中国木蓼属植物叶表皮微形态特征及其分类学意义

张 健，闻志彬，张明理，3，①

(1.石河子大学生命科学学院，新疆石河子832003;2.中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室，新疆乌鲁木齐830011;3.中国科学院植物研究所，北京100093)

木 蓼 属 (AtraphaxisLinn.)隶 属 于 蓼 科(Polygonaceae)蓼亚科(Polygonoideae)木蓼族(Tribe.Atraphaxideae)［1-2］。本属在全世界约 25种，主要分布于中亚及西亚地区。中国有11种3变种，其中仅沙木蓼(Atraphaxis bracteata A.Los.)和东北木蓼(A.manshurica Kitag.)分布在中国东北和北部地区，其余种类主要分布在中国西北地区［3］。本属植物主要生长在荒漠沙地、干旱山坡及戈壁滩，具有很强的耐旱、耐瘠薄和抗风沙特性，是荒漠防风固沙的优良植物之一［4］。

自1753年林奈建立木蓼属以来，国内外不少学者在该属的形态学、解剖学、孢粉学、细胞学和分子系统学方面进行了大量研究。Jaubert等［5］、Pavlov［6］、Rechinger等［7］、Lovelius［8］和包伯坚等［1］对本属属下分类进行了相关研究，确立木蓼属应划分为3个组:Sect.Atraphaxis、Sect. Physopyrum(M. Pop.)O.Lovel和 Sect.Tragopyrum(Bieb.)Jaub.et Spach。对于木蓼属属下种类的划分，不同学者采用不同的方法进行了研究:包伯坚和李安仁等［1-3］、杨昌友等［9-10］及刘玉兰［11］通过形态特征对木蓼属属下各种进行区分并编制分类检索表;而Wilkinson［12］的解剖学研究仅涉及本属的个别种类，对于本属25个种的区分缺乏足够的解剖学资料;葛学军等［13］对中国木蓼属植物的花粉形态进行了研究，结果显示仅沙木蓼的花粉纹饰较为特殊，其余种类的花粉形态特征都比较相似，孢粉学证据的分类学意义并不显著;Fedorov［14］和Tian等［15］对木蓼属部分种类的染色体数目及核型进行了研究，发现供试种类多为二倍体，表明在细胞学方面用染色体倍性特征很难对木蓼属属下类群进行鉴定;Lamb-frye 等［16］及孙延霞等［17-18］试图采用分子系统学方法对木蓼属种类进行区分，但该属的种间差异没能得到分子系统学证据的支持。

近年来，有关植物叶表皮微形态特征及其在不同分类等级间的分类学价值的研究越来越受到植物分类学家的重视。一方面，植物营养器官的微形态特征主要是物种本身遗传特征的反映，叶表皮的微形态特征(如:表皮细胞类型、气孔器类型和角质膜等)对探讨现存植物的分类系统有重要意义;另一方面，采用营养器官的微形态特征对不同生长期的标本进行鉴定，更便于区分［19-20］。植物叶表皮的微形态特征与植物的外部形态特征之间存在一定的相关性，在种间或更高分类等级之间具有较高的分类价值。目前植物叶表皮微形态特征已应用于葡萄科(Vitaceae)［21］、醉 鱼 草 属 (Buddleja Linn.)［22-23］、簇 毛 黄 耆 亚 属(Subgenus Pogonophace)［24］、杜鹃花属(Rhododendron Linn.)［25］和黄精族(Tribe.Polygonateae)［26］等不同等级类群的分类及系统演化和发育途径的研究，可作为种的区别鉴定特征。

迄今为止，利用叶表皮微形态特征探讨木蓼属植物系统分类的研究尚未见报道。为此，作者以国产木蓼属11个种类为研究对象，应用扫描电子显微镜(SEM)对叶表皮微形态特征进行观察，分析供试种类间叶表皮微形态特征的差异，并据此编制供试11个种类的分类检索表，以期为木蓼属的系统分类和形态学鉴定提供微形态学依据。

1 材料和方法

1.1 材料

2010年至2011年，对分布于新疆的木蓼属植物进行野外考察并采集相关种类的标本，凭证标本均存放于中国科学院新疆生态与地理研究所标本馆(XJBI);此外，还查阅了部分种类的腊叶标本并进行形态学观察。大多数供试种类的叶片均直接取自野外，采集同种植物成熟干净的叶片保存于有适量硅胶的密封袋中，备用;少数供试种类的叶片取自中国科学院植物研究所标本馆(PE)保存的腊叶标本，供试种类采集地及凭证标本信息见表1。

表1 供试木蓼属种类的采集地及凭证标本信息Table 1 Collection location and voucher specimen information of Atraphaxis Linn.species tested

1.2 方法

实验在中国科学院新疆生态与地理研究所电镜室完成。供试叶片均为取自当年生枝的成熟叶片。先用毛笔去除叶片表面灰尘，在叶片中部剪取2片面积约4 mm×4 mm的小片，将小片用导电胶黏贴在样品台上(其中1片上表皮朝上、1片下表皮朝上)，喷金镀膜后置于ZEISS Supra 55vp型扫描电子显微镜(德国蔡司公司)下观察并拍照。为了检查叶表皮微形态特征的稳定性，每个性状观察5～10个视野并选取合适部位进行拍照，每个视野面积约为570 μm×403 μm，每份样品均 3 次重复。参照 Wilkinson［12］、Baranova［27-28］和 Dilcher［29］的术语对供试种类的叶表皮微形态特征进行描述。

2 结果和分析

2.1 叶表皮微形态特征的观察和分析

扫描电镜下供试的11种木蓼属植物叶片的上、下表皮微形态特征的观察结果见表2及图版Ⅰ和Ⅱ。观察结果表明:木蓼属植物叶表皮微形态特征(包括表皮细胞形状、垂周壁式样、叶表皮表面纹饰、角质膜、气孔器类型和气孔外拱盖内缘类型及其纹饰)表现出较高的多态性。同一种类的叶片上、下表皮细胞形状和垂周壁式样同形或近同形;大多数种类的叶片上、下表皮无乳头状突起，仅糙叶木蓼(Atraphaxis canescens Bge.)(图版 Ⅰ -1，2)和绿叶木蓼〔A.laetevirens(Ledeb.)Jaub.et Spach〕(图版Ⅰ-11)的叶表皮有乳头状突起;同一种类叶片上、下表皮均有气孔器分布，气孔器类型以不等型为主，其次为无规则型，仅额河木蓼(A.jrtyschensis Yang et Han)(图版Ⅱ-7～9)的气孔器类型为平列型;角质膜以具条纹类型居多，其次为具条状隆起;气孔外拱盖内缘类型大多为浅波状，少数近平滑;气孔外拱盖纹饰多数具颗粒，少数近平滑，仅木蓼〔A.frutescens(Linn.)Eversm.〕(图Ⅰ-14)的气孔外拱盖纹饰具条纹。

2.1.1 表皮细胞形状和垂周壁式样的差异分析 扫描电镜下供试11种木蓼属植物叶片上、下表皮细胞的形状及垂周壁式样均一致;表皮细胞形状可分为不规则形(irregular)和多边形(polygonal)2种类型;垂周壁式样也可分为弓形(arched)和平直(straight)2种类型。由此可将供试的11个种类划分为2类:①叶表皮细胞不规则形且垂周壁弓形，这一类型包含糙叶木蓼(图版Ⅰ-1)、刺木蓼(A.spionsa Linn.)(图版Ⅰ-7)、木蓼(图版Ⅰ-13)、锐枝木蓼〔A.pungens(M.Bieb.)Jaub.et Spach〕(图版Ⅱ-1)、梨叶木蓼(A.pyrifolia Bge.)(图版Ⅱ-4)、额河木蓼(图版Ⅱ-7)、细枝木蓼(A.decipiens Jaub.et Spach)(图版Ⅱ-13)和东北木蓼(图版Ⅱ-16);②叶表皮细胞多边形且垂周壁平直，这一类型包含拳木蓼(A.compacta Ledeb.)(图版Ⅰ-4)、绿叶木蓼(图版Ⅰ-10)和沙木蓼(图版Ⅱ-10)。

2.1.2 叶表皮表面纹饰的差异分析 扫描电镜下供试11个种类叶片上、下表皮的表面纹饰可分为乳头状突起(papillae)、薄壁区(thin area)、具条纹(striate)和加厚区(thickened area)4种类型。据此可将供试的11个种类分为5类:①叶片上、下表皮均有乳头状突起，这一类型包含糙叶木蓼(图版Ⅰ-1，2)和绿叶木蓼(图版Ⅰ-11)，其中后者仅叶片下表皮具乳头状突起;②叶片上、下表皮均具薄壁区，这一类型包含拳木蓼(图版Ⅰ-4，5)和额河木蓼(图版Ⅱ-7，8);③叶片上、下表皮均具加厚区，这一类型包含沙木蓼(图版Ⅱ-10，11)、细枝木蓼(图版Ⅱ-13，14)和东北木蓼(图版Ⅱ-16，17);④叶片上、下表皮均具条纹，这一类型包含刺木蓼(图版Ⅰ-7，8)、锐枝木蓼(图版Ⅱ-1，2)和梨叶木蓼(图版Ⅱ-4，5);⑤叶片上表皮具加厚区、下表皮具条纹，这一类型仅木蓼1种(图版Ⅰ-13，14)。

2.1.3 气孔器类型的差异分析 扫描电镜下供试11个种类的叶片上、下表皮均具有气孔器且气孔器类型一致;气孔形状均为椭圆形，气孔器类型则可分为无规则型(anomocytic)、不等型(anisocytic)和平列型(paracytic)3种类型。根据气孔器类型可将供试11个种类分为3类:①气孔器无规则型，具有该类气孔器的种类有糙叶木蓼(图版Ⅰ-2)、沙木蓼(图版Ⅱ-11)、细枝木蓼(图版Ⅱ-14)和东北木蓼(图版Ⅱ-17);②气孔器不等型，具有该类气孔器的种类有拳木蓼(图版Ⅰ-5)、刺木蓼(图版Ⅰ-8)、绿叶木蓼(图版Ⅰ-11)、木蓼(图版Ⅰ-14)、锐枝木蓼(图版Ⅱ-2)和梨叶木蓼(图版Ⅱ-5);③气孔器平列型，具有该类气孔器的种类仅额河木蓼1种(图版Ⅱ-8)。

表2 扫描电镜下供试11种木蓼属植物叶表皮微形态特征1)Table 2 Micro-morphological characteristics of leaf epidermis of eleven species tested in Atraphaxis Linn.under SEM1)

2.1.4 角质膜的差异分析 扫描电镜下供试11个种类的下表皮角质膜特征可分为具条纹(striate)、条状隆起(apophysis)、条状隆起并附有少量颗粒(apophysis with a few granules)、具条纹并附有大量颗粒(striate with mass granules)以及具条纹并附有少量颗粒(striate with a few granules)5类。根据角质膜特征可将供试11个种类分为2类:①角质膜具条纹或附有颗粒，这一类型包含糙叶木蓼(图版Ⅰ-2)、刺木蓼(图版Ⅰ-8)、绿叶木蓼(图版Ⅰ-11)、木蓼(图版Ⅰ-14)、锐枝木蓼(图版Ⅱ-2)、梨叶木蓼(图版Ⅱ-5)和细枝木蓼(图版Ⅱ-14);②角质膜具条状隆起或附有颗粒，这一类型包含拳木蓼(图版Ⅰ-5)、额河木蓼(图版Ⅱ-8)、沙木蓼(图版Ⅱ-11)和东北木蓼(图版Ⅱ-17)。

2.1.5 气孔外拱盖内缘类型及其纹饰的差异分析扫描电镜下供试11个种类的气孔外拱盖内缘可分为浅波状(sinuolate)和近平滑(nearly smooth)2种类型;气孔外拱盖纹饰可分为具颗粒(granules)、近平滑(nearly smooth)和具条纹(striate)3种类型。根据气孔外拱盖内缘类型和纹饰的特征可将供试11个种类分为4类:①气孔外拱盖内缘浅波状且纹饰具颗粒，这一类型包含糙叶木蓼(图版Ⅰ-3)、刺木蓼(图版Ⅰ-9)、绿叶木蓼(图版Ⅰ-12)、梨叶木蓼(图版Ⅱ-6)、沙木蓼(图版Ⅱ-12)和东北木蓼(图版Ⅱ-18);②气孔外拱盖内缘和纹饰均近平滑，这一类型包含拳木蓼(图版Ⅰ-6)、额河木蓼(图版Ⅱ-9)和细枝木蓼(图版Ⅱ-15);③气孔外拱盖内缘近平滑且纹饰具条纹，这一类型仅木蓼1种(图版Ⅰ-15);④气孔外拱盖内缘近平滑且纹饰具颗粒，属于这一类型也仅锐枝木蓼1种(图版Ⅱ-3)。

2.2 基于叶表皮微形态特征的供试木蓼属11个种类的分类检索表

根据叶表皮微形态特征(主要包括表皮细胞形状、垂周壁式样、叶表皮表面纹饰、角质膜、气孔器类型和气孔外拱盖内缘类型及其纹饰)，编制了供试木蓼属11个种类的分类检索表。

基于叶表皮微形态特征的11种木蓼属植物的分类检索表

3 讨 论

3.1 对木蓼属属下分组问题的探讨

中国产木蓼属属下可分为刺木蓼组(Sect.Atraphaxis)和木蓼组(Sect.Tragopyrum)［2-3］，木蓼组和刺木蓼组种类在外部形态特征上的区别在于:前者花被片4、雄蕊6、柱头2、瘦果双凸镜状;后者花被片5、雄蕊8、柱头3、瘦果具三棱。本研究中供试的11个木蓼属种类中，糙叶木蓼、拳木蓼和刺木蓼属于刺木蓼组;绿叶木蓼、木蓼、锐枝木蓼、梨叶木蓼、额河木蓼、沙木蓼、细枝木蓼和东北木蓼属于木蓼组。根据11种木蓼属植物叶表皮微形态特征的分类检索表，额河木蓼与供试的其他种类有明显差异，与根据外部形态特征所划分的刺木蓼组和木蓼组不对应。从这点上看，叶表皮微形态证据不支持根据外部形态特征对中国木蓼属种类所做的属下组的划分。

3.2 对木蓼属中一些近缘种分类问题的探讨

3.2.1 关于刺木蓼与拳木蓼的区分 刺木蓼与拳木蓼同属于刺木蓼组［2］，在外部形态上这2个种很相似，主要区别在于刺木蓼当年生枝细而直立、叶互生，拳木蓼当年生枝短缩、叶簇生，在实际辨识过程中往往将这2个种混淆。然而这2个种的叶表皮微形态特征却表现出明显的差异性:前者叶表皮细胞不规则形且垂周壁弓形，后者叶表皮细胞多边形且垂周壁平直;前者叶表皮表面纹饰具条纹，后者叶表皮表面纹饰具薄壁区;前者角质膜具条纹并附有大量颗粒，后者角质膜条状隆起并附有少量颗粒;前者气孔外拱盖内缘浅波状且纹饰具颗粒，后者气孔外拱盖内缘和纹饰均近平滑。由此可以看出:虽然刺木蓼与拳木蓼在外部形态特征上比较相似且不易区分，但是它们的叶表皮微形态特征却有明显差异。因此，叶表皮微形态特征或许可为外部形态特征较相似种类的区分提供一些新证据。

3.2.2 关于木蓼与细枝木蓼的区分 Pavlov［6］认为木蓼和细枝木蓼是外部形态特征很相近的2个种类，但它们的叶表皮微形态特征则有一定的差异，这在前述的检索表中可明显体现出来。在叶表皮微形态特征方面这2个种的区别在于:前者叶片下表皮表面纹饰具条纹，后者叶片下表皮表面纹饰具加厚区;前者气孔器不等型，后者气孔器无规则型;前者气孔外拱盖内缘近平滑且纹饰具条纹，后者气孔外拱盖内缘浅波状且纹饰近平滑。此外，Sun等［18］采用分子系统学方法也证实了这2个种的亲缘关系有一定距离。因此，从这2个种的亲缘关系上看，形态学证据、叶表皮微形态学证据和分子系统学证据三者相互吻合。

3.3 关于额河木蓼分类问题的探讨

杨昌友［9］在1984年发表了额河木蓼(Atraphaxis jrtyschensis Yang et Han)为新疆木蓼属新种，同时也是中国特有种。从外部形态特征上看，额河木蓼植株高1～1.5 m，主干粗壮、弯拐、无毛，老枝顶端成刺状，当年生枝顶端生叶或花;叶线性或披针形，通常多呈镰状弯曲;总状花序少花，花被片5，淡绿色，具白色或粉红色边缘;瘦果长卵形。而其他木蓼属种类主干粗壮或细弱，直立或弯拐，枝顶端具刺或无刺;叶多为卵形、宽卵形或椭圆形等，无镰状弯曲;花被片4或5，粉红色或深粉红色，具白色或粉红色边缘;瘦果双凸镜状或三棱状。

在扫描电镜下，额河木蓼(图版Ⅱ-7～9)的叶表皮微形态特征为:气孔器平列型，该特征与本属的其他种类有明显的区别;表皮细胞不规则形且垂周壁弓形、叶表皮表面纹饰具薄壁区、角质膜具条状隆起、气孔外拱盖内缘与纹饰均为近平滑。在叶表皮微形态特征上额河木蓼与供试的另外10个同属种类间确实存在不同的特征。因此，叶表皮微形态特征的研究结果支持杨昌友将该种作为新疆木蓼属新种、中国特有种的分类处理。

观察结果表明:在扫描电镜下，同种植物叶片的表皮细胞形状、气孔器类型等特征基本一致，但在不同种类间这些特征则有一定差异性。因此，叶表皮微形态特征对木蓼属植物的鉴别和区分具有一定的参考价值。本研究涉及的木蓼属种类仅11种且均为国产种类，其研究结果具有一定的局限性，有关木蓼属植物叶表皮微形态特征分类学意义的研究将在今后针对更多种类特别是在补充国外种类的基础上进一步深入完善。

致谢:野外采集过程得到孟宏虎、谢开庆和陆伟的帮助;在研究过程中得到中国科学院新疆生态与地理研究所标本馆(XJBI)、石河子大学标本馆(SHI)、新疆农业大学标本馆(XJA)和中国科学院植物研究所标本馆(PE)等单位的帮助;张宏祥和姜小龙帮助校对图版，在此一并致谢。

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