羅依可,冀佳欣,趙昌麗,尚 策,謝 磊*,馬衛(wèi)國

(1 北京林業(yè)大學 生態(tài)與自然保護學院,北京 100083;2 阿爾泰山國有林管理局青河分局,新疆阿勒泰 836200)

新疆維吾爾自治區(qū)阿勒泰地區(qū)地處新疆北部,與俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古接壤。該地區(qū)地處歐亞大陸腹地的阿爾泰山脈中段南坡,緯度較高,屬典型的溫帶大陸性寒冷氣候,冬季嚴寒,夏季干熱,濕地資源豐沛[1],植物種類十分豐富。作者在2022年開展的“第三次新疆綜合科學考察”過程中,采集了大量植物標本。通過研究,筆者發(fā)現(xiàn)了2個形態(tài)特殊的被子植物物種,分別隸屬于毛茛科(Ranunculaceae)毛茛屬(RanunculusL.)水毛茛組(sect.BatrachiumDC.)和柳葉菜科(Onagraceae)柳葉菜屬(EpilobiumL.)柳葉菜組(sect.Epilobium)?；趯鴥?nèi)外大量文獻研究[2-8]以及廣泛檢視國內(nèi)外多個標本館的植物標本,如中國科學院植物研究所標本館(PE)、中國科學院昆明植物研究所標本館(KUN)、中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所植物標本館(XJBI)、新疆師范大學生物系植物標本室(XJNU)、新疆大學生命科學與技術(shù)學院植物標本室(XJU),數(shù)字標本包括中國數(shù)字標本館(www.cvh.ac.cn)、國家標本平臺(http://www.nsii.org.cn)及國外許多標本館的數(shù)字標本資源(如plants.jstor.org;www.gbif.org)等;同時還針對2個物種利用核基因ITS片段和似然法(likelihood method)開展了分子系統(tǒng)發(fā)生分析;最終,根據(jù)形態(tài)學與分子系統(tǒng)學證據(jù),這2個物種被確認為中國新分布植物,分別為蒙古水毛茛 [Ranunculusmongolicus(Krylov) Serg.]和山地柳葉菜(EpilobiummontanumL.),憑證標本保存于北京林業(yè)大學標本館(BJFC)、中國科學院植物研究所標本館(PE)和中國科學院昆明植物研究所標本館(KUN)。

1 材料和方法

1.1 研究材料

用于形態(tài)與分子系統(tǒng)學研究的蒙古水毛茛和山地柳葉菜植物材料均采自對新疆阿勒泰地區(qū)的野外調(diào)查,標本保存于北京林業(yè)大學標本館(BJFC)、中國科學院植物研究所標本館(PE)和中國科學院昆明植物研究所標本館(KUN)。為驗證2個物種的形態(tài)學鑒定,本研究采用分子系統(tǒng)發(fā)生學方法,獲取新發(fā)現(xiàn)物種的DNA序列與已有序列進行比對并構(gòu)樹。由于本研究獲取的毛茛屬和柳葉菜屬其他材料較少,筆者利用GenBank獲取其他類群的已有序列進行分析。本研究取樣策略著重選取GenBank中已發(fā)表的蒙古水毛茛和山地柳葉菜序列及其近緣類群的序列,并盡可能全面地選取具有代表性的類群參與分析。

1.2 研究方法

1.2.1 形態(tài)學觀察

首先,對采集植物標本進行宏觀形態(tài)學觀察,并與已有相近物種標本進行比較;然后,利用解剖鏡(Leica EZ4)與常規(guī)觀察比較方法對植物標本上的營養(yǎng)體結(jié)構(gòu)、花部特征和植株被毛開展形態(tài)學觀察并與近緣物種進行比對。

1.2.2 分子系統(tǒng)學分析

對2個新發(fā)現(xiàn)類群的硅膠干燥葉片材料,本研究進行了DNA提取、DNA文庫的構(gòu)建并進行了二代測序。實驗方法參照我們之前多個系統(tǒng)發(fā)生學研究[9-11]。由于GenBank中已有全葉綠體基因組數(shù)據(jù)及其他片段數(shù)據(jù)所涵蓋的物種不足,本研究選取了核核糖體DNA中的ITS區(qū)段進行系統(tǒng)發(fā)生重建。該區(qū)段為核基因組序列,比母系遺傳的葉綠體基因組區(qū)段能更好地反映類群間的起源關(guān)系。該區(qū)段曾廣泛應用于植物系統(tǒng)發(fā)生研究,在毛茛屬、柳葉菜屬中均有較好的應用,可獲取序列涵蓋的類群較為全面,又有以往發(fā)表的蒙古水毛茛和山地柳葉菜可以進行比較。本研究分別以毛茛屬、柳葉菜屬已有ITS序列作為模板,使用二代測序的原始數(shù)據(jù)在Geneious軟件[12]中拼接出ITS區(qū)段,與下載的序列一起比對并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹。本研究采用最大似然法(maximum likelihood, ML)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)生樹。首先,使用PhyloSuite中的ModelFinder查找系統(tǒng)進化樹最適模型[13],2個數(shù)據(jù)集的最適模型均為GTR+G4+F;然后,使用PhyloSuite中的IQ-Tree進行運算,并做5 000個重復的自展分析(bootstrap)[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)分析結(jié)果

根據(jù)形態(tài)學觀察、文獻研究與模式考證,在阿勒泰地區(qū)采集的水毛茛植物個體上部具有片狀的浮水葉,植株下部具有絲狀分裂的沉水葉,為典型的具二型葉植株,這一特征在中國分布的其他水毛茛組物種中并不存在。在阿勒泰采到的柳葉菜屬植物標本,可以觀察到葉無毛,只在葉脈和葉緣微被柔毛,卵形或?qū)捖褷钆樞?邊緣有不規(guī)則鋸齒,雌蕊明顯四裂的柱頭,莖周圍被曲柔毛但無腺毛,這些特征與中國分布的其他柳葉菜屬物種均有所區(qū)別。

2.2 分子系統(tǒng)學分析結(jié)果

本研究基于ITS序列的系統(tǒng)發(fā)生分析(圖1)表明,新測水毛茛樣品與GenBank中已有的蒙古水毛茛聚在一起,而新測的柳葉菜樣品與已有的多個山地柳葉菜樣品聚為一支。雖然ITS序列總體的系統(tǒng)發(fā)生分辨率有限,但是蒙古水毛茛和山地柳葉菜分支均得到了較為顯著的統(tǒng)計學支持(蒙古水毛茛分支的自展支持率為99,山地柳葉菜分支的自展支持率為83)。因此,本研究分子系統(tǒng)學研究結(jié)果明確顯示新疆阿勒泰地區(qū)采集的2個物種為中國新分布記錄物種。

分支節(jié)點標注的數(shù)字為最大似然法自展支持值(bootstrap≥50%, 5 000次重復),支持率為100的分支以粗線表示。本研究新測序列以下劃線標注。A. 蒙古水毛茛及毛茛屬近緣物種的系統(tǒng)發(fā)生樹,以角果毛茛為外類群; B. 山地柳葉菜及柳葉菜屬近緣物種的系統(tǒng)發(fā)生樹,以柳蘭為外類群。

2.3 物種描述

2.3.1 蒙古水毛茛(新擬)(圖2)

圖2 蒙古水毛茛標本

Ranunculusmongolicus(Krylov) Serg. in Kryl., Fl. Zapadn. Sibiri 12(2): 3293, 1964; Wiegleb,etal.inPhytotaxa319(1): 29, 2017.RanunculusaquatilisL. subsp.mongolicusKrylov, Fl. Zapadn. Sibiri 5: 1180, 1931.Batrachiummongolicum(Krylov) V. I. Krecz., Fl. URSS 7: 271, 1937.

Type: Russia: Altai, valley of river Kalgutty, in lakes and their banks, 20 July, 1901, P. Krylov s.n.(TK-lectotype by Gureeva &Balashova, 2012[6]).

多年生沉水草本。莖長可達100 cm,莖上常有毛,莖基部節(jié)上常生出不定根,莖中部節(jié)間長度比葉長。常具有典型的二型葉。浮水葉片狀(有時不存在),互生,長可達12 mm,寬可達15 mm,被毛,腎形或半圓形,常有3～5個深裂片,主裂片上常有多個次級裂片;葉柄達30 mm長。沉水葉絲狀分裂,被毛,互生,20～40 mm長,輪廓扇形至近圓形,3～5回裂,葉柄10～20 mm長,有毛,葉鞘有時貼于葉柄的中部以上?；ü？砷L達50 mm,稍彎曲,無毛;萼片5,2～3 mm長,卵狀橢圓形,綠色或有時紫色,平展或反曲;花瓣5,4～10 mm長,闊卵形,白色,近基部黃色,每花瓣具1半月形蜜腺;雄蕊5～15枚;心皮離生,10～20枚,1.5～2 mm長,卵形,被毛;花托近球形,有毛。聚合果卵球形;瘦果橢圓形?；ㄆ?月至7月。

分布:俄羅斯,吉爾吉斯斯坦,阿富汗,尼泊爾湖水中,在中國新疆阿勒泰為中國新記錄。蒙古水毛茛見于中國阿勒泰富蘊縣和青河縣境內(nèi)。

憑證標本:尚策、曲上、趙昌麗、郭紹宇、周可柔、周立威,I”-4008 (BJFC, PE),2022-07-18,新疆阿勒泰市富蘊縣扎爾塔斯薩依,河水中,N47°38′6.13″,E89°20′13.73″。尚策、曲上、趙昌麗、郭紹宇、周可柔、周立威,I”-4183 (BJFC, PE),2022-07-24,新疆阿勒泰市青河縣科克塔勒,河水中,N46°57′27.02″,E90°15′41.12″(圖2)。尚策、曲上、趙昌麗、郭紹宇、周可柔、周立威,I”-4186 (BJFC, PE),2022-07-24,新疆阿勒泰市青河縣科克塔勒,河谷坡地,N46°56′42.43″,E90°10′48.62″。亞吉東、張橋蓉、胡梟劍、阿熱愛,17CS16444 (KUN),2017-07-11,新疆阿勒泰市富蘊縣庫爾木圖,N47°54′13.40″,E89°10′23.31″。

分類學備注:蒙古水毛茛為典型的具有二型葉的種類,其浮水葉片狀,掌狀深裂,裂片較寬,而沉水葉裂片絲狀,這一特征與中國分布所有水毛茛種類不同,而與歐洲分布的水毛茛RanunculusaquatilisL.近似。Wiegleb等[7]在最新的世界水毛茛分類學研究中,承認蒙古水毛茛的種級水平,并認為形態(tài)上該物種比Ranunculusaquatilis更小,浮水葉裂的較深,花梗更長且被毛更密。蒙古水毛茛的模式采于俄羅斯阿爾泰山地區(qū),該物種的中文名稱來源于拉丁學名種加詞的直接翻譯。

2.3.2 山地柳葉菜(新擬)(圖3)

A.標本放大示四裂的柱頭;B.標本。

EpilobiummontanumL., Sp. Pl. 1: 348, 1753; Shteinberg in Fl. URSS 15: 436, 1974.ChamaenerionmontanumScop., Fl. Carniol., ed. 2. 1: 270, 1771.

Type: Linn. 486.5. (LINN-lectotype designated by Raven, 1962[8]).

多年生草本,莖單生,不分枝或少分枝,直立,自莖基部生出蓮座狀芽和短的根出條,周圍密被曲柔毛,莖高約30～100 cm,無棱線。葉對生,花序上的互生,深綠色,葉柄長1～2 mm,卵形或?qū)捖褷钆樞?長3～10 cm,1.5～5 cm,葉先端漸尖,基部圓形或略近心形,邊緣有不規(guī)則鋸齒,近無毛,只在葉脈和葉緣微被柔毛?；ɡ俾研?被柔毛?；▎紊谇o或枝上部葉腋;萼片4,具柔毛,長5～6 mm,寬1～1.5 mm;花管長約2 mm;花瓣4,粉色,長圓形至倒卵形,先端有凹缺,長7～10 mm,寬約5 mm;雄蕊8,排成不等的2輪,內(nèi)輪4枚較短,著生于花瓣基部,外輪4枚較長,著生于萼片基部;雌蕊1,花柱直立,頂端深四裂(圖3,A),與外輪雄蕊近等長,裂片初時連合,花時開放并反卷,內(nèi)面具細乳突接受花粉;子房4室。蒴果微被毛,長4～8 cm,寬1.5 mm,熟時自頂端室背開裂為4片。種子多數(shù),灰色或棕色,頂端上生1簇種纓,表面具乳突?；ㄆ?-9月。

分布:廣布于西歐,東歐和西西伯利亞的陰濕草地、寒溫帶針葉林和林緣。在中國新疆阿勒泰為中國新記錄。山地柳葉菜見于中國新疆阿勒泰富蘊縣境內(nèi)。

憑證標本:尚策、曲上、趙昌麗、郭紹宇、周可柔、周立威,I”-4094 (BJFC, PE),2022-07-21, 新疆阿勒泰市富蘊縣可可托?？σ罓柼睾?濕地草地,N47°19′16.77″,E90°1′33.84″(圖3,B)。

分類學備注:山地柳葉菜的形態(tài)特征與中國分布所有柳葉菜屬種類不同。相較而言,和銳齒柳葉菜(EpilobiumkermodeiRaven)在形態(tài)上較為相似,區(qū)別在于,山地柳葉菜的柱頭四裂,蒴果長4～8 cm,而銳齒柳葉菜的柱頭為頭狀至寬棍棒狀,蒴果長7～11 cm。該物種的中文名稱來源于拉丁學名種加詞的翻譯。

3 討 論

本次報道的2個新記錄物種,在各自屬中形態(tài)特征十分特殊,在中國分布的同屬、組的植物中均較為罕見。新疆阿勒泰地區(qū)雖有一定的調(diào)查基礎(chǔ),但該地區(qū)地域廣闊且地處邊疆地區(qū),植物區(qū)系研究工作仍顯薄弱,一些見于俄羅斯的物種在新疆阿勒泰地區(qū)的分布尚未完全研究清楚。隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建筑的完善,野外考察條件逐步改善,新疆北部邊疆地區(qū)的植物區(qū)系及資源調(diào)查工作應進一步加強。

毛茛屬水毛茛組(Ranunculussect.Batrachium)在中國許多著作中多作為獨立的屬。該群植物在中國種類不多,絕大多數(shù)種類僅具有絲狀分裂一種葉形?！吨袊参镏尽放cFloraofChina中僅記載在北京附近狹域分布的北京水毛茛(BatrachiumpekineseL. Liou)具有二型葉[14-15]。然而,筆者在大量野外觀察、標本研究(包括模式標本:www.cvh.ac.cn/spms/detail.php?id=f3e34658)以及移栽試驗中發(fā)現(xiàn),雖然北京水毛茛個體上的葉片存在一定裂片寬窄變異,但并不屬于典型的二型葉(因為根據(jù)葉片寬窄無法明確劃分為2種葉形)。Wiegleb等[7]在研究模式標本后,將北京水毛茛并入RanunculusbungeiSteud.(即Batrachiumbungei),他們認為Ranunculusbungei的浮水葉(lamina leaf)與沉水葉(capillary leaf)的分裂寬度存在漸變,由寬裂逐漸變窄最終成為細裂,是水毛茛組中一種奇特的葉形變化。而筆者在新疆阿勒泰發(fā)現(xiàn)的蒙古水毛茛,則具有比較明顯的二型葉,浮水葉與沉水葉形態(tài)截然不同;還在中國數(shù)字標本館數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)了亞吉東等于2017年在新疆富蘊縣庫爾木圖采集的蒙古水毛茛標本(KUN 1458952,www.cvh.ac.cn/spms/detail.php?id=21db3654),該標本具有二型葉,但被錯誤鑒定為不具有二型葉的歧裂水毛茛(BatrachiumdivaricatumWimm.)。因此,筆者發(fā)現(xiàn)中國新記錄蒙古水毛茛是中國新發(fā)現(xiàn)的唯一具有典型二型葉的水毛茛組植物,此發(fā)現(xiàn)豐富了對中國植物區(qū)系和物種多樣性的認識,對中國新疆植物區(qū)系性質(zhì)、濕地生物多樣性以及植物系統(tǒng)分類研究具有重要意義。

柳葉菜屬(EpilobiumL.)在中國分布的絕大多數(shù)種類柱頭不分裂,呈頭狀至棍棒狀。柱頭四裂的種類在中國僅記載4種[16-17],分別是柳葉菜(EpilobiumhirsutumL.)、小花柳葉菜(EpilobiumparviflorumSchreber.)、南湖柳葉菜(EpilobiumnankotaizanenseYamamoto)和長柱柳葉菜(EpilobiumbliniiLévl.)。其中,柳葉菜和小花柳葉菜為廣布物種,它們的莖周圍均混生長柔毛與短腺毛。南湖柳葉菜僅分布于中國臺灣,長柱柳葉菜僅分布于中國西南泥炭蘚沼澤,葉邊緣均僅疏生3～7枚小齒。此次在新疆阿勒泰采到的山地柳葉菜,柱頭深四裂,但莖被短的曲柔毛,葉狹卵形至披針形,具有細密的鋸齒,而與中國分布其他4種柱頭四裂的種類不同。據(jù)《蘇聯(lián)植物志》中記載,山地柳葉菜分布于歐洲至西西伯利亞地區(qū),在現(xiàn)今俄羅斯境內(nèi)的額爾齊斯河流域有分布[18],而額爾齊斯河起源于新疆富蘊縣喀依爾特。本研究首次報道在新疆富蘊縣發(fā)現(xiàn)山地柳葉菜的新分布記錄,顯示了中國新疆地區(qū)與歐洲及西西伯利亞地區(qū)在植物區(qū)系上的聯(lián)系。