諸葛菜屬及近緣類群(十字花科)的幼苗形態(tài)及其分類學(xué)意義

孫 莉，楊王偉，張 漪，金孝鋒

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

諸葛菜屬及近緣類群(十字花科)的幼苗形態(tài)及其分類學(xué)意義

孫 莉，楊王偉，張 漪，金孝鋒

(杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036)

對(duì)中國(guó)特有屬諸葛菜屬Orychophragmus4種植物及近緣的心葉碎米薺Cardaminelimprichtiana、大葉蔥芥Allariagrandifolia等的幼苗進(jìn)行了形態(tài)學(xué)觀察，并探討了分類學(xué)意義.結(jié)果表明：1)諸葛菜屬4種植物與心葉碎米薺、大葉蔥芥幼苗的子葉均對(duì)折，出土，其脈序?yàn)檎茽罹W(wǎng)脈，具側(cè)生一級(jí)至四級(jí)脈，諸葛菜O.violaceus、大葉蔥芥和心葉碎米薺3種具少數(shù)五級(jí)脈；2)在諸葛菜屬內(nèi)，諸葛菜的幼苗初生葉的毛被和子葉脈序與其他3種(湖北諸葛菜O.hupehensis、太白諸葛菜O.taibaiensis、鋪散諸葛菜O.diffusus)存在明顯差異，其中鋪散諸葛菜第二、第三真葉羽裂.諸葛菜的下胚軸長(zhǎng)度、直徑明顯長(zhǎng)于或粗于其他3種；3)心葉碎米薺、大葉蔥芥的幼苗與諸葛菜相似，但初生葉邊緣具圓齒而有別，與鋪散諸葛菜等3種在子葉脈序上差異較大，子葉與異堇葉碎米薺C.violifoliavar.diversifolia也有很大差別；4)全面觀察幼苗形態(tài)并結(jié)合形態(tài)特征、花粉微形態(tài)、體細(xì)胞染色體數(shù)和系統(tǒng)發(fā)育研究結(jié)果，不支持將鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜并入諸葛菜，也不支持將心葉碎米薺和大葉蔥芥歸入諸葛菜屬.

諸葛菜屬；心葉碎米薺；大葉蔥芥；十字花科；幼苗形態(tài)；分類學(xué)意義

十字花科Cruciferae有330余屬，約3 500種，主要分布于北溫帶，我國(guó)有102屬，400余種，南北各地均有分布[1-2].

諸葛菜屬OrychophragmusBunge是以諸葛菜O.violaceus為模式建立的，為中國(guó)特有的寡種屬[1,3].《中國(guó)植物志》十字花科中承認(rèn)我國(guó)有1種3變種，即諸葛菜O.violaceus及其變種湖北諸葛菜O.violaceusvar.hupehensis、缺刻葉諸葛菜var.intermedius和毛果諸葛菜var.lasiocarpus[1].譚仲明等[4]發(fā)表了太白諸葛菜O.taibaiensis和鋪散諸葛菜O.diffusus，并將湖北諸葛菜提升到種O.hupehensis.《四川植物志》[5]中承認(rèn)了諸葛菜和var.intermedius、var.lasiocarpus、var.hupehensis和同型葉諸葛菜var.homaeophyllus等5個(gè)變種.此外，吳金清和趙子恩[6]發(fā)表了新種秭歸諸葛菜O.ziguiensis.Al-Shehbaz等[3]對(duì)中國(guó)諸葛菜屬Orychophragmus作了修訂，結(jié)果只承認(rèn)2個(gè)種:其一是諸葛菜O.violaceus;其二是將產(chǎn)于我國(guó)華東(浙江和安徽)的心葉碎米薺Cardaminelimprichtiana歸入諸葛菜屬，組合為心葉諸葛菜O.limprichtianus(Pax) Al-Shehbaz & G. Yang.還將安爭(zhēng)夕[7]發(fā)表的大葉蔥芥Allariagrandifolia也歸并到O.limprichtianus中[3].《Flora of China》采納了Al-Shehbaz等的觀點(diǎn)，將諸葛菜的種下類群及鋪散諸葛菜、太白諸葛菜等皆歸并入諸葛菜[2].但周麗蓉等[8-9]對(duì)諸葛菜屬體細(xì)胞核型研究及ITS和matK序列分析，不支持將湖北諸葛菜和太白諸葛菜歸入諸葛菜中.可見(jiàn)，雖然Orychophragmus的種類并不多，但是其形態(tài)性狀的變異十分復(fù)雜，以致不同的研究結(jié)果竟有如此大的分歧.

個(gè)體發(fā)生是系統(tǒng)發(fā)育的簡(jiǎn)短重演，種子植物幼苗是種子個(gè)體發(fā)育的一個(gè)重要時(shí)期.植物幼苗的形態(tài)特征一定程度上能反映其祖先的特征，在研究物種形成和系統(tǒng)演化中具有重大意義[10]，可用于探討種類區(qū)別、屬內(nèi)種間關(guān)系、屬的演化關(guān)系等，如對(duì)常見(jiàn)十字花科田間雜草幼苗的比較[11]，菱屬Trapa不同種的幼苗觀察[12]，毛茛科、紅豆杉科、殼斗科各屬間幼苗的比較[13-15]等.對(duì)于種類不多、但種類劃分問(wèn)題突出的諸葛菜屬幼苗形態(tài)至今尚未有過(guò)研究.在對(duì)諸葛菜屬及其近緣類群花粉形態(tài)進(jìn)行觀察以后[16]，本研究以諸葛菜、太白諸葛菜、湖北諸葛菜、鋪散諸葛菜和近緣種心葉碎米薺、大葉蔥芥及異堇葉碎米薺C.violifoliavar.diversifolia(在浙江，以往根據(jù)形態(tài)特征認(rèn)為心葉碎米薺與異堇葉碎米薺最為接近[1]，因此對(duì)異菫葉碎米薺也進(jìn)行取樣觀察)為研究材料，觀察其子葉和幼苗的形態(tài)差異.旨在更加準(zhǔn)確地掌握諸葛菜屬內(nèi)種間的變異情況，并為種級(jí)劃分和種的界定提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

用于幼苗形態(tài)分析的各分類群來(lái)源詳見(jiàn)表1，其中湖北諸葛菜、太白諸葛菜、鋪散諸葛菜和大葉蔥芥采自模式標(biāo)本產(chǎn)地.采樣過(guò)程中按照隨機(jī)取樣原則，收集成熟的種子和壓制憑證標(biāo)本.

表1 材料來(lái)源Tab.1 Sources of the materials

1.2 種子萌發(fā)與形態(tài)特征的觀測(cè)和記錄

備用的種子播種于營(yíng)養(yǎng)土中，22 ℃恒溫培養(yǎng).對(duì)子葉期、初生葉期(第一片真葉期)、第二片真葉期和第三片真葉期的幼苗形態(tài)特征進(jìn)行觀測(cè)和記錄，每個(gè)種每個(gè)觀察時(shí)期取10個(gè)個(gè)體觀察、測(cè)量并制成臘葉標(biāo)本.每個(gè)種第三片真葉期以后取樣多余的個(gè)體則任其生長(zhǎng)，直至開(kāi)花結(jié)實(shí)，用于觀察莖生葉、花部和角果形態(tài).子葉用7%的NaOH溶液透明至黃白色，再用亞甲基藍(lán)染色1～2 min，置于Zeiss LK1500LCD體式顯微鏡下觀察并拍照.

1.3 數(shù)據(jù)整理和描述

幼苗下胚軸長(zhǎng)度和直徑在初生葉長(zhǎng)出后會(huì)迅速伸長(zhǎng)，變異較大，其長(zhǎng)度和直徑數(shù)據(jù)主要在播種后子葉剛出土而未開(kāi)展時(shí)進(jìn)行測(cè)量，所得數(shù)據(jù)用SPSS 11.5處理分析.幼苗的形態(tài)學(xué)術(shù)語(yǔ)主要根據(jù)《圖解植物學(xué)詞典》中的葉形[17]描述，子葉脈序術(shù)語(yǔ)主要根據(jù)柴燕等[11]和梁彥等[13]描述.

2 結(jié) 果

2.1 幼苗形態(tài)

7種植物(共8個(gè)材料)的幼苗形態(tài)詳見(jiàn)表1.異堇葉碎米薺胚根緣依子葉，諸葛菜屬、大葉蔥芥、心葉碎米薺子葉對(duì)折(圖1).在萌發(fā)時(shí)，下胚軸伸長(zhǎng)，子葉出土，片狀，有居間生長(zhǎng)，為吸收兼光合型子葉，上胚軸不伸長(zhǎng)，按照季祥彪和葉能干[10]對(duì)雙子葉植物幼苗的劃分，為蠟梅型.子葉新鮮時(shí)肉質(zhì)，干后厚紙質(zhì)，形狀為近圓形、長(zhǎng)圓形或倒卵圓形，在異堇葉碎米薺、鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜中變異較大；子葉先端除異堇葉碎米薺為圓鈍外，其余材料為淺凹；所有材料子葉大多無(wú)毛，諸葛菜的子葉有時(shí)疏被毛(圖1).

表2 諸葛菜屬4種及近緣2種1變種的幼苗形態(tài)特征Tab.2 Morphological characters of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa

A諸葛菜(子葉對(duì)折)；B大葉蔥芥(子葉與下胚軸)；C湖北諸葛菜(子葉形態(tài))；D心葉碎米薺 (子葉與初生葉);E太白諸葛菜(子葉與兩枚真葉);F諸葛菜(子葉與初生葉);G鋪散諸葛菜(第二真葉羽裂);H鋪散諸葛菜(第二、三真葉羽裂). 比例尺 1 cm.圖1 諸葛菜屬及近緣類群的幼苗形態(tài)Fig.1 Seedling morphology of Orychophragmus and the related taxa

初生葉(第一真葉)大多為心形，其中太白諸葛菜和異堇葉碎米薺為腎圓形；邊緣具齒，其中諸葛菜、太白諸葛菜、湖北諸葛菜為鋸齒，心葉碎米薺、大葉蔥芥為圓齒，異堇葉碎米薺為波狀齒；除鋪散諸葛菜無(wú)毛外，諸葛菜、心葉碎米薺、大葉蔥芥均密被白色柔毛，太白諸葛菜、湖北諸葛菜、異堇葉碎米薺則疏被白色柔毛.第二真葉較初生葉大，形態(tài)和毛被大多相似，但鋪散諸葛菜有時(shí)羽裂.第三真葉較第二真葉更大，鋪散諸葛菜為羽裂，其余種類均為單葉(圖1).

2.2 幼苗子葉脈序

所有材料的子葉脈序特征詳見(jiàn)表3和圖2.7種植物的脈序均為掌狀網(wǎng)脈，在子葉頂端聚集.異堇葉碎米薺與其他種類的差異較大，側(cè)生一級(jí)脈2條對(duì)生，其他種類4～6條不等，不對(duì)生；二級(jí)脈常結(jié)環(huán)、分支，但在異堇葉碎米薺中不結(jié)環(huán)；三級(jí)脈較多，大多結(jié)環(huán)，在異堇葉碎米薺中少，分支；四級(jí)脈在諸葛菜、心葉碎米薺、大葉蔥芥中較多，結(jié)環(huán)、分支，鋪散諸葛菜和湖北諸葛菜四級(jí)脈較少，結(jié)環(huán)、分支，太白諸葛菜四級(jí)脈也較少，不結(jié)環(huán)，異堇葉碎米薺無(wú)四級(jí)脈；具五級(jí)脈的種類僅諸葛菜、心葉碎米薺和大葉蔥芥.

3 討 論

3.1 諸葛菜屬植物幼苗的形態(tài)特征

從幼苗形態(tài)看，諸葛菜屬植物(包括諸葛菜、鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜)具有較為一致的特征.其種子萌發(fā)時(shí)下胚軸伸長(zhǎng)，上胚軸不伸長(zhǎng)；子葉對(duì)折，出土，近圓形或長(zhǎng)圓形，先端微凹，吸收兼光合型，常無(wú)毛，或有時(shí)疏被毛；子葉脈序?yàn)檎茽罹W(wǎng)脈，中脈明顯，側(cè)生一級(jí)脈多條，不成對(duì)，具二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)脈，僅諸葛菜具數(shù)量較少的五級(jí)脈.初生葉心形或腎圓形，具鋸齒或圓齒，密被毛或疏被毛，稀無(wú)毛；第二真葉和第三真葉常為單葉.與十字花科其他屬如薺菜屬Capsella、獨(dú)行菜屬Lepidium、播娘蒿屬Descurainia、蕓薹屬Brassica等幼苗[11]比較，差異很大，可見(jiàn)幼苗形態(tài)可以為本科植物分類鑒定提供一些有用的依據(jù).

表3 諸葛菜屬4種及近緣2種1變種的子葉脈序特征Tab.3 Cotyledon venations of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa

A大葉蔥芥;B湖北諸葛菜;C鋪散諸葛菜;D太白諸葛菜;E心葉碎米薺(Y)；F心葉碎米薺(H)；G異堇葉碎米薺；H諸葛菜.比例尺2 mm.圖2 諸葛菜屬及近緣類群的幼苗子葉脈序Fig.2 Venation pattern of the cotyledons of Orychophragmus and the related taxa

3.2 鋪散諸葛菜等3種的分類處理有待商榷

Al-Shehbaz等[3]對(duì)中國(guó)諸葛菜屬作了修訂，認(rèn)為諸葛菜是一個(gè)形態(tài)變異很大的種，把鋪散諸葛菜和太白諸葛菜歸并入諸葛菜.Zhou等[2]在《Flora of China》中，將諸葛菜種下所有分類群全部歸并入諸葛菜，其中還包括湖北諸葛菜.但從本實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)種形態(tài)特征看，諸葛菜與鋪散諸葛菜等3種的形態(tài)區(qū)別明顯：鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜莖生葉葉片大頭羽裂，有側(cè)生裂片2～6枚，具明顯的葉柄，葉柄基部具抱莖的小耳；諸葛菜莖生葉葉片不分裂，無(wú)柄，基部明顯擴(kuò)大而抱莖.此外，從體細(xì)胞染色體數(shù)目來(lái)看，諸葛菜為2n=24，鋪散諸葛菜為2n=20，湖北諸葛菜2n=22，太白諸葛菜2n=24，或48(為4倍體)[8]；ITS序列和matK分析同樣也不支持將湖北諸葛菜和太白諸葛菜并入諸葛菜[9].從幼苗形態(tài)看，諸葛菜的幼苗初生葉密被白色柔毛，子葉四級(jí)脈較多，有時(shí)具五級(jí)脈，而湖北諸葛菜和太白諸葛菜與之不同，初生葉疏被白毛，子葉四級(jí)脈較少，無(wú)五級(jí)脈；鋪散諸葛菜初生葉無(wú)毛，邊緣具圓齒，第二、第三真葉羽裂，子葉四級(jí)脈較少，無(wú)五級(jí)脈，也與諸葛菜不同.下胚軸長(zhǎng)度及直徑，諸葛菜與鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜均存在顯著差異(P<0.01).鑒于多方面的證據(jù)，不支持將鋪散諸葛菜、湖北諸葛菜和太白諸葛菜并入諸葛菜.

3.3 心葉碎米薺、大葉蔥芥與諸葛菜屬關(guān)系

心葉碎米薺因子葉對(duì)折，在子葉緣依胚根的碎米薺屬很特殊，Al-Shehbaz等[3]主要根據(jù)這個(gè)特征，將其歸入諸葛菜屬，組合為心葉諸葛菜O.limprichtianus(Pax) Al-Shehbaz & G. Yang，并將大葉蔥芥歸并為心葉諸葛菜的異名.從形態(tài)特征看來(lái)，心葉碎米薺莖生葉常為單葉而葉柄決不抱莖，花小，花瓣長(zhǎng)圓狀倒卵形，無(wú)爪，長(zhǎng)角果頂端無(wú)喙；花粉極軸長(zhǎng)度明顯比諸葛菜屬的種短；種子表面密被小瘤狀突起.諸葛菜屬莖生葉單葉或大頭羽裂，葉片或葉柄基部擴(kuò)大成耳狀抱莖，花較大，花瓣具爪，長(zhǎng)角果頂端具長(zhǎng)喙；種子表面具網(wǎng)狀紋飾.從幼苗形態(tài)看，心葉碎米薺和大葉蔥芥的幼苗與諸葛菜相似，而與鋪散諸葛菜等差異較大，與異堇葉碎米薺差異更大.可見(jiàn)，心葉碎米薺、大葉蔥芥與諸葛菜屬有一定的親緣關(guān)系，但形態(tài)特征、花粉和種子表面紋飾差異很大，ITS序列和trnL-F序列分析也表明心葉碎米薺、大葉蔥芥既不是諸葛菜屬成員，也不是碎米薺屬成員(另文發(fā)表).大葉蔥芥除植株無(wú)毛或幾無(wú)毛外，與心葉碎米薺幾無(wú)區(qū)別，幼苗形態(tài)、花粉大小和種子表面紋飾也十分相似，是心葉碎米薺的無(wú)毛類型.

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TheSeedlingMorphologyofOrychophragmus&theRelatives(Cruciferae)anditsTaxonomicSignificance

SUN Li, YANG Wang-Wei, ZHANG Yi, JIN Xiao-Feng

(College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

The seedling morphology of fourOrychophragmusspecies and its relatives,Cardaminelimprichtian, andAllariagrandifoliawere observed in the present paper, and its taxonomic significane was analyzed. The results show that the fourOrychophragmusspecies together withC.limprichtianaandA.grandifolia, have consistent characters, such as cotylodens conduplicate, epigaeous, palmated-reticulate venations, and lateral primary veins 1-4,O.violaceus,C.limprichtianaandA.grandifoliahave five-class veins. The seedling morphology is different inOrychophragmus. The primary leaves ofO.violaceusare densely whitish pilose, sometimes with quinary veins, while those ofO.diffusus,O.hupehensis, andO.taibaiensisare sparsely pilose, without quinary veins. The secondary and terante leaves ofO.diffususare pinnatisect with 1-3 leafletlike lateral lobes. The length and diameter of the hypocotyls ofO.violaceusare significantly longer or thicker than the other three species. The seedlings ofC.limprichtianaandA.grandifoliaare much more similar withO.violaceus, but differ in leaves with crenate teeth at margin. The venation pattern of the cotyledons is quite different fromO.diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensisandC.violifoliavar.diversifolia. Based on the observation results of seedling morphology, morphological characteristics, pollen micro-morphology, chromosome number and phylogeny,O.diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensisshould not be incorporated into the category ofO.violaceus.C.limprichtianaandA.grandifoliaare not the members ofOrychophragmus.

Orychophragmus;Cardaminelimprichtiana;Allariagrandifolia; Cruciferae; seedling morphology; taxonomic significance

2011-12-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30870150)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2010C33093, 2011C22101)；浙江省青年教師資助計(jì)劃項(xiàng)目(2X09012005).

金孝鋒(1978—), 男，副教授, 博士, 主要從事植物系統(tǒng)進(jìn)化研究.E-mail: docxfjin@163.com

11.3969/j.issn.1674-232X.2012.04.010

Q944

A

1674-232X(2012)04-0337-05