12種茶藨子屬植物葉表皮微形態(tài)特征及其分類學(xué)意義

王美娟 趙千里 李芯妍 鄭寶江

(東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040)

茶藨子屬(RibesL.)為茶藨子科(Grossulariaceae)落葉或常綠灌木，全世界有12亞屬約200種[1～2]，主要分布于北美、東亞及南美的安第斯山地區(qū)[3～4]。中國為其主要分布區(qū)之一，原產(chǎn)6亞屬59種30變種[5～6]，主產(chǎn)西南部、西北部至東北地區(qū)。該屬植物經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，主要包括食用[7～8]、觀賞[9]及藥用等[10～12]。茶藨子屬植物形態(tài)變異式樣和幅度較大，且具有兩性花和單性花兩種類型，分類難度較大。自1753年林奈建立茶藨子屬以來，隨著種類的增多，對其屬下分類存在較大爭議。國內(nèi)外學(xué)者從孢粉學(xué)、化學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)等方面進(jìn)行了大量的研究[3,13～16]，研究結(jié)果支持將其從虎耳草科中劃分出來，獨(dú)立為茶藨子科，而其屬下亞屬及組的劃分與歸屬仍存在很多爭議。

植物葉表皮微形態(tài)特征是指植物葉表皮細(xì)胞微形態(tài)，包括表皮細(xì)胞垂周壁類型、氣孔形態(tài)以及表皮附屬物形態(tài)等，可為屬下類群的親緣關(guān)系和種的劃分提供有價(jià)值的分類依據(jù)[17～20]，在青蘭屬(DracocephalumL.)、黃芩屬(ScutellariaL.)、鳶尾屬(IrisL.)、葡萄科(Vitaceae)等類群的分類學(xué)研究中提供了重要的分類學(xué)信息。葉表皮微形態(tài)特征可為屬下種及亞種水平的分類提供參考依據(jù)。目前，有關(guān)茶藨子屬植物葉表皮微形態(tài)特征及其分類學(xué)意義的研究還未見有報(bào)道。本研究主要對東亞地區(qū)分布的7亞屬12種茶藨子屬植物葉表皮微形態(tài)特征進(jìn)行研究，從系統(tǒng)分類學(xué)角度對其性狀進(jìn)行歸納總結(jié)，為茶藨子屬植物系統(tǒng)分類及其演化關(guān)系提供有價(jià)值的微形態(tài)學(xué)證據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料及來源

材料包括7個亞屬12種茶藨子屬植物的新鮮葉片，憑證標(biāo)本存放于東北林業(yè)大學(xué)標(biāo)本室(NEFI)，植物種名、采集地及憑證標(biāo)本等信息見表1。

表1 材料來源Table 1 Source of materials

1.2 研究方法

取新鮮葉片用FAA固定液固定(固定液的用量與材料體積比為20∶1，并對材料進(jìn)行抽氣處理使之全部浸入藥液)。固定后的每種材料分別取5片成熟葉片，用毛筆將材料輕輕擦拭除塵，將每片葉片成熟區(qū)切取5 mm×5 mm的方塊，用導(dǎo)電膠帶將每片葉片的上下表皮分別粘于樣品臺上，將其置于EikoIB-3型離子濺射儀中進(jìn)行導(dǎo)電處理，置于HITACHIS-4800型掃描電子顯微鏡下觀察拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 表皮細(xì)胞的特征

2.1.1 表皮細(xì)胞形態(tài)及垂周壁式樣

12種茶藨子屬植物葉表皮細(xì)胞形態(tài)及垂周壁式樣(表2)可分為如下幾種類型：(1)細(xì)胞為多邊形，垂周壁類型為平直—弓形，如刺醋栗、冰川茶藨子的上表皮(圖版Ⅰ：1a、11a)；(2)細(xì)胞為不規(guī)則形，垂周壁式樣為淺波形，如光葉東北茶藨子、黑果茶藨子、長白茶藨子、冰川茶藨子的下表皮，香茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子、尖葉茶藨子、華茶藨子的上、下表皮(圖版Ⅰ：5b、6b、9b、11b、3a、3b、7a、7b、8a、8b、10a、10b、12a、12b)；(3)細(xì)胞為不規(guī)則形，垂周壁式樣為深波形，如黑果茶藨子的上表皮，刺醋栗的下表皮，刺腺茶藨子、矮茶藨子、光葉東北茶藨子、長白茶藨子的上、下表皮(圖版Ⅰ：6a、1b、2a、2b、4a、4b、5a、5b、9a、9b)。

2.1.2 表皮細(xì)胞角質(zhì)層紋飾

根據(jù)表皮細(xì)胞邊緣是否明顯、角質(zhì)層表面是否具紋飾及紋飾形態(tài)，將12種茶藨子屬植物葉表皮細(xì)胞角質(zhì)層紋飾分為如下5類：(1)表皮細(xì)胞邊緣明顯，角質(zhì)層光滑，如矮茶藨子、黑果茶藨子、臭茶藨子、長白茶藨子上表皮，刺腺茶藨子上、下表皮(圖版Ⅰ：4a、6a、8a、9a、2a、2b)；(2)表皮細(xì)胞邊緣明顯，細(xì)胞表面有細(xì)條紋或尤狀突起，如光葉東北茶藨子上表皮，香茶藨子、矮茶藨子、黑果茶藨子的下表皮，刺醋栗的上、下表皮(圖版Ⅰ：5a、3b、4b、6b、1a、1b)；(3)表皮細(xì)胞邊緣明顯，具有乳突，如尖葉茶藨子、冰川茶藨子、華茶藨子的上表皮(圖版Ⅰ：10a、11a、12a)；(4)表皮細(xì)胞邊緣不明顯，角質(zhì)層光滑，如香茶藨子、水葡萄茶藨子上表皮，水葡萄茶藨子、長白茶藨子、尖葉茶藨子、冰川茶藨子、華茶藨子下表皮(圖版Ⅰ：3a、7a、7b、9b、10b、11b、12b)；(5)表皮細(xì)胞邊緣不明顯，角質(zhì)層表面具細(xì)紋或明顯的脊，如光葉東北茶藨子、臭茶藨子下表皮(圖版Ⅰ：5b、8b)。

編號Code亞屬Subgenera種名Species采集地Locality憑證標(biāo)本Voucher1醋栗亞屬subg.Grossularia刺醋栗Ribes burejense吉林長白山Changbai Mountain,Jilin鄭寶江2016029Zheng20160292密刺亞屬Subg. Grossularioides刺腺茶藨子R.horridum吉林長白山Changbai Mountain,Jilin鄭寶江2016031Zheng20160313管萼茶藨子亞屬Subg. Symphocalyx香茶藨子R.odoratum東北林業(yè)大學(xué)校園Northeast Forestry University王美娟2016021Wang20160214茶藨子亞屬Subg. Ribesia矮茶藨子R.triste吉林長白山Changbai Mountain,Jilin鄭寶江2016038Zheng20160385光葉東北茶藨子R.mandshuricum var. subglabrum哈爾濱帽兒山Mao'ershan,Harbin王美娟2016027Wang20160276臭茶藨子亞屬Subg. Coreosma黑果茶藨子R.nigrum內(nèi)蒙古根河Genhe,Neimenggu趙千里2016043Zhao20160437水葡萄茶藨子R.procumbens內(nèi)蒙古根河Genhe,Neimenggu趙千里2016044Zhao20160448臭茶藨子R.graveolens內(nèi)蒙古額爾古納E'erguna,Neimenggu趙千里2016057Zhao20160579單性花亞屬subg. Berisia長白茶藨子R.komarovii吉林長白山Changbai Mountain,Jilin鄭寶江2016035Zheng201603510尖葉茶藨子R.maximowiczianum吉林長白山Changbai Mountain,Jilin鄭寶江2016041Zheng201604111冰川茶藨子R.glaciale云南文山Wenshan,Yunnan王美娟2015003Wang201500312傘形花亞屬Subg. Parilla華茶藨子R.fasciculatum var. chinense大連蛇島Shedao,Dalian王美娟2015017Zheng2015017

圖版Ⅰ 掃描電鏡下茶藨子屬表皮特征 1a、1b.刺醋栗上、下表皮；2a、2b.刺腺茶藨子上、下表皮；3a、3b.香茶藨子上、下表皮；4a、4b.矮茶藨子上、下表皮；5a、5b.光葉茶藨子上、下表皮；6a、6b.黑果茶藨子上、下表皮；7a、7b.水葡萄茶藨子上、下表皮；8a、8b.臭茶藨子上、下表皮；9a、9b.長白茶藨子上、下表皮；10a、10b.尖葉茶藨子上、下表皮；11a、11b.冰川茶藨子上、下表皮；12a、12b.華茶藨子上、下表皮PlateⅠ Leaf epidermal characters of Ribes L. under SEM 1a,1b. R.burejense upper and lower epidermal cell；2a,2b. R.horridum upper and lower epidermal cell；3a,3b. R.odoratum upper and lower epidermal cell；4a,4b. R.triste upper and lower epidermal cell；5a,5b. R.mandshuricum var. subglabrum upper and lower epidermal cell；6a,6b. R.nigrum upper and lower epidermal cell；7a,7b. R.procumbens upper and lower epidermal cell；8a,8b. R.graveolens upper and lower epidermal cell；9a,9b. R.komarovii upper and lower epidermal cell；10a,10b. R.maximowiczianum upper and lower epidermal cell；11a,11b. R.glaciale upper and lower epidermal cell；12a,12b. R.fasciculatum var. chinense upper and lower epidermal cell

圖版Ⅱ 掃描電鏡下茶藨子屬表皮特征 1a.刺醋栗上表皮；2a、2b.刺腺茶藨子上、下表皮；3a、3b.香茶藨子上、下表皮；4a.矮茶藨上表皮；5a.光葉東北茶藨子上表皮；5.1b、5.2b.光葉東北茶藨子下表皮；6a、6b.黑果茶藨子上、下表皮；7b.水葡萄下表皮；8.1a、8.1b.臭茶藨子上表皮；8b.臭茶藨子下表皮；10b.尖葉茶藨子下表皮；11b.冰川茶藨子下表皮；12a、12b.華茶藨子上、下表皮Plate Ⅱ Leaf epidermal characters of Ribes L. under SEM 1a. R.burejense upper epidermal cell；2a,2b. R.horridum upper and lower epidermal cell；3a,3b. R.odoratum upper and lower epidermal cell；4a. R.tianquanense upper epidermal cell；5a. R.fasciculatum var. chinense upper epidermal cell；5.1b,5.2b. R.mandshuricum var. subglabrum lower epidermal cell；6a,6b. R.nigrum upper and lower epidermal cell；7b. R.procumbens lower epidermal cell；8.1a,8.2a. R.graveolens upper epidermal cell；8b. R.graveolens lower epidermal cell；10b. R.maximowiczianum lower epidermal cell；11b. R.glaciale lower epidermal cell；12a,12b. R.fasciculatum var. chinense upper and lower epidermal cell

2.2 氣孔器

12種茶藨子屬植物氣孔器均為無規(guī)則型。氣孔器僅在下表皮分布的有11種，如刺醋栗、刺腺茶藨子、矮茶藨子、長白茶藨子等(圖版Ⅰ：1b、2b、4b、9b)；氣孔器在上、下表皮均有分布的只有1種，即香茶藨子(圖版Ⅰ：3b;圖版Ⅱ：3a)。大多數(shù)氣孔的形狀為橢圓形，僅長白茶藨子、華茶藨子的下表皮氣孔為卵圓形(圖版Ⅰ：9b、12b)。12種茶藨子屬植物氣孔器外拱蓋內(nèi)緣為平滑、近平滑或淺波狀，其中水葡萄茶藨子、臭茶藨子、長白茶藨子的下表皮氣孔器外拱蓋內(nèi)緣為淺波狀(圖版Ⅰ：7b、8b、9b)，其余如香茶藨子的上、下表皮(圖版Ⅱ：3a;圖版Ⅰ：3b)、刺醋栗、刺腺茶藨子、黑果茶藨子、長白茶藨子等下表氣孔器的外拱蓋內(nèi)緣均為平滑或近平滑(圖版Ⅰ：1b、2b、6b、9b)。部分種的氣孔器保衛(wèi)細(xì)胞周圍有凸起的領(lǐng)狀角質(zhì)層，如臭茶藨子、冰川茶藨子(圖版Ⅰ：8b、11b)。

2.3 表皮毛

研究的12種茶藨子植物中，除了長白茶藨子、尖葉茶藨子外，其余10種均具有表皮毛，其中2種僅下表皮具表皮毛，8種上下表皮均具表皮毛(表2)。表皮毛分為單毛和腺毛。單毛由表皮細(xì)胞特化而來，彎曲或直立，表面具縱向淺條紋(圖版Ⅱ：2a、2b)或尤狀突起(圖版Ⅱ：1a、3b、12a、12b)，基細(xì)胞膨大，頂細(xì)胞先端尖銳，環(huán)繞單毛的表皮細(xì)胞多具放射性紋飾(圖版Ⅱ：4a)；腺毛主要為盾狀腺毛，盾狀腺毛由柄細(xì)胞和頭細(xì)胞組成，柄細(xì)胞極短，盾狀腺毛的頭由4個或4個以上頭狀細(xì)胞組成，剛發(fā)育成熟時，盾狀細(xì)胞的頭成球形或扁球形，先端外凸，成熟后產(chǎn)生分泌功能，隨著分泌物的釋放，頭部逐漸內(nèi)陷成盾狀，如黑果茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子的腺毛(圖版Ⅱ：6a、6b、7b、8.1a、8b)。

3 討論

3.1 葉表皮的特征及其進(jìn)化意義

本研究7亞屬12種茶藨子屬植物葉表皮細(xì)胞分為多邊形和不規(guī)則形，垂周壁類型有平直—弓形、淺波形和深波形3種，主要類型為深波形和淺波形，垂周壁的進(jìn)化趨勢為從平直—弓形到深波形[10,21]。從分子生物學(xué)角度分析，Senters and Soltis[6]通過對該屬ITS序列的系統(tǒng)發(fā)育樹的研究，發(fā)現(xiàn)單性花亞屬出現(xiàn)在不同分支上，從而得出單性花亞屬在進(jìn)化時是分多次出現(xiàn)的結(jié)論。單性花亞屬的表皮細(xì)胞垂周壁類型出現(xiàn)了平直-弓形、淺波形、深波形3種不同進(jìn)化程度的類型，鄭寶江和李國秀對該屬導(dǎo)管分子的研究結(jié)果顯示，單性花亞屬的導(dǎo)管分子也出現(xiàn)不同的進(jìn)化類型[22]，從而我們得出支持單性花亞屬在進(jìn)化時分次出現(xiàn)的結(jié)論。

3.2 葉表皮特征的分類學(xué)價(jià)值

表皮細(xì)胞角質(zhì)層多為光滑，少數(shù)種類角質(zhì)層有凸起的脊?fàn)罴雍窕蛉橥粻罱Y(jié)構(gòu)，其中乳突狀結(jié)構(gòu)見于單性花亞屬和傘形花亞屬植物的上表皮，而其他亞屬中則未見分布，可見乳突對研究茶藨子屬植物分類學(xué)研究有一定的意義。氣孔器的分布主要在下表皮，只有原產(chǎn)于北美的管萼花亞屬的香茶藨子的氣孔器為上下表皮均有分布，氣孔器多與表皮細(xì)胞位于同一平面或者不明顯的外凸。各亞屬均有表皮毛分布，然而表皮毛的密度和類型有所差異。表皮毛有非腺毛和腺毛兩種類型，腺毛只分布于臭茶藨子亞屬，中國分布的3種臭茶藨子亞屬植物均有腺毛分布，并且均為盾狀腺毛。

茶藨子屬下亞屬的劃分一直存在很大的爭議。陸玲娣、黃普華[12～13]等對該屬進(jìn)行的形態(tài)學(xué)和孢粉學(xué)研究，將茶藨子屬分為四個亞屬，將臭茶藨子系(Ser.Nigra)的黑果茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子[23]3種歸為茶藨子亞屬；而Berger[1]、Messinger等人[2]則主張將該屬劃分為12個亞屬，而上述3種茶藨子則被劃分為臭茶藨子亞屬(subg.Coreosma)。從本屬的葉表皮微形態(tài)特征來看，我們支持后者。區(qū)別于茶藨子亞屬的其他類群，臭茶藨子、黑果茶藨子、水葡萄茶藨子葉表面均分布不同密度的盾狀腺毛，因此說明將臭茶藨子系劃分為臭茶藨子亞屬是合理的。