中欧肺草复合群细胞型与形态学交叉研究：自然与人为接触区中的杂交证实与新发现

《Plant Systematics and Evolution》：Cytotype and morphological study of two widespread taxa within Pulmonaria officinalis agg. (Boraginaceae) in Central Europe: the natural and anthropogenic contact zones with confirmation of a new hybrid

本研究针对Pulmonaria officinalis复合群中广泛分布且形态相似的P. obscura（2n=14）和P. officinalis s.str.（2n=16）开展细胞地理学与形态学综合分析。通过流式细胞术、染色体计数、形态测量和花粉活力检测，研究人员首次系统揭示中欧地区两类二倍体主导的自然分布格局，发现罕见混合种群及杂交个体（2n=15），并证实其花粉育性显著降低（2-33%）。研究首次描述新杂交种Pulmonaria × superflua，为理解同域物种生殖隔离与基因流机制提供关键案例，同时揭示栽培逃逸群体与本地种质形成人为接触区的生态风险。

　　

在欧洲温带森林的荫蔽处，生长着一类叶片常具神秘斑点的草本植物——肺草属（Pulmonaria）植物。其中Pulmonaria officinalis复合群尤为特殊，包含两个广泛分布且形态极其相似的物种：P. obscura和P. officinalis。它们如同植物界的"双胞胎"，在非花期难以区分，却拥有不同的染色体数目（P. obscura为2n=14，P. officinalis为2n=16）。这种染色体差异是否构成了生殖屏障？当它们在自然界相遇时会发生什么？这些问题是理解物种形成和进化动态的关键。

长期以来，植物学家们注意到这两个物种在中欧地区存在分布重叠，但关于它们是否真正共存、能否杂交以及杂交后代的命运如何，一直缺乏系统研究。传统的形态学鉴定方法由于物种内部的高度变异性和表型可塑性而显得力不从心。此外，肺草属植物作为观赏和药用植物被广泛栽培，逃逸到野外的栽培个体可能与本地种群发生杂交，这种人为因素带来的基因污染风险也亟待评估。

为了解决这些难题，捷克研究团队对中欧地区的Pulmonaria officinalis复合群展开了迄今为止最全面的研究。他们采用多学科交叉的方法，旨在揭示细胞型分布规律、鉴定自然杂交事件，并评估人为干扰对种群遗传完整性的影响。这项研究不仅对植物系统学和进化生物学有重要理论意义，也为生物多样性保护提供了实践指导。

研究人员主要运用了四种关键技术方法：一是流式细胞术相对基因组大小估算，快速检测大量个体的DNA倍性水平；二是染色体计数验证流式细胞术结果并确定确切染色体数目；三是花粉亚历山大染色法评估花粉活力作为生殖隔离指标；四是传统形态测量和叶片轮廓分析量化表型差异。样本来源覆盖中欧地区396个自然种群和62个可能为栽培逃逸的非自然种群，总计1184株个体。

细胞型多样性及其分布格局

研究揭示了清晰的细胞型地理分布模式：P. obscura（2n=14）主导研究区北部（德国大部、捷克、波兰和斯洛伐克北部），而P. officinalis（2n=16）在南部（奥地利、斯洛文尼亚、匈牙利和捷克南部）更常见。两者之间存在一条自然接触带，大致沿多瑙河、舒马瓦山脉和白喀尔巴阡山脉分布。值得注意的是，尽管两个物种的种群在空间上可能很近，但真正的混合种群（即同地共存）极为罕见，仅发现3个。此外，研究还检测到罕见的DNA三倍体个体，可能是通过未减数配子融合形成的自发多倍体。

杂交的确证与特征

在混合种群中，研究人员发现了染色体数目为2n=15的中间型细胞型，证实为P. obscura和P. officinalis的杂交种。这些杂交个体在相对基因组大小、染色体数目以及花萼长度和毛被等形态特征上都表现出中间状态。最关键的是，它们的花粉活力显著降低（2-33%），远低于亲本（70-98%），表明存在强烈的生殖隔离。

形态学分析的挑战

形态测量分析显示，尽管花萼长度、花萼基部腺毛长度等特征在统计学上有差异，但两个物种在这些特征上存在大量重叠，使得仅凭形态学准确鉴定物种变得困难。杂交个体的形态特征完全落在亲本的重叠范围内，进一步凸显了整合细胞学方法进行准确鉴定的必要性。

人为干扰与栽培逃逸

研究还发现，在人类居住区附近存在大量"P. officinalis复合群栽培"种群，其中主要是P. officinalis类型的细胞型，但也检测到与自然种群中类似的杂交个体。这表明人为引入的栽培植物可能与本地种群发生杂交，形成人为接触区，对本地种群的遗传完整性构成潜在威胁。

基于上述发现，研究人员正式描述了一个新杂交类群——Pulmonaria × superflua，并指定了模式标本。该杂交种在形态上更接近P. officinalis，花萼长度0.8-1.2厘米，花萼基部腺毛长450-1000微米，刚毛长440-850微米，但花粉活力极低（2-33%），染色体数为2n=15。

本研究系统阐明了Pulmonaria officinalis复合群在中欧地区的细胞地理学格局，首次证实了自然条件下P. obscura和P. officinalis的杂交事件，并描述了新杂交种P. × superflua。研究结果表明，尽管两个亲本物种染色体数目不同，但它们仍能杂交产生后代，但这些后代由于花粉育性大幅降低而可能生殖受限。这种有限的基因流可能解释了为什么在接触带混合种群如此罕见，以及为什么两个物种能维持各自的遗传完整性。

研究揭示的分布模式支持了冰期后物种从不同避难所扩散的假设：P. officinalis可能来自阿尔卑斯避难所，而P. obscura则来自巴尔干-喀尔巴阡避难所。两者当前的接触带代表了一个"张力带"，其形成主要受殖民历史影响，并通过针对杂交后代的选择得以维持。

这项研究不仅解决了肺草属分类学中的长期争议，也为理解近缘物种在次级接触中的进化动态提供了宝贵案例。它强调了整合细胞学、形态学和生殖生物学方法在物种界定和杂交鉴定中的重要性，为生物多样性保护，特别是防止栽培植物对野生种群遗传完整性的影响提供了科学依据。随着人类活动导致的物种引入日益频繁，识别和监测此类人为接触区将成为保护生物学的重要任务。