神農(nóng)架重樓屬植物種子形態(tài)及其分類學(xué)意義

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 園藝園林學(xué)院， 湖北 荊州 434025； 2.宣恩縣農(nóng)業(yè)局， 湖北 恩施 445500)

重樓屬(Genus Paris)植物為延齡草科多年生草本植物，該屬植物共有24種，我國(guó)是重樓屬植物的分布中心，有19種，以云貴高原至四川邛崍山區(qū)一帶為該屬植物的分布及多樣化中心[1]。神農(nóng)架林區(qū)植物資源豐富，作者通過(guò)為期一年的踏查研究，發(fā)現(xiàn)神農(nóng)架林區(qū)重樓屬植物有7種(七葉一枝花Parispolyphylla、四葉重樓Parisquadrifolia、五指蓮重樓P.axialis、南重樓P.vietnamensis、黑籽重樓P.thibetica、長(zhǎng)柱重樓(P.forrestii(Takhtajan)H.Li)、球藥隔重樓(P.fargesii)4變種(寬瓣重樓P.polyphyllasm.var. yunnanensis、矮重樓P.polyphyllavar. nana、白花重樓P.polyphyllavar. alba、狹葉重樓P.polyphyllavar. stenophylla)1變型(寬葉重樓P.polyphyllavar. latifolia)，當(dāng)?shù)鼐鳛樗幱弥貥侨胨帯?015年版《中國(guó)藥典》Ⅰ部收載七葉一枝花(P.polyphylla)和滇重樓(P.polyphyllavar.yunnanensis)的干燥根莖[2]為藥材重樓正品，其余國(guó)產(chǎn)重樓均被列為“偽品”，致使 90% 以上的野生重樓資源慘遭遺棄[3]。為了規(guī)范藥材市場(chǎng)，從種子保證基源重樓藥材的準(zhǔn)確，本研究擬對(duì)重樓屬植物的種子進(jìn)行研究，對(duì)其種子的大小、形狀、顏色、胚珠著生方式等進(jìn)行觀察比較，從而補(bǔ)充重樓屬植物分類要點(diǎn)，這對(duì)于重樓市場(chǎng)的規(guī)范化具有重要意義。

注：L為長(zhǎng)度；W為寬度；T為厚度。圖版Ⅰ 種子的長(zhǎng)寬厚測(cè)定適宜圖版

1 材料與方法

1.1 材 料

2017年9—10月，收集神農(nóng)架林區(qū)七葉一枝花、南重樓、五指蓮重樓、四葉重樓、黑籽重樓、狹葉重樓、矮重樓、寬葉重樓以及長(zhǎng)柱重樓9種重樓屬植物的果實(shí)，帶回長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

1.2 方 法

1.2.1形態(tài)觀察

1) 外部形態(tài)測(cè)定。選取成熟、飽滿的種子，在解剖鏡下觀察其形狀、顏色和種臍位置，用精度為0.01 mm的電子游標(biāo)卡尺測(cè)量種子大小，每個(gè)種測(cè)量30粒種子，計(jì)算所得數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。種子大小以長(zhǎng)、寬、厚表示(單位: mm)，測(cè)量方式見圖版Ⅰ。

對(duì)每種重樓屬種子進(jìn)行千粒重測(cè)定，重復(fù)3次。

2) 形態(tài)解剖及胚率測(cè)定。每次取10粒種子，沿種胚中央將胚乳切成兩半，在雙目解剖鏡下用測(cè)微尺測(cè)量胚及胚乳的長(zhǎng)度，并計(jì)算平均胚率(胚率=胚長(zhǎng)/胚乳長(zhǎng))。

1.2.2數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算。對(duì)種子形態(tài)學(xué)各性狀進(jìn)行賦值，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0，1矩陣表，然后利用NTSYS-pc2.10 e軟件進(jìn)行分析，計(jì)算歐式遺傳距離，并進(jìn)行聚類分析。

2 神農(nóng)架重樓植物種類

2.1 種子形態(tài)指標(biāo)測(cè)定與分析

如表1可知，有外種皮的種子長(zhǎng)寬大部分都在6～7 mm區(qū)間內(nèi)，但寬葉重樓有外種皮種子最大，且其長(zhǎng)寬(8.54×7.05)mm與去皮后的長(zhǎng)寬(3.24×2.83)mm差異懸殊，說(shuō)明外種皮肉汁化程度較高，較其他種子大，但是去外種皮后的種子卻相對(duì)較小；矮重樓整體偏??；長(zhǎng)柱重樓外種皮種子雖略小于寬葉重樓，但去種皮后，種子最大，有種皮的種子和去皮后種子的比值最小，表明長(zhǎng)柱重樓種子肉質(zhì)化程度較低，而七葉一枝花、五指蓮重樓、四葉重樓、黑籽重樓、南重樓則趨于種子大小的均值，矮重樓則略小于均值。在種子厚度上，狹葉重樓和寬葉重樓、長(zhǎng)柱重樓的平均厚度值最大，分別達(dá)5.72、5.97 mm和4.96 mm，矮重樓的厚度平均值最小，為3.10 mm。其余重樓屬植物厚度均值相差不大，都在4.4～4.8 mm范圍內(nèi)。在胚率上，南重樓的胚率為2/9，七葉一枝花、四葉重樓、黑子重樓、寬葉重樓胚率都為1/9，五指蓮重樓和狹葉重樓為1/8，矮重樓為1/7；長(zhǎng)柱重樓為1/11。各屬種胚率間的區(qū)別不大，相對(duì)來(lái)說(shuō)長(zhǎng)柱重樓的胚率最小，胚乳占種子的比例較多，南重樓的胚率最大，胚在種子中所占的比例相對(duì)較多，胚率大小可能對(duì)種子完成形態(tài)后熟的時(shí)間有所不同。

千粒重的大小取決于種子的大小及其飽滿程度。千粒重越重，種子越飽滿，種子內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也越豐富，提供給種子萌發(fā)時(shí)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也越多，可使種子發(fā)芽迅速整齊。南重樓、狹葉重樓和寬葉重樓、長(zhǎng)柱重樓的種子質(zhì)量較高，比重較大；黑籽重樓和矮重樓、五指蓮重樓重量小；四葉重樓和七葉一枝花居中，四葉重樓種子大致均等，七葉一枝花種子大小不一，形態(tài)差異較大。影響千粒重大小的原因，可能與取樣植株的大小以及營(yíng)養(yǎng)狀況有一定關(guān)聯(lián)。

2.2 重樓屬植物種子形態(tài)觀察

七葉一枝花(圖版Ⅱ-1)種實(shí)被紅色肉質(zhì)多汁假種皮，乳白色，光滑近球形，種臍明顯，不凸起，種子表面有絮狀附屬物。南重樓(圖版Ⅱ-2)種實(shí)被紅色肉質(zhì)多汁假種皮，乳白色，亞球形，種臍明顯，略呈突起。五指蓮重樓(圖版Ⅱ-3)種實(shí)被橙色海綿狀假種皮，1/2被綠白色，種子多數(shù)，乳白色，長(zhǎng)橢球型，種臍凸起，表面有黑色網(wǎng)狀細(xì)絲。四葉重樓(圖版Ⅱ-4)種實(shí)被橙色海綿狀假種皮，多數(shù)，乳白色，亞球形，種臍不凸起。黑籽重樓(圖版Ⅱ-5)被1/2雞冠狀紅色肉質(zhì)假種皮，黑色，表面不光滑，具坑洞。狹葉重樓(圖版Ⅱ-6)被鮮紅或深紅色肉質(zhì)多汁假種皮，較大，多數(shù)，乳白色，種臍凸起，表面有黑色網(wǎng)狀細(xì)紋。矮重樓(圖版Ⅱ-7)較小，表面有明顯附屬物，多數(shù)，被紅色肉質(zhì)種皮，乳白色。種臍不凸起。寬葉重樓(圖版Ⅱ-8)種子被鮮紅色肉質(zhì)假種皮，種子乳白色，亞球形，種臍不凸起。長(zhǎng)柱重樓(圖版Ⅱ-9)種子大小差異懸殊，形狀也并不統(tǒng)一，種子被橙紅色海綿狀假種皮，種臍明顯。綜合來(lái)看，除了黑籽重樓可以通過(guò)顏色明確判定外，其他重樓屬植物種子形態(tài)差異不明顯，不易區(qū)分。

表1 重樓屬9種植物種子形態(tài)

種名有假種皮種子大小(長(zhǎng)/mm×寬/mm)種子大小(長(zhǎng)/mm×寬/mm)種子厚度/mm胚率千粒重/g七葉一枝花6.13×5.40(7.58～5.50)×(6.36～4.84)3.90×3.55(4.51～3.3)×(4.32～2.61)4.851/928.030±0.779南重樓5.75×4.86(7.58～4.65)×(5.87～4.08)3.74×3.49(4.49～3.05)×(4.40～2.92)4.412/932.820±0.546五指蓮重樓6.23×5.20(7.24～4.71)×(6.56～4.38)3.87×3.40(4.62～3.04)×(4.19～2.66)4.481/815.873±0.372四葉重樓6.05×5.18(7.15～4.92)×(6.3～4.19)3.59×3.26(4.22～3.07)×(4.14～2.51)4.441/928.163±0.051黑籽重樓6.26×5.49(8.20～5.19)×(6.90～4.32)3.80×3.64(4.64～3.06)×(4.42～2.68)4.861/918.485±0.122狹葉重樓7.38×6.26(8.76～6.58)×(7.90～5.27)3.92×3.86(4.76～3.15)×(4.69～3.02)5.721/833.787±0.383矮重樓 4.62×3.55(5.46～4.11)×(4.14～3.02)3.36×2.90(4.08～3.06)×(3.16～2.21)3.101/718.091±0.361寬葉重樓8.54×7.05(9.37～7.38)×(8.46～5.98)3.24×2.83(3.8～2.57)×(3.78～2.52)5.971/932.389±0.426長(zhǎng)柱重樓7.11×5.68(9.14～5.65)×(7.99～4.86)5.22×4.10(6.83～3.21)×(5.51～2.83)4.961/1133.621±0.411

2.3 重樓屬植物種臍觀察

從圖版Ⅲ可以看出，黑籽重樓(圖版Ⅲ-5)最易識(shí)別，種臍有明顯的線紋，由種臍向外輻射狀擴(kuò)散。其他重樓都有種皮的特征(表皮層及附屬物)、胚和胚乳都不同程度的在種、屬或族的水平具有一定的分類作用。根據(jù)表皮層上擁有的各種衍生結(jié)構(gòu)或附屬物的不同，可將種子分為2個(gè)類型：第一種類型——網(wǎng)紋的有無(wú)，如五指蓮重樓(圖版Ⅲ-3)和狹葉重樓(圖版Ⅲ-6)的種臍周圍密布有網(wǎng)狀黑絲，而其余重樓均無(wú)；第二種類型——種臍周圍是否有圈狀凹凸不平的膜質(zhì)附屬物，如南重樓(圖版Ⅲ-2)、長(zhǎng)柱重樓(圖版Ⅲ-9)、狹葉重樓。在種臍的大小上，五指蓮重樓、四葉重樓(圖版Ⅲ-4)和寬葉重樓(圖版Ⅲ-8)種臍的范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，約占整個(gè)橫切面的1/4到1/5。其中七葉一枝花(圖版Ⅲ-1)的種臍比例較大，約占1/2到1/3。而南重樓、黑籽重樓(圖版Ⅲ-5)、狹葉重樓、矮重樓(圖版Ⅲ-7)、長(zhǎng)柱重樓種臍占到整個(gè)橫切面的1/3到1/4的比例。

2.4 種子胚著生位置觀察

結(jié)合圖版Ⅲ和圖版Ⅳ，可以看出9種重樓的形狀差異。七葉一枝花(圖版Ⅳ-1)、矮重樓(圖版Ⅲ-7)與寬葉重樓(圖版Ⅲ-8)近似橢圓形；南重樓(圖版Ⅲ-2)和五指蓮(圖版Ⅲ-3)、狹葉重樓(圖版Ⅲ-6)為寬卵形，四葉重樓(圖版Ⅲ-4)近似三角形，黑籽重樓(圖版Ⅲ-5)亞球形，長(zhǎng)柱重樓(圖版Ⅲ-9)是長(zhǎng)圓形。

通過(guò)形態(tài)解剖觀察到該9種重樓屬植物胚的類型都屬于發(fā)育不全型，即胚小、球形至橢球形胚，觀測(cè)時(shí)模糊不清，隱約可見球形胚。胚在種子內(nèi)的著生位置也有所不同。七葉一枝花、四葉重樓、狹葉重樓、矮重樓和長(zhǎng)柱重樓、寬葉重樓的胚均著生于種臍的正下方，而南重樓、五指蓮重樓、黑籽重樓的胚則離正下方有一定的偏移角度。

注：1為七葉一枝花；2為南重樓；3為五指蓮重樓；4為四葉重樓；5為黑籽重樓；6為狹葉重樓；7為矮重樓；8為寬葉重樓；9為長(zhǎng)柱重樓。下同。圖版Ⅱ 9種重樓屬植物的種子形態(tài)

2.5 重樓屬種子的形態(tài)聚類學(xué)分析

對(duì)本實(shí)驗(yàn)觀察的9種重樓屬植物進(jìn)行多次測(cè)量，記錄取其平均值，具體形態(tài)特征包括取果實(shí)胎座、是否具有肉質(zhì)假種皮、種子大小、剖面形狀、種臍大小、胚著生位置以及種子顏色等7個(gè)相對(duì)穩(wěn)定，易于觀察的性狀指標(biāo)，定性狀一個(gè)記為“0”，一個(gè)記為“1”，具體劃分詳見表2。

利用 NTsys 2.10 e 遺傳相似性分析軟件計(jì)算結(jié)果表明，9種材料種間的遺傳相似系數(shù)為0.41～0.86，根據(jù)種子形態(tài)，可以明顯分為3類，七葉一枝花、狹葉重樓、南重樓、矮重樓以及寬葉重樓為Ⅰ類，五指蓮重樓、四葉重樓以及長(zhǎng)柱重樓為Ⅱ類，黑籽重樓單獨(dú)為Ⅲ類。根據(jù)李恒的分類標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ類屬于側(cè)膜亞屬，Ⅱ類屬于中軸亞屬，黑籽重樓為側(cè)膜亞屬中的黑籽組，分類結(jié)果與李恒的分類標(biāo)準(zhǔn)基本吻合。

表2 9種重樓屬的形態(tài)指標(biāo)

性狀編碼規(guī)則記為“0”記為“1”胎座類型側(cè)膜胎座非側(cè)膜胎座種子完全被肉質(zhì)假種皮包裹是否種子大小≥25<25種子剖面形狀近似橢圓形非近似橢圓形種臍大小大小胚著生位置種臍正下方非種臍正下方種子顏色白色黑色

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)以神農(nóng)架林區(qū)重樓屬植物為研究對(duì)象，在形態(tài)分類的基礎(chǔ)上，對(duì)重樓屬植物的種子形態(tài)做進(jìn)一步的完善和補(bǔ)充，為合理開發(fā)利用重樓屬植物資源奠定基礎(chǔ)。同一科屬的不同種間的植株為了適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境而產(chǎn)生遺傳變異，這種遺傳變異可以穩(wěn)定地體現(xiàn)在種子的形態(tài)特征中，因此，同屬不同種的種子形態(tài)、大小、質(zhì)量以及胚的生長(zhǎng)等性狀均存在不同程度的差異。

圖版Ⅲ 9種重樓種臍觀察

圖1 基于7個(gè)解剖性狀的9種重樓屬植物聚類圖

李恒等[4]對(duì)重樓屬植物進(jìn)行了詳細(xì)分類，除此之外還有各地區(qū)調(diào)查研究的重樓屬植物現(xiàn)況[5-6]，如楊發(fā)建等[7]對(duì)區(qū)域內(nèi)常見的重樓(滇重樓、長(zhǎng)柱重樓、金線重樓、黑籽重樓)做了完備的資料，通過(guò)種苗期、花期、果期以及根莖等圖片和文字進(jìn)行描述，能更好地區(qū)分和判斷重樓屬植物，同時(shí)也為該地區(qū)的植物資源提供了開發(fā)和利用的參考依據(jù)以及英文植物志等的重樓分類描述。但是關(guān)于重樓屬的形態(tài)描述仍然不夠完善，在重樓屬植物傳統(tǒng)形態(tài)上做研究的學(xué)者[8]，觀測(cè)到重樓屬間變異較大的指標(biāo)分別是株高、根、莖、葉、花等形狀。植物外部形態(tài)由感官判斷和分類，在分類上具有較大爭(zhēng)議和分歧。種子具有形態(tài)穩(wěn)定性，可作為種類鑒定的重要參考，其形態(tài)差異可反映植物的遺傳變異[8-9]。種子大小變異較常見，由于生長(zhǎng)環(huán)境、植物大小、營(yíng)養(yǎng)狀況等的差異，都會(huì)不同程度影響種子大小，但種子顏色、紋飾、種臍類型、假種皮類型、胚著生類型等均具有種內(nèi)穩(wěn)定性，可以作為分類的輔助標(biāo)準(zhǔn)。

圖版Ⅳ 9種重樓種子縱切面