虾脊兰属及其近缘类群（兰科）的系统分类学研究

Calanthe, Phaius and Cephalantheropsis are three close-related genera of the Collabinae (Epidendroideae, Orchidaceae), with most species distributed in Southeast Asia, Pacific islands, and Southwest China (with about 60 species, over 20 species are endemic). Previous morphological and phylogenetic analysis reveals that (1) it is controversial about the definition among the genera within Calanthe alliance; (2) Calanthe and Phaius are verified as polyphyletic or paraphyletic groups; (3) infragenetic relationships are not clear..We will perform a molecular study using more samples, applying at least nine markers of nrDNA, cpDNA and nuclear low-copy genes and together with chromosome analysis, to reconstruct the phylogenetic relationships and evaluate the biogeographical diversification history of the Calanthe alliance, such as divergence times. We will also analyze the variations of some important characters, such as the labellum shape, appendages of the labellum and the evolution of spurs. .This project will clarify the relationships within Calanthe alliance, and strongly increase our knowledge of the floristic diversification of Southeast Asia, especially Southwest China..

虾脊兰属及其近缘类群鹤顶兰属、黄兰属隶属于兰科树兰亚科吻兰族，主要分布于东南亚和太平洋岛屿，我国分布约60种（超过20个特有种）。以往研究表明：（1）虾脊兰属及其近缘类群属的界定不清晰，一直以来存在争议；（2）虾脊兰属与鹤顶兰属被证明并不是单系类群，且形态上一些重要性状（如唇瓣分裂情况、唇瓣附属物）分化明显；（3）属下分类情况不明。.本研究拟在扩大样品数量的基础上，补充染色体性状，结合至少9个核糖体DNA片段、cpDNA片段和低拷贝核基因，重建虾脊兰属及其近缘类群的系统发育关系，准确界定各属范围，揭示一些重要性状（如唇瓣形态、唇瓣附属物形态、距的发育等）的演化式样及该类群物种多样性形成机制和扩散历史。.本项目的开展对澄清虾脊兰属及其近缘类群的亲缘关系、增加兰科树兰亚科关键性状的演化模式及东南亚特别是中国西南地区物种多样性形成机制的理解具有重要的理论意义。

虾脊兰属及其近缘类群间断分布于新旧世界热带至温带地区，亚洲、非洲、美洲（仅有一种）、澳洲均有分布。该属具有极高的观赏和科研价值。但该类群的属间难以界定，存在诸多争议；起源时间和区域、扩散路径和分布模式形成机制均未见研究。针对该问题，本项目开展了如下研究：. （1）分子系统学和分类学方面：选取各属每个section 57个代表种，利用8个叶绿体基因、1个核糖体基因和1个核基因片段重建该类群系统发生关系，发现离翅兰属、黄兰属、落苞兰属、虾脊兰属均为单系，鹤顶兰属和拟鹤顶兰属合为一支成单系，结合形态学等特征，不支持前人划分出拟鹤顶兰属，建议维持原鹤顶兰属的划分。发现虾脊兰属中三褶虾脊兰组形成两支subclade Ⅲ和subclade Ⅳ，且唇瓣形态存在明显的分化，有必要收集更多样品进一步分析。. （2）祖先性状演化分析方面：发现旱季不落叶、唇瓣具裂片、唇瓣中裂片具再裂的性状、唇瓣具附属物、花有距、花苞片宿存为该类群的祖先性状。除旱季落叶外，其他几个性状均表现出不同程度多次起源，可能跟该类群植物在自然界中存在大量杂交所形成的网状进化相关。. （3）生物地理学方面：利用构建的系统发育树，结合古地质和古气候资料，推断虾脊兰属及其近缘类群重要支系起源于渐新世晚期的中南半岛地区，主要支系在中新世的中期分化；横断山的快速隆升、南太平洋岛屿复杂活跃的地质和海平面变化造成了该类群在这两个地区高度分化从而成为分布中心；中美洲与非洲类群初步推测是长距离扩散之后由于生境的隔离而隔离分化。. （4）其它方面：完成虾脊兰属植物流式细胞实验条件探索，测得肾唇虾脊兰基因组大小为2.49 ± 0.15 Gb。野外调查发现新种2种，福建省新分布属1属，新分布种1种。. 本项目对虾脊兰属及其近缘类群系统发育和生物地理学进行的研究结果，对该类群的起源、扩散途径、分布格局的形成机制等问题进行了很好的解释，对于该类群关键性状的演化模式及东南亚特别是中国西南地区物种多样性形成机制的理解具有重要的理论意义。