趙廖成,于 宏,沈愛民,吳雪惠,唐 明*

(1 江西農業(yè)大學 林學院,南昌 330045; 2 上饒市林業(yè)科學研究所,江西上饒 334000)

莢蒾屬(ViburnumL.)隸屬于五?；?Adoxaceae),該屬植物一般為灌木或小喬木,落葉或常綠[1]。本屬植物全世界約有 200 種,主要分布于南美洲(溫帶和亞熱帶地區(qū))和亞洲,中國是莢蒾屬植物主要分布區(qū)之一,原產 8 組 73 種(45 特有種)[2]。莢蒾屬植物在藥用[3]、觀賞[4-5]及環(huán)境保護[6]等方面都具有較高的經濟價值和開發(fā)價值。莢蒾屬是由瑞典植物分類學家林奈在1753年建立。建立之初,莢蒾屬隸屬于忍冬科(Caprifoliaceae),中國分類學者徐柄聲在《中國植物志》(第七十二卷)忍冬科[1]中采納該觀點,首次系統(tǒng)地描述了中國莢蒾屬植物,并發(fā)表莢蒾屬1新組和若干新種[7-8]。得益于分子數(shù)據(jù)庫的擴張和測序技術的發(fā)展,人們對莢蒾屬的系統(tǒng)發(fā)育位置有了更深刻的認識。1997年Backlund等通過rbcL基因對川續(xù)斷目的系統(tǒng)發(fā)育關系進行了研究[9],認為忍冬科中的莢蒾屬不屬于川續(xù)斷目而屬于茜草目,且與五福花科具有緊密的親緣關系,建議將莢蒾屬并入五?；啤钣H二同意將莢蒾屬并入五?；频挠^點,并于FloraofChina(第十九卷)五?；浦袑χ袊v蒾屬進行全面修訂[2]。但是,由于中國莢蒾屬植物的形態(tài)特征及其復雜,且相關解剖學資料不足,相似種的鑒定工作依然存在困難,例如齒葉組中的宜昌莢蒾(ViburnumerosumThunb.)和茶莢蒾(V.setigerumHance)等。

植物分類群間的系統(tǒng)學關系在葉表皮形態(tài)(包括上下表皮細胞、氣孔形態(tài)等)上能得到一定程度的反應,眾多研究表明該性狀在分類學上具有重要意義[10-13]。

目前,已有學者對莢蒾屬植物葉表皮微形態(tài)進行了研究,如王建皓等[14]利用光學顯微鏡研究了臺灣15種莢蒾屬植物的葉表皮特征,結果表明莢蒾屬植物的葉表皮細胞形態(tài)、氣孔大小和密度及垂周壁式樣在大部分種間有明顯差異,可作為種間鑒定和分類的重要依據(jù)。Beyazoglu等[15]對土耳其3種莢蒾屬植物的葉表皮進行研究,結果表明氣孔均分布在下表皮,氣孔器均為不規(guī)則型。邢全等[16-17]利用光學顯微鏡觀察蒙古莢蒾Viburnummongolicum(Pall.) Rehd.和皺葉莢蒾V.rhytidophyllumHemsl.的葉片結構和解剖結構特征,得出蒙古莢蒾與皺葉莢蒾葉片形態(tài)和解剖結構與其生態(tài)適應性之間具有很強的相關性,為其引種馴化工作提供幫助。整體看來,莢蒾屬葉表皮微形態(tài)的研究僅局限于光學顯微鏡,尚未涉及掃描電鏡下的葉表皮微形態(tài)研究,該部分資料需要補充完善。本研究利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡,對6組21種國產莢蒾屬植物的葉表皮微形態(tài)進行觀察和比較,進一步完善莢蒾屬植物的微形態(tài)資料,為探討莢蒾屬的分類和系統(tǒng)發(fā)育關系提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材 料

研究材料均為野外采樣時封裝于分子袋中的葉片干燥材料,包括中國莢蒾屬植物6組21種(表1)。

表1 材料來源

1.2 方 法

1.2.1 葉表皮制片與觀察

取材:每份材料取成熟葉片主脈附近的部分(方便撕取葉表皮),將葉片剪成1 cm2左右的小塊。

水浴:將剪好的材料放進西林瓶中,加入蒸餾水使其沒過葉片,放入水浴鍋90 ℃加熱約30 min。

透明:將水浴后的材料轉入NaClO(5%)溶液浸泡 8～12 h,至葉肉變白后取出。

制片:將透明后的材料用蒸餾水漂洗2次,放置在體視鏡下剝取葉片的上下表皮,最后用改良苯酚品紅溶液染色,制成水裝片。

鏡檢:水制片置于40倍光鏡下觀察并拍照。為了檢查葉表皮形態(tài)性狀的變化,每個材料都選擇不同的個體上5枚葉片進行觀察,并測量氣孔的大小、統(tǒng)計的氣孔數(shù)量。垂周壁式樣、細胞形狀以及氣孔器形狀和類型標準參考文獻[21-23]。

1.2.2 氣孔器掃描電鏡觀察

用小刷子蘸取少量無水酒精擦拭葉片表面灰塵,然后使用雙面刀片將具毛的葉片進行去毛處理,之后沿葉片中間的主脈兩側切成0.5 cm×0.5 cm左右的小塊,置入瓶中加入蒸餾水使水沒過葉片,放入超聲波振蕩清洗,1 h后取出材料,使其自然干燥后用雙面膠粘貼于樣品臺上,經過10 min噴金,在掃描電鏡下進行觀察和拍照,觀察氣孔。利用分析軟件 Image J 1.8(National Institutes of Health, http: //imagej.nih.gov/ij/)測量氣孔的大小和密度,觀察氣孔形態(tài),而后用Photoshop CS 5.1進行圖片排版。氣孔外拱蓋內緣形態(tài)、外圍角質紋飾等類型標準參考文獻[18-20]。

2 觀察結果

2.1 葉表皮形態(tài)特征

表2給出了所觀察種葉表皮的細胞形狀、垂周壁式樣等具體數(shù)據(jù)。

表2 莢蒾屬植物葉表皮細胞特征

2.1.1 葉表皮細胞形態(tài)

所觀察的植物葉表皮細胞形狀普遍呈多邊形或無規(guī)則形,其中大部分種的上表皮細胞形狀這2種形態(tài)皆有,以無規(guī)則形為主。其中,茶莢蒾(圖版Ⅰ,A-C)、黑果莢蒾(圖版Ⅰ,D-E)、樺葉莢蒾(圖版Ⅰ,F)、瓊花(圖版Ⅰ,G)、莢蒾(圖版Ⅰ,I)、珍珠莢蒾(圖版Ⅰ,J)、臭莢蒾(圖版Ⅰ,K)、和宜昌莢蒾(圖版Ⅰ,L)、水紅木(圖版Ⅱ,A)、繡球莢蒾(圖版Ⅱ,B)、金佛山莢蒾(圖版Ⅱ,C)、球核莢蒾(圖版Ⅱ,D)、皺葉莢蒾(圖版Ⅱ,E)、紅莢蒾(圖版Ⅱ,F)、漾濞莢蒾(圖版Ⅱ,G)、日本珊瑚樹(圖版Ⅱ,H)、蝴蝶戲珠花(圖版Ⅱ,I)、藍黑果莢蒾(圖版Ⅱ,J)、厚絨莢蒾(圖版Ⅱ,L)19種上表皮細胞形狀為無規(guī)則形;金腺莢蒾(圖版Ⅰ,H)和粉團(圖版Ⅱ,K)2種上表皮細胞形狀為多邊形。21種莢蒾屬植物葉下表皮細胞形狀均為無規(guī)則形。

2.1.2 葉表皮垂周壁式樣

如表2所示,所觀察種的葉表皮垂周壁式樣主要有平直狀、淺波狀、波狀和深波狀4種。上表皮的垂周壁式樣有淺波狀、波狀和平直狀3種,少數(shù)為深波狀,下表皮的垂周壁式樣有淺波狀和深波狀2種,少數(shù)為波狀,無平直狀。

(1)上表皮垂周壁式樣

在齒葉組8種植物的上表皮垂周壁式樣中,茶莢蒾(圖版Ⅰ,A-C)和黑果莢蒾(圖版Ⅰ,D-E)均觀察到淺波狀、波狀和深波狀3種式樣;樺葉莢蒾(圖版Ⅰ,F)觀察到淺波狀和波狀2種式樣;莢蒾(圖版Ⅰ,I)觀察到波狀和深波狀2種式樣;臭莢蒾(圖版Ⅰ,K)只觀察到深波狀2種式樣;珍珠莢蒾(圖版Ⅰ,J)和宜昌莢蒾(圖版Ⅰ,L)均只觀察到淺波狀1種式樣;金腺莢蒾(圖版Ⅰ,H)只觀察到平直狀1種式樣。

在裸芽組4種植物的上表皮垂周壁式樣中,金佛山莢蒾(圖版Ⅱ,C)、繡球莢蒾(圖版Ⅱ,B)及其變型瓊花(圖版Ⅱ,G)均觀察到淺波狀和波狀2種式樣;皺葉莢蒾(圖版Ⅱ,D)觀察到平直狀和淺波狀2種式樣。

在圓錐組4種植物的上表皮垂周壁式樣中,該組2種植物上表皮垂周壁式樣較為單一。

紅莢蒾(圖版Ⅱ,F)只觀察到淺波狀1種式樣;漾濞莢蒾(圖版Ⅱ,G)只觀察到深波狀1種式樣。而日本珊瑚樹(圖版Ⅱ,H)觀察到平直狀和淺波狀2種式樣。

在蝶花組2種植物的上表皮垂周壁式樣中,粉團(圖版Ⅱ,K)只觀察到平直狀1種式樣,而其變型蝴蝶戲珠花(圖版Ⅱ,I)則觀察到淺波狀、波狀2種式樣。

在大葉組2種植物的上表皮垂周壁式樣中,水紅木(圖版Ⅱ,A)觀察到平直狀和淺波狀2種式樣;厚絨莢蒾(圖版Ⅱ,L)則觀察到淺波狀、波狀2種式樣。

在球核組2種植物的上表皮垂周壁式樣中:球核莢蒾(圖版Ⅱ,D)觀察到平直狀和淺波狀2種式樣;藍黑果莢蒾(圖版Ⅱ,J)只觀察到波狀1種式樣。

(2)下表皮垂周壁式樣

在齒葉組8種植物的下表皮垂周壁式樣中:茶莢蒾(圖版Ⅲ,A)、黑果莢蒾(圖版Ⅲ,B)、莢蒾(圖版Ⅲ,F)宜昌莢蒾(圖版Ⅲ,I)均觀察到波狀和深波狀2種式樣;樺葉莢蒾(圖版Ⅲ,C)和珍珠莢蒾(圖版Ⅲ,G)均只觀察到淺波狀1種式樣;金腺莢蒾(圖版Ⅲ,E)和臭莢蒾(圖版Ⅲ,H)只觀察到深波狀1種式樣。

在裸芽組4種植物的下表皮垂周壁式樣中:繡球莢蒾(圖版Ⅲ,K)和金佛山莢蒾(圖版Ⅲ,L)均觀察到淺波狀和波狀2種式樣;皺葉莢蒾(圖版Ⅳ,B)只觀察到淺波狀1種式樣;瓊花(圖版Ⅲ,D)則只觀察到深波狀1種式樣。

在圓錐組3種植物的下表皮垂周壁式樣中:漾濞莢蒾(圖版Ⅳ,D)和日本珊瑚樹(圖版Ⅳ,E)均只觀察到深波狀式樣;而紅莢蒾(圖版Ⅳ,C)只觀察到波狀1種式樣。

在蝶花組2種植物的下表皮垂周壁式樣中:粉團(圖版Ⅳ,H)及其變型蝴蝶戲珠花(圖版Ⅳ,F)均只觀察到深波狀1種式樣。

在大葉組2種植物的下表皮垂周壁式樣中:水紅木(圖版Ⅲ,J)只觀察到淺波狀1種式樣;厚絨莢蒾(圖版Ⅳ,I)觀察到波狀、深波狀2種式樣。

在球核組2種植物的下表皮垂周壁式樣中:球核莢蒾(圖版Ⅳ,A)和藍黑果莢蒾(圖版Ⅳ,G)均只觀察到淺波狀1種式樣。值得一提的是,所觀察材料的下表皮垂周壁式樣均無平直狀。

2.2 氣孔形態(tài)特征

表3給出了所觀察種氣孔和氣孔器的具體數(shù)據(jù)。包括氣孔形態(tài)、大小、密度、氣孔器類型和外圍角質層紋飾等具體數(shù)據(jù)。

表3 莢蒾屬植物葉的氣孔特征

2.2.1 光學顯微鏡下氣孔的形態(tài)特征

在光學顯微鏡下觀察了莢蒾屬植物葉片,發(fā)現(xiàn)氣孔均只分布在下表皮,呈現(xiàn)為單個的不規(guī)則隨機排列。由表3可知,莢蒾屬植物氣孔形狀有近圓形和橢圓形2種類型,氣孔器類型有無規(guī)則型、平列型和不等型3種類型,其中大多數(shù)為平列型,少數(shù)為無規(guī)則型和不等型,不等型僅1種為粉團(圖版Ⅳ,H)。本次觀察的種類中,氣孔大小在個別種類間差異較明顯,長度在17.90 μm～37.84 μm之間,寬度在14.57 μm～32.44 μm之間。中繡球莢蒾(圖版Ⅲ,K)的氣孔最大,為 36.89 μm×32.44 μm,氣孔最小的為蝴蝶戲珠花(圖版Ⅳ,F),只有19.74 μm×14.57 μm。本次觀察的種類中,氣孔密度大多在100～400個/mm2,少數(shù)種如黑果莢蒾(圖版Ⅲ,B)、珍珠莢蒾(圖版Ⅲ,G)和水紅木(圖版Ⅲ,J)均在400個/mm2以上。其中黑果莢蒾(圖版Ⅲ,B)的氣孔密度最大,為433個/mm2,氣孔密度最小的種是粉團(圖版Ⅳ,H),為125個/mm2。

2.2.2 掃描電鏡下氣孔器特征

在掃描電鏡下觀察本次研究的21種中國莢蒾屬植物,氣孔器外拱蓋內緣的形態(tài)有三類:近平滑、波狀和淺波狀。其中,茶莢蒾(圖版Ⅴ,A)、黑果莢蒾(圖版Ⅴ,B)、珍珠莢蒾(圖版Ⅴ,G)、紅莢蒾(圖版Ⅵ,B)、漾濞莢蒾(圖版Ⅵ,C)和瓊花(圖版Ⅴ,J)6種植物的氣孔外拱蓋內緣為近平滑;繡球莢蒾(圖版Ⅴ,K)、皺葉莢蒾(圖版Ⅵ,A)、厚絨莢蒾(圖版Ⅵ,G-H)和藍黑果莢蒾(圖版Ⅵ,L)4種植物的氣孔外拱蓋內緣為波狀;其他種均為淺波狀。茶莢蒾、黑果莢蒾、珍珠莢蒾、瓊花(圖版Ⅴ,J)、繡球莢蒾、金佛山莢蒾(圖版Ⅴ,L)等9種植物的氣孔器周圍具有明顯的環(huán)狀外緣角質紋飾,而樺葉莢蒾(圖版Ⅴ,C)、金腺莢蒾(圖版Ⅴ,D-E)、莢蒾(圖版Ⅴ,F)、臭莢蒾(圖版Ⅴ,H)、宜昌莢蒾(圖版Ⅴ,I)等11種植物的氣孔器環(huán)狀外緣不明顯。

此次所觀察的植物氣孔器外圍角質層紋飾的多樣化程度較高,因此根據(jù)其角質層紋飾特點將其分為4類:(1)具脊狀隆起,包括珍珠莢蒾、紅莢蒾、水紅木(圖版Ⅵ,I-J)、厚絨莢蒾、球核莢蒾(圖版Ⅵ,K)和藍黑果莢蒾;(2)具條狀隆起,包括黑果莢蒾和漾濞莢蒾;(3)具少量條狀或脊狀隆起,包括金腺莢蒾、莢蒾、臭莢蒾、宜昌莢蒾、日本珊瑚樹(圖版Ⅵ,D)、蝴蝶戲珠花(圖版Ⅵ,E)和粉團(圖版Ⅵ,F);(4)同時具脊狀和條狀隆起,包括茶莢蒾、樺葉莢蒾、瓊花、繡球莢蒾、金佛山莢蒾、皺葉莢蒾。

3 討 論

由以上結果可知,莢蒾屬植物葉片微形態(tài)特征變化大。種與種之間在葉表皮細胞形狀、垂周壁式樣、氣孔大小及密度和氣孔器外圍角質層紋飾等幾個方面差別明顯,這些特征對莢蒾屬植物種間鑒定具有重要作用。

3.1 莢蒾屬植物葉表皮細胞的分類學意義

許多研究表明,植物葉表皮特征是種間鑒定的重要依據(jù),在某些分類關系不確定的類群中具有重要的分類學意義[21-22]。本研究結果顯示,在21種供試材料中,只有金腺莢蒾和粉團上表皮細胞形狀為多邊形,其余19種均為無規(guī)則形;而下表皮細胞形狀則全為不規(guī)則形,且垂周壁式樣較上表皮更加穩(wěn)定。王建皓等[14]利用光學顯微鏡對臺灣莢蒾屬15種植物的葉表皮微形態(tài)進行研究,認為莢蒾屬植物葉表皮細胞均為無規(guī)則形,垂周壁式樣為平直或波狀。綜合來看,2次試驗都表明表皮細胞垂周壁式樣為平直或波狀,下表皮細胞為無規(guī)則形,但本次研究表明莢蒾屬植物葉上表皮細胞存在多邊形,如粉團和金腺莢蒾,這2種植物不在王建皓等人的研究范圍。本試驗材料涉及莢蒾屬6組21種,更為全面地對莢蒾屬植物葉表皮微形態(tài)特征進行了研究,為莢蒾屬植物系統(tǒng)發(fā)育研究提供了重要的理論依據(jù)。例如,在種內關系最復雜的齒葉組中,8種植物材料只有金腺莢蒾的上表皮細胞形狀為多邊形、垂周壁式樣為平直狀,可以很好地與本組其他種區(qū)分。皺葉莢蒾葉上表皮垂周壁式樣為平直狀,和金佛山莢蒾的波狀式樣差別非常大,這一特征可以區(qū)分這2個相似種。此外,葉表皮垂周壁式樣在個別種內也具有分類價值,如臭莢蒾的上下表皮細胞垂周壁式均為深波狀,而其變種珍珠莢蒾則均為淺波狀,前者表皮細胞波狀更加明顯,根據(jù)這一特征可以較好劃分其種內關系。因此,莢蒾屬植物葉表皮特征可作為該屬種間鑒定的依據(jù)。

3.2 莢蒾屬植物氣孔器特征的分類學意義

氣孔是植物體與外界環(huán)境進行氣體和水分交換的重要器官,對植物的光合作用和蒸騰作用具有重要的意義,許多研究人員也將氣孔器特征運用到植物的分類中,并得到廣泛認可[23-24]。本研究表明,莢蒾屬植物葉片上表皮無氣孔分布,均分布在下表皮,形狀為橢圓形或近圓形;氣孔器類型為不定型、平列型和無規(guī)則型,這與王建皓等人的研究結果[14]一致,但他們并沒有利用掃描電鏡觀察氣孔器的形態(tài)特征。

雙子葉植物的氣孔器類型穩(wěn)定,在植物分類方面具有一定鑒定價值[25]。結合王建皓等人和本次試驗研究結果,筆者認為莢蒾屬植物氣孔器類型較為穩(wěn)定,如莢蒾、瓊花、繡球莢蒾和蝴蝶戲珠花的氣孔器類型均為無規(guī)則型,粉團則為不等型,其他16種植物的氣孔器類型均為平列型。莢蒾屬植物的氣孔器外拱蓋內緣在種內較為穩(wěn)定,如臭莢蒾及其變種珍珠莢蒾,前者氣孔器外拱蓋內緣為淺波狀,后者為近平滑;繡球莢蒾的氣孔器外拱蓋內緣為波狀,而其變型瓊花為近平滑狀。莢蒾屬植物的氣孔器外圍角質層紋飾也可以將個別種區(qū)分開來,如齒葉組中的相似種茶莢蒾和宜昌莢蒾,前者氣孔器環(huán)狀外緣明顯、具明顯條狀和脊狀隆起,而后者環(huán)狀外緣不明顯、具少量條狀隆起。此外,莢蒾屬各個種間的氣孔大小和密度都各不相同,例如氣孔最小的種是蝴蝶戲珠花(19.74 μm×14.57 μm),最大的種是繡球莢蒾(36.89 μm×32.44 μm),氣孔密度最小的種是粉團(125個/mm2),最大的種是黑果莢蒾(433個/mm2)。這些都說明莢蒾屬植物種間氣孔特征差異是明顯的,可以作為該屬種間鑒定的重要標準。

3.3 莢蒾屬植物葉表皮微形態(tài)特征反映的種間親緣關系

從研究的21種中國莢蒾屬植物的葉表皮微形態(tài)特征反映的種間親緣關系來看,有些和以外部形態(tài)特征為基礎的傳統(tǒng)分類學結果一致,但也存在相悖的情況。如莢蒾、瓊花、繡球莢蒾和蝴蝶戲珠花,它們的上下表皮細胞形狀均為無規(guī)則形、氣孔器類型均為不規(guī)則型,但它們的外部形態(tài)特征差異非常大,和傳統(tǒng)分類結果不一致。Yang在FloraofChina中將蝴蝶戲珠花從粉團的變種降級為變型[2],根據(jù)本研究結果,蝴蝶戲珠花上表皮細胞為無規(guī)則形、氣孔器類型為無規(guī)則型,粉團上表皮細胞為多邊形、氣孔器類型為不等型,二者的氣孔器大小和密度和粉團差異也很大,說明它們的葉表皮形態(tài)特征差異明顯,因此不支持將蝴蝶戲珠花降級為變形,這和傳統(tǒng)分類結果不一致。一些學者[24]認為植物葉表皮細胞垂周壁式樣的演化趨勢是由平直到淺波狀再到深波狀。根據(jù)本次試驗結果,球核組在本屬應分化較早,較為原始,而齒葉組則為較進化的組,這也與Clement等[26]和Donoghue等[27]的結論一致,說明葉表皮微形態(tài)特征與外部形態(tài)特征和分子證據(jù)之間具有相似性。狄維忠等[28]在對莢蒾屬的孢粉學研究中,認為皺葉莢蒾和金佛山莢蒾的花粉表面紋飾為不明顯網(wǎng)狀,較為平坦,而在二者的葉表皮特征中,皺葉莢蒾上表皮垂周壁式樣為平直狀,而金佛山莢蒾為淺波狀和波狀,且它們的氣孔大小和密度也有差異,說明花粉形態(tài)特征和葉表皮形態(tài)特征進化程度不一致?？傮w而言,莢蒾屬葉表皮形態(tài)特征在某些程度上還不能全面揭示類群內部的分類關系,但是其在種間較為穩(wěn)定,能夠彌補傳統(tǒng)分類水平上所不能解釋的種間親緣關系問題,具有重要的分類學意義。