瘤足蕨科的系统学与生物地理学研究

This project researches the taxa of Plagiogyriaceae on the aspects of morphology, anatomy, development of gametophyte, cytology, cladistic analysis and molecular systematics by using the methods of classification and experimental taxonomy. The characteristics of gametophyte development in Plagiogyriaceae will be compared. Cytology of this family will be carry on the aspects of chromosome numbers, basic numbers, karyotypes, polyploid, hybrid, species complex and reproductive type. Cladistic analysis will be established by using more morphological characteristics. Molecular phylogeny (DNA fragment: rps4-trns +rps4, trnL-F and rbcL-atpB, nuclear gene: LEAFY) to investigate the systematic status of the infragenetic phylogeny will be produced. Collect information from both molecular and morphology to reconstruct the phylogeny of Plagiogyriaceae and use the phylogeny as a basis to elucidate the biogeographic history (eg., time and place of origin, time and routes of migration) and to understand the pattern of molecular and morphological evolution.

该项目以经典分类学为基础，以实验分类学为手段，宏观研究与微观研究相结合，主要对瘤足蕨属植物进行形态学、解剖学、配子体发育、细胞分类学、分支系统学和分子系统学研究；系统比较其配子体发育特征，查清各类群的染色体数目，分析其染色体基数、染色体组型、多倍体、杂交种和种复合体的形成及各类群的繁殖方式；综合尽可能多的形态性状进行分支系统学分析，同时，利用三个叶绿体DNA片段 rps4-trnS (包括 rps4 基因) 、trnL-F(包括trnL-F内含子)、rbcL-atpB和一个核基因 (LEAFY) 片段进行分子系统学分析，用分支系统学和分子系统学联合分析构建瘤足蕨属属下的系统发育关系，并探讨其关键形态性状的进化、属下分组、自然分类及种间的系统发育关系。同时，在细胞地理学和重建的系统树的基础上，结合其它学科资料对瘤足蕨属植物的起源、分化时间和分化速率及现代分布格局的形成等生物地理学问题进行探讨

本项目按申请书的研究计划进行，完成了项目的研究内容，达到了预期目标。本项目撰写论文17篇，其中已发表SCI论文1篇，核心期刊论文6篇，国内学术会议论文集摘要5篇，待发表SCI论文1篇，参加国内学术会议3次并在大会上报告，培养硕士研究生5名，其中3人已毕业。.该项目研究瘤足蕨属植物的形态解剖、配子体发育特征、各类群的染色体数目、染色体基数、多倍体、杂交种的形成及各类群的繁殖方式；结合分子系统学及其它学科资料，探讨其自然分类、起源、分化等问题。主要结果如下：.1、9种瘤足蕨属及近缘类群蚌壳蕨科和桫椤科植物的形态解剖、叶表皮微形态、孢子电镜扫描和P.euphlebia配子体发育特征支持将他们分为三科。配子体发育特征表明华中瘤足蕨属于典型的较为原始的类型，并支持瘤足蕨属和树蕨类植物近缘。.2、完成了国产瘤足蕨属8种植物的染色体数目、减数分裂过程及繁殖方式研究。P. falcata n=62(31II+31I)、P.assurgens n=66和P.pycnophylla n=66的染色体数目为首次报道，其它5个种的染色体数目n=66为新的细胞型。P.falcata 为杂合三倍体，为无融合生殖方式；其它种为有性二倍体。该属的原始基数为x=66，而x=62，65是次生基数。该属染色体发生了整倍性和非整倍性变异，染色体数目进化的趋势为下降性变异。本属植物多数为中国西南地区起源，向台湾及日本等地进行扩散；少数为美洲地区起源。.3、瘤足蕨属与近缘类群桫椤科和蚌壳蕨科重建系统树结果支持瘤足蕨属为一单系并与桫椤科和蚌壳蕨科有更近的亲缘关系。9种采自广东、广西、贵州、云南、四川、台湾、日本、越南、菲律宾、马来西亚等地约100多个居群个体的叶绿体DNA片段atpB-rbcL、rps4-trnS、trnL-F序列的分子系统学研究结果初步表明：9种可分为两大分支，第一大支只含P. matsumureana，其余种聚在第二大支，其中第二大支的8种又分为6支，即P.adnata 和P.japonica 聚为一支，P. pycnophylla 和P.glauca 聚为一支， P.stenoptera、P. falcata、P.assurgens 和P.euphlebia 各自为一支。由于缺乏美洲和南美洲的类群，因此，瘤足蕨属的自然分类和种间关系还有待进一步研究。