石文婷，吳保歡，黃文鑫，劉朝玉，崔大方*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.東莞植物園，廣東 東莞 523079)

李屬(廣義)(Prunus sensu lato)植物在以往的分類系統(tǒng)中隸屬于薔薇科扁桃亞科(Subfam.Amygdaloideae)，如今在新提出的薔薇科分類系統(tǒng)中被歸入繡線菊亞科(Subfam.Spiraeoideae)桃族(tribe Amygdaleae)，包括狹義李屬(Prunus sensu stricto)、扁桃屬(Amygdalus)、杏屬(Armeniaca)、櫻屬(Cerasus)、稠李屬(Padus)、桂櫻屬(Laurocerasus)、臭櫻屬(Maddenia)和臀果木屬(Pygeum)等類群，由200～250個(gè)種組成，多為核果類落葉喬木或灌木，廣泛分布于北半球溫帶地區(qū)，以北美、歐洲和亞洲北部為主要分布地，但也有常綠的熱帶種類[1—2]。其生境多樣，從氣候干燥的溫帶地區(qū)到較為濕潤的亞熱帶、熱帶地區(qū)，從寒冷的高山地帶到氣候溫和的低海拔區(qū)域皆有分布[3]。

李屬(廣義)植物分類最早可追溯到 1700年，Tournefort和Jussieu[4]基于果實(shí)形態(tài)記錄了Prunus、Armeniaca、Cerasus、Amygdalus、Persica 和Laurocerasus 等6個(gè)屬。1737年Linnaeus[5]在其著作Hortus Cliffortianus中將該類群劃分為4個(gè)屬：Amygdalus(包括 Persica)，Prunus(包括 Armeniaca)，Cerasus和 Padus(包括 Laurocerasus)；1753年又重新調(diào)整為 2個(gè)屬[6]：Amygdalus和 Prunus(包括Armeniaca、Cerasus、Padus和 Laurocerasus)。1865年，Bentham 和 Hooker[7]首先提出李屬(廣義)的概念，將薔薇科所有核果類植物合并為李屬(廣義，Prunus sensu lato)，而在屬以下分為 7個(gè)組。1893年，Koehne[8]則將這個(gè)大屬下分為7個(gè)亞屬。

兩百多年來，一些學(xué)者選擇沿用 Tournefort和Linnaeus 的小屬概念，將扁桃亞科核果類群劃分為3～8個(gè)屬，但每個(gè)屬的范圍也存在差異[9—15]；有一些學(xué)者則傾向于使用大屬的概念，如Rehder[16]主要基于花序和內(nèi)果皮特征將桃族除臭櫻屬(Maddenia)和臀果木屬(Pygeum)以外的其他種類都置于李屬(廣義)，下分李亞屬(subg.Prunophora)、桃亞屬(subg.Amygdalus)、櫻亞屬(subg.Cerasus)、稠李亞屬(subg.Padus)和桂櫻亞屬(subg.Laurocerasus)，這種分類處理廣為歐美學(xué)者接受。1965年，Kalkman[17]進(jìn)一步擴(kuò)大了李屬(廣義)的范圍，將在熱帶廣泛分布的臀果木屬也納入桂櫻亞屬內(nèi)。

隨著分子系統(tǒng)學(xué)的深入研究[18—23]，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)李屬(廣義)在系統(tǒng)發(fā)育樹上形成單系，李屬(廣義)所包含的范圍也逐漸確定，現(xiàn)在被一致認(rèn)同的類群有單花類群(桃、杏、李類)、傘形花序類群(典型櫻類)以及總狀花序類群(臭櫻、稠李、桂櫻、臀果木類)。

果實(shí)表皮微形態(tài)特征在種子植物分類和系統(tǒng)演化研究中具有一定的參考價(jià)值[24—27]?；趯?5000種種子植物表皮特征的掃描電鏡觀察，Barthlott[24]認(rèn)為植物表皮特征受環(huán)境飾變小，其高度的結(jié)構(gòu)多樣性可為種間和科級水平分類提供依據(jù)。張勇等[25]對薔薇科委陵菜屬(Potentilla) 32種及變種的果實(shí)形態(tài)進(jìn)行解剖研究，發(fā)現(xiàn)電鏡下的果皮表面紋飾對該屬植物分類具有較重要的價(jià)值。章黎黎等[26]探討了蘋果屬(Malus)植物果實(shí)表皮微形態(tài)特征及其系統(tǒng)演化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)蘋果屬植物果實(shí)表皮細(xì)胞大小、細(xì)胞間隙、表皮細(xì)胞紋飾等性狀具有不同程度的種間或組間差異，尤其是表皮細(xì)胞紋飾在各組間差異明顯，說明果實(shí)表皮微形態(tài)特征能對蘋果屬植物分類及系統(tǒng)評價(jià)提供有價(jià)值的信息。目前國內(nèi)外尚未見廣義李屬植物果實(shí)表皮微形態(tài)的研究。為此，本研究基于 17 種李屬(廣義)植物果實(shí)表皮微形態(tài)特征的觀察，尋求有分類學(xué)意義的果皮微形態(tài)特征，為進(jìn)一步研究該屬植物分類和系統(tǒng)演化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

果實(shí)表皮材料共17種(品種)，其中10種取自臘葉標(biāo)本的干燥果實(shí)，另外7種取自栽培果樹的新鮮果實(shí)(每個(gè)分類單位盡可能選取2份或以上不同采集地的標(biāo)本，表1中只列舉其中一份，每份標(biāo)本取 3枚果實(shí))。憑證標(biāo)本存放于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院樹木標(biāo)本室(CANT)，材料信息見表1。

1.2 方法

將干燥果實(shí)置于60 ℃恒溫水中浸泡1～3 h，待果實(shí)吸水發(fā)脹后，用離析法制作果實(shí)表皮裝片[28]。切割3～4片1 cm×0.5 cm大小的果皮(果實(shí)太小的則剝?nèi)≌麄€(gè)外果皮)，投入1 mL過氧化氫(30%)和1 mL冰醋酸等量混合離析液中，置于60 ℃恒溫箱中離析2～48 h(具體時(shí)間視材料而定)，待果肉與表皮分離時(shí)，用毛筆掃除殘留的果肉及洗盡酸液，挑選完整不帶果肉的透明表皮置于載玻片上，用1%番紅酒精溶液染色10～15 min，經(jīng)50%酒精脫色后，用50%甘油封片，在光學(xué)顯微鏡下觀察，選用染色效果良好的裝片用指甲油封片。在熒光倒置顯微鏡(Zeiss Axio Observer.Z1)下觀察拍照，物鏡20×和40×下各拍攝至少10張不同視野的照片，用蔡司Axio Vision圖像分析軟件處理圖片。表皮細(xì)胞和氣孔復(fù)合體等定性性狀描述參考Dilcher[29]的方法。定量性狀中，氣孔密度為物鏡20×下10個(gè)不同視野的均值，細(xì)胞面積和間隙、氣孔大小為物鏡40×下10個(gè)不同視野的均值。定量數(shù)據(jù)利用Digimizer程序測量。

表1 李屬(廣義)植物實(shí)驗(yàn)材料及憑證標(biāo)本Table 1 Species of investigation and voucher specimens of Prunus sensu lato

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)表皮細(xì)胞及表皮毛特征

通過觀察與測量數(shù)據(jù)，得到李屬(廣義)植物果實(shí)表皮細(xì)胞及表皮毛特征(表2，圖版Ⅰ、Ⅱ)。可以看出李屬(廣義)植物的果實(shí)表皮細(xì)胞形狀大多是較為規(guī)則的六邊形、五邊形、四邊形，少數(shù)為近圓形、半圓形或扇形。表皮細(xì)胞面積在屬下各類群之間存在一定的差異，如：油桃(Prunus persica var.nectarina)和毛櫻桃(Prunus tomentosa)、沼生矮櫻(Prunus jingningensis)、歐洲甜櫻桃(Prunus avium)的細(xì)胞面積較大，達(dá) 1000 μm2左右；其次是長圓臀果木(Prunus oblongum)，約 570 μm2；接著是杏組和李組的種類，在 200～400 μm2之間；銳齒臭櫻(Prunus incisoserrata)、臭櫻(Prunus hypoleuca)的細(xì)胞面積為242 μm2和 286 μm2；最后是2種稠李和2種桂櫻，均在160～190 μm2之間。細(xì)胞間隙、垂周壁式樣、細(xì)胞形狀三者之間均有一定的聯(lián)系。總體來說，較規(guī)則的多邊形細(xì)胞垂周壁多平直，排列較為緊密，不規(guī)則的近圓形細(xì)胞垂周壁多弓形，排列較為疏松。果表皮細(xì)胞的角質(zhì)層紋飾在屬下各類群中出現(xiàn)分化。桃組、杏組和李組的種類中均有較厚的角質(zhì)層，在桃組和李組中大多均勻分布，只有櫻桃李(Prunus cerasifera)為不均勻加厚。水蜜桃(Prunus persica)表皮毛周圍的表皮細(xì)胞出現(xiàn)條紋狀紋飾；杏(Prunus armeniaca)因密集的表皮毛而呈現(xiàn)更加明顯的條紋狀紋飾；李廣杏(Prunus armeniaca ‘Liguangxing’)的角質(zhì)層也較為均勻，但不完全覆蓋表皮細(xì)胞。2種矮櫻和歐洲甜櫻桃的角質(zhì)層紋飾為不均勻分布，點(diǎn)狀、局部嚼爛狀或條紋狀。2種稠李的角質(zhì)層較薄，也不均勻，其中短梗稠李(Prunus brachypoda)還出現(xiàn)小長方塊狀的晶體。2種桂櫻和長圓臀果木沒有明顯的角質(zhì)層紋飾，大葉桂櫻(Prunus zippeliana)部分氣孔器周邊有稀疏的點(diǎn)狀突起。另外，在17份材料中，只有水蜜桃、杏以及毛櫻桃存在表皮毛，均為單細(xì)胞毛。

表2 李屬(廣義)植物果實(shí)表皮細(xì)胞及表皮毛特征Table 2 The characteristics of the fruit epidermal cells and trichome of Prunus sensu lato

2.2 氣孔復(fù)合體特征

李屬(廣義)植物果實(shí)表皮氣孔復(fù)合體特征如表3及圖版Ⅰ、Ⅱ。李屬(廣義)植物的氣孔復(fù)合體多為無規(guī)則型至環(huán)狀圍繞型(僅長圓臀果木為平列型)；氣孔器為圓球形、寬橢球形或橢球形，氣孔器長寬比在1.0～1.6之間。氣孔器大小在屬下各類群之間的差異不大，只有2種桃與其他各類群之間差異明顯，其大小是其他各類群氣孔器的1～2倍。氣孔密度也存在一定的差異，2種杏的果表皮氣孔密集，29～35個(gè)·mm-2；桃組、李組的種類和歐洲甜櫻桃較為一致，為3～5個(gè)·mm-2；2種矮櫻、2種稠李和2種桂櫻表現(xiàn)出多樣性；長圓臀果木的果表皮氣孔密度只有1個(gè)·mm-2。氣孔周圍紋飾在屬下各類群中也出現(xiàn)分化。桃組和李組種類中氣孔器及周圍均覆蓋嚼爛狀蠟質(zhì)，歐洲李的蠟質(zhì)較少，且較為獨(dú)特的是其氣孔器兩側(cè)副衛(wèi)細(xì)胞的角質(zhì)加厚較為明顯。2種杏部分氣孔覆蓋蠟質(zhì)，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)緣稍加厚，氣孔器周圍具有與表皮細(xì)胞同類型的角質(zhì)紋飾，但程度有所加深。2種矮櫻和歐洲甜櫻桃氣孔周圍有不同范圍的角質(zhì)加厚，較為獨(dú)特的是毛櫻桃和歐洲甜櫻桃兩端有T形加厚，而沼生矮櫻個(gè)別氣孔中出現(xiàn)觸角狀蠟質(zhì)。2種臭櫻中保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)側(cè)加厚，氣孔周圍與表皮細(xì)胞一樣有點(diǎn)狀突起，2種稠李的保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)側(cè)也有不同程度的加厚。大葉桂櫻個(gè)別氣孔器周圍有少量的局部加厚，腺葉桂櫻(P.phaeosticta)部分氣孔器周圍有獨(dú)特的花環(huán)狀加厚。長圓臀果木氣孔器兩側(cè)副衛(wèi)細(xì)胞有不均勻加厚，與表皮細(xì)胞有所區(qū)別但區(qū)別不大。

表3 李屬(廣義)植物果實(shí)表皮氣孔復(fù)合體特征Table 3 The characteristics of stomatal complex on the fruit epidermis of Prunus sensu lato

3 討論與結(jié)論

3.1 果實(shí)表皮微形態(tài)在屬內(nèi)關(guān)系上的應(yīng)用

李屬(廣義)屬內(nèi)各類群在果實(shí)表皮某些性狀中存在一定的共性或表現(xiàn)出各自獨(dú)立的特征，如表皮細(xì)胞形狀和氣孔復(fù)合體類型。在氣孔復(fù)合體類型中，長圓臀果木出現(xiàn)了其他類群沒有的平列型。在氣孔形狀中，稠李類是一致的圓球形。在氣孔大小中，桃類的氣孔明顯較大。在氣孔密度中，杏類的氣孔更為密集。在氣孔周圍紋飾上，桂櫻類有獨(dú)特的花環(huán)狀加厚。這些果實(shí)表皮微形態(tài)特征可為李屬(廣義)植物果實(shí)的識別提供依據(jù)。

3.2 果實(shí)表皮微形態(tài)多樣性及其演化特征

李屬(廣義)植物的果實(shí)表皮微形態(tài)多樣，在屬內(nèi)各亞屬之間表現(xiàn)出過渡性和連續(xù)性。本研究所選的性狀中，表皮細(xì)胞垂周壁式樣和氣孔復(fù)合體類型表現(xiàn)出溫帶落葉類群(李亞屬、櫻亞屬及稠李亞屬的臭櫻類、稠李類等)的垂周壁式樣有從多弓形、少平直到平直或弓到多平直、少弓形的變化趨勢；氣孔復(fù)合體有從無規(guī)則到近環(huán)狀圍繞型到環(huán)狀圍繞型的變化趨勢，而亞熱帶、熱帶的常綠類群(稠李亞屬桂櫻類、臀果木類)中，桂櫻類的垂周壁更為平直，且極少為弓形，氣孔復(fù)合體為無規(guī)則至環(huán)狀圍繞型；然而長圓臀果木的垂周壁平直或弓，且有少數(shù)淺波狀，氣孔復(fù)合體出現(xiàn)平列型，明顯不同于其他類群。另外，果實(shí)表皮細(xì)胞角質(zhì)層在屬內(nèi)各類群中也出現(xiàn)分化規(guī)律，表現(xiàn)在溫帶落葉種類的角質(zhì)層較多或較厚，而亞熱帶、熱帶常綠種類的較少或較薄，較厚的角質(zhì)層可以降低植物表皮水分蒸發(fā)并適應(yīng)低溫干燥的環(huán)境，這是一種適應(yīng)溫帶氣候的特征，亞熱帶、熱帶地區(qū)的氣候較為濕潤，因而角質(zhì)層也逐漸變薄，這也是對生活環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。

東亞地區(qū)是李屬(廣義)植物的多樣性中心，化石證據(jù)表明李屬首先于始新世早期在亞洲和北美相繼出現(xiàn)，我國山東于始新世早期的粘土礦中發(fā)現(xiàn)了李屬植物內(nèi)果皮的化石[30]，這是李屬植物最早的化石記錄，而北美西部的溫帶地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了李屬植物的葉化石[31]。Chin等[22]對李屬(廣義)開展分子系統(tǒng)學(xué)和生物地理學(xué)研究，應(yīng)用 Bayes-DIVA方法推算得出，現(xiàn)代李屬在東亞已經(jīng)出現(xiàn)了大約6100萬年，而各主要譜系的分化可能是由始新世早期全球變暖所引發(fā)的，認(rèn)為溫帶落葉種類較亞熱帶、熱帶常綠種類古老，但這一推論似乎與 Shi等[20]的研究結(jié)果相沖突。在 Shi等[20]構(gòu)建的廣義李屬系統(tǒng)發(fā)育樹中，包含熱帶常綠種類和溫帶落葉種類的總狀花序類群先于傘形花序類群和單花類群分化出來，而后兩個(gè)類群由溫帶落葉種類組成。黃文鑫等[32]研究了廣義李屬植物的葉脈序特征，發(fā)現(xiàn)溫帶地區(qū)的廣義李屬植物葉片偏小，四、五級脈較密，游離端小脈較少，而亞熱帶–熱帶地區(qū)的桂櫻類和臀果木類葉片較大，四、五級脈不規(guī)則且較稀疏，游離端小脈較多。結(jié)合Chin等[22]的推測，認(rèn)為桂櫻類為廣義李屬植物從溫帶類型向熱帶類型演化的過渡類群，推測廣義李屬植物在由北溫帶向亞熱帶–熱帶遷移的過程中，葉脈密度逐漸減小，游離端小脈分支逐漸增加。結(jié)合地理分布來看，本研究也表現(xiàn)出李屬(廣義)植物在不同氣候帶之間存在過渡性演化特征。誠然，廣義李屬各譜系的演化方向尚無定論。但可以肯定的是，李屬(廣義)植物在不同氣候帶演化的進(jìn)程中，其果實(shí)表皮微形態(tài)也發(fā)生了相應(yīng)的形態(tài)適應(yīng)。

本研究對李屬(廣義)植物的果實(shí)表皮微形態(tài)特征進(jìn)行觀察。結(jié)果顯示，果實(shí)表皮微形態(tài)多樣，氣孔復(fù)合體類型、氣孔器形狀、氣孔大小、氣孔密度及氣孔周圍紋飾等在李屬(廣義)植物不同類群中表現(xiàn)出各自獨(dú)立的特點(diǎn)；一些性狀如表皮細(xì)胞垂周壁式樣、角質(zhì)層紋飾和氣孔復(fù)合體類型在屬內(nèi)各類群中出現(xiàn)分化規(guī)律，在各亞屬之間表現(xiàn)出過渡性和連續(xù)性。果實(shí)表皮微形態(tài)特征部分性狀可作為李屬(廣義)植物識別的依據(jù)。果實(shí)表皮微形態(tài)特征在各類群之間變化，反映出不同類群對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)。

圖版Ⅰ 李屬(廣義)植物果實(shí)表皮微形態(tài)Plate Ⅰ Micro-morphology of fruit epidermis of Prunus

圖版Ⅱ 李屬(廣義)植物果實(shí)表皮微形態(tài)Plate Ⅱ Micro-morphology of fruit epidermis of Prunus