中国葱属Daghestanica组植物的花粉和种子微形态学研究及其分类学意义

于换喜，郭先林，周颂东，何兴金

(四川大学 生命科学学院 生物资源与生态环境教育部重点实验室，成都 610064)

根据APG Ⅳ系统，葱属隶属于天门冬目(Asparagales)，石蒜科(Amaryllidaceae J.St.-Hil)[1]，本文中所研究的Daghestanica组隶属于葱属(Allium)Polyprason亚属，该组植物为多年生草本，鳞茎卵状、狭卵状、狭卵状圆柱形或圆柱形，外皮淡棕色至棕色，薄革质，片状或条状破裂；叶形态多样，从扁平的狭条形到半圆柱形再到圆柱形；花3基数，雄蕊6枚，排成两轮，花丝基部通常彼此合生并与花被片贴生；子房3室，每室一至数胚珠，除野葱不具蜜腺外其它均具蜜腺，蜜腺的位置多在腹缝线基部，形状多样，有的平坦，有的凹陷，有的具帘等等；种子黑色，多棱形。本组植物产高加索地区、阿尔卑斯山东部到庇里牛斯山的欧洲地区及中国横断山区及邻近区域[2-3]。该组植物共12种，分别为野黄韭(AlliumrudeJ. M. Xu)、野葱(A.chrysanthumRegel)、折被韭(A.chrysocephalumRegel)、金头韭(A.herderianumRegel)、西川韭(A.xichuanenseJ. M. Xu)、茂汶韭(A.maowenenseJ. M. Xu)、A.suaveolensJacq.、A.ochroleucumW. & K.、A.ericetorumThore、A.daghestanicumGrossh.、A.gunibicumMiscz. ex Grossh.和A.kermesinumRchb.。其中野黄韭、野葱、折被韭、金头韭、西川韭和茂汶韭为中国特有种，其余种在中国无分布。

Daghestanica组植物的研究甚少，传统的植物分类系统将Daghestanica组置于Rhizirideum亚属，最新的葱属植物分类系统将Daghestanica组置于Reticulatobulbosa亚属，而 Friesen 等[4]将Daghestanica组置于亚属Polyprson之下。野黄韭、折被韭、金头韭、西川韭被置于根茎组 sect.RhiziridiumG. Don，茂汶韭被置于单生组sect.HaplostemonBoiss.[5]，李琴琴等[3]基于分子系统发育和形态特征将中国葱属分为13个亚属34个组，将野黄韭(Alliumrude)、野葱(A.chrysanthum)、折被韭(A.chrysocephalum)、金头韭(A.herderianum)、西川韭(A.xichuanense)和茂汶韭(A.maowenense)置于Daghestanica组下。张宇澄等[6]对野黄韭、野葱、西川韭进行了核型报道，通过实验观察，发现这3种植物的核型相互间很近似，均为2n = 2x = 16 = 14m + 2st，结合外部形态与核型特征，认为西川韭、野黄韭和野葱3种植物存在很密切的亲缘关系。魏先芹等[7]对折被韭的核型进行了首次报道，报道的临潭居群为二倍体，核型为2A型。许介眉等[5]报道葱属新种——茂汶韭，并将该种置于单生组(sect.HaplostemonBoiss.)中，其核型为2A型，核型公式为2n = 14 sm + 2st(2SAT)，其随体为V型。总体而言，Daghestanica组6种中国特有种的形态学特征具有非常重要的研究价值。

然而，目前尚未见系统地对Daghestanica组各个物种的花粉形态及种子微形态进行观察和分析的报道。本实验通过扫描电子显微镜对Daghestanica组中6种中国特有植物的花粉形态及种子微形态特征进行观测、分析，旨在弥补其研究空白，进一步完善它们的分类特征及为它们的系统演化研究提供参考(除野黄韭外，花粉形态、种子形态均为首次报道)，结合本研究结果和已有资料，希望探讨Daghestanica组中6种中国特有植物的分类学意义，同时为进化生物学与系统发育研究提供一定的依据。

1　材料和方法

1. 1　材　料

本实验所用的Daghestanica组中6种中国特有植物的材料均来自于2015 ～ 2016年野外采集。花粉材料为干燥后的成熟花粉，种子材料选取自然条件下风干的成熟种子。花粉和种子分别在光镜和解剖镜下选取8 ～ 10粒进行观察和测量，然后选取其中具有代表性的一粒用于电镜扫描。具体材料来源、采集时间、采集地点及标本凭证见表1，凭证标本保存于四川大学标本馆(SZ)。

1.2　方　法

表1　花粉和种子材料来源

1.2.2扫描电镜观察花粉材料为自然干燥的花粉，挑置于扫描载物台上，用金箔喷镀，在Hitachi-SX-450型扫描电镜下观察拍照。花粉形态术语参考《孢粉学手册》[8]、《孢粉学概论》[9]及王伏雄[10]的花粉形态术语及研究方法。种子材料选取成熟具代表性的1粒种子，经过酒精梯度脱水(15%，35%，50%，75%，83%，95%Ⅰ，95%Ⅱ，100%Ⅰ，100%Ⅱ，时间约为1 min左右)，用导电胶贴于扫描载物台上。喷金镀膜后，在JSM-7500F型扫描电镜下观察并拍照。种子形态术语参考刘长江等[11]的种子形态描述。

2　结果与分析

2.1　花粉大小与花粉形态

从表2还可以看出，赤道轴与极轴的比值(P/E)为1.15 ～ 1.90，根据王莉萍等描述P/E值在8/4 ～ 7/8之间则花粉形态为长球形[12]，赤道面观椭圆形，极面观为圆形，左右对称。花粉萌发沟特征为花粉远极面具单沟，长达长轴两端，沟未延伸达到近极面。沟末端钝形、宽而圆。

2.2　花粉外壁特征

花粉外壁纹饰为具孔—皱缩网状，外壁穿孔特征只能在SEM下可以观察到，供试材料全部具有穿孔，种类间的穿孔密度、穿孔大小以及穿孔分布位置有所不同。穿孔密度0～13 个·μm-2，其中以金头韭的密度最小，折被韭的次之，野葱和西川韭的密度较大，野黄韭和茂汶韭的最大。穿孔大小为0.04～0.675 μm，金头韭的穿孔最大，折被韭的次之，其余种很相似，穿孔较小；孔圆形、近圆形或扁圆形，穿孔无孔盖。花粉特征详情见表2及图版Ⅰ。供试各种类花粉外壁纹饰特征为：野黄韭、野葱、西川韭、茂汶韭的花粉外壁为皱缩网纹纹饰，具多而小的穿孔，穿孔分布于整个花粉表面；折被韭、金头韭的花粉外壁为皱缩网纹纹饰，具多而大的穿孔，穿孔分布于整个花粉表面，但两极的穿孔较小。

2.3　种子形态特征

我们通过解剖镜观察Daghestanica组6种中国特有种植物的种子形态，发现种子颜色为黑色，其形态为卵形，背部隆起，腹面呈三棱形。种子大小为(2.16 ～ 3.08)mm×(0.94 ～ 1.24)mm，根据Werker(1997)的标准，属中型种子(表3)。扫描电镜下观察，Daghestanica组6种中国特有种植物种子表面纹饰均为梯形[13]，但突起的种皮细胞在形态、排列及次级纹饰等方面存在种间差异。6种植物的种皮细胞的垂周壁是弧线和直线混合型。细胞多边形，排列相对疏松，细胞长轴平行或不平行，细胞间网状物清晰可见，细胞呈丘状或斑块状位于种皮上，表面具疣突，又具有种内稳定性(表3,图版Ⅱ)。

2.3.1根据细胞排列特征分类根据种皮细胞排列特征可将研究的类群分为以下2种类型：(1)细胞排列不整齐不规则：野黄韭、野葱、折被韭、金头韭和西川韭。这4种植物的细胞长轴不平行，排列不规则。(2)大多数细胞排列整齐有规则：茂汶韭。此种的大多数种皮细胞具平行长轴，细胞排列比较整齐。

2.3.2根据平周壁特征分类(1)疣突大小：茂汶韭平周壁凸起，个别细胞中部下凹，表面比较平整，具小而多的疣突而不同于其他种的平周壁；金头韭、西川韭具中等大小的疣突；其余种具中等至大的疣突。其中野葱的平周壁略上凸，表面较光滑，具不规则突起，大多数突起分离，呈块状。(2)有无网孔：野黄韭平周壁表面偶有网孔，其他种不具网孔。

3　讨　论

3.1　Daghestanica 组6种中国特有种植物组内种间形态特征的稳定性

通过对花粉及种子形态特征的观察，Daghestanica组6种中国特有种植物表现出一定的共性，从花粉和种子微形态学角度支持李琴琴等[3]建立的世界葱属及中国葱属系统发育和分类系统，该组物种的花粉形态一般呈现长球形，远极面具单沟；种子形态为卵形，背部隆起，腹面呈三棱形，种皮细胞多边形，表面具疣突，种皮细胞垂周壁特征均为直线—弧线形。这些形态特征可为该类群分类鉴定和亲缘关系研究提供相关的微形态依据。此6种植物花部特征、叶片、鳞茎方面和组内其他种植物都极为相似，都生长于海拔高于1 000 m的西南地区山坡或草地，而花粉及种子微形态特征的相似性也体现了中国Daghestanica组植物性状的稳定性和一致性，故本研究支持李琴琴等[3]将野黄韭(Alliumrude)、野葱(A.chrysanthum)、折被韭(A.chrysocephalum)、金头韭(A.herderianum)、西川韭(A.xichuanense)和茂汶韭(A.maowenense)置于Daghestanica组下，该组植物是一个自然的类群。

3.2　Daghestanica 组6种中国特有种植物花粉及种子形态的分类学意义

花粉粒作为植物遗传物质的携带者，种子作为繁殖器官，较其他性状特征来说受外界环境影响小得多，在植物系统发育过程中更稳定保守，因此花粉与种子的形态特征(形状、大小、颜色及外壁纹饰等)常作为植物种类鉴定的重要指标之一，在探讨植物分类和系统演化关系上具有重要意义[14-15]。

中国葱属Daghestanica组植物在形态特征方面已表现出明显的差异性，茂汶韭的生境海拔1 000～1 500 m，花白色，具淡绿色或淡红色中脉而和其他5个种有明显区别，在本研究中茂汶韭的种皮细胞和其他种类明显不同，支持了李琴琴等[3]研究中茂汶韭和其他欧洲种在一个分支上的结果。折被韭和金头韭都分布于青海和甘肃，因雄蕊都未伸出花被片而和其他种区分开来，在本研究中折被韭和金头韭的花粉微形态也更为相似，表明两者亲缘关系更近。野葱、野黄韭的雄蕊都伸出花被片，具有十分相似的花结构，本研究中这2个类群的种皮细胞纹饰特征明显不同，可能是由于野葱的生境较干旱，而野黄韭的生存环境较潮湿，这可能是各自长期的环境胁迫和压力造成的适应性演化的结果。

根据花粉及种子形态特征在植物种间的差异性，可以看出中国葱属Daghestanica组植物的花粉和种子在大小及外壁纹饰等特征上表现出多样性，花粉及种子形态特征在同组植物种间的固定差异，可作为植物进行区分的依据，为中国葱属Daghestanica组植物的鉴定提供有价值的分类信息，特别是电镜扫描的微形态信息为系统分类提供了新的资料。除野黄韭种子形态被报道过外，对于中国葱属Daghestanica组植物来说，迄今未见花粉及种子的形态报道，本文属首次比较系统全面的报道。本实验不仅为该组植物分类鉴定提供了新的花粉和种子的分类资料，同时也为中国葱属Daghestanica组植物的系统演化关系研究提供了一定的形态学证据。

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图版Ⅰ　花粉形态及外壁纹饰a、b.野黄韭; c、d. 野葱; e、f. 折被韭; g、h. 金头韭; i、j. 西川韭; k、l. 茂汶韭Plate Ⅰ　Pollen morphology and exine ornamentation of the tested sect. Daghestanica (SEM)Fig.a, b. A. rude; Fig.c, d. A. chrysanthum; Fig.e, f. A. chrysocephalum; Fig. g, h. A. herderianum; Fig.i, j. A. xichuanense; Fig.k, l. A. maowenense

图版Ⅱ　种子形态及种皮纹饰a、g.野黄韭; b、h. 野葱; c、i. 折被韭; d、j. 金头韭; e、k. 西川韭; f、l. 茂汶韭Plate Ⅱ　Seed morphological and micromorphological features of sect. Daghestanica (LM and SEM)Fig.a,g. A. rude; Fig. b, h. A. chrysanthum; Fig.c,i. A. chrysocephalum; Fig.d, j. A. herderianum; Fig.e,k. A. xichuanense; Fig. f, l. A. maowenense