中國五種仙茅科植物葉形態(tài)及其分類學(xué)意義

田 琴， 段涵寧， 王云強(qiáng)， 李海濤， 李 璐*

( 1. 西南林業(yè)大學(xué) 生物多樣性保護(hù)學(xué)院， 昆明 650224； 2. 西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院， 昆明 650224； 3. 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所云南分所云南省南藥可持續(xù)利用重點實驗室， 云南 景洪 666100 )

仙茅科(Hypoxidaceae)約有10屬200種，主要分布于南半球，部分見于北半球，在地理分布上形成了非洲南部和印度洋兩個分布中心，被放在天門冬目(Asparagales)，與蘭科(Orchidaceae)具有親緣關(guān)系(Kocyan et al., 2011；APG, 2016)。該科為多年生草本植物，具有以下典型分類學(xué)特征(錢嘯虎等，1985；Ji & Merrow, 2000；Kocyan et al., 2011)。(1)葉基生，具宿存葉基，有柄或無柄；葉片披針形，具明顯的折扇狀葉脈，毛被為非腺狀型(non-glandular integument)。(2)花單生或總狀花序或穗狀花序，有時花序軸急劇縮短成頭狀或傘房狀；花為輻射對稱，具6枚花被片，排成兩輪，外輪較小，背面綠色，內(nèi)輪較大，為花瓣狀，呈金黃色；子房下位，子房頂端常具喙。(3)果為蒴果或漿果。

仙茅科在我國約有4屬10種(Liu et al., 2012；王文廣等，2019)，分別是小金梅草屬(Hypoxis)、仙茅屬(Curculigo)、大葉仙茅屬(Molineria)和華仙茅屬(Sinocurculigo)(Liu et al., 2012)。小金梅草屬約有100種，廣布于熱帶地區(qū)，我國僅有小金梅草1種(Hypoxisaurea)，為多年生矮小草本，產(chǎn)南方地區(qū)。仙茅屬約有20種，廣布于世界熱帶和亞熱帶地區(qū)，我國有2種，包括光葉仙茅(Curculigoglabrescens)和仙茅(C.orchioides)，見于華南和西南。大葉仙茅屬約10種，分布于熱帶地區(qū)，我國有6種，包括大葉仙茅(Molineriacapitulata)、短莛仙茅(M.breviscapa)、絨葉仙茅(M.crassifolia)、疏花仙茅(M.gracilis)、中華仙茅(M.sinensis)和喜馬拉雅仙茅(M.prainiana)(王文廣等，2019)。華仙茅屬是根據(jù)種子不具縱凸紋、柱頭具毛、側(cè)膜胎座等形態(tài)特征并結(jié)合分子證據(jù)而成立的單種屬，僅包括臺山華仙茅(Sinocurculigotaishanica) 1種，分布于我國廣東省臺山市(Liu et al., 2012)。

長期以來，仙茅科屬間親緣關(guān)系較為復(fù)雜，亟待澄清 (Kocyan et al., 2011)。一方面，較為突出的分類學(xué)問題是仙茅屬和大葉仙茅屬間的界限不清。在傳統(tǒng)分類系統(tǒng)里，后者的成員常被放置在仙茅屬 (錢嘯虎，1985；Ji & Merrow, 2000)。同時，分子系統(tǒng)學(xué)也認(rèn)為這兩個屬的物種劃分非常困難，本應(yīng)放在仙茅屬的物種常被歸為大葉仙茅屬，反之亦然(Kocyan et al., 2011)。盡管有研究認(rèn)為它們在莖干、花、果和種子等組織器官方面差異明顯，足以將其分開(Henderson, 1987)，但一些關(guān)鍵的分類學(xué)特征并不穩(wěn)定，在屬間存在交叉重疊(Kocyan et al., 2011)。早期研究根據(jù)果喙的有無來區(qū)別仙茅屬(有果喙)和大葉仙茅屬(無果喙)(Nel, 1914)。然而，這個特征并不穩(wěn)定，一些被放置在大葉仙茅屬的物種也具果喙(Koycan et al., 2011)。Hilliard和Burtt(1978)提出了一個看似較為穩(wěn)定但并不容易觀察的解剖特征，即花藥橫切面的對稱性，對稱的是仙茅屬，不對稱的則為大葉仙茅屬。但是，Kocyan和Endress (2001)研究表明，這個特征和果喙一樣，在大葉仙茅屬的一些物種里，花藥橫切面既有對稱也有不對稱，并據(jù)此把大葉仙茅屬的兩個種又放回仙茅屬。因此，這兩個屬的形態(tài)鑒別特征需要補(bǔ)充新資料。目前，能較好地區(qū)分這兩屬的特征是種喙的有無，即仙茅屬的種子具種喙(指種柄末端的延伸)，且種皮表面具條狀紋飾；大葉仙茅屬的種子無喙，較小，條狀種皮紋飾有或無(Henderson, 1987；Wiland-Szymanska, 1997；Nordal, 1998；Kocyan et al., 2011)。另一方面，鑒于仙茅屬和大葉仙茅屬在分子系統(tǒng)樹上并非單系(Kocyan et al., 2011)，且華仙茅屬也處于這兩個屬交錯鑲嵌的分支里(Liu et al., 2012)，說明這3個屬的親緣關(guān)系有待澄清。此外，在仙茅科的分子系統(tǒng)學(xué)里(Kocyan et al., 2011)，廣布于全球約有100種的小金梅草屬，不同產(chǎn)地的物種處于不同分支(clades)表現(xiàn)為非單系(non-monophyletic)，許多物種和非洲的櫻茅屬(Rhodohypoxis)構(gòu)成一支(Hypoxisclade)，產(chǎn)自澳洲的兩個種與小鳶梅草屬(Pauridia)和矮金梅草屬(Saniella)聚為一支(Pauridiaclade)。

事實上，仙茅科是一個研究基礎(chǔ)較為薄弱的小科，形態(tài)學(xué)研究相對較少，且集中在南半球類群(Shah & Gopal, 1970；Thompson, 1976，1978，1979)，為近緣屬及其近緣科Asteliaceae(Rudall et al., 1998)的系統(tǒng)學(xué)提供依據(jù)。關(guān)于仙茅科植物形態(tài)特征的分類學(xué)價值，見于新類群的發(fā)表(Zona et al., 2009；Sanchez-Ken, 2010；Kocyan & Szymanska, 2016；Roy & Vijayan, 2016；Gore & Gaikwad, 2018；Gaikwad, 2019)和分類系統(tǒng)修訂(Zimudzi, 1994；Snijman & Kocyan, 2013；Snijman, 2014；Tiwari, 2020)。值得注意的是，我國仙茅科植物的研究也比較缺乏，除了新類群發(fā)表(Liu et al., 2012；王文廣等，2019)，其余的僅見于仙茅屬藥用植物的藥材形態(tài)鑒定(李隆云，2005)、5種仙茅屬藥用植物的種子形態(tài)觀察(董國明和張漢明，1998)及石蒜科5種植物(不包括狹義仙茅科的類群)的葉形態(tài)(秦衛(wèi)華等，2003)。仙茅科的仙茅屬和小金梅草屬植物都富含豐富的藥用化學(xué)成分，為傳統(tǒng)的藥用植物資源(錢嘯虎，1985；Perus et al., 2018)。最近的傳粉生物學(xué)表明，小金梅草屬的花部形態(tài)特征對紫外光反射(Klomberg et al., 2019)和中國和北美間斷分布物種的演化(Ren et al., 2019)具有重要的生態(tài)學(xué)意義。

葉形態(tài)特征在植物分類系統(tǒng)中具有重要的一席之地，尤其在解決一些分類困難的類群時具有重要作用，如獼猴桃屬(Actinidia)(何子燦等，2000)、藤山柳屬(Clematoclethra)(楊晨璇等，2020)、櫟屬(Quercus)(羅艷和周浙昆，2001)、鳳仙花屬(Impatiens)(張曉霞等，2013)和薔薇屬(Rosa)(曾妮等，2017)。因此，本文以中國仙茅科3屬5種植物為研究對象，利用顯微鏡、掃描電鏡和石蠟切片技術(shù)，比較分析它們的葉形態(tài)、葉表皮超微特征及葉解剖特征的差異，為該科的屬間界限和物種劃分提供形態(tài)學(xué)證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

5種植物的實驗材料均采自我國云南省南部，采集于2019—2021年，小金梅草、仙茅和絨葉仙茅采自景東縣無量山(憑證標(biāo)本依次為TQ36、TQ37、TQ38)；短葶仙茅和大葉仙茅分別采自河口縣和勐臘縣(Lilu20190004、Lilu20190003)。憑證標(biāo)本存于中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物所云南分所標(biāo)本館(IMDY)。

1.2 方法

1.2.1 植株葉片形態(tài) 在野外，每種植物隨機(jī)選5～10株，每株取2～5枚成熟葉，平均每株共選30枚葉。利用米尺測量葉柄長度和葉片的極軸(長)和赤道軸(寬)的最大值，相機(jī)拍照記錄毛被的有無，統(tǒng)計葉片折扇狀脈的數(shù)目，據(jù)此判斷葉片類型。

1.2.2 掃描電鏡觀察葉表皮超微特征 從標(biāo)本上取自然晾干的成熟葉片，沿中脈剪取2 mm × 2 mm的小方塊各4片，把葉片的背面和正面用導(dǎo)電膠固定在樣品臺上，噴金鍍膜。利用德國蔡司電子掃描顯微鏡(Zeiss Evo LS10)觀察葉表皮的毛被、表皮細(xì)胞、氣孔器內(nèi)外孔蓋等超微特征。表皮超微特征的判斷和術(shù)語概念參照相關(guān)文獻(xiàn)(Barthlott et al., 1998；Wilhelm et al., 2008)。

1.2.3 光學(xué)顯微鏡觀察葉表皮形態(tài) 野外采集成熟葉片，分段固定于FAA(50%酒精∶醋酸∶甲醛=90∶5∶5)24 h以上。葉表皮形態(tài)顯微觀察，參照醋酸-過氧化氫法(孫同興和江幸山，2009)。沿葉片中脈剪取1 cm × 1 cm的小方塊，浸泡在等比例的30%醋酸-過氧化氫溶液中，置于60 ℃恒溫培養(yǎng)箱中12 ～ 24 h。待葉肉與葉表皮細(xì)胞分離后，用毛筆輕輕刷去葉肉細(xì)胞，置于載玻片上，制成臨時玻片。每個物種選取5個樣品，在光學(xué)顯微鏡(萊卡DM 750)下，每個樣品選取5個視野，觀察拍照，記錄上下葉表皮的毛被類型、表皮細(xì)胞和氣孔類型等，利用Image J(Java)軟件測量它們的大小等，隨機(jī)測量記錄30個數(shù)據(jù)，求平均值。其中，氣孔指數(shù) = 氣孔數(shù)/ (氣孔數(shù) + 表皮細(xì)胞數(shù)) × 100% ，氣孔密度 = 氣孔個數(shù)·mm-2。

1.2.4 石蠟切片觀察葉橫切面解剖特征 取FAA固定后的成熟葉片各5片，沿中脈取2 mm × 2 mm的樣品，經(jīng)過酒精梯度脫水、二甲苯透明、浸蠟包埋。常規(guī)石蠟切片(厚度為8 μm)，切片烘干后，經(jīng)番紅-固綠染色及加拿大樹脂膠封片；烘干后，在光學(xué)顯微鏡(萊卡DM 750)下觀察拍照。觀察照片中5個樣品的葉橫切面特征，包括上下表皮細(xì)胞、維管束大小、葉肉細(xì)胞等；利用Image J(Java)軟件測量葉片厚度、上下表皮厚度、維管束。

2 結(jié)果與分析

2.1 仙茅科5種植物的葉形態(tài)特征

5種植物的葉片大小及其折扇狀脈數(shù)目與植株大小具顯著相關(guān)性(表1，圖版I)。株型小的低矮草本，其葉片也較小，葉脈數(shù)少，如小金梅草和仙茅(圖版I：1-6)。反之，株型大的植物，其葉片也較大，葉脈數(shù)多，如3種大葉仙茅屬植物(圖版I：7-15)。5種植物的葉片毛被類型多樣，可分為3種類型，即長柔毛、糙伏毛、白絨毛，毛被密度在種間差異顯著。長柔毛，纖細(xì)，最長可達(dá)5 cm，稀疏分布在葉背面的葉緣和葉脈處，出現(xiàn)在小金梅草和仙茅(圖版I：2-6)。糙伏毛，最短，幾乎不足1 mm，稀疏分布于葉兩面的葉脈隆起處，出現(xiàn)在大葉仙茅和短葶仙茅(圖版I：7-12)。白絨毛，較短，有2 ～ 3 mm長，密集覆蓋于葉片背部，呈毛絨一層，只出現(xiàn)在絨葉仙茅(圖版I：15)。

表 1 5種仙茅科植物的葉形態(tài)Table 1 Leaf morphology of five species in Hypoxidaceae

本文根據(jù)株型、葉片大小、折扇狀葉脈數(shù)及葉毛被類型，把5種植物的葉片形態(tài)劃分為3類：平整小型葉、波狀中型葉、折扇狀大型葉。

第一類，平整小型葉，指葉柄不明顯；葉片小、細(xì)窄近線性，長8 ～ 30 cm，寬不及1 cm；平整近光滑，無折扇狀次級葉脈，主脈明顯，次級脈無；葉緣及主脈上被稀疏長柔毛；株高約10 cm；見于小金梅草(圖版Ⅰ：1-3)，生長在高山草坡開闊處。

第二類，波狀中型葉，指葉柄明顯，長不及10 cm，明顯短于葉片；葉片線狀披針形，長可達(dá)40 cm，寬不及2 cm；葉片平整近光滑，主脈明顯，有8 ～ 12 次級脈，但不呈褶皺狀；葉緣和中脈處被稀疏長柔毛；株高可達(dá)50 cm；見于仙茅(圖版Ⅰ：4-6)，分布于林下或林緣草地。

第三類，折扇狀大型葉，指葉柄明顯，具槽，短于或等長于葉片，可達(dá)80 cm；葉片闊披針形，長可達(dá)150 cm，寬為10 ～ 30 cm；葉片具明顯折扇狀葉脈，主脈明顯，具10 ～ 20次級脈，呈折扇狀突起；葉正面近光滑，葉背面或近光滑或具絨毛；株高可達(dá)2 m；見于大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅(圖版I：7-15)，均生長在熱帶和亞熱帶常綠闊葉林下。

2.2 5種仙茅科植物的葉表皮毛被顯微特征

上述葉形態(tài)研究結(jié)果表明，葉的毛被類型及密度在5種植物中差異顯著。為進(jìn)一步明確毛被特征的分類學(xué)意義，本文利用顯微鏡和掃描電鏡觀察了其葉表皮毛微形態(tài)特征。

在顯微鏡下，5種植物的葉表皮均不同密度地被有毛狀體，皆為單列單細(xì)胞毛狀體，單生或簇生、基部膨大、具明顯毛囊；其中有4個種集中分布在葉緣和葉背中脈處(圖版Ⅱ：3，6，9，12)，僅有絨葉仙茅密集分布在葉柄和葉背(圖版Ⅱ：15)。根據(jù)毛狀體的長度和形態(tài)，將其分為3類：長柔毛(pilose)、星狀毛(stellate)和糙伏毛(strigose)。第一類，長柔毛，指毛狀體為單列單細(xì)胞，長為1～2 mm，通體纖細(xì)，線型纏繞狀，稀疏出現(xiàn)在葉緣和葉背葉脈處，看似光滑近無毛；較為常見，見于小金梅草、仙茅和大葉仙茅(圖版Ⅱ：3，6，9)。第二類，星狀毛，指長柔毛從同一個毛囊基部出發(fā)，為分叉的星狀長柔毛，密集覆蓋于葉背，肉眼下為厚厚的一層白絨毛； 見于絨葉仙茅 (圖版I：14 -15； 圖版Ⅱ：15)。第三類，糙伏毛，指毛狀體為單列單細(xì)胞，長不及20 μm，但較為粗壯，從基部向頂部變窄，呈針刺狀，通常單生或兩到根簇生；見于短葶仙茅的葉緣和中脈(圖版Ⅱ：12)。在掃描電鏡下，本文重點觀察了絨葉仙茅的星狀長柔毛的超微特征，揭示了其通體纖長、相互纏繞，外壁紋飾光滑、有屑狀紋飾等特點(圖版Ⅳ：14)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。左. 植株; 中. 葉背面(上)和葉正面(下); 右. 葉背面。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. Left. Plants; Middle. Abaxial leaf epidermis (ab) and adaxial leaf epidermis (ad); Right. Abaxial leaf epidermis. 圖版 Ⅰ 5種仙茅科植物的葉形態(tài)Plate Ⅰ Leaf morphology of five species in Hypoxidaceae

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅；6-9. 大葉仙茅；10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。其他標(biāo)尺=20 μm，除了圖3、6、9、12、15，標(biāo)尺 = 100 μm。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 6-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. Bars=100 μm in Fig. 3, 6, 9, 12, 15, and other bars = 20 μm. 圖版 Ⅱ 顯微鏡下5種仙茅科植物的葉下表皮Plate Ⅱ Abaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under microscope

2.3 5種仙茅科植物的葉表皮超微特征

在顯微鏡和掃描電鏡下，5種植物的葉表皮顯微特征差異顯著(表2，圖版Ⅱ，Ⅲ)，包括表皮細(xì)胞垂周壁式樣皆為平直-弓形；表皮細(xì)胞有兩類：六邊形(長矩形)和五邊形(短矩形)；氣孔器皆為平列型和橢圓形。

2.3.1 葉表皮細(xì)胞特征 在顯微鏡和掃描電鏡下，葉表皮細(xì)胞的形態(tài)和大小在同種植物的上、下表皮基本一致，但大小差異明顯表皮細(xì)胞垂周壁式樣皆為平直-弓形(表2；圖版Ⅱ，Ⅲ，IV)。根據(jù)細(xì)胞大小和輪廓，可分為兩類：六邊形和五邊形。前者指表皮細(xì)胞平整，為長六邊形，呈長矩形；細(xì)胞較大，大小平均值為89.30 μm × 32.63 μm，長寬比平均值為2.70；出現(xiàn)在小金梅草和仙茅(圖版Ⅱ：1-2，4-5；圖版Ⅲ：1-6)。后者指表皮細(xì)胞略呈凹陷狀，為短五邊形，呈短矩形；細(xì)胞較小，大小平均值為27.47 μm × 18.82 μm，其長寬比平均值為1.26；出現(xiàn)在大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)(圖版Ⅱ：7-15；圖版Ⅲ：7-9)。從數(shù)據(jù)分析(表2)來看，兩類表皮細(xì)胞的大小差異明顯，比值大于2。

2.3.2 葉表皮氣孔類型 在顯微鏡和掃描電鏡下，5種植物的氣孔器均分布于葉下表皮，偶見上表皮，為平列型(paracytic)，基本輪廓呈橢圓形，但氣孔大小、氣孔指數(shù)和氣孔密度在種間略有變化(表2；圖版Ⅱ、IV)。氣孔指數(shù)在5種植物里較為穩(wěn)定，均保持在10以內(nèi)，均值為7.78。根據(jù)氣孔大小和密度，可分為2類。第一類，大氣孔-低密度，指氣孔大小均值為35.00 μm × 28.88 μm；氣孔密度較低，其均值為5.56；出現(xiàn)在株型和葉片小的2個種(小金梅草和仙茅)(圖版Ⅱ：1-6；圖版IV：1-6)。第二類，小氣孔-高密度，指氣孔較小，大小均值為22.94 μm ×17.38 μm；氣孔密度較高，均值為20.90；出現(xiàn)在大葉仙茅屬3種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨毛仙茅)(圖版Ⅱ：7-12；圖版IV：7-13)。

因此，5種植物的葉表皮細(xì)胞和氣孔特征在種間差異明顯，可把葉表皮超微特征分為2類。第一類，表皮細(xì)胞為六邊形，呈長矩形、氣孔大但密度低，出現(xiàn)在株型矮和葉片小的2個種(小金梅草和仙茅)。第二類，表皮細(xì)胞為五邊形，呈短矩形、氣孔小但密度高，出現(xiàn)在株型高、葉片大的大葉仙茅屬3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。

2.3.3 葉表皮蠟質(zhì)紋飾 掃描電鏡下，低倍放大(× 400 ～ × 1 000)條件下，主要觀察表皮細(xì)胞形態(tài)和大小以及氣孔類型，蠟質(zhì)紋飾特征不明顯；但在高倍放大(× 2 000 ～ × 5 000)條件下清晰可見。蠟質(zhì)紋飾的類型及分布在同種和不同種植物的葉上、下表皮變化較大(圖版Ⅲ，IV)，共觀察到4種類型：光滑型、屑狀、殼狀和顆粒狀。光滑型(smooth)是指葉表皮細(xì)胞表面光滑平整，蠟質(zhì)紋飾層較薄、不明顯，偶見顆粒狀碎屑，出現(xiàn)在小金梅草的上表皮(圖版Ⅲ：1-3)。屑狀紋飾(scales)，是指葉表皮細(xì)胞表面有不規(guī)則薄片狀突起，呈蠟屑狀散落，密集分布于仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：6)和下表皮(圖版IV：5，6)，稀疏均有分布在大葉仙茅的下表皮(圖版IV：7-9)。殼狀紋飾(crusts)是指蠟質(zhì)紋飾厚薄不一，為不規(guī)則的殼狀突起，出現(xiàn)在大葉仙茅和短葶仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：7-11)。顆粒狀紋飾(granular)指蠟質(zhì)紋飾成大小不一的圓形或方形的顆粒狀突起，稀疏出現(xiàn)絨葉仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：12)或與其他3種紋飾不同程度混合出現(xiàn)在5種植物的葉下表皮(圖版IV)。

比較分析認(rèn)為，葉上表皮的蠟質(zhì)紋飾在同種植物里較為單一，容易區(qū)別，共有4類(光滑、屑狀、顆粒和殼狀)。例如：前3種類型依次出現(xiàn)在小金梅草(圖版Ⅲ：1-3)、仙茅(圖版Ⅲ：6)和絨葉仙茅(圖版Ⅲ：9，12)，而殼狀出現(xiàn)在大葉仙茅屬的2個種(大葉仙茅和短葶仙茅)(圖版Ⅲ：7，10；8，11)。然而，葉下表皮蠟質(zhì)紋飾相對復(fù)雜，為2種類型的混合體，在種間不易區(qū)分。例如：顆粒和殼狀紋飾稀疏混合出現(xiàn)在小金梅草(圖版IV：1-3)，顆粒和殼狀密集混合出現(xiàn)在仙茅(圖版IV：4-6)，顆粒和屑狀不同程度混合出現(xiàn)在大葉仙茅屬的3個種(圖版IV：7-12)。因此，蠟質(zhì)紋飾在葉上表皮的差異顯著，而在葉下表皮顯得沒有規(guī)律。

2.4 5種仙茅科植物的葉橫切解剖特征

為揭示葉片橫切面解剖特征在種間的差異，本研究觀察了5種植物的中脈和側(cè)脈處的葉橫切面。結(jié)果表明，5種植物的葉橫切面解剖特征較為相似，皆由形態(tài)顯著的表皮層、葉肉組織和維管束3種組織構(gòu)成。然而，葉中脈橫切面形態(tài)、上下表皮細(xì)胞大小、葉片厚度、葉肉組織厚度和維管束形態(tài)等在種間差異明顯(表3，圖版V)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7, 10. 大葉仙茅; 8, 11. 短葶仙茅; 9, 12. 絨葉仙茅。1-3. Hypoxis aurea； 4-6. Curculigo orchioides； 7, 10. Molineria capitulata； 8, 11. M. breviscapa； 9, 12. M. crassifolia.圖版 Ⅲ 掃描電鏡下5種仙茅科植物的葉上表皮超微形態(tài)特征Plate Ⅲ Ultrastructure of adaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under SEM

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅 ; 13-15. 絨葉仙茅。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia.圖版 IV 5種仙茅科植物的葉下表皮超微形態(tài)特征Plate IV Ultrastructure of abaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under SEM

中脈橫切面的輪廓在5種植物略有變化，根據(jù)中脈兩側(cè)的葉橫切面形成的夾角大小， 將其分為平整型(even)和龍骨狀(carinate)。平整型指夾角處于160°～180°范圍，切面輪廓看上去近乎平直，為一直線；出現(xiàn)在3屬3種(小金梅草、仙茅和絨葉仙茅)。龍骨狀，又稱V-字型，指夾角為90°～160°范圍，切面輪廓呈V-字型；出現(xiàn)在大葉仙茅屬的2個種(大葉仙茅和短葶仙茅)。

數(shù)據(jù)分析表明，葉片厚度與葉肉和中脈的厚度雖呈明顯的正相關(guān)，但與葉型大小卻呈負(fù)相關(guān)，很明顯可以分為2類。第一類，小葉-厚葉型，出現(xiàn)在株型矮、葉片小的2屬2種(小金梅草和仙茅)。它們的葉片厚度在120 μm以上(156.51、123.13 μm)，均值為139.82；葉肉厚度處于保持在80 μm左右(87.56、84.73 μm)，均值為86.14 μm；中脈厚度在190 μm及以上(190 ～ 320 μm)，均值為254.65 μm。第二類，大葉-薄葉型，出現(xiàn)在株型高、葉片大的大葉仙茅屬3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。3個種的葉片厚度約為90 μm(90.65、92.86、102.37 μm)，均值95.30 μm；葉肉厚度約為65 μm(68.54、61.30、64.22 μm)，均值64.68 μm；中脈厚度集中在160 μm (160.25、166.18、159.56 μm)，均值為161.99 μm。因此，葉片厚薄和葉片大小呈一定相關(guān)性。

表 2 5種仙茅科植物葉表皮形態(tài)特征Table 2 Characteristics of leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae

從葉橫切面輪廓和統(tǒng)計分析比較可以看出，同種植物的葉上、 下表皮細(xì)胞大小及其厚度差異顯著，尤其在中脈處的上下表皮較為突出(圖版V：2，5，8，11，14)，可以分為2類。第一類，等大型表皮細(xì)胞，指上、下表皮細(xì)胞近等大，其比值為1.10 ～1.50，出現(xiàn)在2屬2種，即小金梅草(1.37)(圖版V：1-3)和仙茅(1.11)(圖版V：4-6)。第二類，不等大型表皮細(xì)胞，指上表皮細(xì)胞比下表皮細(xì)胞大1.5倍以上(1.50 ～ 3.50)，見于大葉仙茅屬的3個種：大葉仙茅(2.72)(圖版V：7-9)、短葶仙茅(3.27)(圖版V：10～12)和絨葉仙茅(1.54)(圖版V：13-15)。

表 3 5種仙茅科植物葉橫切解剖特征Table 3 Leaf anatomy of five species in Hypoxidaceae

維管束形態(tài)在種間差異明顯，根據(jù)木質(zhì)部和韌皮部構(gòu)成的輪廓，可分為2類。第一類，圓形維管束，指葉中脈橫切面上，韌皮部集中分布在木質(zhì)部周圍，在上下表皮細(xì)胞之間有明顯的葉肉細(xì)胞組織相互隔離，形成一個閉合環(huán)，見于2屬3種(小金梅草、大葉仙茅和短葶仙茅)(圖版V：2，8，11)。第二類，橢圓形維管束，指葉中脈橫切面上，韌皮部延伸至上下表皮處，靠上表皮的部位比近下表皮處的細(xì)胞數(shù)目較多，呈上寬下窄的不規(guī)則形態(tài)，見于2屬2種(仙茅和絨葉仙茅)(圖版V：5，14)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。mvb. 中脈維管束; vb. 側(cè)脈維管束。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. mvb. Midrib vascular bundle; vb. Vascular bundle of the secondary veins.圖版 V 5種仙茅科植物葉橫切面結(jié)構(gòu)特征Plate V Anatomical features of leaf transection of five species in Hypoxidaceae

由此可見，葉橫切面解剖特征在種間差異顯著。根據(jù)葉中脈橫切面輪廓、葉片厚度和上下表皮細(xì)胞大小等，可分為2類。第一類，中脈平整、葉片厚、表皮細(xì)胞等大，出現(xiàn)在2屬2種(小金梅草和仙茅)。第二類，中脈突起-葉片薄、表皮細(xì)胞不等大，見于大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。

3 討論與結(jié)論

針對仙茅科研究資料較少，屬間界限不清的分類問題爭議較大的現(xiàn)象，本文選擇了我國3屬5種植物為研究對象，利用顯微鏡、掃描電鏡和石蠟切片技術(shù)，觀察了其葉形態(tài)、葉表皮顯微特征和葉橫切面解剖結(jié)構(gòu)，比較分析了葉形態(tài)特征在屬間和種間的差異，探討了分類學(xué)意義，集中在以下五個方面。

第一，葉形態(tài)在種間的差異可以作為屬間界限劃分依據(jù)。前人研究了分布在南半球的3個屬(Spiloxene、Empodium、Pauridia)10種植物的葉片特征(Thompson, 1976)，根據(jù)葉型和中脈維管束特征，把葉形態(tài)分為4種：龍骨狀突起葉(carinate)、管槽葉(cannalculate)、圓柱葉(terete)和折扇狀葉(plicate)；前3種類型出現(xiàn)在Spiloxene，可以用于鑒定該屬的不同種(Garside, 1942)，后一種類型出現(xiàn)在Empodium。在仙茅科的分類修訂研究中，小金梅草屬通常被描述為無葉柄、葉片非折扇狀的小型葉片(Rudall et al., 1998)；仙茅屬和大葉仙茅屬常被記錄為有葉柄具折扇狀的大型葉(Zimudzi,1994；Ji & Merrow, 2000；王文廣等，2019)?？梢?，根據(jù)次級葉脈數(shù)反映折扇狀葉脈特征，具有分類學(xué)意義。本研究觀察到的3種類型葉片，可用于屬間物種劃分。例如：小金梅草屬的小金梅草為平整小型葉；仙茅屬的仙茅具波狀中型葉；大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)都為折扇狀大型葉。

第二，葉表皮細(xì)胞形態(tài)-氣孔類型-中脈特征-葉片厚度-葉表皮層5個特征組合，在屬間具有一定的分布規(guī)律。上述5個特征構(gòu)成的組合，可截然不同分為2類，出現(xiàn)在不同的屬。第一類組合，指表皮細(xì)胞長矩形(六邊形)、氣孔大-密度低、中脈平整、葉片厚、表皮細(xì)胞等大；該組特征出現(xiàn)在株型小葉片小的2屬，即小金梅草和仙茅。相反，與上述5個特征相對應(yīng)、且相反的第二類組合，指表皮細(xì)胞短矩圓形(五邊形)，氣孔小且密度高、中脈隆起、葉片薄、表皮細(xì)胞不等大；這種組合集中見于大葉仙茅屬的3個種。因此，本文支持大葉仙茅屬應(yīng)該獨立于仙茅屬外(Henderson, 1987)，也暗示著小金梅草屬和仙茅屬較為近緣，也為小金梅草屬是多系的觀點(Kocyan et al., 2011)提供了新線索。事實上，小金梅草屬的葉表皮細(xì)胞類型較多樣，常以五邊形和六邊形為主，偶見四邊形(Wiland-Szymanska, 2009)。

第三，毛被特征可以作為仙茅科物種鑒定依據(jù)。例如，小金梅草、仙茅、大葉仙茅的葉片特征均為：葉片近光滑-長柔毛型的毛被，見于3個種的葉緣處和葉背中脈。短葶仙茅的葉片為近光滑-糙伏毛型，疏生于葉緣和中脈處。其中，絨葉仙茅的毛被特征很典型，葉背密被白色絨毛，顯微鏡下為分叉的星狀長柔毛。這在我國10種仙茅科植物里很少見，識別度較高。值得注意的是，本文觀察到的3屬5種植物的葉片毛被皆為單細(xì)胞單列，與南半球分布的仙茅科普遍具有的葉形態(tài)特征(多細(xì)胞、多列、分叉星狀柔毛)(Thompson,1986；Rudall et al., 1998；Wiland-Szymańska, 2001)截然不同。因此，本文結(jié)果為分布在東亞的仙茅科分類提供了新資料。同時，小金梅草屬的毛被特征較為多樣，既有多細(xì)胞多列長柔毛，也有單細(xì)胞單列組成的分叉星狀柔毛(Rudall et al., 1998；Wiland-Szymańska, 2001)。因此，仙茅科毛被特征的分類學(xué)意義值得進(jìn)一步研究。

第四，5種植物的葉表皮蠟質(zhì)紋飾，在葉下表皮較為復(fù)雜，是以顆粒和碎屑或和殼狀不同組合出現(xiàn)的，在種間難以區(qū)別。然而，葉上表皮的蠟質(zhì)紋飾在種間差異明顯，可作為物種鑒定依據(jù)。例如，小金梅草為光滑型，仙茅為屑狀，大葉仙茅為顆粒狀，短葶仙茅和絨葉仙茅為殼狀。這說明，與其他3個種相比，后兩種親緣關(guān)系較近。

第五，葉橫切面維管束形態(tài)(圓形和橢圓形)在屬內(nèi)種間差異明顯，可用于物種鑒定。例如，大葉仙茅屬2種(大葉仙茅和短葶仙茅)具圓形維管束；而絨葉仙茅為橢圓形。此外，其余2屬2種(仙茅和小金梅草)為橢圓形。值得一提的是，兩種類型在小金梅草屬里都比較普遍(Wiland-Szymańska, 2001)。

綜上所述，本文觀察到的我國仙茅科3屬5種植物的葉形態(tài)和解剖特征，在屬間和種間差異顯著，具有一定的分類學(xué)意義。葉片的5個特征組合(葉形態(tài)+表皮細(xì)胞+氣孔類型+葉片+上、下表皮細(xì)胞厚度)在屬間差異明顯，可用于屬間界限劃分。其余特征，包括毛被類型、表皮蠟質(zhì)紋飾和葉中脈橫切面的維管束等在種間各有特點，可作為物種鑒定依據(jù)。據(jù)此，為更好地理解葉形態(tài)特征的分類學(xué)意義，特編制了我國仙茅科3屬5種植物分類檢索表。

我國5種仙茅科植物分屬及分種檢索表——基于葉形態(tài)解剖特征

1. 植株小型，高不超過50 cm；葉片小，最寬處小于2.5 cm，長不超過40 cm；葉柄不明顯；葉緣和中脈處具長單細(xì)胞毛；表皮細(xì)胞五邊形；氣孔較大，氣孔密度低；中脈平整，葉片較厚，上下表皮細(xì)胞等大

(2)

2. 根狀莖球形；無葉柄，表皮細(xì)胞呈長橢圓，上表皮蠟質(zhì)紋飾光滑，中脈維管束圓形。

小金梅草(Hypoxisaurea)

2. 根狀莖圓柱狀；草質(zhì)葉柄，葉上表皮蠟質(zhì)紋飾屑狀，中脈維管束橢圓形。

仙茅(Curculigoorchioides)

1. 植株大型，可達(dá)200 cm；葉片大，最寬處可達(dá)20 cm，長可達(dá)200 cm；木質(zhì)葉柄，幾與葉片等長；葉片毛被多樣；表皮細(xì)胞六邊形；氣孔較小，密度高；中脈隆起，葉片較薄，上下表皮細(xì)胞不等大。

大葉仙茅屬(MolineriaColla)(3)

3. 葉背密集白色星狀毛；葉上表皮具稀疏顆粒狀紋飾；中脈維管束橢圓形。

絨葉仙茅(M.crassifolia)

3. 葉緣及背面中脈處被稀疏毛；葉表皮密具殼狀紋飾；中脈維管束圓形

(4)

4. 花莖長，果序高于地面；葉緣和背面中軸處被單細(xì)胞長柔毛；葉下表皮蠟質(zhì)紋飾為顆粒狀和屑狀混合。

大葉仙茅(M.capitulata)

4. 花莖極度縮短，果序聚集于根部；葉緣和背面中脈處被單細(xì)胞短糙伏毛；葉下表皮蠟質(zhì)紋飾為稀疏顆粒狀。

短葶仙茅(M.breviscapa)

致謝西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院提供實驗平臺，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園公共技術(shù)服務(wù)中心唐霆高級工程師協(xié)助掃描電鏡觀察。