中国黄耆属糙叶组叶表皮毛状体微形态学特征

黄 姗，杨 韩，苏 春，常朝阳

(西北农林科技大学 生命科学学院，陕西杨陵 712100)

黄耆属(AstragalusL.)是世界第一大属，大约3 000余种，中国记载401种，分属于59个组[1]。其中糙叶组(Sect.TrachycersisBunge)77种，以其具丁字毛、茎极缩短、花簇生于叶腋为主要特征，从欧洲、西亚、中亚分布至阿富汗、俄罗斯、中国、蒙古等地。中国有43种，主要分布于陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海等干旱半干旱地区。糙叶组黄耆由于分布广、生境多样，在性状演化上存在过渡和交叉，导致分类鉴定较为困难。

表皮毛是叶片最常见的附属物，其分布特性和形态特征常作为植物鉴定和分类学研究的重要手段[2-6]。虽然与毛相关的许多特征受生态环境影响很大，但是植物叶表皮的一些微形态特征明显受基因的控制[7]，在一定程度上表现出一定的异同性，为居群间、种间、甚至属间的区分提供依据[8-10]。在黄耆属中，关于毛状体微形态的系统学意义也有一些探讨，并将其成功应用于特定类群的分类和性状演化研究，如Zarre[11]对表皮毛在黄耆属具刺(thorny)类群、Taeb等[12]对毛状体在黄耆属一年生类群的研究，以及Ghahremani-Nejad[13]利用毛状体特征划分黄耆属丁字毛类群组水平上的研究。康云等[14]对中国黄耆属簇毛亚属(现已恢复为膨果豆属Phyllolobium)叶表皮特征及其系统学意义进行了研究，逯永满[15]对新疆阿勒泰地区的黄耆属和棘豆属叶表皮特征进行了研究，以及刘小林等[16]利用叶表皮微观特征对黄耆属一些近缘种的研究，为中国黄耆属植物分类提供了更多资料。但总体而言，对黄耆属物种的研究还不充足，对组内物种间表皮微形态特征的变异式样及其对物种划分的意义还需要更多探索。

本文借助体式显微镜和扫描电镜，对中国黄耆属糙叶组34种植物的表皮毛微观形态进行了观察研究，涵盖了该组植物在中国分布种类的近80%，以期对中国黄耆属糙叶组物种表皮毛微观形态的变异式样及其分类学意义进行更多探讨，为糙叶组物种的分类鉴定提供较为可靠的依据。

1 材料和方法

1.1 材 料

实验材料全部取自西北农林科技大学生命科学学院植物标本馆(WUK)的腊叶标本，详见表1。

1.2 方 法

每一物种取2片小叶，置于95%酒精中，在KQ-500D型数控超声波清洗器清洗3～4次，每次2 min。用于体式显微镜观察的材料，将清洗干净的叶片放在遮光板上，在Nikon SMZ25体式显微镜下观察其毛状体特征，拍照并测量相关数据，每个物种至少观察至少5个视野。用于扫描电镜的材料，首先切取5 mm×5 mm的小叶片，然后将样品粘在贴有导电胶的金属载物台上，喷金镀膜，置于扫描电镜(Hitachi S-3500)下进行观察并拍照[5]。

2 观察结果

2.1 叶表皮毛状体分布形态

糙叶组黄耆中国产43种，除线沟黄耆(A.vallestris)仅1片小叶，长毛荚黄耆(A.monophyllus)1～3片小叶外，其余均为羽状复叶。本研究对其中的34种叶片毛状体进行了分析，除乳白花黄耆(A.galactites)仅在小叶背面被毛，其余种类小叶背腹面均有毛状体分布(图版Ⅰ～Ⅵ)。毛为白色丁字毛(medifixed)或叉状毛(bifurcate)，长度介于392.03～1 970.94 μm，其中大约62%种类毛长在1 000 μm以下，38%的种类毛长超过1 000 μm，臂比(长臂∶短臂)介于1.00～2.00之间，形态上可分为对称和不对称的毛。毛分布疏或密，伏贴或开展，有些种类还呈扭曲状。如短叶黄耆(A.brevifolius)(图版Ⅰ，1、2)、秃萼筒黄耆(A.glabritubus)(图版Ⅰ，15、16)等是伏贴毛，前者毛长且分布较密，后者毛较短且分布较疏。留土黄耆(A.hypogaeus)(图版Ⅰ，3、4)、紫色黄耆(A.perbrevis)(图版Ⅰ，7、8)等为开展毛，前者毛短而疏，后者毛长而密。丝齿黄耆(A.filidens)(图版Ⅲ，11、12)、路边黄耆(A.transecticola)(图版Ⅲ，19、20)的毛呈扭曲状。此外，还有些种类的毛呈现半伏贴半开展的状态，如新巴黄耆(A.hsinbaticus)(图版Ⅰ，13、14)。毛状体在同一种内小叶背腹面形态一致，但分布密度有差异，一般情况下背面毛较密，腹面毛较疏。不同种类的毛状体在形态和分布上会有差异，这种差异体现在毛长、臂比、分布疏密、外形等方面。具体参数详见表2。

2.2 叶表皮毛状体微形态特征

在扫描电镜下观察，叶表皮毛状体为中空的管状毛(图版Ⅳ，13、18；图版Ⅴ，19)。其中毛着生部位基部膨大(图版Ⅳ，19;Ⅵ,2)，整体形态从中部向两端由粗逐渐变细，开展的毛大部分为细长的丝状或线状，扭曲的毛外形上有点像蚯蚓。毛光滑或具条纹状纹饰，上面分布有乳突。乳突在毛的着生部位到中上部较多，向顶端逐渐变少。乳突都是单峰乳突，颗粒状，在毛上稀疏或密集分布，螺旋排列或近于呈环状排列。

3 讨 论

3.1 毛状体特征在黄耆属系统分类研究中的意义

黄耆属是被子植物第一大属，种间形态变异极大。现有分子系统学研究表明，黄耆属除少数组为单系外，大部分组分类比较混乱[17]。糙叶组也是如此，近些年曾在短期内发表多个新种[18]。由于在同一个组内，宏观形态特征存在极大的相似性[19]，因此从微观形态方面获取新的特征就显得很有必要。叶表皮毛状体类型从Bunge时代在黄耆属的分类上就十分重要，根据其基部着生位置的不同可分为单毛(basifixed or simple hair)和丁字毛(medifixed or bifurcate hair)2种类型[20]，其后的很多著作延续了这一分类[1, 21-22]。Zarre根据黄耆属已经确认的系统发育关系，对黄耆属“多刺类群”毛的微观形态进行研究时，提出花序上出现黑色毛、扁平的带状毛以及毛的表面具乳突是最重要的祖先性状，而进化的类群具有长毛，并将其用于AstragalusSect.Adiaspastus，Sect.Macrophyllium和 Sect.Pterophorus这3个组以及多刺类群(thorny species)的系统学订正[11,19]。Taeb等利用毛状体微形态和其他形态性状研究了黄耆属一年生类群的系统学关系，认为丁字毛在一年生类群中至少起源过2次，并提出具有胀大的基部、长而密的毛、毛尖端弯曲是一种进化性状[12]。Ghahremani-Nejad探讨了丁字毛类群毛状体特征在组水平上的分类价值，认为毛的臂比、类型及毛长在组级水平上是稳定的特征，与其他宏观性状具有正相关[13]。本研究结果认为，至少在毛状体的形态上，糙叶组黄耆是一个分异比较大的类群，与丁字毛的其他类群相比，其毛状体的进化趋势相似。它们具有缩短茎、花在叶腋簇生这些共同特性，是对相似干旱环境条件的趋同适应。

3.2 糙叶组黄耆叶表皮毛状体进化与环境的关系

糙叶组叶表皮毛状体的类型大体有伏贴和开展2种类型，伏贴毛一般紧贴叶表皮，整体平展，而开展的毛其两臂从着生部位向上斜向伸展。因具体着生部位不同，使毛状体的两臂呈现不同的臂比值。毛长和毛臂比在糙叶组各种类间存在差异，其中博乐黄耆与赛里木黄耆毛长最短(400 μm左右)，长毛荚黄耆、紫色黄耆和短旗瓣黄耆毛较长。除茸毛果黄耆臂比变化范围大，为1.10～3.60，其余种类毛臂比介于1.00～2.00之间，因此对每个种而言，毛可以是对称或者不对称的，并非单一类型。毛表面纹饰及乳突分布是与系统发育相关的重要特征，糙叶组内不论毛表面光滑还是具有条纹状纹饰，都会有乳突分布，只是在分布密度上存在差异。毛表面具乳突是豆科山羊豆族鱼鳔槐亚族(Coluteinae)的共有特征，因此被认为是一种祖征[19]。

对比前人研究结果，我们认为在糙叶组黄耆中，具有伏贴、短而平直的毛，其上光滑具密集乳突、臂比值小、整体宽扁是祖先特征，而具有开展、长而密集、外形呈丝状或线形的毛，其上具条纹状纹饰、乳突稀疏、臂比值大是进化特征，据此可以对这些物种的分类和进化关系进行更确切的区分。表皮毛的多寡直接影响植物在干旱条件下的适应性，很大程度上是与环境和地理分布相关的，且随着干旱程度加深，毛长、毛密度等都会发生变化，毛密集的种类适应干旱能力更强，因此糙叶组叶的毛被覆盖一定程度上体现了典型旱生叶的结构特征。我们发现，靠近东部半干旱地区的种类大多具有较多的祖先特征，而在西部极为干旱环境下生长的种类具有更多的进化特征，这与豆科相近属的研究结果相似[23]。

3.3 利用叶表皮毛状体特征对糙叶组黄耆一些类群的分类学探讨

德令哈黄耆、科布尔黄耆、宁夏黄耆及乳白花黄耆在分类学关系上比较模糊，性状之间存在过渡和交叉。这4种植物小叶下表面都有较为密集的毛，但乳白花黄耆小叶上表面光滑无毛，仅边缘有疏毛，而宁夏黄耆上表皮被稀疏的毛，其余2种上表皮毛相对较多。通过对上述4种植物叶表皮毛状体的微形态观察，我们发现它们表皮毛上面都分布有乳突，但乳白花黄耆表皮毛表面光滑，德令哈黄耆表皮毛表面具有模糊的条纹状纹饰，而宁夏黄耆和科布尔黄耆表皮毛表面条纹状纹饰均明显。在地理分布上，这些种呈连续的地理替代，因此，曾有人将它们都处理为乳白花黄耆的异名[24-25]。但叶表皮毛状体微形态显示它们多多少少存在差异，对其分类学地位仍需进一步研究。东天山黄耆与西域黄耆形态上接近，主要区别在于前者花为粉红色，后者花为淡黄色。本文观察发现二者除叶表皮毛长度有一些差异外，其他特征如叶长1～4 cm、小叶片数3～7片、两面密被伏贴白毛、毛表面有颗粒状乳突、具有条纹状纹饰等特征都较为相似。有人观察到黄耆属其他物种，如乳白花黄耆，在同一分布区域花的颜色也会出现变化，有白色、淡粉色或紫红色连续变异现象[24]。阿拉善黄耆(A.alaschanensis)与荒漠黄耆仅由于花色不同分开，最后被证明也属于同物异名[26]。可以看出在黄耆属很多种类中花色是一个不稳定性状，具有连续变异性，仅仅依据花色对这些物种进行分类并不合理。丝齿黄耆、赛里木黄耆及路边黄耆都具有细长而开展的白毛，上面具稀疏乳突及纹饰，形态特征相似，而且三者分布区域重叠，有必要对其进行深入研究。

图版Ⅰ 体式镜下黄耆属糙叶组34种植物叶表皮毛的分布
1～2.短叶黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4.留土黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6.长毛荚黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8.紫色黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10.线沟黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12.短旗瓣黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14.新巴黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16.秃萼筒黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18.茸毛果黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20.喜光黄耆(19下表皮，20上表皮);21～22.克郎河黄耆(21下表皮，22上表皮);23～24.短龙骨黄耆(23下表皮，24上表皮)；比例尺= 200 μm
Plate Ⅰ The distribution of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under stereo-microscope
1-2. A.brevifolius (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.hypogaeus (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis); 5-6. A.monophyllus (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8. A.perbrevi (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis); 9-10. A.vallestris (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.brevivexillatus (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis); 13-14. A.hsinbaticus (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.glabritubus (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.hebecarpus (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.lychnobius (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis); 21-22. A.occultus (21 Lower epidermis,22 Upper epidermis); 23-24. A.parvicarinatus (23 Lower epidermis,24 Upper epidermis)；Scale bar= 200 μm

图版Ⅱ 体式镜下黄耆属糙叶组34种植物叶表皮毛的分布
1～2.博乐黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4.类留土黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6.辛辣黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8.尤那托夫黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10.糙叶黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12.粗毛黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14.拟糙叶黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16.荒漠黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18.酒泉黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20.盐生黄耆(19下表皮，20上表皮);21～22.线齿黄耆(21下表皮，22上表皮);23～24.裕民黄耆(23下表皮，24上表皮)；比例尺= 200 μm
Plate Ⅱ The distribution of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under stereo-microscope
1-2. A.porphyreus (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.pseudohypogaeus (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis); 5-6. A.vescus (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8.A.junatovii (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis); 9-10. A.scaberrimus (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.scabrisetus (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis); 13-14. A.pseudoscaberrimus (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.grubovii (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.jiuquanensis (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.lang-ranii (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis); 21-22. A.gracilidentatus (21 Lower epidermis,22 Upper epidermis); 23-24. A.macriculus (23 Lower epidermis,24 Upper epidermis); Scale bar= 200 μm

图版Ⅲ 体式镜下黄耆属糙叶组34种植物叶表皮毛的分布
1～2.德令哈黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4.东天山黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6.宁夏黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8.西域黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10.乳白花黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12.丝齿黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14.科布尔黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16.赛里木黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18.卵果黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20.路边黄耆(19下表皮，20上表皮)；比例尺= 200 μm
Plate Ⅲ The distribution of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under stereo-microscope
1-2. A.acceptus (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.borodinii (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis); 5-6. A.ningxiaensis (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8. A.pseudoborodinii (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis); 9-10. A.galactites (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.filidens (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis); 13-14. A.koburensis (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.sinkiangensis (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.testiculatus (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.transecticola (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis); Scale bar= 200 μm

图版Ⅳ 扫描电镜下黄耆属糙叶组34种植物的叶表皮毛状体微状态
1～2短叶黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4留土黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6长毛荚黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8紫色黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10线沟黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12短旗瓣黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14新巴黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16秃萼筒黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18茸毛果黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20喜光黄耆(19下表皮，20上表皮);21～22克郎河黄耆(21下表皮，22上表皮);23～24短龙骨黄耆(23下表皮，24上表皮);比例尺：1～4、9、10、23、24 = 50 μm; 11～22 = 100 μm; 5、6 = 200 μm
Plate Ⅳ The micromorphology of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under SEM
1-2. A.brevifolius (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.hypogaeus (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis); 5-6. A.monophyllus (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8. A.perbrevi (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis); 9-10. A.vallestris (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.brevivexillatus (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis); 13-14. A.hsinbaticus (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.glabritubus (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.hebecarpus (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.lychnobius (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis); 21-22. A.occultus (21 Lower epidermis,22 Upper epidermis); 23-24. A.parvicarinatus (23 Lower epidermis,24 Upper epidermis); Scale bar: 1-4, 9, 10, 23, 24 = 50 μm; 11-22 = 100 μm; 5, 6 = 200 μm

图版Ⅴ 扫描电镜下黄耆属糙叶组34种植物的叶表皮毛状体微状态
1～2.博乐黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4.类留土黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6.辛辣黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8.尤那托夫黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10.糙叶黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12.粗毛黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14.拟糙叶黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16.荒漠黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18.酒泉黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20.盐生黄耆(19下表皮，20上表皮);21～22.线齿黄耆(21下表皮，22上表皮);23～24.裕民黄耆(23下表皮，24上表皮);比例尺：1、2、7、21～24 = 50 μm; 3～6、8～20 = 100 μm
Plate Ⅴ The micromorphology of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under SEM
1-2. A.porphyreus (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.pseudohypogaeus (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis);5-6. A.vescus (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8.A.junatovii (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis);9-10. A.scaberrimus (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.scabrisetus (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis);13-14. A.pseudoscaberrimus (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.grubovii (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.jiuquanensis (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.lang-ranii (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis);21-22. A.gracilidentatus (21 Lower epidermis,22 Upper epidermis); 23-24. A.macriculus (23 Lower epidermis,24 Upper epidermis);Scale bar: 1, 2, 7, 21-24 = 50 μm; 3-6, 8-20 = 100 μm

图版Ⅵ 扫描电镜下黄耆属糙叶组34种植物的叶表皮毛状体微状态
1～2.德令哈黄耆(1下表皮，2上表皮);3～4.东天山黄耆(3下表皮，4上表皮);5～6.宁夏黄耆(5下表皮，6上表皮);7～8.西域黄耆(7下表皮，8上表皮);9～10.乳白花黄耆(9下表皮，10上表皮);11～12.丝齿黄耆(11下表皮，12上表皮);13～14.科布尔黄耆(13下表皮，14上表皮);15～16.赛里木黄耆(15下表皮，16上表皮);17～18.卵果黄耆(17下表皮，18上表皮);19～20.路边黄耆(19下表皮，20上表皮);比例尺：1～5、11、12、15～18= 50 μm; 6～10、13、14 = 100 μm; 19、20 = 40 μm
Plate Ⅵ The micromorphology of leaf hairs of 34 species of Astragalus Sect. Trachycersis under SEM
1-2. A.acceptus (1 Lower epidermis,2 Upper epidermis); 3-4. A.borodinii (3 Lower epidermis,4 Upper epidermis); 5-6. A.ningxiaensis (5 Lower epidermis,6 Upper epidermis); 7-8. A.pseudoborodinii (7 Lower epidermis,8 Upper epidermis); 9-10. A.galactites (9 Lower epidermis,10 Upper epidermis); 11-12. A.filidens (11 Lower epidermis,12 Upper epidermis); 13-14. A.koburensis (13 Lower epidermis,14 Upper epidermis); 15-16. A.sinkiangensis (15 Lower epidermis,16 Upper epidermis); 17-18. A.testiculatus (17 Lower epidermis,18 Upper epidermis); 19-20. A.transecticola (19 Lower epidermis,20 Upper epidermis); Scale bar: 1-5, 11, 12, 15-18= 50 μm; 6-10, 13,14 = 100 μm; 19, 20 = 40 μm