植物起源、进化及其分类的研究方法
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第969页（4583字）
探究植物的起源与进化、物种之间的亲缘关系及其分类依据，其方法不一，除由形态学角度考虑外，一般还可由以下几方面着手：
染色体分析
1．核型分析。
由于染色体是基因的载体，因而核型实际上就代表了种属的特征。核型分析是在对染色体进行测量、计算的基础上进行分组、配对、排序并加以形态分析的过程，其大致步骤为：良好染色体制片的获得→对照片测量、配对、剪贴→计算、分析→结果展示：(1)计算、分析结果列表；(2)核型公式；(3)模型模式图。
获得良好染色体制片是准确进行核型分析的前提。
其中，首要条件是试验材料为分裂旺盛的组织(细胞)，如根尖、茎尖、嫩叶、愈伤组织及花粉母细胞等。至于具体处理方法，不同学者各有不同。1952年，美国徐道觉首先采用低渗处理技术使细胞内的染色体分散而便于观察。随着秋水仙素、8－羟基喹啉及地二氯苯等的应用，可使增殖中的细胞停止于中期并且染色体浓缩，从而有利于获得大量可供观察的中期分裂相。植物细胞一般不经低渗处理，如需经低渗处理，则用酶溶去细胞壁。陈瑞阳等在此基础上提出常规去壁低渗法。
根据试验材料的特性，可将核型分析方法分为两类：一是依据有丝分裂中期染色体的形态；二是依据减数分裂粗线期染色体的形态和行为。前者的分析内容通常包括染色体组的基数、染色体的长度、着丝粒位置、随体的有无及其形状与大小以及副缢痕的有无和位置等。其中着丝粒位置以臂比(长／短)表示，按Levan(1964)的规则对之分类。
最后，依Stebbins(1971)的核型不对称性分类标准分析核型对称与否。若是后者，除进行与上述相仿的分析外，粗线期的二价染色体上的染色粒及染色节的数目、分布特点也可作为染色体个体性差异的标志。
通过核型分析探讨物种起源、进化、亲缘关系的研究者不少。卢永根等(1990)比较了中国3种野生稻与栽培稻粗线期的核型，并以其结果进一步支持丁颖关于“中国栽培稻起源于华南，华南分布的普通野生稻即为中国栽培稻的近缘祖先”的论点。
聂汝芝等(1989)对棉属二倍体野生种的核型进行分析，提出“分布于非洲南北的B组野生种为最原始的类型，以此为中心呈辐射状分化和迁移，形成了现今的特殊地理分布”吴世斌等(1985)亦由核型入手讨论野生茄、栽培茄各类型的亲疏关系及其分类标准。
2．带型分析。
鉴于许多物种的各个染色体靠普通的制片染色方法不易精确地识别和区分，1968年染色体Q带技术出现以后，染色体分带技术便迅速发展起来，从而在一定程度上弥补了核型分析的不足，为进一步深入研究染色体开创了新途径。根据显带原理的不同，曾先后有染色体Q、C、G、R、N、T、H带的报道。
Q带是因用芥子喹吖因染色而得名，其明亮的荧光带为富AT－DNA区，而荧光较暗的区域则为富GC－DNA区。R带与之相反，富GC－DNA区染色深，富AT－DNA区染色浅，它一般代表常染色，多在动物染色体上显示。G带代表中间异染色质，其带型一般与Q带相符，但也有少数例外，并且亦多在动物染色体上显示。C带代表组成型异染色质，植物中的C带研究得最多。
N带则表示核仁组织区(NOR)上的异染色质，经AgNO3染色后，有转录活性的NOR呈黑色，这与其上rRNA编码的酸性蛋白有一定关系。至于T带及H带，却少见报道。
通常使用的染色体中期分裂相显带方法，在单倍体上只能显示大约320条带，较难分析染色体细微结构的异常。1975年，美国J．J．Yunis等建立的高分辨显带法，促使染色体带型研究取得长足的进展。
该法的关键在于用氨甲喋呤使培养的细胞分裂同步化，再以秋水仙胺短时间处理，从而获取大量晚前期的和早中期的分裂相，这些时相的染色体比正中期染色体长，故而显带后可见更多更细的带纹。此外，放线菌素D的运用，也可使染色体更为细长，所显示的带纹亦增多。
迄今为止，已对黑麦属、小麦属、葱属的60多种植物进行分带工作，为植物亲缘关系鉴定及栽培植物起源、进化的研究提供了可靠的依据。典型之例当首推普通小麦A、B、D染色体组的来源鉴定。
据多年研究资料，A、D染色体组的来源已确定，但对B染色体组的来源仍看法不一。1974年以来，研究者们应用分带技术，发现在许多二倍体的近缘野生种中只有拟斯卑尔脱的带型与普通小麦B染色体组较为接近，从而为研究B染色体组的来源提供了新线索。
陈瑞阳等则综合运用核型分析及Giemsa N－带分析对中国云南小麦、西藏半野生小麦及新疆小麦进行研究，进而从细胞学方面支持了金善宝等人将云南小麦、西藏半野生小麦分别定为云南小麦亚种西藏小麦亚种以及将这两种小麦合并定为一个独立的原始栽培六倍体新种的观点，同时也说明我国小麦资源及类型丰富，是次生起源中心之一。卷丹曾一度被认为是同源三倍体(2n=3x=36)，因为它在减数分裂时常形成多个三价体。
后来有人用C－分带法对其进行分析，发现其中两组染色体有相同带纹，为A染色体组，另一组的带纹与A不同，为B染色体组，即卷丹的染色体组应为AAB，属于异源三倍体。可见，形态上相同的染色体其来源也可能是不同的。
由此也说明在核型分析的基础上结合染色体带型分析是必要的。
同工酶分析 大量研究资料表明，同工酶普遍存在于生物体中。已有50%以上的酶分子发现了其同工酶，可以进行同工酶分析的酶亦有100多种。其中，植物在遗传上已确定的同工酶就有酯酶、过氧化物酶、肽链内切酶等10多种。分析过的植物材料也种类繁多，粮食作物、经济作物、果树、花木、蔬菜、药材等等，都先后有不同学者做过各种同工酶分析，并以此为据进行物种的地理起源及其分布等方面的探索。
在水稻方面，中川原正弘(1978)正是利用同工酶分析法将从亚洲各国采集的1317个水稻品种进行酯酶同工酶分析，并得出“栽培稻起源于印度阿萨姆及中国的云南省”的结论。
黄大年等(1988)对16个同基因组的野生稻种进行酯酶等电聚焦电泳分析，结果表明，酯酶酶谱既可作为野生稻分类的依据之一，又能揭示同一野生稻种内细微的遗传差异。
在大豆方面，Gorman等(1977)利用乙醇脱氢酶、酸性磷酸酶、淀粉酶及四唑氧化酶的同工酶鉴定了113个大豆品种间的差异，从而认为这些酶的电泳变体具有品种特异性，可以用来鉴定并解决大豆品种的起源问题。Buttery等(1968)也曾用圆盘凝胶电泳研究大豆种皮中的过氧化物酶同工酶活性的高低，并据此将大豆品种分为两大类，彼此间酶的活性水平相差78倍。郗恩虎(1968)分别对野生的、半野生的、栽培的大豆进行酯酶曲酶分析，发现从野生大豆到栽培大豆，带幅由狭变宽，带色由浅变深，种间带位和带条数目也有差异，且野生大豆带型的递变与性状递变相吻合，因而认为“带幅的宽窄可作为大豆进化的生化指标”。
徐豹等(1989)试图从不同进化类型大豆种子超氧物歧化酶活性及酶谱的角度出发，分析大豆的起源与进化问题。对于玉米，李继耕等(1980)曾分析比较玉米属78个不同品种及其野生亲缘种的过氧化物酶及酯酶同工酶，从而提出“栽培玉米可能起源于南亚”。马德华等(1988)运用模糊聚类分析方法对辣椒过氧化物酶同工酶表现频率进行动态聚类，确定了普通栽培辣椒利用辣椒属其它物种基因的顺序，并对辣椒属植物的起源、分类进行了更为深入的探讨。在果树方面，类似研究也不乏其例。
汪祖华等(1990)就是通过过氧化物酶及儿茶酚氧化酶同工酶分析，发现桃的叶柄谱型和花药谱型分别与果实肉质类型及花粉稔性存在显着相关性，并推测桃的演化途径为毛桃→硬肉桃→蜜桃→水蜜桃→蟠桃，油桃则由桃各种群突变演化而成，进而设想以果实特征为标准将桃划分为6个品种群。
同工酶分析的应用颇为广泛、深入，尤其在探究物种起源、地理分布、亲缘关系、进化程度及分类依据等方面更为突出。
之所以如此，主要是由于同工酶作为遗传标志物具有下述几个优点：(1)可从同工酶的表面型上直接了解该个体的基因型；(2)在多肽产物水平上研究基因活性，就可能对各基因座作较精细的遗传分析，并避免来自其它基因座的干扰。因为形态学特征常是许多基因座相互作用的结果；(3)同工酶酶谱比较稳定，故可作为生理或遗传的研究指标；(4)能一次性处理大批样品，且所需样品量少。
应用同工酶时应注意两个问题：一是同工酶的活性、带数等在植物不同部位、不同发育时期有所变化，因此分析时应考虑到取样的全面性；二是同工酶酶谱容易因各种条件影响而有所差异，以最常采用的检测方法——电泳为例，从凝胶的浓度、pH值及试验过程的温度、光质、光强，到凝胶聚合的好坏、样品的离心程度、加样量大小等等，都会影响酶的活力大小及区带显示的清晰或模糊，从而使酶谱失真。因此，在实验技术上应力求精细、合理，以确保同工酶分析的准确。
孢粉形态分析 孢粉形态的研究早已应于植物分类，无论是目、科级还是属、种级的植物分类，它都可提供有意义的资料。如蕨类孢子、裸子植物花粉及被子植物花粉三者间就有明显不同，可作为它们的区分标志。
在种的分类或品种鉴定方面，其运用价值亦有目共睹。刘金兰等通过扫描电镜观察棉属中G．Klotzschranum和G．davidsonii两个种的花粉结构、形态，提出将这两个棉种作为独立种。高锁柱等比较了桃属5个种、25个变种品种的花粉形态，结果表明，其花粉可作为种的分类和品种鉴定的依据；同时还依此探讨了种、品种的亲缘关系，其中新疆桃和普通桃亲缘关系较近。尤其引人瞩目的是，运用果树植物的花粉形态可以解决果树分类及品种鉴定工作中的某些问题。
在研究植物起源、演化方面，孢粉形态研究也有新成就。如发现于利比亚早志留世的缝孢子曾被认为是最早的陆生孢子，但通过分析却发现其结构特点与原始孢子不符，由此说明利比亚的三缝孢子可能还不是最原始的类型。如今，关于孢粉学与被子植物演化的研究已为世界各国孢粉学家注目。
至于孢粉研究中所采用的技术(或设备)，除光学显微镜外，现代科学的发展正为之提供越来越多更为先进的新技术和新理论，大致包括扫描电子显微镜、超薄切片、电子计算机、萤光孢粉学、红外光谱、气相色谱及X光射线等。可以预见，随着这些新技术的应用，孢粉学的研究将会出现一个新的局面。综上所述，探究植物起源、进化及其分类，除由植株形态结构方面考虑外，还可由上述3个方面入手，并且以三者综合应用为最佳。
(福建农学院钟珍萍撰)