25種廣義花楸屬（Sorbus）植物葉脈序特征研究

王博強，王宇坤，沈 坤，姜 悅，王 磊，楊文權(quán)

（西北農(nóng)林科技大學生命科學學院，陜西 楊凌 712100）

花楸屬（Sorbus）隸屬于薔薇科（Rosaceae）蘋果亞科（Maloideae），全世界約100余種，主要分布在亞洲的溫帶地區(qū)以及歐洲和北美洲［1］。我國是花楸屬植物分布和分化中心，約有67種，自東北至西南均有分布?；ㄩ睂僦参锕麑嵏缓S酮、茶多酚、花青素、維生素等有益成分，有助于清除自由基，有很好的抗氧化作用［2］，部分花楸屬植物樹皮、莖可以治療咳嗽、哮喘［3］，葉含有多糖，具有良好的抑菌作用［4-5］。同時，花楸屬植物初夏花型優(yōu)美，氣味清香，而入秋后葉色燦爛，冬季果色鮮艷，因此是良好的園林綠化樹種，具有很高的藥用和觀賞價值，應用前景十分廣闊［6］。

自1753年Linnaeus建立花楸屬以來，花楸屬植物的分類一直備受爭議。Linnaeus最早認為花楸屬僅含2種，且都為復葉型。1882年Lindley將花楸屬歸于梨屬（Pyrus），包含單葉類群和復葉類群［7］。一些研究者如Roemer、Decaisne、Koehne和Robertson都認為花楸屬僅指復葉類群［8］。Phipps等在屬下分了6個亞屬，即Subg.Aria、Subg.Chamaemespilus、Subg.Cormus、Subg.Micromeles、Subg.Sorbus、Subg.Torminaria［9］?！吨袊参镏尽穼⒒ㄩ睂俜譃楣谳嘟M、落萼組和復葉組3個組［10］。目前，雖然不同的學者從果實形態(tài)、葉的形態(tài)、花粉類型及分子生物學等方面對花楸屬植物的分類進行了多方面的研究［11］，但由于標本數(shù)量的限制，以及花楸屬植物高度的變異性，且存在大量雜交的多倍體現(xiàn)象，因此，該屬植物的分類還存在很多問題沒有解決。

葉脈是植物葉片中的維管束組織成分，在葉片中彼此連通，形成一個有規(guī)律的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［12］。葉脈序特征一方面反映了植物自身的遺傳特征，另一方面也體現(xiàn)了植物的系統(tǒng)演化規(guī)律，具有屬間和種間的特異性，因此在植物分類及形態(tài)鑒定上具有重要的意義，現(xiàn)已被廣泛應用于植物分類學研究領(lǐng)域，成功解決了許多分類學難題［13-16］。熊中人通過對葉形態(tài)及葉脈序的研究，對花楸屬的復葉組進行了研究討論，發(fā)現(xiàn)了粗二級脈數(shù)、粗二級脈間距和葉脈密度等數(shù)量性狀在種間差異顯著，可以作為種間分類的依據(jù)［17］，但目前還沒有對廣義花楸屬植物葉脈序特征及分類意義進行的系統(tǒng)研究。為此，本試驗擬對廣義花楸屬植物的葉脈序特征進行研究，花楸屬植物的屬下分類提供更多的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

25種花楸屬植物材料均取自于西北農(nóng)林科技大學植物標本館的（WUK）臘葉標本（表1）。

表1 試驗材料及憑證標本Tab.1 Materials and voucher specimens

1.2 試驗方法

1.2.1 葉脈標本制作

參考Beth Ellis等的方法制作透明葉標本［18］。將臘葉標本的葉片放入2%的NaOH溶液中浸制，待葉片顏色泛白或接近透明時取出，透明過程一般需要2～7 d，每隔天更換一次NaOH溶液。之后用NaC?lO清洗（一般5～30 s），最后用水清洗。通過苯胺番紅溶液進行染色（30～60 s），染色后，將葉片依次放入50%、95%以及100%的乙醇中脫水，隨后在二甲苯溶液中沖洗葉片，最終保存在二甲苯溶液中。保存時間為一周左右，一周后各標本開始不同程度的褪色直至最后完全透明。

1.2.2 葉脈形態(tài)觀察

將葉片置于盛有二甲苯的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿放在顯微鏡載物臺上，用光學顯微鏡（Leica DM 5000 B，德國）觀察、拍照。由于不同種類花楸屬葉片質(zhì)地不同，著色能力不同。因此，在相同的透明時間內(nèi)各標本的顏色深淺不同，但并不影響葉脈的觀察結(jié)果。由于二甲苯為具有揮發(fā)性的有毒有機物，制作標本和拍照觀察過程中需佩戴口罩與護目鏡，在通風櫥中或在通風良好的環(huán)境中進行操作，避免對人體造成危害。

1.2.3 描述術(shù)語

葉脈序特征描述參考Ellis等的葉脈結(jié)構(gòu)特征術(shù)語體系，選取其中9個性狀用于花楸屬植物的葉脈序特征描述，并對各性狀進行賦值（表2）。

表2 葉脈性狀描述及賦值Tab.2 Description and assignment of vein characters

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2013對葉脈序特征賦值進行統(tǒng)計，利用SPSS26中的系統(tǒng)聚類法對25種花楸屬植物葉脈序特征進行聚類分析，并采用組間聯(lián)接法繪制聚類圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 25種花楸植物的葉脈序特征

花楸屬植物葉脈序特征有一定共性，但存在差異。一級脈均為羽狀脈，二級脈分為達緣脈與半達緣脈，二級脈間三級脈、四級脈、脈間區(qū)和游離端小脈具有多樣性（圖1）。

2.1.1 二級脈、細二級脈和間二級脈特征

從圖1和表3可以看出，試驗所選取的25種廣義花楸屬植物的二級脈為達緣脈或半達緣脈。其中，單葉類群的二級脈全部為達緣脈，復葉類群的二級脈為半達緣脈。二級脈間距有規(guī)則、不規(guī)則和向基部漸減3種類型，除江南花楸和少齒花楸為不規(guī)則型，泡吹葉花楸為向基部漸減型外，其余22種全部為規(guī)則型。

圖1 較高級脈序Fig.1 Higher-order veins

所有復葉類群花楸都不存在細二級脈，單葉類群中除泡吹葉花楸外，其余都有細二級脈，且細二級脈均為達緣脈。單葉類群花楸沒有間二級脈，復葉類群中除少齒花楸沒有間二級脈外，其余都有間二級脈，但間二級脈數(shù)量有較大差異，其中，北京花楸、川滇花楸、鈍齒花楸、巨葉花楸、晚繡花楸、多對花楸、西康花楸、四川花楸的每個二級脈區(qū)間通常有一條間二級脈，陜甘花楸、太白花楸、鋪地花楸、花楸樹的間二級脈在每個二級脈區(qū)間大于一條，黃山花楸、天山花楸則是少于一條。其中，鈍齒花楸、黃山花楸、華西花楸、多對花楸和花楸樹的間二級脈短于下端相鄰二級脈的一半，其余復葉花楸的間二級脈均長于下端相鄰二級脈的一半。

2.1.2 二級脈間三級脈和四級脈特征

二級脈間三級脈在種間差異較大，包括了對生貫穿、互生貫穿、混合貫穿和網(wǎng)狀四種形式。其中，毛序花楸、晚繡花楸、黃脈花楸、灰葉花楸為對生貫穿，川滇花楸為互生貫穿，江南花楸、泡吹葉花楸、石灰花楸、水榆花楸、北京花楸、鈍齒花楸、黃山花楸、太白花楸、天山花楸、華西花楸、鼠李葉花楸、少齒花楸、多對花楸、鋪地花楸、西康花楸、花楸樹為混合貫穿，美脈花楸、巨葉花楸、陜甘花楸為網(wǎng)狀。二級脈間三級脈大部分為對生貫穿和混合貫穿。四級脈分為不規(guī)則網(wǎng)狀、互生貫穿、對生貫穿、混合貫穿四種形式，大部分花楸為不規(guī)則網(wǎng)狀形式，其中美脈花楸、泡吹葉花楸、石灰花楸、北京花楸、川滇花楸、巨葉花楸、陜甘花楸、太白花楸、天山花楸、晚繡花楸、少齒花楸、西康花楸、花楸樹、黃脈花楸的四級脈為不規(guī)則網(wǎng)狀形式，而水榆花楸的四級脈為互生貫穿，多對花楸和四川花楸為對生貫穿，江南花楸、毛序花楸、鈍齒花楸、黃山花楸、華西花楸、鼠李葉花楸、鋪地花楸、灰葉花楸為混合貫穿（表3）。

2.1.3 脈間區(qū)發(fā)育和游離端小脈

脈間區(qū)發(fā)育分為差、中、良（圖1），只有北京花楸和天山花楸的脈間區(qū)發(fā)育差，美脈花楸、石灰花楸、鼠李葉花楸、黃脈花楸和灰葉花楸的脈間區(qū)發(fā)育良，其余花楸的脈間區(qū)發(fā)育都為中。游離端小脈差異明顯，分為不分支、簡單分支、二歧分支和不均等分支4種類型。其中，江南花楸、水榆花楸、毛序花楸、川滇花楸、巨葉花楸、黃脈花楸、灰葉花楸的游離端小脈不分支，美脈花楸、泡吹葉花楸、石灰花楸、北京花楸、黃山花楸、陜甘花楸、晚繡花楸、鼠李葉花楸和西康花楸為簡單分支，少齒花楸、鋪地花楸和四川花楸為二歧分支，鈍齒花楸、太白花楸、天山花楸、華西花楸、多對花楸和花楸樹是不均等分支（表3）。

表3 25種花楸屬植物的葉脈序特征Tab.3 Leaf venation characteristics of Sorbus

2.2 25種花楸屬植物葉脈序特征的聚類分析

對25種花楸屬植物葉脈序特征的聚類分析結(jié)果（圖2）表明：在組間距離20處，25種花楸被分為兩類，第一類包含毛序花楸、灰葉花楸、鼠李葉花楸、江南花楸、泡吹葉花楸、少齒花楸、美脈花楸、石灰花楸、水榆花楸、黃脈花楸10個種類，第二類包括鈍齒花楸、多對花楸、華西花楸、鋪地花楸、黃山花楸、四川花楸、太白花楸、花楸樹、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨葉花楸、陜甘花楸、川滇花楸、晚繡花楸15個種類。在葉脈序特征方面，第一類花楸的二級脈全部為達緣脈，大部分存在細二級脈，且都沒有間二級脈，可以看出第一類花楸的葉片除少齒花楸外全部為單葉；第二類花楸的二級脈全部為半達緣脈，粗二級脈間距全部為規(guī)則，均不存在細二級脈，且都有間二級脈，可以看出第二類花楸的葉片全部為復葉。

圖2 基于葉脈序特征的25種花楸屬植物的聚類圖Fig.2 Cluster diagramof 25 speciesin Sorbus based on characteristics of leaf vein sequence

在組間距離15處，第一類花楸被分為兩個亞類，第一亞類包括毛序花楸、灰葉花楸、江南花楸、鼠李葉花楸4種，第二亞類包括泡吹葉花楸、少齒花楸、美脈花楸、石灰花楸、水榆花楸和黃脈花楸6種，結(jié)合葉脈序特征分析，第一亞類花楸的四級脈全部為混合貫穿，而第二亞類的四級脈總體是不規(guī)則網(wǎng)狀。第二類也被分為兩個亞類，第一亞類包括鈍齒花楸、多對花楸、華西花楸、鋪地花楸、黃山花楸和四川花楸6種，第二亞類包括太白花楸、花楸樹、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨葉花楸、陜甘花楸、川滇花楸和晚繡花楸9種，結(jié)合葉脈序特征可以看出這兩個亞類最主要的差異在四級脈，第一亞類的四級脈為對生貫穿和混合貫穿兩種，而第二亞類的四級脈全部為不規(guī)則網(wǎng)狀。

3 結(jié)論與討論

廣義花楸屬植物葉型多種多樣，葉邊有全緣、鋸齒到深裂，花序呈復傘房狀，心皮數(shù)目為2～5，部分或全部與花托聯(lián)合，子房半下位到下位，果實形狀多種，頂端萼片宿存或脫落，2～5室，每室1～2種子，這個屬高度變異的性狀反映了它在分類上的不確定性［19］。王國勛在分子水平將廣義花楸屬分類進行了討論，認為花楸屬為單系類群，但沒有進行屬下的分類探討［20］。鄭冬梅在形態(tài)學水平上分析花楸屬植物的分類，認為花楸屬僅包含復葉類群，屬下僅含花楸亞屬（Subg.Sorbus）1個［21］。楊利歡選取部分花楸通過花粉形態(tài)特征研究及聚類分析將其劃分為5類，第1類包括西伯利亞花楸（S.aucu?pariasubsp.sibirica）、歐洲花楸（S.aucuparia）、朝鮮花楸（S.commixta）和花楸樹，第2類包括北京花楸和太白花楸，第3類包括石灰花楸、大果花楸（S.megalocarpa）、秦嶺花楸（S.tsinlingensis）和水榆花楸，第4類包括湖北花楸（S.hupehensis）和華西花楸，第5類僅陜甘花楸［22］。彭海英通過核型研究將其選取的11種花楸分為兩類，第1類包括水榆花楸、裂葉水榆花楸（S.alnifoliavar.lobulata）、褐毛花楸（S.ochracea）、棱果花楸（S.alnifoliavar.angulata）、黃脈花楸和江南花楸，第2類包括多對花楸、梯葉花楸（S.scalaris）、小葉花楸（S.microphylla）、黃山花楸和少葉花楸（S.hupehensisvar.paucijuga）［23］。我們對25種花楸葉脈序特征的研究結(jié)果表明，它們的葉脈序特征存在共性，如一級脈均為羽狀脈，脈間區(qū)發(fā)育中，因此，為花楸屬是一個自然類群提供了葉形態(tài)學證據(jù)。但花楸屬單葉類群和復葉類群的葉脈序特征差異明顯，可以通過二級脈是否達緣及是否存在間二級脈可以將25種花楸分為2個類群，即單葉類群和復葉類群，單葉類群花楸的二級脈均為達緣脈，且無間二級脈，復葉類群花楸的二級脈均為半達緣脈，同時存在間二級脈。在兩個類群之下，又可以根據(jù)四級脈的形態(tài)可以分別分成2組，單葉類群下第1組花楸的四級脈均為混合貫穿，第2組花楸的四級脈大部分為不規(guī)則網(wǎng)狀，復葉類群下第1組花楸的四級脈為對生貫穿和混合貫穿，第2組花楸的四級脈為不規(guī)則網(wǎng)狀，由此，可將25種廣義花楸屬植物分為4組。

《中國植物志》將花楸屬分為冠萼組（Aria）、落萼組（Micromeles）和復葉組（Sorbus）3組［10］。部分葉脈序特征在Aria、Micromeles和Sorbus組間存在交叉，如冠萼組中的黃脈花楸，落萼組中的美脈花楸、泡吹葉花楸、石灰花楸和復葉組中的少齒花楸均無間二級脈且四級脈均為不規(guī)則網(wǎng)狀。試驗所選取的16種復葉組花楸中，除少齒花楸被分出復葉類群以外，其余15種復葉花楸則根據(jù)四級脈分為2組。而冠萼組花楸和落萼組花楸則相互交叉重新聚成2組。二級脈、細二級脈、間二級脈、間二級脈長度在組間差異明顯，在屬下分類問題上有一定的參考價值。而粗二級脈間距、二級脈間三級脈、四級脈、脈間區(qū)發(fā)育、游離端小脈等性狀在組間有交叉現(xiàn)象。在新的APG分類中，以分子系統(tǒng)學研究為基礎(chǔ)，將廣義花楸屬中冠萼組獨立成一屬，為單葉花楸屬（Aria），同時將花楸屬中的落萼組單獨成立為脫萼花楸屬（Micromeles），而其花楸屬僅包括復葉花楸，但均未對屬下分類情況進行更深入的討論［24］。

本試驗通過葉脈序特征研究分析，將25種廣義花楸屬植物分為4組。聚類分析結(jié)果表明：毛序花楸、灰葉花楸、江南花楸、鼠李葉花楸4種聚在一起，可分為1組，在《中國植物志》中，除灰葉花楸屬冠萼組，其余三種都屬于落萼組；泡吹葉花楸、少齒花楸、美脈花楸、石灰花楸、水榆花楸、黃脈花楸6種聚成1組，值得注意的是少齒花楸為復葉組花楸，但在葉脈序特征角度卻和單葉花楸分為一組，這可能與其不存在間二級脈有關(guān)；鈍齒花楸、多對花楸、華西花楸、鋪地花楸、黃山花楸和四川花楸6種復葉花楸聚在一起，這6種在《中國植物志》上全部屬于復葉組；太白花楸、花楸樹、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨葉花楸、陜甘花楸、川滇花楸和晚繡花楸9種聚成1組，它們也全屬于復葉組花楸。相較于《中國植物志》，本研究結(jié)果將落萼組和冠萼組花楸根據(jù)四級脈特征重新分成2組，將復葉組花楸分成2組，最終將花楸屬植物分成4組。這說明落萼組花楸與冠萼組花楸在葉脈序特征方面并沒有明顯的差異，無法根據(jù)葉脈序特征將其兩組分開。同時也因其粗二級脈間距、間二級脈、二級脈間三級脈、四級脈和游離端小脈等性狀存在變異，種間差異較大，依據(jù)葉脈序特征的屬下分類結(jié)果也不同于花粉形態(tài)、分子等特征作為依據(jù)的分類結(jié)果。

花楸屬植物的分類仍然存在許多問題，本試驗僅從葉脈特征的角度對花楸屬植物的屬下分類進行了討論，提出了新的分類觀點。葉脈序的相關(guān)性狀受生境影響較小，其遺傳特性穩(wěn)定，是一個可靠的分類學證據(jù)［25］。同時，對于葉脈序特征分類與傳統(tǒng)分類上存在的差異，還需要結(jié)合分子生物學等其他的佐證進行進一步的研究。