诸葛菜属及近缘类群(十字花科)的幼苗形态及其分类学意义

孙 莉，杨王伟，张 漪，金孝锋

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

诸葛菜属及近缘类群(十字花科)的幼苗形态及其分类学意义

孙 莉，杨王伟，张 漪，金孝锋

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

对中国特有属诸葛菜属Orychophragmus4种植物及近缘的心叶碎米荠Cardaminelimprichtiana、大叶葱芥Allariagrandifolia等的幼苗进行了形态学观察，并探讨了分类学意义.结果表明：1)诸葛菜属4种植物与心叶碎米荠、大叶葱芥幼苗的子叶均对折，出土，其脉序为掌状网脉，具侧生一级至四级脉，诸葛菜O.violaceus、大叶葱芥和心叶碎米荠3种具少数五级脉；2)在诸葛菜属内，诸葛菜的幼苗初生叶的毛被和子叶脉序与其他3种(湖北诸葛菜O.hupehensis、太白诸葛菜O.taibaiensis、铺散诸葛菜O.diffusus)存在明显差异，其中铺散诸葛菜第二、第三真叶羽裂.诸葛菜的下胚轴长度、直径明显长于或粗于其他3种；3)心叶碎米荠、大叶葱芥的幼苗与诸葛菜相似，但初生叶边缘具圆齿而有别，与铺散诸葛菜等3种在子叶脉序上差异较大，子叶与异堇叶碎米荠C.violifoliavar.diversifolia也有很大差别；4)全面观察幼苗形态并结合形态特征、花粉微形态、体细胞染色体数和系统发育研究结果，不支持将铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜，也不支持将心叶碎米荠和大叶葱芥归入诸葛菜属.

诸葛菜属；心叶碎米荠；大叶葱芥；十字花科；幼苗形态；分类学意义

十字花科Cruciferae有330余属，约3 500种，主要分布于北温带，我国有102属，400余种，南北各地均有分布[1-2].

诸葛菜属OrychophragmusBunge是以诸葛菜O.violaceus为模式建立的，为中国特有的寡种属[1,3].《中国植物志》十字花科中承认我国有1种3变种，即诸葛菜O.violaceus及其变种湖北诸葛菜O.violaceusvar.hupehensis、缺刻叶诸葛菜var.intermedius和毛果诸葛菜var.lasiocarpus[1].谭仲明等[4]发表了太白诸葛菜O.taibaiensis和铺散诸葛菜O.diffusus，并将湖北诸葛菜提升到种O.hupehensis.《四川植物志》[5]中承认了诸葛菜和var.intermedius、var.lasiocarpus、var.hupehensis和同型叶诸葛菜var.homaeophyllus等5个变种.此外，吴金清和赵子恩[6]发表了新种秭归诸葛菜O.ziguiensis.Al-Shehbaz等[3]对中国诸葛菜属Orychophragmus作了修订，结果只承认2个种:其一是诸葛菜O.violaceus;其二是将产于我国华东(浙江和安徽)的心叶碎米荠Cardaminelimprichtiana归入诸葛菜属，组合为心叶诸葛菜O.limprichtianus(Pax) Al-Shehbaz & G. Yang.还将安争夕[7]发表的大叶葱芥Allariagrandifolia也归并到O.limprichtianus中[3].《Flora of China》采纳了Al-Shehbaz等的观点，将诸葛菜的种下类群及铺散诸葛菜、太白诸葛菜等皆归并入诸葛菜[2].但周丽蓉等[8-9]对诸葛菜属体细胞核型研究及ITS和matK序列分析，不支持将湖北诸葛菜和太白诸葛菜归入诸葛菜中.可见，虽然Orychophragmus的种类并不多，但是其形态性状的变异十分复杂，以致不同的研究结果竟有如此大的分歧.

个体发生是系统发育的简短重演，种子植物幼苗是种子个体发育的一个重要时期.植物幼苗的形态特征一定程度上能反映其祖先的特征，在研究物种形成和系统演化中具有重大意义[10]，可用于探讨种类区别、属内种间关系、属的演化关系等，如对常见十字花科田间杂草幼苗的比较[11]，菱属Trapa不同种的幼苗观察[12]，毛茛科、红豆杉科、壳斗科各属间幼苗的比较[13-15]等.对于种类不多、但种类划分问题突出的诸葛菜属幼苗形态至今尚未有过研究.在对诸葛菜属及其近缘类群花粉形态进行观察以后[16]，本研究以诸葛菜、太白诸葛菜、湖北诸葛菜、铺散诸葛菜和近缘种心叶碎米荠、大叶葱芥及异堇叶碎米荠C.violifoliavar.diversifolia(在浙江，以往根据形态特征认为心叶碎米荠与异堇叶碎米荠最为接近[1]，因此对异菫叶碎米荠也进行取样观察)为研究材料，观察其子叶和幼苗的形态差异.旨在更加准确地掌握诸葛菜属内种间的变异情况，并为种级划分和种的界定提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料来源

用于幼苗形态分析的各分类群来源详见表1，其中湖北诸葛菜、太白诸葛菜、铺散诸葛菜和大叶葱芥采自模式标本产地.采样过程中按照随机取样原则，收集成熟的种子和压制凭证标本.

表1 材料来源Tab.1 Sources of the materials

1.2 种子萌发与形态特征的观测和记录

备用的种子播种于营养土中，22 ℃恒温培养.对子叶期、初生叶期(第一片真叶期)、第二片真叶期和第三片真叶期的幼苗形态特征进行观测和记录，每个种每个观察时期取10个个体观察、测量并制成腊叶标本.每个种第三片真叶期以后取样多余的个体则任其生长，直至开花结实，用于观察茎生叶、花部和角果形态.子叶用7%的NaOH溶液透明至黄白色，再用亚甲基蓝染色1～2 min，置于Zeiss LK1500LCD体式显微镜下观察并拍照.

1.3 数据整理和描述

幼苗下胚轴长度和直径在初生叶长出后会迅速伸长，变异较大，其长度和直径数据主要在播种后子叶刚出土而未开展时进行测量，所得数据用SPSS 11.5处理分析.幼苗的形态学术语主要根据《图解植物学词典》中的叶形[17]描述，子叶脉序术语主要根据柴燕等[11]和梁彦等[13]描述.

2 结 果

2.1 幼苗形态

7种植物(共8个材料)的幼苗形态详见表1.异堇叶碎米荠胚根缘依子叶，诸葛菜属、大叶葱芥、心叶碎米荠子叶对折(图1).在萌发时，下胚轴伸长，子叶出土，片状，有居间生长，为吸收兼光合型子叶，上胚轴不伸长，按照季祥彪和叶能干[10]对双子叶植物幼苗的划分，为蜡梅型.子叶新鲜时肉质，干后厚纸质，形状为近圆形、长圆形或倒卵圆形，在异堇叶碎米荠、铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜中变异较大；子叶先端除异堇叶碎米荠为圆钝外，其余材料为浅凹；所有材料子叶大多无毛，诸葛菜的子叶有时疏被毛(图1).

表2 诸葛菜属4种及近缘2种1变种的幼苗形态特征Tab.2 Morphological characters of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa

A诸葛菜(子叶对折)；B大叶葱芥(子叶与下胚轴)；C湖北诸葛菜(子叶形态)；D心叶碎米荠 (子叶与初生叶);E太白诸葛菜(子叶与两枚真叶);F诸葛菜(子叶与初生叶);G铺散诸葛菜(第二真叶羽裂);H铺散诸葛菜(第二、三真叶羽裂). 比例尺 1 cm.图1 诸葛菜属及近缘类群的幼苗形态Fig.1 Seedling morphology of Orychophragmus and the related taxa

初生叶(第一真叶)大多为心形，其中太白诸葛菜和异堇叶碎米荠为肾圆形；边缘具齿，其中诸葛菜、太白诸葛菜、湖北诸葛菜为锯齿，心叶碎米荠、大叶葱芥为圆齿，异堇叶碎米荠为波状齿；除铺散诸葛菜无毛外，诸葛菜、心叶碎米荠、大叶葱芥均密被白色柔毛，太白诸葛菜、湖北诸葛菜、异堇叶碎米荠则疏被白色柔毛.第二真叶较初生叶大，形态和毛被大多相似，但铺散诸葛菜有时羽裂.第三真叶较第二真叶更大，铺散诸葛菜为羽裂，其余种类均为单叶(图1).

2.2 幼苗子叶脉序

所有材料的子叶脉序特征详见表3和图2.7种植物的脉序均为掌状网脉，在子叶顶端聚集.异堇叶碎米荠与其他种类的差异较大，侧生一级脉2条对生，其他种类4～6条不等，不对生；二级脉常结环、分支，但在异堇叶碎米荠中不结环；三级脉较多，大多结环，在异堇叶碎米荠中少，分支；四级脉在诸葛菜、心叶碎米荠、大叶葱芥中较多，结环、分支，铺散诸葛菜和湖北诸葛菜四级脉较少，结环、分支，太白诸葛菜四级脉也较少，不结环，异堇叶碎米荠无四级脉；具五级脉的种类仅诸葛菜、心叶碎米荠和大叶葱芥.

3 讨 论

3.1 诸葛菜属植物幼苗的形态特征

从幼苗形态看，诸葛菜属植物(包括诸葛菜、铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜)具有较为一致的特征.其种子萌发时下胚轴伸长，上胚轴不伸长；子叶对折，出土，近圆形或长圆形，先端微凹，吸收兼光合型，常无毛，或有时疏被毛；子叶脉序为掌状网脉，中脉明显，侧生一级脉多条，不成对，具二级、三级和四级脉，仅诸葛菜具数量较少的五级脉.初生叶心形或肾圆形，具锯齿或圆齿，密被毛或疏被毛，稀无毛；第二真叶和第三真叶常为单叶.与十字花科其他属如荠菜属Capsella、独行菜属Lepidium、播娘蒿属Descurainia、芸薹属Brassica等幼苗[11]比较，差异很大，可见幼苗形态可以为本科植物分类鉴定提供一些有用的依据.

表3 诸葛菜属4种及近缘2种1变种的子叶脉序特征Tab.3 Cotyledon venations of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa

A大叶葱芥;B湖北诸葛菜;C铺散诸葛菜;D太白诸葛菜;E心叶碎米荠(Y)；F心叶碎米荠(H)；G异堇叶碎米荠；H诸葛菜.比例尺2 mm.图2 诸葛菜属及近缘类群的幼苗子叶脉序Fig.2 Venation pattern of the cotyledons of Orychophragmus and the related taxa

3.2 铺散诸葛菜等3种的分类处理有待商榷

Al-Shehbaz等[3]对中国诸葛菜属作了修订，认为诸葛菜是一个形态变异很大的种，把铺散诸葛菜和太白诸葛菜归并入诸葛菜.Zhou等[2]在《Flora of China》中，将诸葛菜种下所有分类群全部归并入诸葛菜，其中还包括湖北诸葛菜.但从本实验的几个种形态特征看，诸葛菜与铺散诸葛菜等3种的形态区别明显：铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜茎生叶叶片大头羽裂，有侧生裂片2～6枚，具明显的叶柄，叶柄基部具抱茎的小耳；诸葛菜茎生叶叶片不分裂，无柄，基部明显扩大而抱茎.此外，从体细胞染色体数目来看，诸葛菜为2n=24，铺散诸葛菜为2n=20，湖北诸葛菜2n=22，太白诸葛菜2n=24，或48(为4倍体)[8]；ITS序列和matK分析同样也不支持将湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜[9].从幼苗形态看，诸葛菜的幼苗初生叶密被白色柔毛，子叶四级脉较多，有时具五级脉，而湖北诸葛菜和太白诸葛菜与之不同，初生叶疏被白毛，子叶四级脉较少，无五级脉；铺散诸葛菜初生叶无毛，边缘具圆齿，第二、第三真叶羽裂，子叶四级脉较少，无五级脉，也与诸葛菜不同.下胚轴长度及直径，诸葛菜与铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜均存在显著差异(P<0.01).鉴于多方面的证据，不支持将铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜.

3.3 心叶碎米荠、大叶葱芥与诸葛菜属关系

心叶碎米荠因子叶对折，在子叶缘依胚根的碎米荠属很特殊，Al-Shehbaz等[3]主要根据这个特征，将其归入诸葛菜属，组合为心叶诸葛菜O.limprichtianus(Pax) Al-Shehbaz & G. Yang，并将大叶葱芥归并为心叶诸葛菜的异名.从形态特征看来，心叶碎米荠茎生叶常为单叶而叶柄决不抱茎，花小，花瓣长圆状倒卵形，无爪，长角果顶端无喙；花粉极轴长度明显比诸葛菜属的种短；种子表面密被小瘤状突起.诸葛菜属茎生叶单叶或大头羽裂，叶片或叶柄基部扩大成耳状抱茎，花较大，花瓣具爪，长角果顶端具长喙；种子表面具网状纹饰.从幼苗形态看，心叶碎米荠和大叶葱芥的幼苗与诸葛菜相似，而与铺散诸葛菜等差异较大，与异堇叶碎米荠差异更大.可见，心叶碎米荠、大叶葱芥与诸葛菜属有一定的亲缘关系，但形态特征、花粉和种子表面纹饰差异很大，ITS序列和trnL-F序列分析也表明心叶碎米荠、大叶葱芥既不是诸葛菜属成员，也不是碎米荠属成员(另文发表).大叶葱芥除植株无毛或几无毛外，与心叶碎米荠几无区别，幼苗形态、花粉大小和种子表面纹饰也十分相似，是心叶碎米荠的无毛类型.

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TheSeedlingMorphologyofOrychophragmus&theRelatives(Cruciferae)anditsTaxonomicSignificance

SUN Li, YANG Wang-Wei, ZHANG Yi, JIN Xiao-Feng

(College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China)

The seedling morphology of fourOrychophragmusspecies and its relatives,Cardaminelimprichtian, andAllariagrandifoliawere observed in the present paper, and its taxonomic significane was analyzed. The results show that the fourOrychophragmusspecies together withC.limprichtianaandA.grandifolia, have consistent characters, such as cotylodens conduplicate, epigaeous, palmated-reticulate venations, and lateral primary veins 1-4,O.violaceus,C.limprichtianaandA.grandifoliahave five-class veins. The seedling morphology is different inOrychophragmus. The primary leaves ofO.violaceusare densely whitish pilose, sometimes with quinary veins, while those ofO.diffusus,O.hupehensis, andO.taibaiensisare sparsely pilose, without quinary veins. The secondary and terante leaves ofO.diffususare pinnatisect with 1-3 leafletlike lateral lobes. The length and diameter of the hypocotyls ofO.violaceusare significantly longer or thicker than the other three species. The seedlings ofC.limprichtianaandA.grandifoliaare much more similar withO.violaceus, but differ in leaves with crenate teeth at margin. The venation pattern of the cotyledons is quite different fromO.diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensisandC.violifoliavar.diversifolia. Based on the observation results of seedling morphology, morphological characteristics, pollen micro-morphology, chromosome number and phylogeny,O.diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensisshould not be incorporated into the category ofO.violaceus.C.limprichtianaandA.grandifoliaare not the members ofOrychophragmus.

Orychophragmus;Cardaminelimprichtiana;Allariagrandifolia; Cruciferae; seedling morphology; taxonomic significance

2011-12-26

国家自然科学基金项目(30870150)；浙江省科技计划项目(2010C33093, 2011C22101)；浙江省青年教师资助计划项目(2X09012005).

金孝锋(1978—), 男，副教授, 博士, 主要从事植物系统进化研究.E-mail: docxfjin@163.com

11.3969/j.issn.1674-232X.2012.04.010

Q944

A

1674-232X(2012)04-0337-05