彭 斌,周義峰,舒 璞,杭悅宇

〔江蘇省·中國科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園)江蘇省植物遷地保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014〕

黃獨(dú) (DioscoreabulbiferaL.)隸屬于薯蕷科(D ioscoreaceae)薯蕷屬 (DioscoreaL.)基生翅組 (Sect.OpsophytonU line),廣布于東南亞、大洋洲、非洲和美洲[1],屬于古熱帶種 (白堊紀(jì)至第三紀(jì)),是基生翅組的祖先型[2]?；峤M全世界共僅有 5～6種,廣布于亞洲、非洲及南美洲。Prain等[3]認(rèn)為：分布在中國的基生翅組包含有 1種 3變種,即黃獨(dú)及其變種雷公薯 (D.bulbiferavar.deltoideaPrain etBurkill)(分布于中國廣東)、大花黃獨(dú) (D.bulbiferavar.simbhaPrain et Burkill)(分布于中國云南騰沖 )和D. bulbiferavar.veraPrain etBurkill(分布于中國四川茂汶)。然而,《Flora of China》[4]一書正式收載的基生翅組僅包含黃獨(dú) 1種,分布于中國黃河以南地區(qū),僅將 Prain等提出的 3個變種作為文獻(xiàn)提及,并沒有認(rèn)可這些變種。

近年來,國內(nèi)外學(xué)者針對黃獨(dú)種下類群的系統(tǒng)學(xué)進(jìn)行了大量研究。Zhou等[5]將分布于中國云南的根莖斷面白色的黃獨(dú)變種定名為白金山藥 (D.bulbiferavar.albotuberosaY.F.Zhou,Z.L.Xu et Y.Y. Hang),并認(rèn)為在中國新分布的黃獨(dú)變種有雷公薯和大花黃獨(dú)等；另外,周義峰[6]認(rèn)為有少花黃獨(dú) (D. bulbiferavar.pauciflorumY.F.Zhou et Y.Y.Hang)和枝花黃獨(dú) (D.bulbiferavar.ramiflorusY.F.Zhou et Y.Y.Hang)等新擬變種存在 (未正式發(fā)表)。Terauchi等[7-8]以分布于非洲的黃獨(dú)變種D. bulbiferavar.anthropo-phagorun(A.Chev.)Summ erh為材料,繪制了黃獨(dú)葉綠體基因組圖譜,并采用RFLP分子標(biāo)記對來自非洲、亞洲和大洋洲的 6個黃獨(dú)及其變種共 15個樣品的親緣關(guān)系進(jìn)行了研究。鄭玉紅等[9]則利用 ISSR分子標(biāo)記方法對國產(chǎn)黃獨(dú) 14個居群的遺傳多樣性進(jìn)行了研究。

形態(tài)學(xué)特征在薯蕷屬的分類學(xué)研究中具有重要的作用[10],葉表皮結(jié)構(gòu)特征 (如氣孔、表皮毛及其他附屬物的特征)被認(rèn)為是較穩(wěn)定的演化特征[11-16],在植物分類學(xué)或系統(tǒng)學(xué)研究方面具有重要意義。近年來,葉表皮結(jié)構(gòu)特征在薯蕷屬周生翅組 (Sect.EnantiophyllU line)、復(fù) 葉 組 〔Sect.Botryosicyos(Hochst.)U line〕及根狀莖組 (Sect.StenophoraU line)等類群的系統(tǒng)學(xué)研究中得到了很好的應(yīng)用[17-21],而有關(guān)黃獨(dú)葉表皮形態(tài)特征方面的研究報道卻較少,僅凌萍萍等[22]利用光學(xué)顯微鏡對黃獨(dú)葉片表皮細(xì)胞及細(xì)胞壁的形態(tài)、腺體毛及非腺體毛的有無等進(jìn)行了觀察及簡要的描述。

由于黃獨(dú)的種下變異并不僅僅體現(xiàn)在遺傳差異上,僅采用分子標(biāo)記并不完全適用于黃獨(dú)種下類群的區(qū)分,因此,尋找合適的形態(tài)特征對黃獨(dú)的系統(tǒng)分類具有重要意義。作者以國產(chǎn)黃獨(dú)的 11個野生居群及2個栽培居群為研究對象,并以 2個引自美國的栽培居群為外類群,應(yīng)用掃描電子顯微鏡對葉表皮的微形態(tài)特征(包括氣孔器、表皮毛和氣孔周圍表皮細(xì)胞的微形態(tài)特征)進(jìn)行了觀察,探討了黃獨(dú)及其種下變異類型的葉表皮微形態(tài)特征差異,并據(jù)此編制了 15個居群的分類檢索表,以期為黃獨(dú)及其種下類群的系統(tǒng)分類研究提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

2001年至 2009年,分別采集 11個野生居群和 4個栽培居群材料(表 1),其中的 2個栽培居群引種自美國北卡羅來納 (經(jīng)鑒定為黃獨(dú)變種D.bulbiferavar.sativaPrain etBurkill),共 15個供試居群,憑證標(biāo)本信息見表 1。

1.2 方法

分別采集各居群植株中部葉片,于葉片中脈處取4mm×4mm的小塊,置于體積分?jǐn)?shù) 95％乙醇中超聲波振蕩清洗 10m in,再用無水乙醇脫水,揮干后用雙面膠將葉片小塊平整黏貼于樣品臺上,置于 IB-3型離子濺射儀(日本 Eiko公司生產(chǎn))中進(jìn)行導(dǎo)電處理,導(dǎo)電膜厚 20 nm；然后置于 H itachi S-800型掃描電子顯微鏡(日本日立公司生產(chǎn))下觀察氣孔器 (包括外拱蓋內(nèi)緣類型、旋轉(zhuǎn)方向、長軸長度、密度及深度)、表皮毛 (包括主脈和二級脈表皮毛類型以及葉肉腺毛的長軸和短軸長度及腺毛密度)以及氣孔周圍表皮細(xì)胞(包括平周壁表面紋飾及擴(kuò)散方式、平周壁上附屬顆粒形狀及垂周壁形狀)的微形態(tài)特征；每個性狀觀察 5～10個視野并選取合適部位進(jìn)行拍照,每份材料均重復(fù) 3次。相關(guān)術(shù)語均參照 Harris等[23]和Baranova[24]的描述。

表 1 供試 15個黃獨(dú)居群的憑證標(biāo)本基本信息Tab le 1 Basic in form a tion of voucher specim en sof fifteen popu la tion s of D iosco rea bu lbifera L.for tested

2 結(jié)果和分析

2.1 黃獨(dú)各居群葉表皮微形態(tài)特征

2.1.1 氣孔器的微形態(tài)特征 供試的 15個黃獨(dú)居群的氣孔器均為不定型,副衛(wèi)細(xì)胞多數(shù)為 3～5個且與周圍細(xì)胞界線模糊。除云南景洪居群的氣孔器外拱蓋內(nèi)緣為光滑型外 (圖版Ⅰ-1),其余居群的氣孔器外拱蓋內(nèi)緣均為淺波狀(圖版Ⅰ-2)。表 2結(jié)果顯示：云南蒙自居群的氣孔器旋轉(zhuǎn)方向?yàn)椴欢ㄏ?(即左旋和右旋同時存在,見圖版Ⅰ-3),廣西田林和龍州、云南景洪和麗江 4個居群的氣孔器旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽笮?圖版Ⅰ-4),其余居群的氣孔器旋轉(zhuǎn)方向均為右旋(圖版Ⅰ-5)；15個居群氣孔長軸長度的變化幅度為18.59～31.93μm,其中四川汶川居群的氣孔長軸長度最短,云南蒙自居群的氣孔長軸長度最長；15個居群的氣孔密度變化幅度為 86～356 mm-2,其中四川峨眉山居群和引種自美國北卡羅來納的編號 14的栽培居群的氣孔密度最小,而海南吊羅山居群的氣孔密度最大；各居群間的氣孔深度也有明顯的差異。

2.1.2 表皮毛的微形態(tài)特征 黃獨(dú)葉片的表皮毛均存在于下表皮,主要有乳突和多細(xì)胞頭單細(xì)胞柄腺毛2種類型。乳突主要分布于主脈 (圖版Ⅰ-6),而腺毛則主要分布于二級脈 (圖版Ⅰ-7)及葉肉 (圖版Ⅰ-8)。表 3結(jié)果顯示：云南景洪、蒙自和麗江 3個居群葉片同時具有乳突和腺毛 2種類型的表皮毛；海南吊羅山和廣西龍州 2個居群葉片的主脈和二級脈沒有表皮毛,引種自美國北卡羅來納的編號 15的栽培居群葉片的主脈和二級脈也沒有表皮毛；廣西田林、臺灣、廣東韶關(guān)和重慶南川 4個居群的葉片有乳突但沒有腺毛,其余居群葉片的主脈和二級脈沒有乳突僅有腺毛。

表 2 15個黃獨(dú)居群氣孔器微形態(tài)特征比較Tab le 2 Com par ison ofm icro-m orpholog ica l characters of stom a ta lappara tusof D iosco rea bu lbifera L.from fifteen popu la tion s

表 3 15個黃獨(dú)居群葉片各部位表皮毛的微形態(tài)特征1)Tab le 3 M icro-m orpho log ica l characters of tr ichom e on d ifferen t par ts of D iosco rea bu lbifera L.lea f from fifteen popu la tions1)

15個供試居群葉片的葉肉部位均具有腺毛,但各居群葉肉腺毛的特征有一定的差異(表 3)。15個供試居群葉肉腺毛長軸和短軸的長度變化幅度分別為25.00～55.00和 24.86～44.29μm；大部分居群腺毛密度(圖版Ⅰ-9)的變化幅度為 6～29mm-2,其中四川峨眉山居群葉肉腺毛密度最小,重慶南川和海南吊羅山居群葉肉腺毛密度最大；此外,因廣西龍州、廣東韶關(guān)和云南麗江居群葉肉腺毛極少,故沒有統(tǒng)計這 3個居群葉肉腺毛的密度。

2.1.3 氣孔周圍表皮細(xì)胞的微形態(tài)特征 黃獨(dú)不同居群葉片氣孔周圍表皮細(xì)胞的形態(tài)特征明顯不同(表 4)。15個居群葉片氣孔周圍表皮細(xì)胞垂周壁形狀有平直 (圖版Ⅰ-10)、平直隆起 (圖版Ⅰ-11)、平直脊?fàn)盥∑?圖版Ⅰ-12)、彎曲 (圖版Ⅱ-1)、彎曲脊?fàn)盥∑?(圖版Ⅱ-2)和彎曲拱狀隆起 (圖版Ⅱ-3)等 6種形態(tài)類型,各居群無特殊規(guī)律。

表 4 15個黃獨(dú)居群葉片氣孔周圍表皮細(xì)胞的微形態(tài)特征Tab le 4 M icro-m orpho log ica l characters of ep iderm is cellsaround stom a ta on lea f of D iosco rea bu lb ifera L.from fifteen popu la tion s

15個居群葉片氣孔周圍平周壁表面紋飾有具瘤條紋和光滑條紋 2種形態(tài),其中,來自美國北卡羅來納的 2個居群為具瘤條紋 (圖版Ⅱ-4),其余各居群均為光滑條紋(圖版Ⅱ-5,6)。氣孔周圍平周壁條紋的擴(kuò)散方式也有 2種形式：一種為不環(huán)繞氣孔且四方擴(kuò)散(圖版Ⅱ-5),氣孔兩端的條紋與氣孔長軸平行,兩側(cè)的條紋與氣孔長軸垂直,引種自美國北卡羅來納的 2個居群以及產(chǎn)自廣東韶關(guān)、云南景洪、四川峨眉山、四川汶川、四川都江堰、重慶南川、廣西田林、臺灣和海南吊羅山的居群均屬于該類型；另一種為環(huán)繞氣孔 2～3周后擴(kuò)散,但擴(kuò)散方向不定 (圖版Ⅱ-6),產(chǎn)自廣西龍州、云南麗江和蒙自及湖南衡山的居群屬于這種形態(tài)類型。

15個黃獨(dú)居群葉片表皮細(xì)胞平周壁上的顆粒形狀有簇晶狀、屑狀、密集粉狀、粉狀、粒狀和片狀 6種形態(tài)(圖版Ⅱ-7～12)。其中,湖南衡山、廣西龍州及云南麗江 3個居群為密集粉狀,云南蒙自居群為粉狀,海南吊羅山居群為粒狀,引種自美國北卡羅來納的 2個居群為片狀,廣東韶關(guān)和云南景洪 2個居群為簇晶狀,其余 6個居群均為屑狀。

從上述的觀察和分析結(jié)果可見：黃獨(dú)不同居群葉表皮微形態(tài)特征的多態(tài)性較高。地理位置相近的居群相似性較高。如產(chǎn)自四川的 3個黃獨(dú)野生居群在葉表皮毛特征、表皮細(xì)胞顆粒形狀及平周壁表面紋飾、氣孔器旋轉(zhuǎn)方向等特征上存在高度相似性,僅在葉肉腺毛密度、氣孔深度和密度等方面有一定的差異；引自美國北卡羅來納的 2個居群也高度相似,僅在二級脈有無腺毛這一特征上存在差異。氣孔周圍表皮細(xì)胞平周壁上的顆粒類型在各居群間有著較大的、穩(wěn)定的差異。

2.2 基于葉表皮微形態(tài)特征的 15個黃獨(dú)居群的分類檢索表

根據(jù)葉表皮微形態(tài)特征 (主要包括氣孔器、表皮毛和表皮細(xì)胞的微形態(tài)特征),編制出供試 15個黃獨(dú)居群的分類檢索表。

基于葉表皮微形態(tài)特征的 15個黃獨(dú)居群的檢索表

3 討 論

目前,相關(guān)研究者對黃獨(dú)的分類問題還存在一定的爭議?！禙lora of China》[4]正式收載的黃獨(dú)僅 1種；而 Prain等[3]則認(rèn)為：除黃獨(dú)外,廣東、云南騰沖及四川茂汶地區(qū)還分布有黃獨(dú)的 3個變種；周義峰等[5-6]認(rèn)為：中國不但分布有白金山藥、雷公薯和大花黃獨(dú)等變種,還分布有少花黃獨(dú)和枝花黃獨(dú)等新擬變種。因此,對黃獨(dú)的種下分類研究需要借助于多學(xué)科的證據(jù)。

15個供試黃獨(dú)居群的外部形態(tài)特征有明顯差異,主要區(qū)別特征如下：湖南衡山、廣西龍州、云南麗江和云南蒙自 4個居群植株的雄花有穗狀花序 3～6個,生于葉腋,其中 1枝突化為花序枝；廣東韶關(guān)居群和云南景洪栽培居群植株的零余子少而小,雌雄花序少而短；引種自美國北卡羅來納的 2個栽培居群的零余子大,表面白色而光滑；海南吊羅山居群植株的葉基平截或三角狀深心形,果實(shí)較短；其余居群形態(tài)特征與黃獨(dú)原變種基本相同,即：零余子紫棕色、表面有圓形斑點(diǎn),雄花花序穗狀、下垂、常數(shù)個叢生于葉腋,葉片寬卵狀心形或卵狀心形[1]。

依據(jù)植株的形態(tài)特征可以將供試的 15個黃獨(dú)居群分為 5種形態(tài)類型。其中,廣東韶關(guān)和云南景洪居群為一類,特征為零余子少而小,雌雄花序少而短；湖南衡山、廣西龍州、云南麗江和云南蒙自居群為一類,特征為雄花有穗狀花序 3～6個、生于葉腋,其中 1枝突化為花序枝。這 2個類型的黃獨(dú)分別被周義峰等[6]擬定為黃獨(dú)變種,擬定名為少花黃獨(dú)和枝花黃獨(dú)。海南吊羅山黃獨(dú)植株的葉基平截或三角狀深心形,果實(shí)較短,周義峰等[5-6]認(rèn)為應(yīng)該為中國分布的變種雷公薯。15個居群植株葉片表皮細(xì)胞平周壁上的顆粒有簇晶狀、屑狀、密集粉狀和粉狀、粒狀、片狀等6種形態(tài),分別對應(yīng)于少花黃獨(dú) (擬)、黃獨(dú)原變種、枝花黃獨(dú)(擬)、雷公薯和引種自美國北卡羅來納的變種D.bulbiferavar.sativa。因此,葉表皮微形態(tài)特征揭示了這些黃獨(dú)種下類群存在的可能性,可為黃獨(dú)的種下分類提供科學(xué)的依據(jù)。

黃獨(dú) 15個居群植株葉片的氣孔器、表皮毛和表皮細(xì)胞微形態(tài)特征的綜合分析結(jié)果表明：地理分布相近的居群葉表皮微形態(tài)特征相似程度較高,一定程度上反映出環(huán)境的飾變作用。根據(jù)葉表皮微形態(tài)特征的多樣性可對供試的 15個黃獨(dú)居群加以區(qū)分,表明葉表皮微形態(tài)特征對黃獨(dú)種下類群的劃分具有一定的幫助。但這些形態(tài)特征是否穩(wěn)定?是否還具有更為穩(wěn)定且特異的形態(tài)特征?這些疑問則有待進(jìn)一步深入研究。

[1］中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會.中國植物志：第十六卷第一分冊[M].北京：科學(xué)出版社,1985：88.

[2］吳征鎰,路安民,湯彥承,等.中國被子植物科屬綜論[M].北京：科學(xué)出版社,2004：212-217.

[3］Prain D,Burkill IH.An accountof the genusDioscoreain the East. Part I.The specieswhich tw ine to the left[J].Annalsof the Royal Bo tanic Garden(Calcutta),1936,14：1-20.

[4］D ing Z Z,GilbertM G.D ioscoreaceae[M]∥W u Z Y,Raven PH. Flora of China：Vol.24.Beijing：Science Press,2000：286-287.

[5］Zhou Y F,Xu Z L,Hang Y Y,et al.Dioscoreabulbiferavar.albotuberosa(Dioscoreaceae),anewvarietyfromYunnan,China [J].Novon,2008,18(4)：555-557.

[6］周義峰.中國薯蕷屬黃獨(dú)分類及遺傳多樣性研究[D].南京：江蘇省·中國科學(xué)院植物研究所,2006：22-44.

[7］TerauchiR,Terachi T,Tsunewaki K.Physicalmap of chlorop last DNA of aerial yam,DioscoreabulbiferaL.[J].Theoretical and App lied Genetics,1989,78：1-10.

[8］Terauchi R,Terachi T,Tsunewaki K.Intraspecific variation of chlorop last DNA inDioscoreabulbiferaL.[J].Theoretical and App lied Genetics,1991,81：461-470.

[9］鄭玉紅,夏 冰,杭悅宇,等.黃獨(dú)遺傳多樣性研究[J].西北植物學(xué)報,2006,26(10)：2011-2017.

[10］杭悅宇,徐珞珊,史德榮,等.中國薯蕷屬植物地下莖淀粉粒形態(tài)特征及其分類學(xué)意義[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報,2006, 15(4)：1-8.

[11］Irvine FR.W oody Plantsof Ghana[M].London：Oxford University Press,1961：26-28.

[12］M etcalfe C R,Chalk L.Anatom y of D icotyledons[M].2nd ed. London：C larendon Press,1979：97-162.

[13］楊傳友,苗 良.蘋果葉片氣孔的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,1998,29(1)：8-14.

[14］韋存虛,謝佩松,周衛(wèi)東,等.麥冬、土麥冬和闊葉土麥冬葉表皮形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察 [J].植物資源與環(huán)境學(xué)報,2008,17 (4)：9-15.

[15］高召蘭,李法曾.山東廣義苦荬菜屬(菊科)葉表皮微形態(tài)的研究[J].廣西植物,2007,27(3)：435-439.

[16］高德民,樊守金.姜品種葉片形態(tài)學(xué)研究[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報,2007,15(4)：324-332.

[17］賈成森,徐增萊,程樹兵,等.山藥不同種質(zhì)資源的葉下表皮微形態(tài)研究[J].廣西植物,2009,29(5)：607-613.

[18］蔣道松,周樸華,梁曾恩妮,等.盾葉薯蕷四倍體與二倍體葉表皮及氣孔器顯微結(jié)構(gòu)的比較[J].廣西植物,2008,28(4)： 427-430,450.

[19］杭悅宇.中藥萆薢的原植物、鑒定及質(zhì)量評價研究[D].南京：中國藥科大學(xué)生藥學(xué)院,2007：48-55.

[20］鄭玉紅.中國薯蕷屬周生翅組的系統(tǒng)學(xué)研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,2006：11-82.

[21］史德榮.中國薯蕷屬復(fù)葉類群的系統(tǒng)學(xué)研究[D].南京：江蘇省·中國科學(xué)院植物研究所,2006：22-23.

[22］凌萍萍,吳竹君,秦慧貞.薯蕷屬(DioscoreaL.)葉表皮氣孔類型在分類上的意義[M]∥南京中山植物園研究論文集編輯組.南京中山植物園研究論文集：1981.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1982：9-16.

[23］Harris JG,HarrisM W.圖解植物學(xué)詞典[M].王宇飛,趙良成,馮廣平,等,譯.北京：科學(xué)出版社,2001：277-302.

[24］Baranova M.Princip les of comparative stom atographic studies of flowering p lants[J].The BotanicalReview,1992,58(1)：49-99.