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芍药属牡丹组(Paeonia sect. Moutan)种间关系及栽培牡丹的起源

赵宣  
【摘要】: 牡丹是我国特有的木本名贵花卉,花大色艳、雍容华贵、富丽端庄、芳香浓郁,而且品种繁多,素有“国色天香”、“花中之王”的美称,长期以来被人们当做富贵吉祥、繁荣兴旺的象征。牡丹不仅是我国的传统名花,在全世界同样享有盛誉。此外,牡丹的根皮还是我国传统中药—“丹皮”,具有清热凉血,活血散瘀的功效,而且牡丹花粉含有多种营养成分,开发美容保健品有很大发展潜力。中国不仅是牡丹的原产地和多样性中心,也是栽培牡丹的发源地,是品种起源、演化和发展的中心。中国特有的野生牡丹一直被国内外视为珍贵的种质资源。因此,开展野生牡丹系统和进化的研究以及栽培牡丹起源的研究对阐明牡丹的起源以及培育和改良栽培品种具有重要的理论和实践价值。 1.牡丹组野生种的种间关系 芍药属包括了三个组:牡丹组sect.Moutan、芍药组sect.Paeonia和北美芍药组sect.Onaepia。其中,芍药组和北美芍药组所有种均为草本,仅牡丹组全为亚灌木。牡丹组共有8个种,其中3个种分别有2个亚种,分布于我国的河南,甘肃,陕西,山西,安徽,湖北,四川,云南,西藏等9个省区。在以往的研究中,尽管国内外学者从形态到分子各个方面对野生牡丹的种间关系进行了研究,但由于取样不全,其结果缺乏可比性。近两年来,在洪德元对牡丹组分类修订的基础上,研究者从形态和分子两方面对牡丹组全部野生种的种间关系进行了探讨,取得了明显的进展。然而,这些研究的结果并不完全一致,尤其是革质花盘亚组6个种(银屏牡丹、凤丹、卵叶牡丹、矮牡丹、紫斑牡丹和四川牡丹)的种间关系仍存在争议。 本研究对代表牡丹组的全部8个野生种的25份材料的核基因GPAT(外显子5和6之间的内含子)和其中12份材料的叶绿体trnS-trnG、rsp16-trnQ基因片段进行测序。根据核基因GPAT片段序列,使用Network(4.2)计算机程序的MJ(Medium-Jioning)法和PAUP~*(4.0)计算机程序,分别建立了牡丹组种间亲缘关系网络树和系统发育树(MP树和NJ树)。此外,利用代表牡丹组的全部8个野生种的12份材料的叶绿体基因片段(trnS-trnG、rsp16-trnQ)和核基因片段(GPAT、Adh),结合形态特征,使用PAUP~*(4.0)和MrBayes ver.3.0b4计算机程序,进行数据合并分析,得到了清晰的具高支持率的牡丹组野生种的系统发育关系。结果表明,芍药属牡丹组8个野生种分为两个亚组,即肉质花盘亚组和革质花盘亚组。肉质花盘亚组包括滇牡丹和大花黄牡丹;革质花盘亚组包括其余6个种。革质花盘亚组的6个种分为三支:即四川牡丹和紫斑牡丹,卵叶牡丹和矮牡丹,银屏牡丹与风丹,其中后两个分支为姊妹群。在此基础上,我们提出了牡丹组野生种种间系统发育树,并对数据合并进行了探讨。 2.栽培牡丹的起源 牡丹既是中国名花,也是世界名花,深受人们的喜爱。从有记载的历史看,中国牡丹已有两千多年,传入欧洲也已经五百多年。中国牡丹在几千年的栽培过程中,已由少量的传统品种逐步发展成上千个品种,并在不同的栽培地理区域内形成了各具特色的的品种群或品种亚群。根据栽培地理划分,主要有四个品种群:中原品种群、西北品种群、江南品种群和西南品种群。栽培牡丹品种(群)起源研究的首要问题是:什么是栽培牡丹,它与野生牡丹的区别在哪里?从形态学看,花瓣数目、颜色的变化最丰富;细胞学研究发现,野生种类和绝大部分栽培品种染色体数目相同(2n=10),核型分析也显示不同类群、不同品种的差异不大。目前栽培牡丹品种(群)起源的研究主要包括四个方面:1)中国传统栽培牡丹的祖先种或野生近亲;2)最早的栽培时间;3)最早的栽培地点;4)起源和演化的的方式。现有研究表明,我国传统的牡丹栽培品种形成的主要途径是通过野生种的栽培驯化,野生种和栽培品种间的杂交以及栽培品种之间的杂交等不同途径形成的。由于现阶段关于栽培牡丹起源的研究主要集中在古籍考证、形态学、细胞生物学等方面,分子生物学方面的研究仍是一片空白。 本研究对8个野生种的12份材料和来自4个主要品种群的95份栽培种样品的叶绿体基因片段trnS-trnG和rsp16-trnQ及其中37份栽培种样品的核基因GPAT进行直接测序。选取栽培牡丹样品包括了具有几百年甚至上千年历史的古树和传统栽培名种,以及部分具有代表性的国内外新品种。根据片段序列,使用Network(4.2)计算机程序的MJ(Medium-Jioning)法和PAUP~*(4.0)计算机程序,分别建立了牡丹组种间亲缘关系网络树和系统发育树(MP树),从母本、父本及父母本综合分析多个角度对栽培牡丹的起源进行探讨。结果表明:四个主要品种群遗传背景具有较大差异,各自起源于不同的野生种。1)中原品种群部分品种直接由河南银屏牡丹驯化而来,其余品种则起源于银屏牡丹、凤丹、矮牡丹、卵叶牡丹、紫斑牡丹、四川牡丹和滇牡丹中两个和多个野生种的杂交后代;2)江南品种群中清代古牡丹由凤丹或安徽银屏牡丹直接驯化而来,而其余品种父本起源于凤丹或安徽银屏牡丹,母本则起源于河南银屏牡丹;3)西北品种群全部起源于河南银屏牡丹(母本)和紫斑牡丹(父本)的杂交后代;4)西南品种群虽然同中原品种群一样具有复杂的遗传背景,起源于两个和多个野生种的杂交后代,但是西南分布的野生种(即四川牡丹)直接参与该品种群起源的证据不足,这表明西南品种群主要起源于引种驯化其他品种群品种。综合野生种的地理分布和品种出现的时间来看,四川牡丹和滇牡丹的种质直到现代才在中国栽培牡丹中出现,因此中国传统栽培牡丹的主要原种包括银屏牡丹、凤丹、矮牡丹、卵叶牡丹和紫斑牡丹。各品种群最初通过当地野生种的直接驯化或自然杂交植株的选择获得原始品种。这一结果支持了李嘉珏提出的我国栽培牡丹“多地、多元”起源的观点。在所有原种中,河南银屏牡丹具有重要的地位,是四大主要品种群重要的母本种质。这表明河南可能是中国传统栽培牡丹最早的起源地。


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