) 。 近两年来，关于n c p a 方法义有了新的发展并引发了新的争论：p a n c h a l b e a u m o n t ( 2 0 0 7 ) 在原有手动的n c p a 方法上，引进了一种全自动的n c p a 分析软件，简称( a n c p a ) ，大人简 化了原先n c p a 科序使用，但是它们通过模拟，在只有单一位点且为随机交配的种群这一最 简单的可能事件中，n c p a 所得剑的假样性结果1 = 常之人( 8 0 ) 。除此之外对n c p a 方法持 怀疑或批判态度的相关报道也有不少( k n o w l e s ，m a d d i s o n ，2 0 0 2 ；p e t i t ，2 0 0 8 a ；p e t i t ，2 0 0 8 b ) 。为 此，t e m p l e t o n ( t e m p l e t o n ，2 0 0 8 ) 以及g a r r i c k 等人( 2 0 0 8 ) 予以反驳并确信n c p a 方法是进行系 统地理学研究最为有效且合理方法。但无论如何，由丁并没有比其更合适的方法供研究者选 择，n c p a 方法作为目前广泛运用的系统地理学分析方法具有其合理性与应h j 价值，并且随 着更多更深入的模拟验证，n c p a 方法必将日趋完善并更精确地h j 于系统地理学分析。 1 4 樟科植物及香樟研究进展 1 4 1 樟科植物研究概况 樟科( l a u r a c e a e ) 植物是一个较人的木本植物类群( 除草本寄生无根藤属c a s s y t h a 外) ，约 包含5 0 属、2 5 0 0 3 0 0 0 种。此类群植物是被子植物中的基部类群之一，有化石记录可追溯至 白垩纪中期( d r i n n a ne t a l ，1 9 9 0 ) ，其广泛分布丁世界热带地区，目前其多样性中心位r 弧太地 区和热带美洲地区以及马达加斯加，非洲中部只有少数种类( 李捷，李锡文，2 0 0 4 ) 。 樟科植物具有十分重要的经济利用价值，许多种类是重要的经济用材树种、香料或芳香 油和药用植物资源。同时，樟科植物也具有举足轻重的生态价值，在i 开t t c 界的热带至弧热带 森林中此类群植物扮演着十分重要的角色，是这一地区常绿阔叶林中一个关键主导类群：在 新世界的湿润森林中樟科也是十分常见的植物( g e n t r y , 1 9 8 8 ；v a i ld e rw e r f f , r i c h t e r , 1 9 9 6 ) 。目 前国内外有关樟科植物的研究较多，但多集中在香樟这个树种。在分类学、生理学、化学成 分与利用、良种选育、营林技术和遗传多样性等方面研究已有较多报道( 卣作云，2 0 0 6 ) 。 我国有樟科植物2 0 属，4 3 7 种，多数种类分布r 长江流域以南，仅少数达长江以北( 张朗 芳，章绍尧，1 9 8 6 ) 。樟科中的香樟( c i n n a m o m u mc a m p h o r a ) 、油丹( a l s e o d a p h n eh a m a n e n s 括) 、 普陀樟( c i n n a