生物多样性 ›› 2017, Vol. 25 ›› Issue (2): 218-225.doi: 10.17520/biods.2016281

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青藏高原与横断山被子植物区系演化的 细胞地理学特征

王家坚1, 彭智邦1, 孙航2, 聂泽龙1, 孟盈1, , A;*   

  1. 1 吉首大学生物资源与环境科学学院植物资源保护与利用重点实验室, 湖南吉首 416000
    2 中国科学院昆明植物研究所东亚植物多样性与生物地理学重点实验室, 昆明 650201
  • 收稿日期:2016-09-29 接受日期:2016-11-28 出版日期:2017-02-20
  • 通讯作者: 孟盈
  • 基金项目:
    国家自然科学基金(31560060, 31270273)

Cytogeographic patterns of angiosperms flora of the Qinghai-Tibet Plateau and Hengduan Mountains

Jia-Jian Wang1, Zhi-Bang Peng1, Hang Sun2, Ze-Long Nie1, Ying Meng1, *   

  1. 1 Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization, College of Biology and Environmental Sciences, Jishou University, Jishou, Hunan 416000
    2 Key Laboratory for Plant Diversity and Biogeography of East Asia, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650201
  • Received:2016-09-29 Accepted:2016-11-28 Online:2017-02-20
  • Contact: Meng Ying

青藏高原与横断山集特殊的地理位置和复杂的地形地势以及高度丰富的植物区系成分于一体, 成为世界上研究生物多样性起源与演化的热点地区之一。我们对这一地区被子植物的染色体数据进行了全面的统计分析, 结果表明新多倍体在该地区只约占23%的比例, 远低于其他高山地区, 这可能是由于这一地区特殊的地质历史或者复杂的地形和生境等因素所导致的。低基数的二倍体占近一半的比例(43.3%), 说明了二倍体水平上的染色体结构和核型进化也是本地区物种分化的另一重要机制。古多倍体, 即高基数二倍体, 也占有较大的成分(33.7%)。本地区物种在细胞学遗传演化途径上的多样性与这一地区极高的物种多样性和特有性可能存在一定的联系。通过对青藏高原及横断山地区被子植物区系进化中染色体演化机制的研究, 为探讨东亚以及北半球其他植物区系物种进化、高山植物区系起源和演化等许多重大问题提供了有益的帮助。

关键词: 青藏高原, 细胞地理, 染色体进化, 多倍体, 被子植物

The Qinghai-Tibet Plateau and Hengduan Mountains is an important hotspot to study the origin and evolution of plant biodiversity, which is characterized by high species richness and endemism, as well as a unique location and complicated topography. Based on a comprehensive survey of the chromosome numbers of angiosperms from the Qinghai-Tibet Plateau and Hengduan Mountains, our results indicated that the frequency of neopolyploids (23%) was much lower than expected. This was likely caused by the unique history, geology, and complicated topography and habitat. Another mechanism of chromosomal evolution is on the diploidy level (ca. 43.3%), with variations of chromosomal restructure and karyotype. The number of paleopolyploids (diploids with high base numbers) was large in plants from this mountain area (33.7%). The diversity of chromosomal evolution patterns of angiosperms from this region may be correlated to the high level of species richness and endemism. This study provides useful insight into our understanding of speciation, the origins of alpine flora and other important issues in eastern Asia and other regions in the Northern Hemisphere.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, cytogeography, chromosomal evolution, polyploidy, angiosperm

表1

青藏高原与横断山被子植物区系染色体数目及倍性比例按分布型、生活型及海拔分布情况统计"

报道条数
No. of counts
种数 No. of species (%)
总数
Total
新多倍体
Neopolyploids
古多倍体
Paleopolyploids
二倍体
Diploids
分布型 Areal-type
世界分布 Cosmopolitan 177 139 38 (27.3) 21 (15.1) 80 (57.6)
泛热带分布 Pantropic 37 33 3 (9.1) 15 (45.5) 15 (45.5)
东亚(热带、亚热带)及热带南美间断 East Asia (Tropical & Subtropical) & Tropical South America disjuncted 1 1 0 (0.0) 1 (100) 0 (0.0)
旧世界热带分布 Old World Tropics 111 83 26 (31.3) 28 (33.7) 29 (34.9)
热带亚洲至热带大洋洲分布 Tropical Asia to Tropical Australasia Oceania 5 5 2 (40.0) 2 (40.0) 1 (20.0)
热带亚洲至热带非洲分布 Tropical Asia to Tropical Africa 18 11 2 (18.2) 4 (36.4) 5 (45.5)
热带亚洲(印度-马来西亚)分布 Tropical Southeast Asia to Indo-Malaya & Tropical Southwest Pacific Islands 43 26 7 (26.9) 16 (61.5) 3 (11.5)
北温带分布 North Temperate 838 516 118 (22.9) 185 (35.8) 213 (41.3)
东亚和北美洲间断分布 East Asia & North America disjuncted 18 12 2 (16.7) 6 (50) 4 (33.3)
旧世界温带 Old World Temperate 11 11 2 (18.2) 3 (27.3) 6 (54.5)
温带亚洲分布 Temperate Asia 29 21 5 (23.8) 6 (28.6) 10 (47.6)
地中海区、西亚至中亚分布 Mediterranean & West to Central Asia 1 1 0 (0.0) 0 (0.0) 1 (100.0)
中亚分布 Central Asia 21 17 3 (17.6) 6 (35.3) 8 (47.1)
东亚分布 East Asia 150 101 20 (19.8) 36 (35.6) 45 (44.6)
中国特有分布 Endemic to China 31 24 2 (8.3) 9 (37.5) 13 (54.2)
小计 Subtotal 1,491 1,001 230 (23.0) 338 (33.7) 433 (43.3)
生活型 Life form
一年生草本 Annual herb 139 96 19 (19.8) 18 (18.8) 59 (61.5)
多年生草本 Perennial herb 1,208 796 182 (22.9) 289 (36.3) 325 (40.8)
木本 Woody 144 109 29 (26.6) 31 (28.4) 49 (45.0)
小计 Subtotal 1,491 1,001 230 (23.0) 338 (33.7) 433 (43.3)
海拔 Altitude
<1,000 m 51 38 13 (34.2) 7 (18.4) 18 (47.4)
1,000-2,000 m 145 101 28 (27.7) 25 (24.8) 48 (47.5)
2,000-3,000 m 222 156 24 (15.4) 77 (49.4) 55 (35.3)
3,000-4,000 m 411 255 65 (25.5) 102 (40) 88 (34.5)
4,000-5,000 m 196 122 27 (22.1) 35 (28.7) 60 (49.2)
> 5,000 m 9 6 3 (50.0) 1 (16.7) 2 (33.3)
小计 Subtotal 1,034 678 160 (23.6) 247 (36.4) 271 (40.0)

表2

报道种类10种以上的属的倍性分布情况"

科名
Family
属名
Genus
报道条数
No. of counts
种数 No. of species (%)
总数
Total
新多倍体
Neopolyploids
古多倍体
Paleopolyploids
二倍体
Diploids
伞形科 Apiaceae 柴胡属 Bupleurum 15 12 1 (8.3) 0 (0.0) 11 (91.7)
伞形科 Apiaceae 独活属 Heracleum 34 16 2 (12.5) 14 (87.5) 0 (0.0)
伞形科 Apiaceae 藁本属 Ligusticum 12 11 2 (18.2) 9 (81.8) 0 (0.0)
天门冬科 Asparagaceae 黄精属 Polygonatum 27 18 3 (16.7) 14 (77.8) 1 (5.6)
菊科 Asteraceae 香青属 Anaphalis 37 18 15 (83.3) 3 (16.7) 0 (0.0)
菊科 Asteraceae 火绒草属 Leontopodium 20 13 7 (53.8) 6 (46.2) 0 (0.0)
菊科 Asteraceae 橐吾属 Ligularia 20 17 1 (5.9) 16 (94.1) 0 (0.0)
菊科 Asteraceae 风毛菊属 Saussurea 50 41 2 (4.9) 39 (95.1) 0 (0.0)
紫葳科 Bignoniaceae 角蒿属 Incarvillea 15 12 0 (0.0) 12 (100.0) 0 (0.0)
桔梗科 Campanulaceae 蓝钟花属 Cyananthus 23 14 2 (14.3) 0 (0.0) 12 (85.7)
豆科 Fabaceae 黄耆属 Astragalus 12 12 2 (16.7) 0 (0.0) 10 (83.3)
龙胆科 Gentianaceae 龙胆属 Gentiana 55 43 7 (16.3) 18 (41.9) 18 (41.9)
鸢尾科 Iridaceae 鸢尾属 Iris 13 10 0 (0.0) 10 (100.0) 0 (0.0)
百合科 Liliaceae 葱属 Allium 91 35 14 (40.0) 3 (8.6) 18 (51.4)
百合科 Liliaceae 百合属 Lilium 69 25 2 (8.0) 23 (92.0) 0 (0.0)
百合科 Liliaceae 豹子花属 Nomocharis 23 11 1 (9.1) 10 (90.9) 0 (0.0)
百合科 Liliaceae 重楼属 Paris 27 18 1 (5.6) 0 (0.0) 17 (94.4)
列当科 Orobanchaceae 马先蒿属 Pedicularis 21 21 0 (0.0) 0 (0.0) 21 (100.0)
禾本科 Poaceae 鹅观草属 Roegneria 26 13 13 (100.0) 0 (0.0) 0 (0.0)
报春花科 Primulaceae 报春花属 Primula 25 18 0 (0.0) 13 (72.2) 5 (27.8)
毛茛科 Ranunculaceae 乌头属 Aconitum 71 45 9 (20.0) 0 (0.0) 36 (80.0)
毛茛科 Ranunculaceae 银莲花属 Anemone 11 10 1 (10.0) 0 (0.0) 9 (90.0)
毛茛科 Ranunculaceae 翠雀属 Delphinium 100 56 2 (3.6) 0 (0.0) 54 (96.4)
毛茛科 Ranunculaceae 毛茛属 Ranunculus 17 15 10 (66.7) 0 (0.0) 5 (33.3)
蔷薇科 Rosaceae 苹果属 Malus 22 11 6 (54.5) 5 (45.5) 0 (0.0)
蔷薇科 Rosaceae 悬钩子属 Rubus 29 27 11 (40.7) 0 (0.0) 16 (59.3)
虎耳草科 Saxifragaceae 虎耳草属 Saxifraga 10 10 4 (40.0) 2 (20.0) 4 (40.0)

表3

报道种类10种以上的科的倍性分布情况统计表"

科名
Family
属数
No. of genus
报道条数
No. of counts
种数 No. of species (%)
总数
Total
新多倍体
Neopolyploids
古多倍体
Paleopolyploids
二倍体
Diploids
伞形科 Apiaceae 13 100 67 7 (10.4) 40 (59.7) 20 (29.9)
天南星科 Araceae 6 19 15 7 (46.7) 7 (46.7) 1 (6.7)
天门冬科 Asparagaceae 4 54 30 5 (16.7) 24 (80.0) 1 (3.3)
菊科 Asteraceae 28 200 149 35 (23.5) 75 (50.3) 39 (26.2)
紫葳科 Bignoniaceae 1 15 12 0 (0.0) 12 (100.0) 0 (0.0)
十字花科 Brassicaceae 12 29 22 3 (13.6) 0 (0.0) 19 (86.4)
桔梗科 Campanulaceae 3 28 18 3 (16.7) 2 (11.1) 13 (72.2)
豆科 Fabaceae 14 67 58 4 (6.9) 3 (5.2) 51 (87.9)
龙胆科 Gentianaceae 7 70 58 11 (19.0) 21 (36.2) 26 (44.8)
鸢尾科 Iridaceae 1 13 10 0 (0.0) 10 (100.0) 0 (0.0)
百合科 Liliaceae 16 251 114 27 (23.7) 49 (43.0) 38 (33.3)
兰科 Orchidaceae 12 37 26 7 (26.9) 19 (73.1) 0 (0.0)
列当科 Orobanchaceae 1 21 21 0 (0.0) 0 (0.0) 21 (100.0)
禾本科 Poaceae 6 47 27 25 (92.6) 1 (3.7) 1 (3.7)
蓼科 Polygonaceae 2 17 12 3 (25.0) 6 (50.0) 3 (25.0)
报春花科 Primulaceae 3 40 24 2 (8.3) 13 (54.2) 9 (37.5)
毛茛科 Ranunculaceae 22 247 159 29 (18.2) 1 (0.6) 129 (81.1)
蔷薇科 Rosaceae 6 61 47 19 (40.4) 8 (17.0) 20 (42.6)
虎耳草科 Saxifragaceae 5 25 23 10 (43.5) 3 (13.0) 10 (43.5)
茄科 Solanaceae 7 14 11 9 (81.8) 1 (9.1) 1 (9.1)
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