霸王属（ Zygophyllum L.）植物形态及分子系统学研究

The genus Zygophllum has some good species with strong adaptability, which can maintain the fragile ecological environment and play an important role, also include some rare and new species. There are two controversies on Zygophyllum. Fristly, the Sarcozygium is merged into Zygophllum or as subgenus in Zygophllum or they are independented separately. Secondly, Zygophyllum xanthoxylon and Zygophyllum schgaricum are two specieses separately or one specie. Its ecological, resistance mechanism and gene discovery have been more researched, lacking of study on taxonomy relatively. We will study 22 species of Zygophyllum by comparison of morphology, micromorphology and molecular classification system by the DNA barcoding technology. We will attain some characteristics and the differentiations on morphology and micromorphology of leaf、pollen、seed among 22 species among the comparison in order to recognize them. Utilizing the technology of molecular marker and DNA barcoding sequences, we will reveal the genetic relationships of 22 species and identify Z.xanthoxylon and Z. kaschgaricum, construct Phylogenetic tree, discussing the origin and phylogeny of species. Inconclusion, through the analysis on morphology, specie identification and molecular phylogenetic system, we will find out the taxonomic status and relationships of Zygophyllum in order to made a taxonomic revision by combining all of the above experimental data on the Zygophllum. These studies will have been supplement and proof among three aspects, taxonomy system of Zygophyllaceae will be more perfected gradually, which is full of significance for providing the taxonomic proof.

霸王属Zygophyllum植物具较强适应力，对维持西北脆弱生态环境具重要作用，且有珍稀物种和很多新种。虽对其生态、抗性和基因发掘等研究颇多，但其分类学上一直存有争议，一Zygophyllum与Sarcozygium两属独立还是合并；二喀什霸王与霸王种合并与否。本项目旨在通过对包括霸王和喀什霸王在内的22种霸王属植物宏观形态及叶、花粉和种子的微形态研究和比较，揭示该属及种的形态特征及差异，建立形态鉴定物种基础分类依据；采用DNA条形码技术和分子系统学研究对霸王植物进行物种鉴定和系统树重建，从而探讨霸王属植物的身份、起源、系统发育和进化规律。最后综合形态学、DNA条形码鉴定及分子系统学的结果相互补充和彼此印证，阐明霸王属和霸王、喀什霸王物种的分类关系及地位，获得接近真实系统发育历史的研究结果，提供多层次、多角度的分类证据，对明晰霸王属分类问题是非常有意义的，也为探讨蒺藜科的分类提供研究依据。

本研究对我国西北荒漠半荒漠地区的典型属霸王属的20多个物种进行了调查，通过标本采集鉴定、超级条形码和SNP分子标记进行分子系统学研究，为霸王属的植物分类奠定一定基础，同时为霸王属的系统进化提供核基因和质体基因组上提供新的分子水平的分类依据。全面查阅并总结了文献，权威网站及本人野外调研结果，补充了中国霸王属植物的物种、分布、数量等信息。霸王属植物叶呈棒状和侧扁，小叶2、4至10，肉质化或草质；其解剖结构多为叶环栅型等面叶，但布尔根河为异面叶。霸王属植物叶表皮微形态特征分析发现表面基本无毛或稀被单毛，且表皮细胞形状多为不规则形状；垂周壁式样有浅波状和平直—弓形；各物种间细胞形态、大小比较相似。气孔多为无规则类型，稀辐射类型且多数物种的气孔均凹陷，稀水平；气孔内常有晶体，少数物种气孔内无晶体。对王属植物繁殖器官形态比较从花部、种子的形态、微形态，花粉进行观测，整理和归纳总结。霸王属植物雄蕊5个较长，5个相对较短；花丝的附属物长为花丝的1/3，稀1/2，附属物周缘成牙齿状，流苏状，细齿状且物种间差异明显。霸王属植物种子表面均有乳突，种子表面具粘液而且在一定条件下透明而大花霸王和新疆霸王的种子不透明。本属植物的花粉粒为近球形，长椭球形，2-3个萌发沟，花粉粒表面以网状纹饰为主，网眼较浅。基于叶绿体全基因组和SNP对霸王属植物的物种鉴定和系统发育分析，分布于中国的所有霸王属植物均为一个很好的单系分支；其二所有草本霸王和木本霸王也均形成两个分支。质体和SNP分子中，草本霸王的分支物种组成有所不同，但是小分支物种组成仍有相同。通过叶绿体全基因组和SNP系统发育重建，为霸王属提供了质体和核基因数据的分子数据，同时为本属提供的霸王属物种系统进化的位置，同时为霸王属物种鉴定提供相对全面的遗传信息，为今后霸王属物种的研究提供了良好的分子基础。