第一章总论13 性，是最早发展的DNA标记技术，由Bostein D等提出，Jeffreys等首先从人肌红蛋白基因 内含子中卫星区的核心序列，克隆了8个小卫星探针，建立了人的RFLP技术。RFLP是指 基因型之间限制性片段长度的差异，这种差异是由限制性酶切位点上碱基的插入、缺失、重 排或点突变所引起的。其基本原理是用限制性内切酶把DNA分子降解成大量的长短不等的 小片段，这些小片段的数目及长度反映了限制性内切酶酶切位点在DNA分子上的分布。不 同来源的DNA具有不同的限制酶酶切位点的分布，每一种DNA限制酶组合所产生的片段 是特异的，从而产生多态性。RFLP技术涉及DNA片段的克隆、杂交探针制备、基因组 DNA的提取、限制酶消化、琼脂糖凝胶电泳、Southern印迹转移和分子杂交等一系列分子 生物学技术，因此操作复杂、成本高、效率低，并且不易获得足够而有效的探针 (2)RAPD (random amplified polymorphism DNA)RAPD AP-PCR (arbitra y-primed PCR)和DAF(DNA amplifie fingerprinting),是利用短的随机引物通过PCR扩 增个体基因组D八A来体现多态性的分子标记技术，它快捷简便，成本低廉。通常采用10 个碱基的寡核苷酸为引物。不同来源的D八NA,具有不同的DNA引物结合位点，从而在 RAPD-PCR反应中获得不同的扩增产物，再经凝胶电泳分离，染色后即可观察。这种标记 继承了PCR的优点，与其他分子标记技术相比具有如下优点：Q①合成一食引物可以对没有 任何分子生物学研究的物种进行DNA多态性分析，不具种属特异性：②无需制各克隆、标 记探针、Southern印迹和分子杂交等工作，具有PCR的优点，简便迅速，实验成本低：③ 样品用量少，灵敏度高。 (3)AFLP(amplified fragment length polymorphism)AFLP即扩增片段长度多态性 是RFLP技术和PCR技术的结合，是荷兰科学家Zabeau等发明的一项专利技术。将基因组 DNA用两种限制性内切酶消化后，和两种连接子(adapter)双链DNA连接，用2个分别 能和连接子DNA退火且在3'端附加了1~2个随机碱基的选择性引物对酶切连接后的DNA 扩增。此后再进行第二次PCR反应，所用的引物是在第一次PC℉中使用的选择性引物的3 端又附加了1~3个随机碱基并用同位素等标记的寡聚核苷酸。AFIP标记为显性标记，但 多态性强，利用放射性标记引物，PC℉扩增产物在变性聚丙烯酞胺凝胶上分离后可检测到 100~150个扩增片段，因而非常适合绘制品种的指纹图谱及进行分类研究。ALP比 RAPD稳定性好，重复性强，但实验程序比RAPD复杂，需使用同位素等办法标记引物， 成本较高 (4)SCAR标记这种标记也是在微卫星和RAPD标记基础上发展起来的，为了提高 RAPD分析的稳定性，在对基因组DNA作RAPD分析后，对目标RAPD片段进行克隆并 对其末端进行如同微卫星引物两端序列的测定，设计特定的引物，对基因组DNA片段再进 行PCR特异扩增，这样就把与原RAPD片段相对应的单一位点鉴别出来。SCAR标记结合 了微卫星和RAPD标记，为共显性遗传，具有高度重现性，可应用于基因定位和作图等。 (⑤)SSR(simple sequence repeat))标记这种标记又称微卫星DNA,是真核基因组中 广泛存在着由1一6个碱基对组成的简单重复序列。SSR广泛分布于真核生物基因组中，少 数原核生物基因组中也有，而且分布比较均匀，每隔10~50b就存在1个微卫星，其主要 以两个核苷酸为重复单位，也有一些微卫星重复单位为3个核苷酸，少数为4个核苷酸或者 更多，如(CA).、(GA)、(GAA)m、(GATA),等。SSR标记因为具有共显性、高度重复 性、高度丰富的多态性等优点，成为构建遗传连锁图谱、基因定位、品种指纹图谱绘制、品 种纯度检测、分子标记辅助育种、目标性状分子标记筛选的理想工具。目前，在植物基因组
14植物分类学 中SS标记研究非常活跃，已在拟南芥、花生、葡萄、苹果、番茄、辣椒和甜菜等多种园 艺植物上得到广泛的应用 (6)ISSR(inter-simple sequence repeat)分子标记这是一种基于SSR微卫星序列发 展起来的十分有效的分子标记。基于微卫星随机分布于真核生物基因组内，ISS℉利用人1 合成的16~18个核苷酸重复序列作为引物，在引物的3'端或5端加上2~4个随机选择但通 常是简并的核苷酸，对传统意义上SSR之间的DNA序列进行PCR扩增，而不是扩增SSR 序列本身。与SSR相比，1SSR不需要预先获知序列信息而使成本降低，且多态性更丰富 与RAPD相比，ISSR重复性高，稳定性好，同时具备RAPD的简便、易操作等特点：与 RFIP、AFLP相比，ISSR具备更快捷、成本较低、DNA用量小、安全性较高等特点。IS SR分子标记技术广泛用于油菜、葡萄(Vitis vinifera L.)、辣椒(Capsicum annum)、茄 子等植物品种的DNA指纹图谱分析和品种鉴定。 (7)IIS(internal transcribed spacer)在直核生物中，rRNA基因内转录间隔区是rID NA上的一个非编码区域，它包括ITS-1(位于18 S rDNA和5.8 SrDNA之间)和ITS-2 (位于5.8 S rDNA和28 S rDNA之间)区。该区域受外界环境的影响较小，与编码区相比具 有进化速度快的特点。 而原核生物的ITS序列是16S23 S rDNA内转录间隔序列，它在原核 生物中普遍存在，在环境条件改变时相对稳定。高等植物中的DNA是高度重复的串联序 列单位， ,它的1TS序列是18 S rDNA-5.8 S rDNA-26 S rDNA间隔区序列，进化速率较快 在物种间表现出较高的差异。因此，真核生物细胞基因组中rDNA间隔区(I8 SrDNA5.8S rDNA26 S rDNA)序列可以作为一种遗传标记。近年来，rDNA ITS已成为重要的分子标 记之一，在微生物、动物和植物等各个方面有着一泛的应用。例如，用于植物类中药材鉴定 和品质评价，巴戟天、白花蛇舌草、葛根和怀山药等及其常见混伪品的鉴定；用于物种亲缘 关系及系统发育关系研究，对存在争议的种类间的系统发育和分类地位进行类群分析，确定 种间亲缘关系 植物分类学是一门古老的学科，它不仅要对植物的种类分门别类，而且要探讨这些种类 的成因和亲缘演化关系，要用进化的观点查明和探讨其演化机制，以上这些新兴学科的形成 和发展，越来越被植物分类学家所重视和应用，如解剖学、孢粉学、遗传学、细胞学、生态 学、植物化学、分子生物学等资料以及扫描电子显微镜、电子计算机技术和手段进行的分类 学研究，使植物分类学已成为一门高度综合的学科 第三节植物分类学与农、林、牧、医、环保等学科的关系 植物分类学的发展始终与生产实践相联系，特别是与农业科学、林业科学、草业科学、 生物制药、环境保护等的关系最为密切。 种子植物结构复杂，特别是生殖器官的结构和生殖过程的特点，提供了它们适应、抵御 各种环境的内在条件，因而具有广泛的适应性。种子植物种类最多，占植物界一半以上，是 构成地球植被的重要成分，也是地球生态系统的重要生产者、物质循环的促进者和生态平衡 的维持者，具有重要的生态意义。它们用途广，与人类的关系最为密切。几乎全部的农作 物、果树、蔬菜和牧草等都是种子植物，许多轻工业和医药等原料也来源于种子植物。种子 植物除了能提供大量木材以外，还能生产栲胶、紫胶、樟脑、桐油和橡胶等具有很大经济价 值的产品。许多种子植物可食用，如水稻、小麦、玉米、苹果、香蕉、枣、栗、柿和猕猴桃
第一章总论15 等，又有很多油料植物，如大豆、花生、油茶、油桐和文冠果等，还有丰富的药材资源，如 美登木素、喜树碱等抗癌药物。种子植物在涵养水源、保持水土、防风固沙、调节气候等方 面，都起着非常重要的作用。此外，种子植物能制造氧气，净化空气：有的种子植物的叶片 具绒毛，能吸附粉尘，过滤尘埃，如榉树等：有的种子植物能杀灭细菌，如橙、柠檬、黑栘 桃和法国梧桐等植物，都有较强的杀菌力；种子植物还是绿色的隔音墙，能大幅度消减噪 音。植物分类学为农、林、牧、医和环保等学科发掘可利用的野生植物，结合栽培植物及其 近缘种等植物基因资源的利用，为我国大农业以及医学、环保事业等宏观策略的确定和社会 发展提供原材料基础 植物分类学与大农业生产有着密切的联系。现代农业生产中，引种新的农作物或新植物 的利用，首先需要了解的是它们的正确名称（学名）及它们的家族情况（分类地位），然后 才有可能对它们的原产地的环境（土壤、降水量和温度）、有关该农作物生产的技术措施和 害虫防治等相关资料进行查询，在此基出上从事农业活动就能有的放矢，适时播种，采用先 进的技术措施，并且不断地掌握和利用最新的信息和技术，才能引种成功，才能获得丰产 如果不掌握它们的正确名称和分类知识，想获得相关资料和信息是很困难的，所从事的农业 活动也是盲目的、不科学的。在农作物育种过程中，选择和利用农作物近缘种资源是最有效 的方式之一，这就需要植物分类学的知识和资料。掌握和运用植物分类学知识，推动农业生 产的发展和加速高产、优质农作物品种选育是新型农业生产的一个特点。在林业生产和生态 公益林的建设中，涉及的植物分类问题也比较突出，目前很多树种在实际应用上仍存在许多 疑问和难点，有待解决。我国作为畜牧业生产的大国，牧草的分类与研究对畜牧业的发展有 着特殊的意义。对天然草场的评价、利用、保护和改良，人工草地的建设和牧草生产，首先 遇到的也是认识植物（牧草）和获取相关的技术资料，从而科学地评价、利用、保护和改良 天然草场，建设人工草地，进行草业生产，为畜牧业生产提供更丰富的饲料。这就是草业工 作米为什么对植物分类学特别重视的原因所在。 植物分类学与环保的关系也是很密切的。在人类的生存环境中，植物不仅是第一产业的 基础，也是维持人类生存环境中的氧、碳、氨元素动态平衡的重要角色，同时也是人类优质 生态环境的创建者，特别是森林和草地，对环境的影响更大，它可以维持生态平衡，调节气 候，防止水、旱、风、沙灾害，有利于人类生活和农业生产。因此，作为一个环保工作者， 必须认识环境中的植物，特别是对那些在环境中具有特殊意义的植物，进行发展和保护，以 达到改良和创建适宜人类生存的最佳环境的目的。 我国幅员辽阔，植物种类十分丰富，其中经济植物、药用植物、观赏植物等资源的开 发、利用和保护，不仅关系到国民经济的健康发展，同时也关系到自然资源的可持续利用 开发、利用和保护植物资源是农、林、牧、医、环保工作者义不容辞的责任。为此，让我们 学好植物分类学，学好专业知识，为人类作出更大的贡献 本章提要 (1)植物分类学是研究整个植物界不同类群的分类地位及其起源、来源关系以及进化发 展规律的一门基础学科。广义的植物分类学(plant taxonomy)是研究植物的进化过程、进 化规律并对植物进行具体分类的科学。如果把研究植物的进化过程和进化规律划分为植物系 统学(plant systematics),而狭义的植物分类学则是研究植物的具体分类，包括种、种以上 和种以下的分类
16植物分类学 (2)植物分类学按时问顺序，可分为史前与“本草学”时期、人为分类系统时期、自然 分类系统时期和系统发育的分类系统4个时期。尤其是I9世纪后期以来，受Charles Dar wn(1809一1882)进化论思想的影响，分类学家从比较形态学、比较解剖学、古生物学、 植物化学、植物生态学、细胞学等不同角度，对植物各方面的性状进行比较分析，逐浙建立 起一些能客观反映植物界进化情况、体现植物各类群亲缘关系的自然分类系统，又称系统发 育分类系统(phylogenetic system)。 (3)关于被子植物起源世界上形成了两个学派，即所谓的假花学派和真花学派，前者以 A.Engler(1844一1930)为代表，后者以J.Hutchinson(1884一1972)为代表。假花认为 被子植物的花，是由单性孢子叶球演化来的，只含有小孢子叶或大孢子叶的孢子叶球濱化成 雄性或雌性的柔荑花序，进而演化成花。因此，被子植物的花，不是一朵真正的花，而是 个演化了的花序。真花学派认为被子植物的花，是由已绝灭了的裸子植物中的本内苏铁目 (Bennettitales)的两性孢子叶球演化而成的，即孢子叶球主轴的顶端演化为花托，生于伸 长主轴上的大孢子叶演化为雌蕊，其下的小孢子叶演化为雄蕊，下部的苞片演化为花被。因 此，被子植物被认为是起源于拟苏铁植物，而多心皮类是原始的被子植物。 (4)植物分类学按照研究的内容的不同，可分为实验分类学、细胞分类学、化学分类 学、数量分类学和分子系统学。分子系统学是在分子水平对植物进行系统学研究，它是利用 丰富的生物大分子数据，根据统计学方法进行生物体间以及基因间进化关系的研究，其研究 结果对于保护生物多样性（尤其是遗传多样性），揭示生物进化历程及机理具有重要的意义， 分子系统学主要包括两大领域，种群（群体）遗传学(population genetics)和系统发生学 (phylogenetics)。目前较广泛应用的分子标记有RFLP、RAPD、AFLP、SSR、ISSR ITS、SCAR等 思考题 1.什么是植物分类学？其最基本的工作内容包括哪些方面？ 2.植物分类学的发展历史包括哪4个阶段？每个阶段都有哪些重要的进展？ 3.自然分类系统与人为分类系统时期植物分类的观点有什么不同？ 4.什么是植物系统发育分类系统？它是受到哪一位科学家的进化论观点而发展起来的 5。关于被子植物起源的主要学说有哪两种学派观点？ 6.现代植物分类学的研究方法有哪些？分子系统学各种分子标记方法的特点是什么？ 7.植物分类学与农、林、牧、医、环保等学科的关系是什么？
第二章 植物分类学基础知识 植物分类学是研究整个植物界不同类群的分类地位及其起源、来源关系以及进化发展规 律的一门基础学科，其中，把极其繁杂的各种植物进行分类、鉴定、命名则是植物分类学的 基本工作。 因此，要学好植物分类学，首先要学会正确运用植物分类学的基础知识和基本原理，其 次是要学会查阅工具书和资料 第一节植物分类的各级单位 一、植物分类的等级单元 植物分类学设立植物分类的等级单位，并赋予它们相应的拉丁文名称和特定的词尾，是 为了建立科学的分类系统，用于表示每种植物的系统演化地位和归属。常用的植物分类单位 有：界(regnum)、门(divisio)、纲(classis)、目(ordo)、科(familia)、属(genus),和 种(species)。其中，种是基层等级或基本单位。同一种植物，以它们特有的、相对稳定的 特征与相近似的种区别开来。把彼此相近似的种组合成属，又把相近似的属组合成科（词尾 aceae)),依据同样的原则由小到大，依次组合成目（词尾-ales)、纲（词尾-opsida)和门 (词尾-phyta或-phycophyta),而后统归于植物界。这其中，种和属没有特定的词尾。在每 一等级内，如果种类繁多，也可根据需要再设立亚等级，如亚门(subdivisio,.词尾-ophyti na)、亚纲(subclasis,词尾-idae)、亚目(subordo,词尾-ineae)、亚科(subfamilia,词尾 -oideae)和亚属(subgenus)。有时在科以下除了设亚科以外，还有族(tribus,词尾-eae) 和亚族(subtribus,词尾-inae);在属以下除了亚属以外，还有组(sectio)和系(series) 各等级。在种以下，也可细分为亚种(subspecies)、变种(varietas)和变型(forma)等。 现以荷花玉兰(Magnolia grandiflora Linn.)和玉米(Zea mays Linn.)为例，将其在分 类系统中的地位排列如下。 界：植物界(Regnum Vegetabile) 门：种子植物门(Spermatophyta) 亚门：被子植物亚门(Angiospermae) 纲：双子叶植物纲(Dicotyledoneae或Magnoliopsida) 亚纲：木兰亚纲(Magnoliidae) 目：木兰目(Magnoliales) 科：木兰科(Magnoliaceae) 属：木兰属(Magnolia Linn.) 种：荷花玉兰(Magnolia grandiflora Linn.)