2021, Vol. 29
2. 中南林业科技大学林学院, 长沙 410004;
3. 中国科学院上海辰山植物科学研究中心, 上海 201602;
4. 广东药科大学中药资源学院, 广州 510006
2. College of Forestry, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;
3. Shanghai Chenshan Plant Science Research Center, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201602, China;
4. School of Traditional Chinese Medicine Resources, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China
水蕹属(Aponogeton L. f.)隶属于水蕹科(Apono- getonaceae)，全世界约有57种，分布于亚洲、非洲和大洋洲，其中非洲热带种类最为丰富，约有33种[1–3]。该属植物均为多年生草本，且为淡水生, 由于姿态优美，多数种类作为观赏水草被广泛栽培于水族馆或鱼缸中[2]。到目前为止，中国仅记载1种水蕹(A. lakhonensis A. Camus)，产中国东南部各省区，常生于浅水塘、溪沟及蓄水稻田中[4–5]。
2019年11月，笔者在考察海南湿地植物时, 在定安县龙门镇岭架村附近的淡水河中发现1种未知的沉水植物居群。该植物外形及习性与水蕹相似, 均为淡水草本，有卵球形的根茎和草质的披针形叶片，且叶片上具有平行脉和较多的次级横脉。但二者的叶片边缘及叶基明显不同，前者叶片边缘明显波状，基部多为楔形，而后者叶片全缘，不呈波状，基部多为钝或微心形。之后，笔者对该居群进行跟踪观察并引种10株至上海辰山植物园，但至今未观察到花果。鉴于此，笔者进一步开展了形态学和分子系统学研究，以期确定该种植物的名实问题。
1 材料和方法 1.1 材料材料采自海南省定安县龙门镇岭架村附近的淡水河中。野外观察和测量了30株个体的形态特征，用于形态学比较研究，并引种了10株至上海辰山植物园。采集2株植物完好的叶片，用硅胶干燥，置于-20℃冰箱保存，用于分子试验。凭证标本(严岳鸿等Fern08117和严岳鸿等Fern08120)保存在上海辰山植物园(CFS)。
1.2 DNA的提取、PCR扩增和测序DNA的提取采用CTAB法[6]，将提取的DNA产物溶于TE缓冲液中，并保存在-20℃冰箱中备用。参照Tamura等[7]的方法，对叶绿体rbcL基因序列进行扩增，采用Shinwari等设计的引物[8]，扩增程序为：95℃预变性2 min；然后95℃变性30 s, 50℃退火30 s，72℃延伸30 s，共25个循环；最后72℃延伸5 min。PCR产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行CE测序(sanger测序)。
1.3 数据统计和分析将所得序列在GenBank数据库中进行比对, 结果表明与水蕹属的一些种类相似度最高。因此, 根据Donald等[9]的方法，从GenBank中下载水蕹属物种及外类群水牛膝(Tetroncium magellanicum Willd.)和Cycnogeton procerum (R. Br.) Buchenau的相关序列(表 1)，利用最大简约法(maximum parsi- mony, MP)和贝叶斯法(Bayes inference, BI)构建系统发育树。
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表 1 来自GenBank的水蕹属物种和外类群的rbcL序列登录号 Table 1 Accession No. of rbcL sequences of Aponogeton and outgroups downloaded from GenBank |
最大简约法运用PAUP4.0b[10]软件，所有位点权重相同，序列随机添加，进行启发式搜索运算1 000次，采用分支交换算法(tree bisection-reconnection, TBR)，保存所有步长相等的树，得到严格一致树。自展分析重复1 000次，每次随机添加10个序列重复，每次重复取样保存100棵树(nchuck=15; chuck score=5)。贝叶斯分析运用软件MrBayes 3.2 X86[11]。在贝叶斯分析之前，使用Jmodeltest 2.1软件上对各个DNA片段的核算替代模型(models of nucleotide substitution)进行估算，利用Akaike信息标准(akaike information criterion, AIC)来检测模型的拟合情况得到供贝叶斯分析的最佳核酸替代模型为GTR+G[12]。在贝叶斯分析法时，采用马尔可夫链蒙特卡洛方法(Markov chain Monte Carlo, MCMC)基于最适合的模型用3条热链和1条冷链对每个数据组进行300万代的平行运算，每100代保存1棵树，直至SDSF值降至0.01以下，起始25%的样本作为舍弃样本(burn-in sample)的树，用达到稳定状态后的树来计算贝叶斯后验支持率(posterior probabilities, PP)。
2 结果和分析基于叶绿体rbcL基因片段的数据矩阵包含了29条序列，比对后的序列长933 bp，其中变异位点94个，简约信息位点45个，保守位点839个。基于rbcL序列片段利用最大简约法和贝叶斯分析法构建系统发育树，其拓扑结构一致，但最大简约法构建的系统发育树中多数分支的支持率偏低(图 1)。
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图 1 基于叶绿体片段rbcL构建的贝叶斯树。分支上、下的数字分别代表贝叶斯后验概率(PP)和似然性分析的自展值(仅标注BS≥50的值)。 Fig. 1 Phylogeny based on cpDNA data of rbcL sequences. Numbers above and below branches represent posterior probability of Bayesian analysis and bootstrap values more than 50% from maximum-likelihood analysis, respectively. |
系统发育树表明，本研究的所有水蕹属植物(包括本研究的2个个体)均聚为一支，组成单系(BS= 100%; PP=1.00)，说明定安县的这个水生植物居群系水蕹属植物。其中，水蕹与A. euryspermus Hellq. & S. W. L. Jacobs、A. elongatus F. Muell. ex Benth、A. bullosus H. Bruggen、A. lancesmithii Hellq. & S. W. L. Jacobs、A. queenslandicus H. Bruggen.和A. proliferus Hellq. & S. W. L. Jacob.形成1个具有较高支持率的分支(BS=83%; PP=1.00)，而本研究采集的2株个体与A. undulatus Roxb.聚为一支(BS=83%; PP=1.00), 说明其与A. undulatus Roxb.关系较近，而与水蕹关系更远。
从形态上看，定安县采集的植株外形与水蕹相似，但前者叶片边缘明显波状，基部多为楔形(图 2: B, C)，与后者明显不同[1, 4–5]，而与A. undulatus Roxb.和A. stachyosporus de Wit一致。进一步研究还发现，定安县采集的植株体上有一些类似花序梗的顶端具有繁殖体(图 2: C, D)，这个结构也与A. undulates Roxb.的模式标本(图 3: A)和A. stachyosporus de Wit的等模式标本一致(图 3: B)。A. stachyosporus已被并入A. undulatus的1个异名[1, 13]。因此，鉴于形态学和分子系统学的研究结果，我们认为，在海南定安县发现的这种水生草本植物系水蕹属的A. undulatus, 为中国首次记录，亦为最北的分布记录。
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图 2 波缘水蕹。A, B: 生境; C: 植株; D: 繁殖体; E: 块茎。 Fig. 2 Aponogeton undulatus Roxb. A, B: Habitat; C: Habit; D: Propagules; E: Tuber. |
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图 3 波缘水蕹的模式标本(Roxburgh’s drawing 936) (A)和Aponogeton stachyosporus de Wit的等模式标本(Sinclair SFN40652, L, barcode L0050360)(B)。箭头: 繁殖体。 Fig. 3 Type (A) of Aponogeton undulatus (Roxburgh's drawing 936) and isotype (B) of A. stachyosporus de Wit (Sinclair SFN40652, L, barcode L0050360). Arrows: Propagules. |
波缘水蕹 新拟
Aponogeton undulatus Roxb., Hort. Beng. 26, 1814, nom. inval. et Fl. Ind. 2: 21. 1832; Bruggen, Blumea 18(2): 465. 1970; Cook, Aquat. Wetl. Pl. India 49. 1996; Yadav & Gaikwad, Bull. Bot. Surv. India 45: 66. 2003; Bhat, Fl. South Canara 81. 2014; Biju et al., Int. J. Curr. Adv. Res. 8: 5261. 2017.
多年生水生草本。块茎卵球形或圆柱形，1~ 2 cm×1~1.5 cm，下部有许多纤维状的须根。叶沉没水中或漂浮水面，草质；叶柄呈钝三角形，沉水的叶柄长10~15 cm，浮水的叶柄长可达40 cm，白色或黄褐色，易断，无毛；叶片椭圆状披针形至狭披针形，12~20 cm×1.4~2.5 cm，基部常为楔形, 有时钝，先端钝，绿色至棕绿色，边缘明显波状，平行脉4~6条，脉间由排列紧密的细叶脉连接。花葶长约20 cm，圆柱状，沉于水中；穗状花序单一, 长2~10 cm；佛焰苞常宿存，长1~3 cm，草质，先端渐尖。花两性，无梗；花被片2枚，淡紫色，倒卵形至长圆状倒卵形，3~6 mm×1.6~2 mm，基部具爪，先端钝，具中脉，早落；雄蕊6枚；花丝长1.3~ 1.5 mm；花药近圆形，2室，纵裂；雌蕊3~6枚, 离生，子房3室，每室胚珠2颗。果为蓇葖果，5~ 7 mm×4 mm，顶端渐狭成一外弯的短钝喙[1]。
引证标本： 海南省定安县龙门镇岭架村，2019年11月8日，海拔73 m，严岳鸿等Fern08117 (CSF); 同地，严岳鸿等Fern08120 (CSF)。
生境： 生长于水质良好的淡水河流中，海拔约70 m。常见伴生植物有水菜花[Ottelia cordata (Wall.) Dandy]、水毛花[Schoenoplectus mucronatus subsp. robustus (Miquel) T. Koyama]、毛蕨[Cyclosorus inter-ruptus (Willd.) H. Ito]和邢氏水蕨(Ceratopteris shingii Y. H. Yan & R. Zhang)等。
分布： 中国、印度、孟加拉国、印度尼西亚、马来西亚、缅甸、泰国；中国分布新记录，见于海南。
附注： 到目前为止，波缘水蕹仅发现于海南定安县龙门镇岭架村附近的河流中，随着调查的深入, 应会有更多的分布点被发现(海南还分布着大量的湿地区域，如海口羊山湿地)。
根据调查，波缘水蕹在野外呈片状分布，未见单株散生。同时，在近1年持续的监测和实验室观察中均未见其开花，但见一些类似花序梗的顶端具有繁殖体(图 2: C, D)。这种特殊的繁殖现象可为其种群数量维持和扩大产生作用：其一，每个繁殖体都可成长为1个新个体，这似乎可解释该种在野外呈片状分布的成因；其二，这些繁殖体与花序未伸出佛焰苞时的形态极其相似，可减少真正的花序被鱼或水鸟牧食，提高有性繁殖的几率。关于其独特的繁殖方式，Yadav等[1]在修订印度水蕹属植物时, 亦指出该种野外或室内栽培的植株均极少开花，主要靠营养繁殖。
湿地被称为“地球之肾”，具有调节气候、涵养水源、保护生物多样性和维持区域生态平衡等多种功能，生态价值巨大，且关系着一个区域经济社会的发展[14]。随着人类活动的影响，一些湿地遭到严重破坏，湿地面积逐渐萎缩，生境每况愈下。目前，波缘水蕹所在湿地已经出现大量的凤眼蓝[Eich-hornia crassipes (Mart.) Solms]、大薸(Pistia stra- tiotes L.)等外来入侵植株，如果不及时控制或清理，包括波缘水蕹在内的其他本土水生植物的生存将受到严重威胁。
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