植物學(xué)課程課件2012植物系統(tǒng)進(jìn)化

1、系統(tǒng)進(jìn)化與分子進(jìn)化原理Principle of Plant Systematics and Molecular EvolutionPlant Systematic & Molecular Evolution 植物系統(tǒng)學(xué)與分子進(jìn)化 （1-3 in the afternoon on Friday） 傅承新、邱英雄、陳川等植物系統(tǒng)進(jìn)化與分子進(jìn)化原理Principle of Plant Systematics and Molecular EvolutionPlan: 8 weeks 13:15 - / on FridayIncluding: Teaching and experiments 傅承新 邱

2、英雄 陳川（一）植物系統(tǒng)進(jìn)化的基本原理和規(guī)律 11.23 (傅承新)（二）植物系統(tǒng)進(jìn)化的研究方法和實(shí)踐 12.7, (傅承新) 經(jīng)典分類學(xué) 比較解剖學(xué) 細(xì)胞分類學(xué) 植物地理和古植物學(xué) 群體遺傳學(xué)與小進(jìn)化 11.30 (陳川博士) （三）分子系統(tǒng)學(xué)的理論與實(shí)踐 12.14 (邱英雄)（四）分子進(jìn)化的研究和分析方法 12.21 (邱英雄)（五）植物系統(tǒng)與進(jìn)化文獻(xiàn)檢索與閱讀 12.28 (邱英雄)（六）主要植物分類系統(tǒng)簡介 13.01.4 (傅承新) (七）比較基因組與植物的系統(tǒng)發(fā)育重建 13.01.11 (傅承新) (八） 講座 2013年元月 (待定) （九） 各大植物類群的識(shí)別與系統(tǒng)進(jìn)化研究的

3、實(shí)踐 整個(gè)冬學(xué)期(傅承新)交課程論文 1月24日 部分交研究報(bào)告（1月24日） 課程安排參考書目：Plant Systematics Judd 2002, 2007Plant Systematics Michael et. al. 2006Plant Systematics, A half-century of progress(1950-2000)Molecular Syst. and Plant Evolution Hollingsworth 1999Molecular Evolution Roderic etc. 1999分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育 呂寶忠等譯 2002Evolution and

4、 Ecology of the organism, Michael et.al., 2006Botany in a day, Thomas et al. 2004Genetics of Populations Philip W H, 2011Evolution (2en edition) Douglas J. F. 2009Biogeograohy (4th edition) Mark V L. et al. 2010Research technique of Plant Syst. & Evol. 研究生用 In species and genetic diversity:species d

5、iversity Research on variation between species. Find a genus over 5 species in the Campus for the experiment.2. Genetic diversity ISSR, AFLP, RFLP, SSR, cpDNA and Allozyme analysis for different populations in one species. 3、Molecular Systematics and Mole. Evolution Sequence and analysis (一) Princip

6、le of Systematics and Evolution1. Concept of Systematics and Biodiversity Biodiversity 生物多樣性 All of organism on the earth, including animals, plants and microorganism, and their environmentSystematics 系統(tǒng)學(xué)Classification: discovery of biodiversity and construct a informative systemPhylogeny系統(tǒng)發(fā)育: Syste

7、matic relationship of biodiversity, the primary goal of systematics.Systematics: including traditional taxonomy (description, identification, nomenclature, and classification). The goal: reconstruction of phylogeny, or evolutionary histroy, tree of life.Descent (血統(tǒng)): is the transfer of genetic mater

8、ial from parents to offspring over time.Lineage (譜系): Descent through time resuilts in the formation of lineage, or cladePopulation(居群) is a group of individuals of the same species that is usually geographically delimited and that typically have a significant amount of gene exchange DescentWhat is

9、Evolution?Evolution is descent with modification occurring by a change in the genetic markup (DNA) of populations or species over time. Evolutionary change may come about by two major mechanisms: (1) genetic draft or (2) natural selection. Adaptation (適應(yīng)) Natural selection results in an adaptation ,

10、 forming a special character. Speciation (物種形成): an ultimate result of evolutionPhylogenetic systematics, or cladistics a methodology for inferring the pattern of evolutionary history of a group of organism, utilizing these apomorphies. Phylogeography 親緣地理學(xué) 研究物種起源、遷移、現(xiàn)代分布和譜系關(guān)系的科學(xué)。Geographical distri

11、bution of cpDNA (trnL-F) haplotypes (HapA-G)Stuessy 1990Evolutionary biology and Biodiversity Evolution and biodiversity is a result of interaction between organism and environment. Evolutionary mechanism: give us a key understanding forming of biodiversity. Process of speciation (物種形成) and depopula

12、tion（滅絕） is the basic problem of researching on evolution and biodiversity. Paleontology(古生物學(xué)) and biodiversity Provide the proof of evolution, and forming and lose of biodiversity.Biogeography 生物地理學(xué) and biodiversityHistory of the EarthTertiary relict floras第三紀(jì)孓遺植物區(qū)系紅色為孓遺區(qū)域ENAWNAEUEATertiary relict

13、floras 第三紀(jì)孓遺植物區(qū)系The collision between India and Asia (ca. 4050 mya) Woody plants dominate to the poles木本植物可達(dá)到兩極早第3紀(jì) Paleogene 65-55 MYBP Eocene (55-34 mya)Australia breaking away from AnarcticaWarming in Eocenewarm climate, tropical and subtropical climate in North Hemisphere Oligocene (34-23 mya) c

14、ooling/seasonal weatherTemperate deciduous forests, herbaceous plant diversifyOligoceneMajor rise of Himalayas and Rocky mountains; NAM and Asia Linked喜瑪拉雅和絡(luò)嘰山隆起Miocene 中新世 Continuous distributed warm temperate and subtropical biotas (生物區(qū)系)The Vicariance hypothesis(隔離假說): a wide continuously distrib

15、uted “mixed mesophytic forest” in North Hemisphere, subsequently fragmented due to the extreme cooling of climate in the later Tertiary.Ecology and biodiversity Population ecology: open out rise and declineprocess of one species Ecosystem diversity: different commiunities(群落), habitate(生境), Genetics

16、 and Biodiversity Gene - chromosome - cell - organize-Individual - population - ecotype - subspecies- species2. Primitive & evolutionary characters 原始和進(jìn)化性狀 突變和變異(mutation and differentiation) 自然選擇(natural selection)起到刪選突變的作用 1）地質(zhì)學(xué)的作用。某一特性狀態(tài)在地層中出現(xiàn)越早就是 越原始, 反之是較進(jìn)化的。One of oldest known fossil flower fo

17、und in Australia, 120my ago, similar to black pepper plant 像現(xiàn)在的胡椒科植物1998-2002年孫革等在我國遼西地區(qū)義縣侏羅紀(jì)地層，首次發(fā)現(xiàn)迄今最早的被子植物-“古果屬”（Archae-fructus），發(fā)現(xiàn)該屬植物具有種子（胚珠）被果實(shí)（心皮）包藏這一典型的被子植物特征，其心皮在莖軸上螺旋狀排列、具單溝狀花粉等早期被子植物中的原始特征;認(rèn)為“古果屬”是迄今世界最早的被子植物。 The oldest known fossil flower found in North China, ca 150my agoXXXSmilax laur

18、ifoliaSmilax bona-noxSmilax lutescensSmilax lanceolataS.china 2X S.discotis2) 現(xiàn)代分布 Smilax Section China （菝葜組）X2) 現(xiàn)代分布 Systematic position of herb Smilax(Fu et al 2005, Int. J. Plant Sci.)原始和進(jìn)化（primitive & evolutionary） 3) 個(gè)體發(fā)育能反映系統(tǒng)發(fā)育，所以能幫助我們確定性狀極性。個(gè)體發(fā)育越復(fù)雜, 其結(jié)構(gòu)就越特化。因?yàn)橐髲?fù)雜而精確的基因關(guān)系和發(fā)育調(diào)控過程的性狀狀態(tài)很可能是較進(jìn)化的，

19、反之較原始，如半邊蓮 Lobelia 的二裂花冠需要精確的基因互作, 無疑比Magnolia的非特化花冠要進(jìn)化；復(fù)心皮子房是較進(jìn)化的，單心皮子房在個(gè)體發(fā)育上較簡單。 Nelson(1978)提出: 普遍的形狀是原始的性狀, 反之是衍生的。Willis(1922)提出：在一個(gè)已知類群中, 大多數(shù)分類單位具有的性狀狀態(tài)可能是較原始的, 這個(gè)觀點(diǎn)已得到支持。 但是，要注意： Sporne(1977)指出原始性狀有聚集的趨勢，即和原始特征相聯(lián)系的特征很可能也是原始的。 應(yīng)注意到譜系的進(jìn)化率在進(jìn)化歷史中的不同階段變化很大。Leppik(1975)描述了Magnolia的形態(tài)處于停滯狀態(tài)。能夠解釋的是其具

20、有穩(wěn)定的選擇和協(xié)調(diào)的基因復(fù)合體，這個(gè)基因復(fù)合體在個(gè)體發(fā)育的基因控制中起到互相精確的協(xié)調(diào)作用。因而不會(huì)導(dǎo)致它的滅絕，然后經(jīng)過長期穩(wěn)定后,可能會(huì)出現(xiàn)突然爆發(fā)性的變化, 稱為“演化的興盛時(shí)期”。 進(jìn)化率的確定是復(fù)雜的，除了遺傳性狀外, 環(huán)境因子起了重要的作用。只有環(huán)境的邊緣和波動(dòng)的地區(qū)才會(huì)產(chǎn)生活躍的演化，會(huì)產(chǎn)生新的類群。 一個(gè)原始和進(jìn)化類群可以是祖先的和現(xiàn)代的，取決于這個(gè)類群與祖先分離的時(shí)間。下圖 表示了A到G 7個(gè)分類單位的產(chǎn)生時(shí)間，A最原始， E最進(jìn)化，C, G較進(jìn)化，但C比E原始。 3.單系和復(fù)系的概念 單系發(fā)生(monophylesis): 指植物的某一類群是由單一祖先發(fā)育分化來. 復(fù)系發(fā)生

21、（polyphylesis）: 指植物的某一類群是由多于一個(gè)祖先類群分化來。單系與復(fù)系（1）, A. 單系； B. 復(fù)系注意：兩個(gè)不同的屬A1和A2導(dǎo)致了B屬的演化。按屬的水平, B很清楚是單系的，但按種的水平則成為多系的。 分支分類學(xué)家認(rèn)為分類單元反映系統(tǒng)發(fā)育的過程, 并認(rèn)為只能依據(jù)分支分類建立系統(tǒng)。從分支分類學(xué)上認(rèn)為單系類群應(yīng)包括最新的共有祖先，當(dāng)這個(gè)類群含有所有最近祖先的后代時(shí), 就稱為全系類群；當(dāng)它不含有時(shí), 就稱為并系發(fā)生(paraphylesis)。 復(fù)系類群不包括最近祖先。換句話說, 分支分類的單系的科和自然的科都表示同一意思，即包括所有分類單位的類群。這樣的類群（科）被認(rèn)為是自

22、然的, 并且具有共同的進(jìn)化歷史。Rudall et al., 2000morphology + rbcL + trnL-F 并系發(fā)生的分類單位具有相近的性狀,，并系發(fā)生的所有成員有共同的祖先, 但不是單系的，它不包括所有分支的所有成員。 復(fù)系類群是含有一個(gè)以上分支的分類單位, 不包括共有祖先。 分支分類認(rèn)為自然類群應(yīng)是單系的, 分支的端點(diǎn)-分裂點(diǎn)。 Rudall et al., 2000morphology + rbcL + trnL-F原來的Smilacales是復(fù)系類群2n=262n=?2n=302n=322n=32并系發(fā)生的分類單位具有相近的性狀,，并系發(fā)生的所有成員有共同的祖先, 但不

23、是單系的，它不包括所有分支的所有成員。當(dāng)這個(gè)類群含有所有最近祖先的后代時(shí), 就稱為全系類群；4. 趨同（Convergence）與平行（Parallelism） 趨同指相似的特征分別存在2個(gè)以上遺傳上無關(guān)的類群中, 無共同的祖先，是環(huán)境造成的。如大戟科和仙人掌科的肉質(zhì)莖是一種趨同現(xiàn)象。 平行指相似的性狀分別發(fā)展在二個(gè)以上遺傳相似、關(guān)系相近的譜系中，強(qiáng)調(diào)的是基因型。 現(xiàn)代系統(tǒng)發(fā)育類學(xué)家一般不采用趨同和平行現(xiàn)象的特征。 分異 Divergence 指性狀分化或指譜系分化 系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的表示 系統(tǒng)發(fā)育學(xué)家常用樹狀圖（tree, phenogram, cladogram）表示系統(tǒng)發(fā)育。表征圖是以表現(xiàn)型

24、資料為基礎(chǔ)建立的樹狀圖。但系統(tǒng)發(fā)育樹橫坐標(biāo)在譜系樹中表示的是時(shí)間或演化進(jìn)程，而在表征圖上表示的是表型性的相似程度。 系統(tǒng)發(fā)育樹 cladogramISSR 相似性表征圖5. Plant Species diversity 植物物種多樣性Category(范疇): All of plant species on the earth and their relation to environment. 物種概念 Species concept 物種(Species)是生物分類的基本單位。按照現(xiàn)代生物學(xué)的觀點(diǎn)，下述的物種概念是多數(shù)植物學(xué)家認(rèn)同的，即物種是具有一定的形態(tài)和生理特征以及一定的自然分布的生

25、物類群；同種植物的個(gè)體，起源于共同的祖先，有極近似的形態(tài)特征，個(gè)體間能進(jìn)行自然交配并產(chǎn)生正常發(fā)育的后代；不同種的個(gè)體雜交，一般不能產(chǎn)生正常能育的后代，存在生殖隔離；一個(gè)物種是由1-無數(shù)個(gè)居群組成的，居群由數(shù)個(gè)到無數(shù)個(gè)個(gè)體組成，種是生物進(jìn)化與自然選擇的產(chǎn)物。Survey of species diversity on the earth全球物種多樣性概況2 million species of organism on the earth, In PlantKingdom物種多樣性的時(shí)空格局及形成機(jī)制Space-time pattern of Species Diversity and mecha

26、nism of forming 亞熱帶常綠闊葉林溫帶落葉林熱帶雨林熱帶干旱荒漠Space-time pattern of Species DiversitySpace-time pattern of Species Diversitymechanism of forming 形成機(jī)制1)環(huán)境變遷 Environmental Variance板塊學(xué)說 2)植物本身的遺傳變異 Genetic variance of Plant Variation of species3. 進(jìn)化歷史6. Systematic position of one species界 植物界 Plantae 門 被子植物門

27、Angiospermae 綱 單子葉植物綱（百合綱） Monocotyledoneae （Liliopsida） 亞綱 百合亞綱 Liliidae 目 百合目 Liliales 科 百合科 Liliaceae 屬 百合屬 Lilium 種 野百合 (Lilium brownii) 變種 百合 (Lilium brownii var. viridulum ) 1) Taxonomy units under species 種下分類單位 種雖為基本單位，但如果在種內(nèi)的某些群體及個(gè)體之間，又有差異時(shí)，可視差異的大小，再劃分為亞種、變種及變型等。 亞種(Subspecies，ssp.) 是種內(nèi)個(gè)體在地

28、理和生殖上發(fā)生隔離初期所形成的群體，有一定的形態(tài)特征和地理分布區(qū)，故亦稱“地理亞種”。如稻種下的秈稻和梗稻即為不同的亞種。亞種是漸變型物種形成過程中的必經(jīng)之路。 變種(Varietas, var.) 它與原種（原變種）的區(qū)別通常僅有12個(gè)形態(tài)和生理性狀的差異，無地理分布的區(qū)別，因此在系統(tǒng)進(jìn)化理論上，認(rèn)為變種實(shí)際上是同種不同基因型的表現(xiàn)。如銳齒槲櫟是槲櫟的變種 Quercus aliena Blume var. acuteserrata 華重樓是重樓的變種 Paris polyphylla Sm. var. chinensis 變型(Forma, f.) 為形態(tài)或個(gè)別性狀變異比較小的類型，通常只

29、有1個(gè)性狀的差異。變型常見于栽培植物之中，如碧桃為桃的一個(gè)變型，花重瓣；Prunus persica(L.) Batsch f. Duplex 羽衣甘藍(lán)為甘藍(lán)的一個(gè)變型，其葉不結(jié)球，常帶彩色，葉面皺縮，觀賞用。Brassica oleracea L. f. Tricolor Hort. 品種 (Cultivar，CV.) 不是植物分類學(xué)的分類單位，不存在野生植物中。品種是人類在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)過選擇培育而成的。一般說來多基于生物學(xué)特性和經(jīng)濟(jì)性狀的差異，如植株的高矮、花朵或果實(shí)的大小、色、香、味，成熟的遲早等。實(shí)際上是栽培植物的變種或變型。如水稻的南粳33、農(nóng)墾58；蘋果的青香蕉、國光；郁金香中的

30、黑牡丹等。 2) 植物的命名 Nomenclature 植物學(xué)名的意義 每種植物都有它自己的名稱。但由于國家和地區(qū)不同及語言的差異，同一種植物在各地的叫法往往各不相同。 例如: 馬鈴薯，我國南方稱洋山芋（或洋芋），北方叫土豆，英語稱 Potato。 番茄，我國南方稱番茄，北方稱西紅柿，英語稱tomato。這種現(xiàn)象稱為 同物異名 Synonym。 另外還有同名異物現(xiàn)象，如我國叫“白頭翁”的植物就有16種，但它們分屬于4個(gè)科16個(gè)屬；又如中藥貫眾，據(jù)調(diào)查，全國有49種蕨類植物都稱“貫眾”，它們分屬于6科17屬。 為了避免這種混亂，有必要給每一種植物制訂國際上統(tǒng)一使用的科學(xué)名稱，即學(xué)名 scient

31、ific name。 林奈在前人建議的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了 雙名法(binomial nomenclature)， 以后，雙名法為全世界的植物學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家所采用。并在國際上建立了生物命名法規(guī)，如國際植物命名法規(guī)(International Code of Botanical Nomenclature, 縮寫ICBN)（以下簡稱“法規(guī)”），國際栽培植物命名法規(guī)(The International Code of Nomenclature of Cultivated Plants, 縮寫ICNCP)，國際細(xì)菌命名法規(guī)等。 雙名法(binomial nomenclature)， 雙名法是指對每一種植物（或

32、動(dòng)物、微生物）的名稱，都由2個(gè)拉丁詞（或拉丁化形式的詞）所組成，前面一個(gè)詞為屬名，代表該植物所從屬的分類單位，第二個(gè)詞為種加詞。一個(gè)完整的學(xué)名，雙名的后面還應(yīng)附加上命名人的姓名或姓名的縮寫。 例如：銀杏的學(xué)名為 Ginkgo biloba Linn., 月季的學(xué)名為 Rosa chinesis Jacq.。 屬名 (Name of Genus), 一般采用拉丁文的名詞，單數(shù)第1格（主格），其第一個(gè)字母必須大寫。 例如Oryza（稻屬），是稻米的古希臘名； Ginkgo（銀杏屬）為銀杏的日本原名。 屬名可以用植物特征、古羅馬植物名、地名、人名來表示。 種加詞(Specific epithet)

33、通常用拉丁文的形容詞，也可用同位名詞或名詞的第2格（所有格），其第1個(gè)字母一律小寫。如上述例子中的sativa為形容詞，是栽培的意思；biloba為形容詞，二淺裂的意思（指葉片先端二淺裂）， chinensis 表示中國。種加詞也常用植物特征、地名、人名來表示。 命名人（作者名）(Authors name) 是為該植物取學(xué)名的作者。但在一般非植物分類學(xué)專門著作或文章中，通?？墒÷?。植物學(xué)名后面加上命名人的姓名，不但為了正確和完整的指示該種植物的名稱，而且為了便于今后考證。因此，該作者對他所命名的種名負(fù)有科學(xué)責(zé)任。命名人的姓名一般采用縮寫，第一個(gè)字母必須大寫，如 L.（或Linn.）即為林奈(L

34、innaeus)的縮寫， Bunge縮寫為Bge., Maximowicz縮寫為Maxim., 胡先 肅(Hu-Hsen-hsu)用Hu， 王文采(Wang Wen-tsai)用W.T.Wang。 3) Summary of International Code of Botanical Nomenclature 植物命名法規(guī)概要 International Code of Botanical Nomenclature 是1867年8月在巴黎第1次國際植物學(xué)大會(huì)，德堪多兒子（Alphonso de Candolle）受會(huì)議委托，起草了Lois de la Nomenclature Botani

35、que，經(jīng)修改后出版，稱為巴黎法規(guī)。共分7節(jié)68條。 1910年在布魯塞爾召開的第3次國際植物學(xué)大會(huì)，奠定了現(xiàn)行法規(guī)的基礎(chǔ)。以后在每6年召開一次的國際植物學(xué)大會(huì)上都要對法規(guī)進(jìn)行修訂和補(bǔ)充。 1999年，第十六屆美國圣路易斯國際植物學(xué)大會(huì)召開了命名會(huì)議，出版了圣路易斯法規(guī)。 2005, XVII Int. Bot Congress holded in Vienna.出版了維也納法規(guī)。2011 XVIII in 墨爾本。 A）Taxa and their ranks 分類群和分類等級(jí) B）Status definitions 地位的定義 effective publication 有效發(fā)表 mus

36、t be published in public journals valid publication 合格發(fā)表 when published, with diagnosis (特征集要）of Latin and a detail figure. Legitimate name 合法名稱 effective publicationHolotype 主模式墨爾本法規(guī)-以下重要修訂:新種發(fā)表時(shí)不需要拉丁文特征集要了;英文就可以了; 發(fā)表在雜志的電子版本也算有效發(fā)表,但必須是公開 發(fā)行的,大家能看到的.C）Typification 模式的指定 科或科級(jí)以下的分類群的名稱，都是由命名模式來決定的。種或

37、種級(jí)以下的分類群的命名必須有模式標(biāo)本根據(jù)。Holotype (主模式) is a specimen on which we published a new species. It must be stored in a public place. Lectotype (后選模式）selected from the original material when the holotype lost. Isotype ( 等模式）is a copy of holotype, a specimen from same place.Syntype (合模式）is the specimen cited b

38、y author when no holotype.Paretype (副模式） is any one specimen except above types.Neotype (新模式）is a specimen or figure selected as type when all of types lost.Epitype (附加模式）當(dāng)上述模式模糊不清時(shí)，指定一份標(biāo)本 作解釋性模式。D） law of priority 優(yōu)先律原則 after May 1st, 1753 Each taxonomic group bear only one correct name. 每一種植物只有1個(gè)合

39、法的正確學(xué)名 e.g. Smilax glabra (土茯苓) is published by Roxb. In 1832 , but later some botanists published several names for this species which S. hookeri by Kunth (1850), and S. trigona by Warb (1900 ). According the code，the Smilax glabra named by Roxb. is correct, and others are as synonym (異名). 土茯苓的正確學(xué)名

40、，其余的均作為異名處理。E). 學(xué)名之改變: 由于進(jìn)行了專門的研究, 認(rèn)為一個(gè)屬中的某1種應(yīng)轉(zhuǎn)移到另1屬中去時(shí), 假如等級(jí)不變, 可將它原來的種加詞移動(dòng)到另1屬中而被留用, 這樣組成的新名稱叫 “新組合” (combination nova)。原來的名稱叫基原異名(basonym), 原命名人則用括號(hào)括之。e.g. Corydalis racemosa (Thunb.) Pers. 小花黃堇 F) nomina conservanda (保留名) e.g. Umbelliferae = Apiaceae 傘形科 G)Rejection of names 名稱的廢棄 any names caus

41、ed trouble should propose to be rejected. H) Hybrid 雜種 雜種用二個(gè)種加詞之間加 X 表示，如 Calystegia sepium X silvatica 為C. Sepium和C. Silvatica 之間的雜交種，但也可另取一名，用X分開，如Calystegia X lucana。 打碗花屬 石蒜的雜交種：1. Artificial hybrid1; 2. Lycoris X straminea, 3. L.radiata var. pumila ; 4. L. chinensisI) 栽培植物有專門的命名法規(guī)，1969年有新版?；镜姆?/p>

42、法是在種級(jí)以上與自然種命名法相同，種下設(shè)品種 cultivar(CV.)，給予品種加詞（ cultivar epithet）。 e.g. when Mahonia japonica DC (十大功勞）as a cultivar, naming it as Mahonia japonica; Mahonia japonica Golden Yellow 6. 從表征分類到分支分類 1)表征分類學(xué)家認(rèn)為分類可依據(jù)植物本身的各種性狀。在廣泛收集性狀的基礎(chǔ)上, 基于性狀的全面相似性進(jìn)行分類, 是自然的分類。. 一個(gè)表型系統(tǒng)也會(huì)是一個(gè)完善的系統(tǒng)發(fā)育系統(tǒng)，主要的方面可能是一致的。 2)表征分類的方法，目前

43、被認(rèn)為至少要使用個(gè)性狀，列表時(shí)，只有把同源的性狀才能作比較。對運(yùn)算分類單位（）選定性狀，記錄，得到數(shù)據(jù)距陣（性狀），再進(jìn)行聚類分析（Cluster analysis)，得到相似性系數(shù)表和樹狀圖（表征圖），用相似性系數(shù)來確定分類群界線。性狀編碼距陣序號(hào)種名性狀編碼11 2 3 4 5 6 7 8 9 102 0 1 1 1 0 1 1 1 1 03 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1451質(zhì)地：木本0、草本12卷須：無1、有0 DPS統(tǒng)計(jì)軟件或Paup13個(gè)貝母種群間Neis遺傳距離的UPGMA聚類圖 相似性系數(shù)表和樹狀圖（表征圖）， 3) 分支分類 (cladistic classific

44、ation) （1）分支分類的原理 分支分類學(xué)家認(rèn)為生物演化的基本規(guī)律是分支性。在自然選擇和其它因素作用下， 生物不斷分化，產(chǎn)生多個(gè)分歧。同一居群的個(gè)體，生殖上存在基因交流，當(dāng)隨機(jī)變異大到超出生殖聯(lián)系的程度以后，一個(gè)居群就分化為二個(gè)生殖上互相隔離的群體，即產(chǎn)生了分歧。 Willi Hennig (1913 - 1976) 系統(tǒng)發(fā)育系統(tǒng)學(xué) (分支學(xué)) 創(chuàng)始人分支系統(tǒng)（Cladistics）進(jìn)化理論 的提出（1958）表征分類使用數(shù)量性狀和定性性狀，而分支分類則利用后者。包括二元性狀、有序多態(tài)和無序多態(tài)性狀，少數(shù)用數(shù)量性狀。（2）分支分類的方法 首先要分析性狀，搞清哪些屬共近祖性狀、共近裔性狀、趨

45、同性狀？而共近裔性狀是有價(jià)值的。 其次，要分析性狀的同源性及歷史演化順序。 第三，要確定性狀的演化極性，給予性狀演化順序編碼。 第四，要選擇合適的外類群 (out group)。 最后，獲原始數(shù)值矩陣，用計(jì)算機(jī)計(jì)算，按最簡約原則選擇分支圖 (cladogram )。形態(tài)性狀分支分析 性狀選取和編碼形態(tài)性狀分支編碼1枝：圓0、具有各式棱角120花序托：膨大明顯1否02質(zhì)地：木本0、草本121花序小花數(shù)目：10為0，10為13刺：無0、少1、多222果梗：不下彎0，下彎14莖上突起（疣突、毛）：無0、有疣1、多223雄蕊長(mm)：3mm 記為0，否則為15卷須：無0、有124花絲長度(mm)：2

46、.5 mm記為0，否則為16葉質(zhì)：革質(zhì)0、紙質(zhì)1、草質(zhì)225總花梗：不扁平0，扁平1，無27葉序：互生0、對生或輪生126花被長度(mm)：5mm為0，否則為18葉片近軸面：中脈下陷0、否127雄蕊長/花被長：2/3記為0，2/3 1/2為1，1/2為29葉片脫落特點(diǎn)：帶葉柄0，否128雄花雄蕊數(shù)：多0，六1，少2基于DNA序列的分支圖 (cladogram ) Pieris（馬醉花屬）推斷進(jìn)化譜系的簡約性原則（Principle of parsimony)8 40 88 40 88 40 88 8(1)牛進(jìn)化出自己的8個(gè)獨(dú)有特征需要8個(gè)進(jìn)化事件；(2)牛進(jìn)化到狙和狐分別需要8十4048個(gè)進(jìn)化

47、事件，總共 需要48296個(gè)進(jìn)化事件；(3)牛進(jìn)化到山羊需要8個(gè)進(jìn)化事件；(4)整個(gè)譜系涉及112個(gè)進(jìn)化事件。如果以任何其他動(dòng)物為進(jìn)化起點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果相同。譜系B的情況與譜系A(chǔ)相同，C(1)牛自身進(jìn)化需8個(gè)進(jìn)化事件； (2)牛進(jìn)化到山羊需8個(gè)進(jìn)化事件； (3)牛進(jìn)化到狼、狐只需40十8十856個(gè)進(jìn)化事件，因?yàn)楹菖c狐有最近的共同祖先； (4)狼、狐各自有8個(gè)獨(dú)有特征，需要16個(gè)進(jìn)化事件；譜系涉及的進(jìn)化事件總數(shù)為72個(gè)進(jìn)化事件 由此可以得出結(jié)論是：按簡約性原則，譜系C以其最少的進(jìn)化事件數(shù)目被認(rèn)為是最可信的。3) 特征分析是分支分類的重要步驟 牛、山羊、狼、狐都是胎生，都有乳腺等，這種相似性叫做共祖相

48、似性(the shared ancestral characters)，即祖征。 另一類相似性是來自最近的共同祖先，或者說姊妹群的兩個(gè)物種具有其最近的共同祖先第一次出現(xiàn)的特征。例如，牛與羊都有4個(gè)胃，這種相似性被稱為共衍生相似性（the shared derived characters)，即衍征。祖征與衍征概念是相對的 外類群（outgroup) 內(nèi)類群（ingroup) 性狀極性（Character polarity)7. Concept of Genus and Family )屬的概念，強(qiáng)調(diào)相近種的集合，應(yīng)和其它屬有間斷存在。Heywood(1963)指出3條確立之屬的最基本參數(shù)：(1

49、)是自然的， (2) 要與相關(guān)屬進(jìn)行比較分析， (3) 要保持屬間界限的實(shí)用性。 )科的概念，科是更廣泛的分類學(xué)范疇，含至多個(gè)屬。理論上講科應(yīng)是自然而單系的類群。劃分科的性狀通常要求很明顯，最常用的性狀是花和果的性狀。 大多數(shù)現(xiàn)存植物的科是非界限的。總之，如果科的界線清楚，則屬就不清楚，反之，科的界限不清楚，則屬的界限清楚。所以在自然界，有些科的屬很難定位，如唇形科（Labiatae）和馬鞭草科（erbenaceae）。 科以上水平的范疇?wèi)?yīng)該是單系的. Closely related species constitute a genus有密切關(guān)系的種組成一個(gè)屬Papaver somniferu

50、m L. Papaver rhoeas L. 罌粟 虞美人Closely related genera constitute a family有密切關(guān)系的屬組成一個(gè)科Papaveraceae 罌粟科 EschscholtziaPapaverMacleayaColydalisDicentra8. Genetic diversity 遺傳多樣性1) Concept 2) Origin 3) Detecting methods 4) Researching Significance1) 遺傳多樣性的概念Concept of Genetic diversity 遺傳多樣性 ( Genetic dive

51、rsity )生物所具有的遺傳信息和遺傳變異的總和Genetic variation of Cucurbita pepo2 loci gene, Shape and Color Dysosma sp. 八角蓮表型多樣性遺傳多樣性 ( Genetic diversity ) - Phenotypic level Smilax china L. 2X, 2n=32Smilax china L. 4X, 2n=64遺傳多樣性 ( Genetic diversity ) - cell levelS55引物 八角蓮的 江西居群 S 58 引物 C H842RAPD，隨機(jī)擴(kuò)增多型DNA ISSR, SSR

52、, AFLP, RFLP( DNA指紋)遺傳多樣性 ( Genetic diversity ) - molecular level2) Origin of genetic diversityMutation 3) Research Methods of Genetic Diversity植物遺傳多樣性研究技術(shù)路線葉,芽等cpDNA, 核基因組DNA提取PCR技術(shù)、測序技術(shù)和Southern雜交技術(shù)等的遺傳標(biāo)記檢測取樣類型與DNA質(zhì)量認(rèn)定遺傳結(jié)構(gòu)、遺傳多樣性分析取樣類型與物種的基因鑒定遺傳多樣性現(xiàn)狀評價(jià)和取樣策略及保護(hù)對策制定長期保存Methods 珍稀瀕危及中國特有植物和重要資源植物野外和遷移

53、地取樣,居群調(diào)查 計(jì)算機(jī)分析，分析遺傳結(jié)構(gòu)、變異式樣、分化程度； 結(jié)合已有資料，提出基于群體遺傳結(jié)構(gòu)保護(hù)的取樣策略和進(jìn)化分析。RAPD、ISSR、AFLP，DNA序列分析，SNP分析和等位酶分析；PCR擴(kuò)增、產(chǎn)物的檢測、條帶多態(tài)性分析每居群10-20個(gè)個(gè)體，從干、鮮標(biāo)本中，利用不同方法提取純化DNA樣品，比較不同方法的效率和DNA質(zhì)量按居群及個(gè)體記錄形態(tài)性狀形態(tài)性狀變異分析Sampling populations of DysosmaTotal DNA extraction,( CTAB method )峨眉山、天平山居群部分DNA天目山部分DNA峨眉山、天臺(tái)道居群部分DNA天平山部分DNA適合瀕危野生植物DNA提取的新方法 (無需液氮、快速高效、低成本）1-50mg, 2-30mg, 3-10mg BIO101粉碎: 1 30mg 2-50mg 3 100mg 液氮研磨： 4 30mg 5-50mg 6 100mg適合瀕危野生植物DNA提取的新方法 (無需液氮、快速高效、低成本）The selected ISSR or RAPD primers從100多個(gè)ISSR引物中共計(jì)篩選出13個(gè)具有多態(tài)性的引物Research MethodsS55 JX pop