神农架重楼属植物种子形态及其分类学意义

(1.长江大学 园艺园林学院， 湖北 荆州 434025； 2.宣恩县农业局， 湖北 恩施 445500)

重楼属(Genus Paris)植物为延龄草科多年生草本植物，该属植物共有24种，我国是重楼属植物的分布中心，有19种，以云贵高原至四川邛崃山区一带为该属植物的分布及多样化中心[1]。神农架林区植物资源丰富，作者通过为期一年的踏查研究，发现神农架林区重楼属植物有7种(七叶一枝花Parispolyphylla、四叶重楼Parisquadrifolia、五指莲重楼P.axialis、南重楼P.vietnamensis、黑籽重楼P.thibetica、长柱重楼(P.forrestii(Takhtajan)H.Li)、球药隔重楼(P.fargesii)4变种(宽瓣重楼P.polyphyllasm.var. yunnanensis、矮重楼P.polyphyllavar. nana、白花重楼P.polyphyllavar. alba、狭叶重楼P.polyphyllavar. stenophylla)1变型(宽叶重楼P.polyphyllavar. latifolia)，当地均作为药用重楼入药。2015年版《中国药典》Ⅰ部收载七叶一枝花(P.polyphylla)和滇重楼(P.polyphyllavar.yunnanensis)的干燥根茎[2]为药材重楼正品，其余国产重楼均被列为“伪品”，致使 90% 以上的野生重楼资源惨遭遗弃[3]。为了规范药材市场，从种子保证基源重楼药材的准确，本研究拟对重楼属植物的种子进行研究，对其种子的大小、形状、颜色、胚珠着生方式等进行观察比较，从而补充重楼属植物分类要点，这对于重楼市场的规范化具有重要意义。

注：L为长度；W为宽度；T为厚度。图版Ⅰ 种子的长宽厚测定适宜图版

1 材料与方法

1.1 材 料

2017年9—10月，收集神农架林区七叶一枝花、南重楼、五指莲重楼、四叶重楼、黑籽重楼、狭叶重楼、矮重楼、宽叶重楼以及长柱重楼9种重楼属植物的果实，带回长江大学园艺园林学院实验室，进行相关实验测定。

1.2 方 法

1.2.1形态观察

1) 外部形态测定。选取成熟、饱满的种子，在解剖镜下观察其形状、颜色和种脐位置，用精度为0.01 mm的电子游标卡尺测量种子大小，每个种测量30粒种子，计算所得数据的平均值和标准偏差。种子大小以长、宽、厚表示(单位: mm)，测量方式见图版Ⅰ。

对每种重楼属种子进行千粒重测定，重复3次。

2) 形态解剖及胚率测定。每次取10粒种子，沿种胚中央将胚乳切成两半，在双目解剖镜下用测微尺测量胚及胚乳的长度，并计算平均胚率(胚率=胚长/胚乳长)。

1.2.2数据分析

采用SPSS 19.0软件对各数据进行平均值和标准差的计算。对种子形态学各性状进行赋值，将数据转化为0，1矩阵表，然后利用NTSYS-pc2.10 e软件进行分析，计算欧式遗传距离，并进行聚类分析。

2 神农架重楼植物种类

2.1 种子形态指标测定与分析

如表1可知，有外种皮的种子长宽大部分都在6～7 mm区间内，但宽叶重楼有外种皮种子最大，且其长宽(8.54×7.05)mm与去皮后的长宽(3.24×2.83)mm差异悬殊，说明外种皮肉汁化程度较高，较其他种子大，但是去外种皮后的种子却相对较小；矮重楼整体偏小；长柱重楼外种皮种子虽略小于宽叶重楼，但去种皮后，种子最大，有种皮的种子和去皮后种子的比值最小，表明长柱重楼种子肉质化程度较低，而七叶一枝花、五指莲重楼、四叶重楼、黑籽重楼、南重楼则趋于种子大小的均值，矮重楼则略小于均值。在种子厚度上，狭叶重楼和宽叶重楼、长柱重楼的平均厚度值最大，分别达5.72、5.97 mm和4.96 mm，矮重楼的厚度平均值最小，为3.10 mm。其余重楼属植物厚度均值相差不大，都在4.4～4.8 mm范围内。在胚率上，南重楼的胚率为2/9，七叶一枝花、四叶重楼、黑子重楼、宽叶重楼胚率都为1/9，五指莲重楼和狭叶重楼为1/8，矮重楼为1/7；长柱重楼为1/11。各属种胚率间的区别不大，相对来说长柱重楼的胚率最小，胚乳占种子的比例较多，南重楼的胚率最大，胚在种子中所占的比例相对较多，胚率大小可能对种子完成形态后熟的时间有所不同。

千粒重的大小取决于种子的大小及其饱满程度。千粒重越重，种子越饱满，种子内的营养物质也越丰富，提供给种子萌发时的营养物质也越多，可使种子发芽迅速整齐。南重楼、狭叶重楼和宽叶重楼、长柱重楼的种子质量较高，比重较大；黑籽重楼和矮重楼、五指莲重楼重量小；四叶重楼和七叶一枝花居中，四叶重楼种子大致均等，七叶一枝花种子大小不一，形态差异较大。影响千粒重大小的原因，可能与取样植株的大小以及营养状况有一定关联。

2.2 重楼属植物种子形态观察

七叶一枝花(图版Ⅱ-1)种实被红色肉质多汁假种皮，乳白色，光滑近球形，种脐明显，不凸起，种子表面有絮状附属物。南重楼(图版Ⅱ-2)种实被红色肉质多汁假种皮，乳白色，亚球形，种脐明显，略呈突起。五指莲重楼(图版Ⅱ-3)种实被橙色海绵状假种皮，1/2被绿白色，种子多数，乳白色，长椭球型，种脐凸起，表面有黑色网状细丝。四叶重楼(图版Ⅱ-4)种实被橙色海绵状假种皮，多数，乳白色，亚球形，种脐不凸起。黑籽重楼(图版Ⅱ-5)被1/2鸡冠状红色肉质假种皮，黑色，表面不光滑，具坑洞。狭叶重楼(图版Ⅱ-6)被鲜红或深红色肉质多汁假种皮，较大，多数，乳白色，种脐凸起，表面有黑色网状细纹。矮重楼(图版Ⅱ-7)较小，表面有明显附属物，多数，被红色肉质种皮，乳白色。种脐不凸起。宽叶重楼(图版Ⅱ-8)种子被鲜红色肉质假种皮，种子乳白色，亚球形，种脐不凸起。长柱重楼(图版Ⅱ-9)种子大小差异悬殊，形状也并不统一，种子被橙红色海绵状假种皮，种脐明显。综合来看，除了黑籽重楼可以通过颜色明确判定外，其他重楼属植物种子形态差异不明显，不易区分。

表1 重楼属9种植物种子形态

种名有假种皮种子大小(长/mm×宽/mm)种子大小(长/mm×宽/mm)种子厚度/mm胚率千粒重/g七叶一枝花6.13×5.40(7.58～5.50)×(6.36～4.84)3.90×3.55(4.51～3.3)×(4.32～2.61)4.851/928.030±0.779南重楼5.75×4.86(7.58～4.65)×(5.87～4.08)3.74×3.49(4.49～3.05)×(4.40～2.92)4.412/932.820±0.546五指莲重楼6.23×5.20(7.24～4.71)×(6.56～4.38)3.87×3.40(4.62～3.04)×(4.19～2.66)4.481/815.873±0.372四叶重楼6.05×5.18(7.15～4.92)×(6.3～4.19)3.59×3.26(4.22～3.07)×(4.14～2.51)4.441/928.163±0.051黑籽重楼6.26×5.49(8.20～5.19)×(6.90～4.32)3.80×3.64(4.64～3.06)×(4.42～2.68)4.861/918.485±0.122狭叶重楼7.38×6.26(8.76～6.58)×(7.90～5.27)3.92×3.86(4.76～3.15)×(4.69～3.02)5.721/833.787±0.383矮重楼 4.62×3.55(5.46～4.11)×(4.14～3.02)3.36×2.90(4.08～3.06)×(3.16～2.21)3.101/718.091±0.361宽叶重楼8.54×7.05(9.37～7.38)×(8.46～5.98)3.24×2.83(3.8～2.57)×(3.78～2.52)5.971/932.389±0.426长柱重楼7.11×5.68(9.14～5.65)×(7.99～4.86)5.22×4.10(6.83～3.21)×(5.51～2.83)4.961/1133.621±0.411

2.3 重楼属植物种脐观察

从图版Ⅲ可以看出，黑籽重楼(图版Ⅲ-5)最易识别，种脐有明显的线纹，由种脐向外辐射状扩散。其他重楼都有种皮的特征(表皮层及附属物)、胚和胚乳都不同程度的在种、属或族的水平具有一定的分类作用。根据表皮层上拥有的各种衍生结构或附属物的不同，可将种子分为2个类型：第一种类型——网纹的有无，如五指莲重楼(图版Ⅲ-3)和狭叶重楼(图版Ⅲ-6)的种脐周围密布有网状黑丝，而其余重楼均无；第二种类型——种脐周围是否有圈状凹凸不平的膜质附属物，如南重楼(图版Ⅲ-2)、长柱重楼(图版Ⅲ-9)、狭叶重楼。在种脐的大小上，五指莲重楼、四叶重楼(图版Ⅲ-4)和宽叶重楼(图版Ⅲ-8)种脐的范围相对来说较小，约占整个横切面的1/4到1/5。其中七叶一枝花(图版Ⅲ-1)的种脐比例较大，约占1/2到1/3。而南重楼、黑籽重楼(图版Ⅲ-5)、狭叶重楼、矮重楼(图版Ⅲ-7)、长柱重楼种脐占到整个横切面的1/3到1/4的比例。

2.4 种子胚着生位置观察

结合图版Ⅲ和图版Ⅳ，可以看出9种重楼的形状差异。七叶一枝花(图版Ⅳ-1)、矮重楼(图版Ⅲ-7)与宽叶重楼(图版Ⅲ-8)近似椭圆形；南重楼(图版Ⅲ-2)和五指莲(图版Ⅲ-3)、狭叶重楼(图版Ⅲ-6)为宽卵形，四叶重楼(图版Ⅲ-4)近似三角形，黑籽重楼(图版Ⅲ-5)亚球形，长柱重楼(图版Ⅲ-9)是长圆形。

通过形态解剖观察到该9种重楼属植物胚的类型都属于发育不全型，即胚小、球形至椭球形胚，观测时模糊不清，隐约可见球形胚。胚在种子内的着生位置也有所不同。七叶一枝花、四叶重楼、狭叶重楼、矮重楼和长柱重楼、宽叶重楼的胚均着生于种脐的正下方，而南重楼、五指莲重楼、黑籽重楼的胚则离正下方有一定的偏移角度。

注：1为七叶一枝花；2为南重楼；3为五指莲重楼；4为四叶重楼；5为黑籽重楼；6为狭叶重楼；7为矮重楼；8为宽叶重楼；9为长柱重楼。下同。图版Ⅱ 9种重楼属植物的种子形态

2.5 重楼属种子的形态聚类学分析

对本实验观察的9种重楼属植物进行多次测量，记录取其平均值，具体形态特征包括取果实胎座、是否具有肉质假种皮、种子大小、剖面形状、种脐大小、胚着生位置以及种子颜色等7个相对稳定，易于观察的性状指标，定性状一个记为“0”，一个记为“1”，具体划分详见表2。

利用 NTsys 2.10 e 遗传相似性分析软件计算结果表明，9种材料种间的遗传相似系数为0.41～0.86，根据种子形态，可以明显分为3类，七叶一枝花、狭叶重楼、南重楼、矮重楼以及宽叶重楼为Ⅰ类，五指莲重楼、四叶重楼以及长柱重楼为Ⅱ类，黑籽重楼单独为Ⅲ类。根据李恒的分类标准，Ⅰ类属于侧膜亚属，Ⅱ类属于中轴亚属，黑籽重楼为侧膜亚属中的黑籽组，分类结果与李恒的分类标准基本吻合。

表2 9种重楼属的形态指标

性状编码规则记为“0”记为“1”胎座类型侧膜胎座非侧膜胎座种子完全被肉质假种皮包裹是否种子大小≥25<25种子剖面形状近似椭圆形非近似椭圆形种脐大小大小胚着生位置种脐正下方非种脐正下方种子颜色白色黑色

3 结论与讨论

本实验以神农架林区重楼属植物为研究对象，在形态分类的基础上，对重楼属植物的种子形态做进一步的完善和补充，为合理开发利用重楼属植物资源奠定基础。同一科属的不同种间的植株为了适应生长环境而产生遗传变异，这种遗传变异可以稳定地体现在种子的形态特征中，因此，同属不同种的种子形态、大小、质量以及胚的生长等性状均存在不同程度的差异。

图版Ⅲ 9种重楼种脐观察

图1 基于7个解剖性状的9种重楼属植物聚类图

李恒等[4]对重楼属植物进行了详细分类，除此之外还有各地区调查研究的重楼属植物现况[5-6]，如杨发建等[7]对区域内常见的重楼(滇重楼、长柱重楼、金线重楼、黑籽重楼)做了完备的资料，通过种苗期、花期、果期以及根茎等图片和文字进行描述，能更好地区分和判断重楼属植物，同时也为该地区的植物资源提供了开发和利用的参考依据以及英文植物志等的重楼分类描述。但是关于重楼属的形态描述仍然不够完善，在重楼属植物传统形态上做研究的学者[8]，观测到重楼属间变异较大的指标分别是株高、根、茎、叶、花等形状。植物外部形态由感官判断和分类，在分类上具有较大争议和分歧。种子具有形态稳定性，可作为种类鉴定的重要参考，其形态差异可反映植物的遗传变异[8-9]。种子大小变异较常见，由于生长环境、植物大小、营养状况等的差异，都会不同程度影响种子大小，但种子颜色、纹饰、种脐类型、假种皮类型、胚着生类型等均具有种内稳定性，可以作为分类的辅助标准。

图版Ⅳ 9种重楼种子纵切面