尖萼耧斗菜的进化生物学研究

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1、尖萼耧斗菜的进化生物学研究尖萼耧斗菜的进化生物学研究史凤雪李志瑞崔娜谭判吕雪杜爽鲁晶王璞李松柏（东北师范大学生命科学学院，吉林长春130024）摘要：尖萼耧斗菜（AquilegiaoxysepalaTrautv.etC.A.Mey.）隶属于毛茛科（Ranuncuaceae）耧斗菜属（Aquilegia），为多年生草本，广泛分布于朝鲜半岛、俄罗斯东南部和我国东北地区。在本实验中，我们分别对尖萼耧斗菜及其变种黄花尖萼耧斗菜进行传粉生物学与分子生物学研究，以期望揭示花色的差异对尖萼耧斗菜和变种黄花尖萼耧斗菜传粉行为与遗传结构的差异。

2、通过传粉生物学的研究发现，尖萼耧斗菜及其变种黄花尖萼耧斗菜的传粉者传粉方式已出现分化，而通过分子实验也验证了其遗传结构存在了分化，这为将来进一步研究其物种形成奠定了基础。关键词：毛茛科尖萼耧斗菜传粉生物学分子生物学遗传结构1背景介绍尖萼耧斗菜（AquilegiaoxysepalaTrautv.etC.A.Mey.）隶属于毛茛科（Ranuncuaceae）耧斗菜属（Aquilegia）。该属共有约70种，广泛分布于欧洲、北美洲与亚洲等地区【1】。多年生草本植物，全草可人药，具有通经、活血散瘀的功效。在我国主要分布于黑龙江、吉林和

3、辽宁省等地区，其主要生长于海拔450－l000米的山地杂木林边和草地中【2,3】。尖萼耧斗菜种内包括尖萼耧斗菜和变种黄花尖萼耧斗菜。其中，黄花尖萼耧斗菜是尖萼耧斗菜的一个变种。花瓣尖端为黄色，下端延伸的距和萼片为紫红色的为紫花尖萼耧斗菜；花瓣、距及萼片均为黄白色的为黄花尖萼耧斗菜。尖萼耧斗菜生于林下、林缘及山麓草地，广泛分布于朝鲜、俄罗斯及我国东北。经实地调查发现，在我国东北黑龙江省以紫花尖萼耧斗菜为主，辽宁省以黄花尖萼耧斗菜为主，而吉林省两种均有分布。由此可知，尖萼耧斗菜是研究物种形成与适应性分化的优良材料。因此，在本实验的

4、研究中我们分别从传粉生物学与分子生物学角度对尖萼耧斗菜与黄花尖萼耧斗菜进行研究。传粉生物学的研究不仅对理解物种的繁育系统、居群的遗传结构、物种分化、种群的生态特征均具有重要意义，同时也为研究协同进化和生物地理区系分布提供着直接和必不可少的证据，是目前进化生物学和生物地理学研究的热点之一【4】。-9-尖萼耧斗菜的进化生物学研究植物的进化不仅受到自身基因结构的影响，还受到外界环境对植物的选择作用，除了气候、地理条件等因素外，传粉动物与显花植物之间的协同进化也是影响植物进化的重要因素。传粉动物对显花植物的影响主要表现在以下几个方面：

5、传粉动物在活动时间和地理分布上的差异；传粉动物对花朵形态、颜色或气味上的选择性差异；传粉动物对花粉或花蜜等物质的采食性差异；传粉动物在体型和数量上的差异。显花植物与传粉动物之间通过长时间的选择和适应，逐步形成一整套相互获利的生存机制和进化特征，彼此建立了一系列专一或不完全专一的依赖关系，显花植物在对花器官的调整来适应传粉动物传粉行为的过程中经过长时间的驯化，就有可能在基因结构上发生改变，从而有别于原有物种，进而产生生殖隔离形成新物种。由上可知，传粉系统在物种进化的过程所扮演的重要角色。而近年来随着分子技术的不断革新与推广，各种

6、分子标记技术都逐渐被引入到了生物学的研究中。例如，扩增片段长度多态性（AmplifiedFragmentLengthPolymorphism,AFLP)、简单重复序列（SimpleSequenceRepeat,SSR）单核苷酸多态性（SingleNucleotidePolymorphism,SNP）等。这些现代分子标记技术的引入使得物种进化领域的研究取得了突出的成果，同时也为传粉生物学的研究提供强有力的分子证据。耧斗菜因其表型的多样性、生境分布的广泛性，是研究适应辐射进化的理想材料，成为近期遗传学、染色体组学和基因组学研究的焦

7、点，学者们旨在将物种发展为生态与进化研究的模式植物【1】。在长白山地区主要存在紫色与黄色两种颜色的尖萼耧斗菜，它们在颜色形态上已有差别，本实验旨在通过对两种颜色的尖萼耧斗菜进行传粉生物学研究和分子实验研究，根据传粉者的不同及其传粉时间段的不同以及在其DNA序列上的碱基差异推断两种颜色的尖萼耧斗菜在物种进化上的关系，从而为进化生物学提供新的例证。同时，耧斗菜属植物的花部性状具有丰富的多态性，而且这些性状与传粉生物学密切相关，对进一步研究进化生物学具有重要意义。2方法与实验2.1传粉生物学实验2.1.1研究区域：选取长白山地区的尖

8、萼耧斗菜及其变种黄花尖萼耧斗菜，在7月上旬对部分尖萼耧斗菜进行套袋处理，对尖萼耧斗菜集中的区域进行传粉者观察。2.1.2套袋实验的设计方案：-9-尖萼耧斗菜的进化生物学研究通过探究尖萼耧斗菜及其变种黄花尖萼耧斗菜自交是否可育或者可育程度是否有差异，来研究其是否在进化上产生分化