繡球?qū)伲℉ydrangeaL.）及近緣屬花粉形態(tài)的研究

張梅 夏常英 傅連中

摘要：為深入研究繡球?qū)僦参锘ǚ坌螒B(tài)的分類學(xué)價(jià)值和系統(tǒng)學(xué)意義，厘清繡球?qū)倥c近緣屬之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，該文利用掃描電子顯微鏡（SEM，scanningelectronmicroscope）對(duì)國(guó)產(chǎn)繡球?qū)偌捌浣墝?1種繡球花科（Hydrangeaceae）植物的花粉形態(tài)以及表面紋飾進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明：繡球?qū)偌捌浣墝俚幕ǚ蹫槿诇?形狀多數(shù)為長(zhǎng)圓體形或近球體形;赤道面觀為橢圓形或圓形;極面觀多為圓形，少數(shù)為三角形或圓三角形。花粉外壁紋飾可分為網(wǎng)狀和孔穴狀。網(wǎng)眼內(nèi)的三級(jí)紋飾可分為光滑和具顆粒狀突起。根據(jù)花粉形狀和外壁紋飾類型將上述物種劃分為4個(gè)組，即花粉的形狀為長(zhǎng)圓體形，表面紋飾為孔穴紋飾;花粉的形狀為長(zhǎng)圓體形，表面紋飾為網(wǎng)狀紋飾;花粉的形狀為近球體形，表面紋飾為孔穴紋飾;花粉的形狀為近球體形，表面紋飾為網(wǎng)狀紋飾。以上可進(jìn)一步細(xì)分為8個(gè)類型。上述表明花粉形態(tài)證據(jù)可為繡球?qū)偌捌浣墝俚膶傧路诸惡头N間界定提供重要佐證;但結(jié)合前人的系統(tǒng)發(fā)育重建分析該屬植物花粉形態(tài)的系統(tǒng)學(xué)意義相對(duì)有限，如花粉形態(tài)證據(jù)對(duì)于該屬及其近緣種屬系統(tǒng)發(fā)育樹上大支的界定難以提供有力的證據(jù)。

關(guān)鍵詞：繡球花科，繡球?qū)?，花粉，分類學(xué)，孢粉學(xué)

中圖分類號(hào)：Q949.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3142（2019）03-0297-15

繡球?qū)伲℉ydrangeaL.）是1753年林奈基于美國(guó)的一個(gè)種（H.arborescens）建立的，是繡球花科（Hydrangeaceae）中的一個(gè)大屬，約73種，主要分布于亞洲東部至東南部，北美洲東南部至中美洲和南美洲西部（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995;Soltisetal.，1995）。我國(guó)有40余種（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995;Soltisetal.，1995），集中分布于我國(guó)的西南部和東南部。在傳統(tǒng)的分類學(xué)研究中，該屬植物由于其不育花具有非盾狀著生的花瓣?duì)钶嗥?、可育花花瓣鑷合狀排列而被認(rèn)為是一個(gè)相對(duì)自然的類群。然而，由于繡球?qū)僦参锏目捎ǚ浅Ｐ?，且花瓣的變異式樣相?duì)簡(jiǎn)單;更兼雄蕊形態(tài)相對(duì)一致，并多為不定數(shù)，從而導(dǎo)致繡球?qū)僦参锏幕ú啃螒B(tài)證據(jù)很難應(yīng)用到傳統(tǒng)分類處理中，這給該屬植物的分類學(xué)研究帶來了很大的困難。此外，由于繡球?qū)僦参镆酝姆诸悓W(xué)研究主要依據(jù)標(biāo)本館的臘葉標(biāo)本，對(duì)于傳統(tǒng)分類處理中廣泛使用的形態(tài)證據(jù)，很難在居群和物種的水平上研究其變異幅度和變異規(guī)律，有些種類的劃分或界定可能僅僅是基于某些形態(tài)性狀的極端變異類型，從而使得該屬植物在《中國(guó)植物志》（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995）中記載為46種和10變種，但僅在10余年之后的FloraofChina（衛(wèi)兆芬等，2013）中，便處理為33種。近年來分子系統(tǒng)學(xué)的研究表明，繡球?qū)俨⒎且粋€(gè)單系類群，赤壁木屬（Decumaria）、冠蓋藤屬（Pileostegia）、鉆地風(fēng)屬（Schizophragma）、常山屬（Dichroa）、蛛網(wǎng)萼屬（Platycrater）在分子系統(tǒng)發(fā)育樹上均嵌入繡球?qū)僦校ǜ瘥惼迹?003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Sottis&Soltis，1997）。因此繡球?qū)偌捌浣墝僦g的分類學(xué)與系統(tǒng)學(xué)仍有不少問題值得深入探討。

鑒于目前繡球?qū)僦参镌诜诸悓W(xué)上所面臨的困境，深入研究傳統(tǒng)的宏觀形態(tài)性狀固然重要，但發(fā)掘新的、有價(jià)值的分類學(xué)證據(jù)更有助于突破這一分類難題?；ǚ圩鳛橹参锏男坌陨臣?xì)胞，與其他組織器官相比，花粉的性狀相對(duì)穩(wěn)定，受環(huán)境條件的影響較小，不失為物種劃分的重要依據(jù)（王伏雄和喻誠(chéng)鴻，1954;李廣清等，2005）。然而，有關(guān)繡球亞科的花粉形態(tài)僅有零星的報(bào)道（陳煥鏞，1954;郝剛和胡啟明，1996;Maximowicz，1867;Mcclintock，1957;Engler，1930）。郝剛和胡啟明（1996）在對(duì)繡球亞科花粉的研究中指出，繡球亞科物種花粉的形態(tài)性狀、花粉外壁表面紋飾及次級(jí)紋飾對(duì)物種劃分有很大的參考價(jià)值，并且提出對(duì)花粉外壁層次結(jié)構(gòu)及萌發(fā)孔進(jìn)行研究，有助于進(jìn)一步理解本亞科花粉性狀的演化及屬內(nèi)分組提供有意義的資料。近年來其他科屬的花粉研究也表明，花粉證據(jù)對(duì)于物種的劃分、亞屬的界定甚至是系統(tǒng)發(fā)育重建均具有重要的價(jià)值（曹麗敏等，2016;郭慧等，2016;曾心美等，2017;王晨宇和劉秀麗，2017;于換喜等，2018）。

本研究主要通過研究繡球?qū)偌捌浣墝俚幕ǚ坌螒B(tài)，探究花粉的形態(tài)性狀是否有其分類學(xué)和系統(tǒng)學(xué)意義，并盡可能地將其合理、科學(xué)地應(yīng)用到將來該屬植物及其近緣種屬的分類處理、物種界定以及系統(tǒng)發(fā)育重建分析中。

1材料與方法

為了最大限度地體現(xiàn)繡球?qū)僦参锘ǚ坌螒B(tài)性狀的變異幅度與規(guī)律，更好地反映該屬植物與近緣種屬植物在花粉形態(tài)證據(jù)方面的聯(lián)系，本文的電鏡掃描實(shí)驗(yàn)在取樣中參考繡球及其近緣屬植物最新的分子系統(tǒng)學(xué)研究，涉及繡球?qū)佟⒊啾谀緦?、冠蓋藤屬、鉆地風(fēng)屬、常山屬和蛛網(wǎng)萼屬，共計(jì)6個(gè)屬41個(gè)物種。所有實(shí)驗(yàn)中所涉及的憑證標(biāo)本均存于中國(guó)科學(xué)院植物研究所標(biāo)本館（PE），具體信息見表1。

實(shí)驗(yàn)中挑選飽滿、發(fā)育成熟的花粉，用雙面膠粘在樣品臺(tái)上，選用解剖針先在雙面膠上粘幾下保證解剖針具有一定的粘黏性，再將花粉吸附在解剖針上移往粘有雙面膠的樣品臺(tái)上粘好，經(jīng)IB-5離子濺射儀真空噴金鍍膜2～3min。在HITACHIS-4800型掃描電鏡（SEM）下觀察、拍照。花粉大小為拍照后每個(gè)種選取10粒成熟的花粉圖片用卡尺測(cè)量，以長(zhǎng)×寬表示其尺寸?；ǚ坌螒B(tài)特征的描述術(shù)語(yǔ)參照王伏雄和喻誠(chéng)鴻（1954）、Erdtman（1978）、王萍莉（1997）、李天慶等（2010）、王開發(fā)和王憲曾（1983）。

2結(jié)果與分析

2.1繡球?qū)倩ǚ鄣男螒B(tài)特征

本屬花粉形態(tài)性狀有以下特點(diǎn)：均有三孔溝;形狀多為長(zhǎng)圓體形或近球體形（長(zhǎng)軸/短軸>1.5為長(zhǎng)圓體形，長(zhǎng)軸/短軸≤1.5為近球體形）;赤道面觀橢圓形（寬橢圓形、窄橢圓形或矩橢圓形）或圓形;極面觀多為圓形，少數(shù)三角形或圓三角形。掃描電鏡下可觀察到繡球?qū)僦参锏幕ǚ弁獗诩y飾主要為兩種，分別為孔穴狀紋飾和網(wǎng)狀紋飾，網(wǎng)狀紋飾又可分為網(wǎng)眼內(nèi)平滑或具顆粒物兩種。花粉的長(zhǎng)寬范圍為（10.72～20.57）15.65×10.51（8.07～12.94）μm，赤道軸極軸長(zhǎng)度比范圍為0.92～2.14，其中以細(xì)枝繡球（H.gracilis）的花粉最大為（20.09～20.57）20.33×11.19（11.02～11.36）μm，紫彩繡球（H.sargentiana）的花粉最小為（10.72～10.95）10.84×10.25（10.13～10.36）μm。具體數(shù)據(jù)見表1，電鏡掃描結(jié)果見圖版Ⅰ～Ⅷ。

2.2繡球?qū)倩ǚ坌螒B(tài)特征對(duì)類群的劃分檢索表

1花粉長(zhǎng)球體，表面孔穴狀紋飾或網(wǎng)狀紋飾

2表面為孔穴狀紋飾或具疣狀突起或平滑，極軸長(zhǎng)在15.75～18.80μm之間，赤道軸長(zhǎng)在8.80～10.50μm之間Group1

3表面孔穴狀紋飾且具疣狀突起，極軸與赤道軸比為1.85～2.14Type1a

3表面孔穴狀紋飾且平滑，極軸與赤道軸比為1.62～2.00Type1b

2表面為網(wǎng)狀紋飾，極軸長(zhǎng)在12.92～20.33μm之間，赤道軸長(zhǎng)在8.30～12.02μm之間Group2

4網(wǎng)眼內(nèi)光滑，網(wǎng)脊平滑，極軸與赤道軸比為1.69～2.04Type2a

4網(wǎng)眼內(nèi)具顆粒物，網(wǎng)脊平滑，極軸與赤道軸比為1.33～2.04Type2b

1花粉近球體，表面孔穴狀紋飾或網(wǎng)狀紋飾

5表面孔穴狀紋飾，極軸長(zhǎng)在9.97～13.41μm之間，赤道軸長(zhǎng)在9.78～11.67μm之間Group3

6孔明顯，極軸與赤道軸比為1.00～1.37Type3a

6孔不明顯，極軸與赤道軸比為1.00～1.07Type3b

3表面網(wǎng)狀紋飾，極軸長(zhǎng)在10.74～15.43μm之間，赤道軸長(zhǎng)在15.43～19.42μm之間Group4

7網(wǎng)眼內(nèi)光滑，網(wǎng)脊平滑，極軸與赤道軸比為0.92～1.28Type4a

7網(wǎng)眼內(nèi)具顆粒物，網(wǎng)脊平滑，極軸與赤道軸比為0.94～1.03Type4b

3討論

3.1繡球?qū)傥锓N花粉形態(tài)的分類學(xué)意義

繡球?qū)僦参锏幕ǚ坌螒B(tài)變異復(fù)雜，與本研究中所涉及的5個(gè)其近緣種屬的花粉相比并沒有表現(xiàn)出明顯的特異性，而且繡球?qū)僦参锘ǚ坌螒B(tài)的變異幅度覆蓋了其近緣種屬花粉形態(tài)的變異范圍。因此，繡球?qū)偌捌浣墝倩ǚ坌螒B(tài)特征的分類學(xué)價(jià)值主要表現(xiàn)在種間界定上。如繡球?qū)偌捌浣壏N屬的花粉形狀、赤道面觀的形狀、花粉的表面紋飾以及花粉的大小在種內(nèi)的變異相對(duì)穩(wěn)定，而種間差別明顯。因此，以上幾方面的性狀對(duì)于正確界定與區(qū)別宏觀形態(tài)性狀上的近緣種是很好的佐證。如冠蓋繡球（H.anomala）和藤繡球（H.periolari）為形態(tài)學(xué)上的近緣種，但前者花粉的赤道面觀為長(zhǎng)圓形，后者為近球形。再如傘形繡球（H.umbellate）和窄瓣繡球（H.angustisepala），在《中國(guó)植物志》（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995）中均并入中國(guó)繡球（H.chinensis），但前兩者的花粉為長(zhǎng)橢圓體形，長(zhǎng)短軸比約為1.60和2.04;中國(guó)繡球花粉為近球體形，長(zhǎng)短軸比約為1.00。因此，花粉形態(tài)證據(jù)為澄清物種間的界定，可提供有力的佐證。

3.2繡球?qū)傥锓N花粉形態(tài)的系統(tǒng)學(xué)意義

結(jié)合分子系統(tǒng)學(xué)的最新研究進(jìn)展（葛麗萍，2003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Soltis&Soltis，1997），綜合考慮繡球?qū)偌捌浣壏N屬之間的花粉形態(tài)證據(jù)在其系統(tǒng)發(fā)育重建中系統(tǒng)學(xué)價(jià)值，不難發(fā)現(xiàn)繡球?qū)偌捌浣壏N屬的花粉形態(tài)證據(jù)在系統(tǒng)發(fā)育樹上并未表現(xiàn)出一定的規(guī)律，故很難基于此對(duì)系統(tǒng)發(fā)育樹的某些大支進(jìn)行界定。因此，花粉形態(tài)證據(jù)支持分子系統(tǒng)學(xué)研究中繡球?qū)俨⒎菫橐粏蜗殿惾旱慕Y(jié)論。本研究表明繡球?qū)僦械哪澄锓N與其近緣種屬的花粉形態(tài)表現(xiàn)出較高的相似性，如赤壁木（Decumariasinensis）與福建繡球（H.chungii）的花粉同為長(zhǎng)圓體形，孔穴狀紋飾，表面平滑;星毛冠蓋藤（Pileostegiatomentalla）與掛苦繡球（H.xanthoneura）的花粉同為長(zhǎng)圓體形，網(wǎng)狀紋飾，網(wǎng)眼內(nèi)具顆粒物;常山（Dichroafebrifuga）、蛛網(wǎng)萼（Platycraterarguta）和喬木繡球（H.arborescens）的花粉同為近球形，孔穴狀紋飾，孔穴明顯;鉆地風(fēng)（Schizophragmaintegrifolium）和中國(guó)繡球（H.chinensis）同為近球形，網(wǎng)狀紋飾，網(wǎng)眼內(nèi)具顆粒物。

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院植物研究所標(biāo)本館班勤老師、馬欣堂老師、杜玉芬老師在標(biāo)本研究中給予的幫助;電鏡室徐秀蘋老師在花粉形態(tài)實(shí)驗(yàn)中給予的指導(dǎo)和幫助;李瑾在文章修改過程中的幫助。

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