湖南黃精屬新種湘黃精的形態(tài)和分子特征分析

劉輝華，馬玉申，王本忠，揭紅東，向世軍，楊佳寧，揭雨成，5*

（1湘西民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南吉首 416000；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長(zhǎng)沙 410128；3高望界國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，湖南古丈 416300；4吉首大學(xué)，湖南吉首 416106；5湖南省種質(zhì)資源創(chuàng)新與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128）

黃精屬傳統(tǒng)上屬于百合科，但分子生物學(xué)證據(jù)支持將它從百合科分出，隸屬現(xiàn)在的天門冬科［1］。陳心啟等認(rèn)為，全球約有60種黃精屬植物，中國(guó)有39種［2］。我國(guó)作為其主要分布中心，近年來不斷有黃精屬新種發(fā)現(xiàn)［3-7］。1875年，Baker根據(jù)葉序?qū)ⅫS精屬分為3個(gè)組，分別為互葉組、輪葉組和對(duì)葉組［8］；在此基礎(chǔ)上，唐進(jìn)結(jié)合花和苞片等形態(tài)將該屬分為8個(gè)系［9］。隨著細(xì)胞學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)的應(yīng)用，黃精屬植物的分類研究不斷深入。Tamura［10］根據(jù)染色體基數(shù)與花絲的表皮特征將該屬分為輪葉組（sect.Verticillata）和黃精組（sect.Polygonatum）2組，并將黃精組分為3個(gè)系。Meng等［11］基于葉綠體rbcL、trnK、psbA-trnH和trnC-petN片段分析，根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系和地理分布將黃精屬分為3大類群，其結(jié)果與Tamura的分組基本一致，只是將黃精（Polygonatum sibiricum）作為一個(gè)新類群。Zhao等［12］的最新分子系統(tǒng)研究也支持Meng等的分類結(jié)果，并將黃精屬分為3組：互葉組（sect.Alternifolia）、輪葉組（sect.Verticillata）和黃精組（sect.Sibirica）。

2017—2018年湖南省草地資源調(diào)查中，筆者在湖南省古丈縣高望界國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)發(fā)現(xiàn)了一種黃精屬存疑植物。該植物花被大小與多花黃精（Polygonatum cyrtonema）相近，葉形、葉先端等特征與黃精相似，通常一年發(fā)2次苗。通過查詢國(guó)家標(biāo)本資源共享平臺(tái)（http：／／www.nsii.org.cn／2017／home.php）、中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館（http：／／www.cvh.ac.cn／）、物 種2000中國(guó)節(jié)點(diǎn)（http：／／www.sp2000.org.cn.）以及JSTOR Global Pant（https：／／plants.jstor.org），進(jìn)行形態(tài)特征比較和系統(tǒng)發(fā)育分析，確定其為黃精新種。因首次發(fā)現(xiàn)于湖南，故命名為湘黃精（Polygonatum hunanense H.H.Liu＆B.Z.Wang）。湘黃精的發(fā)現(xiàn)對(duì)豐富中國(guó)黃精物種資源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 植物材料

湘黃精4個(gè)種群樣本均采自湘西地區(qū)，具體地理信息如表1。憑證標(biāo)本存放于吉首大學(xué)植物標(biāo)本館（JIU）。

表1 湘黃精種群采集地點(diǎn)信息Table 1 Collection location information of Rhizoma Polygonatum population

1.2 形態(tài)學(xué)分析

通過實(shí)地考察、對(duì)所采集的標(biāo)本（包括樣本的根、莖、葉片、花序、花梗、苞片、花被及裂片、花藥、花絲、子房、花柱、漿果等）進(jìn)行解剖、觀察和測(cè)量、查閱文獻(xiàn)資料［2］進(jìn)行比較分析與特征描述。

1.3 樣品序列信息獲得

采用改良的CTAB法提取湘黃精樣本新鮮葉片總DNA［13］，參照Meng等［11］和Yan等［14］的方法設(shè)計(jì)引物（表2），參照Huang等［15］的方法進(jìn)行PCR擴(kuò)增，PCR產(chǎn)物經(jīng)純化后送上海生工測(cè)序獲得樣本序列信息。

表2 PCR引物序列信息Table 2 Primer sequences used for PCR

1.4 系統(tǒng)發(fā)育分析

將湘黃精的測(cè)序結(jié)果在NCBI網(wǎng)站進(jìn)行Blast比對(duì)，選取同源性較高的21個(gè)黃精屬代表種和6個(gè)外類群：長(zhǎng)葉竹根七（Disporopsis longifolia）、散斑竹根七（D.aspersa）、竹根七（D.fuscopicta）、金佛山異黃精（Heteropolygonatum ginfushanicum）、異黃精（H.roseolum）和 總序鹿藥（Maianthemum racemosum），分別從GenBank中下載4種葉綠體基因（rbcL、trnK、psbA-trnH 和trnC-petN）序列（表3），利用MEGA7.0對(duì)下載序列進(jìn)行復(fù)核和調(diào)整［16］后，采用Clustal X2進(jìn)行多重序列比對(duì)［17］和系統(tǒng)發(fā)育分析，并按照Zhao等［12］的方法采用最大簡(jiǎn)約法（MP）構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

表3 各類群葉綠體基因的GenBank登錄號(hào)Table 3 GenBank accession numbers of chloroplast genes in different populations

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)學(xué)描述

湘黃精：新種（圖1、2）

Polygonatum hunanenseH.H.Liu ＆ B.Z.Wang，sp.nov.（Fig.1＆Fig.2）

The new species is closely related to P.cyrtonema and P.sibiricum，but it differs from the former by its leaves mostly whorled，linear-lanceolate or lanceolate，apex strongly cirrose.It differs from the latter by its peduncle 1.7-3.5 cm long，perianth 1.7-2.2 cm long，style 7-12 mm long.

Type：China，Hunan province，Guzhang county，Guanyin mountain，28°42′52.99″N，110°10′34.79″E，alt.349 m，9 June 2018，H.H.Liu＆ B.Z.Wang 2018060901a（Holotype：JIU！barcodes 83621）.

根狀莖近念珠狀或姜塊狀，肉質(zhì)肥厚，直徑1.0～4.0 cm。全株光滑無毛，莖高1.0～3.5 m，頂端作攀緣狀。葉多為輪生或近輪生，每輪3～6枚，栽培種達(dá)10枚，而上部和下部的葉片通?；ド?、對(duì)生或近對(duì)生，條狀披針形或披針形，長(zhǎng)5.0～20.0（～27.0）cm，寬5.0～25.0（～32.0）mm，背面有淡淡的白粉，先端通常強(qiáng)烈卷曲?；ㄐ蚓撸?～）2～5朵花，傘形狀，總花梗長(zhǎng)1.7～3.5 cm，下垂，花梗長(zhǎng)0.7～1.8 cm；苞片位于花?；?，膜質(zhì)，鉆形至條狀披針形，長(zhǎng)3.0～4.0 mm；花被乳白色至淡黃綠色，圓柱狀鐘形，長(zhǎng)1.7～2.2 cm，裂片長(zhǎng)5.0～6.5 mm；花絲長(zhǎng)2.0～3.0 mm，扁平，花藥長(zhǎng)約5.0 mm；子房橢圓狀球形，長(zhǎng)5.0～7.0 mm，花柱長(zhǎng)9.0～12.0 mm，靠頂端通常彎曲。漿果，淡黃綠色或橙黃色，不規(guī)則球形，直徑1.0～1.8 cm，具3～12粒種子?；ㄆ?至6月，果期8至12月（秋季發(fā)苗花期11至12月，果未見）。

該種生長(zhǎng)于湖南西部河谷兩岸海拔200～700 m的林下或灌叢中。由于長(zhǎng)期大量采挖，現(xiàn)野生資源稀少，武陵山區(qū)有種植。

圖1 湘黃精結(jié)構(gòu)觀察Fig.1 Structural Observation of Polygonatum hunanense H.H.Liu＆B.Z.Wang

模式標(biāo)本信息：湖南省古丈縣觀音山，北緯28°42′52.99″，東經(jīng)110°10′34.79″，海拔349 m，2018年6月9日，劉輝華和王本忠2018060901a（JIU 83621）。

圖2 湘黃精墨線描圖Fig.2 The sketch of Polygonatum hunanense H.H.Liu＆B.Z.Wang

2.2 系統(tǒng)發(fā)育分析

以長(zhǎng)葉竹根七、散斑竹根七、竹根七、金佛山異黃精、異黃精和總序鹿藥作為外群，以同源性較高的21個(gè)黃精屬（多花黃精、雙花黃精等代表種）采用最大簡(jiǎn)約法（MP）基于rbcL、trnK、psbA-trnH和trnC-petN序列（湘黃精各個(gè)片段序列Genbank號(hào)見表3）構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果顯示，本研究構(gòu)建的黃精屬植物可分成3組（采用Zhao等［12］的分組名稱），分別為互葉組、輪葉組及黃精組（圖3）。湘黃精的4個(gè)株系可單獨(dú)形成一個(gè)小分支且與多花黃精（P.cyrtonema）不同株系親緣關(guān)系較近，但能明顯區(qū)分，湘黃精的獨(dú)立種的地位得到較好支持。

3 結(jié)論與討論

系統(tǒng)發(fā)育樹顯示湘黃精單獨(dú)形成一個(gè)小分支，與多花黃精親緣關(guān)系較近。湘黃精與多花黃精的區(qū)別在于前者葉多為輪生、條狀披針形或披針形，先端通常卷曲［2，9］。形態(tài)學(xué)比較和系統(tǒng)發(fā)育分析均支持湘黃精作為一個(gè)獨(dú)立的種。湘黃精與多花黃精分布有重疊、花被大小相近等證據(jù)也表明親緣關(guān)系較近，筆者將其劃分在互葉組（sect.Alternifolia）［12］，但其分組有待進(jìn)一步探討。

圖3 基于rbcL，trnK，psbA-trnH和trnC-petN序列片段的湘黃精及其相關(guān)物種的最大簡(jiǎn)約法系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 Strict consensus tree illustrating the phylogeny of Polygonatum hunanense and related species generated by MP based on combined rbcL，trnK，psbA-trnH and trnC-petN sequences