杜鹃花属5种植物叶表皮结构解剖及分类意义初探

杜鹃花属5种植物叶表皮结构解剖及分类意义初探
唐光大;吴海求;庄雪影
【摘要】利用光学显微镜(LM)和环境扫描电子显微镜(SEM)对杜鹃花属(Rhododendron)马银花亚属(Azaleatrum)5种分类争议较大的刺毛杜鹃(R. championiae Hook.)、弯蒴杜鹃(R. henryi Hance)、东南杜鹃(R.dunnii Wils.)、毛棉杜鹃(R.moulmainense Hook.)、凯里杜鹃(R.westlandii Hemsl.)的叶表皮特征进行观察.结果表明叶表皮的细胞形状大小、表皮毛和气孔器具有一定的分类学意义.根据5个种的叶表皮毛被的过渡性,结合花部形态,东南杜鹃和弯蒴杜鹃更接近于凯里杜鹃,初步推测东南杜鹃和弯蒴杜鹃为毛棉杜鹃与凯里杜鹃的天然杂交种.弯蒴杜鹃与东南杜鹃的叶表皮毛被数量和气孔器周围环状条纹存在明显差异,支持东南杜鹃作为独立的种.
【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(028)004
【总页数】4页(P371-374)
【关键词】杜鹃花属;叶表皮;分类学意义
【作者】唐光大;吴海求;庄雪影
【作者单位】华南农业大学,林学院,广东,广州,510640;华南农业大学,林学院,广东,广州,510640;华南农业大学,林学院,广东,广州,510640
【正文语种】中文
【中图分类】Q949.772
杜鹃花属是杜鹃花科最大的属，全世界约1 000种，中国有571种，其中409种为特有种[1].中国西南是世界最大的杜鹃分布中心和多度中心，野生杜鹃资源丰富，具有很高的开发利用价值.杜鹃花属植物种类多、分布广、变异大，分类问题复杂[2]，特别是存在普遍的自然杂交现象，因此，有些学者提出自然杂交可能在杜鹃
花属的物种进化和物种形成方面起着重要的推动作用[3,4].由于杜鹃花属种间内部
结构与外部形态形状存在交叉重叠，在亚属、组的界定，尤其是种的确定上存在较大的分歧.本文针对形态特征交叉重叠、分类争议较大的5种杜鹃花属植物，开展
其叶表皮结构研究，探讨叶表皮特征在5种杜鹃花属植物的种间鉴别和分类学处
理上的意义.
表1 实验材料来源Tab.1 Resource of the experimental material种名采集地馆藏凭证标本刺毛杜鹃(RhododendronchampioniaeHook.)广东韶关乳阳
CANT18051弯蒴杜鹃(RhododendronhenryiHance)广东封开黑石顶
CANT0525东南杜鹃(RhododendrondunniiWils.)广东大浦ISBC202586毛棉杜鹃(RhododendronmoulmainenseHook.)广东车八岭CANT55008凯里杜鹃(RhododendronwestlandiiHemsl.)采集地不详ISBC18143
1 材料和方法
1.1 材料
实验材料全部取自华南农业大学植物标本馆(CANT)和中科院华南植物研究所标本
馆(ISBC)的蜡叶标本(表1).
1.2 方法
1.2.1 光镜观察的材料处理采用过氧化氢-冰醋酸离析法，取所选标本成熟叶，用
刀片避开中脉及较大侧脉切取约5 mm×5 mm小块，放入器皿中隔水煮沸软化约30 min，吸干材料上的水分，加入1∶1的冰醋酸与 30%过氧化氢混合液并放入
60℃水浴温箱中10 h，待叶肉组织出现多量明显气泡，与上、下表皮开始分离时，把离析后的材料取出用清水洗净，移入盛有蒸馏水的容器中，撕下表皮，用毛笔轻轻扫去残留叶肉组织，并清洗2次.将洗净后的叶片上下表皮放入染色皿中用1%
番红酒精(50%)溶液染色约25 min，染色后将材料移入盛有蒸馏水的容器中清洗
并漂洗约10 h，按常规方法制片.在Leica (DMLB)光学显微镜(LM)下观察拍照. 1.2.2 光镜下的数据统计随机抽取30个上下表皮细胞观测而确定表皮细胞形状；
分别测量10个上表皮细胞和下表皮气孔器的长短轴求均值，以定长短轴之比，并以气孔器长短轴之比归类气孔器形状；统计物镜为40倍下30个视野的气孔器个数，计算平均值统计为气孔器密度.
1.2.3 扫描电镜的观察材料处理剪取蜡叶标本叶边缘处大小约5 mm×5 mm的叶片，用银粉乳胶混合物将材料粘在铜台上，经离子溅射仪喷金镀膜后，移入Philips XL-30型号环境扫描电子显微镜(SEM)下观察、拍照.
2 观测结果
在光学显微镜下，5种杜鹃花属的叶脉细胞饰纹均为长条四边形，细胞壁稍厚；上表皮细胞大小约为下表皮细胞的1.1～1.2倍；5种植物均具不分节的多细胞毛，
毛被表面具纵向纹理(图版1：1c，2c)；下表皮气孔密度差异不大，密度约320～420个/mm2；下表皮气孔器的副卫细胞4～5个(表1)，以其长边包围保卫细胞(图版1：2b，4b，5d).在电子显微镜下，5种杜鹃花属植物的毛被密度存在一定
的差异.刺毛杜鹃毛被最密，下表皮毛被数量大，具有两种明显长度差异的毛被，
一种为末端明显膨大的腺头刚毛(图版2：1h)，另一种为不分节的多细胞毛，表面具纵向沟痕(图版2：1g)；毛被横切面呈蜂窝状(图版2：1g)；弯蒴杜鹃毛被单一，仅具较稀疏的不分节的多细胞毛(图版2：2d)；东南杜鹃的毛被稀少，仅在叶柄和叶边缘具少量睫毛状的多细胞毛；毛棉杜鹃和凯里杜鹃上下表皮均无毛(图版2：
4e，5e).
3 检索表
通过本实验对杜鹃花属5种植物叶表皮形态的观察，根据叶表皮附属物及气孔器形态特征，有如下分类检索表：
1. 叶表皮被多细胞毛和腺头刚毛，上表皮细胞为不规则形…………刺毛杜鹃(R. championiae Hook.)
1. 叶上表皮无毛，上表皮细胞为多边形.
2.叶边缘被毛.
3.气孔器外围具3层或以上环状突起的条纹…………………………弯蒴杜鹃(R. henryi Hance)
3.气孔器外围具2层环状不突起的条纹…………………………………东南杜鹃(R. dunnii Wils.)
2. 叶边缘无毛.
4.下表皮垂周壁浅波状，气孔器外围边缘不突起………………毛棉杜鹃(R. moulmainense Hook.)
4.下表皮垂周壁平直，气孔器外围具明显的环状突起……………凯里杜鹃(R. westlandii Hemsl.)
图版1 光学显微镜下5种杜鹃花的叶表皮结构 1a-1d：刺毛杜鹃.2a-2c：弯蒴杜鹃.3a-3b：东南杜鹃.4a-4b：毛棉杜鹃.5a-5d：凯里杜鹃.1a, 1c, 2a, 2c, 3a, 4a, 5a, 5b：上表皮.1b, 1d, 2b, 2c, 3b, 4b, 5c, 5d：下表皮.1c, 1d, 2c：示多细胞毛.5c：示鳞片.(图片放大倍数：除5b，5c，5d的放大倍数为400倍以外，其余图片均为200倍.)Plate 1 Leaf epidermis under the light microscope in five species of Rhododendron. 1a-1d: R. championiae. 2a-2c: R. henryi. 3a-3b: R.
dunnii. 4a-4b: R. moulmainense. 5a-5d: R. westlandii. 1a, 1c, 2a, 2c, 3a, 4a, 5a, 5b Adaxial epidermis. 1b, 1d, 2b, 2c, 3b, 4b, 5c, 5d: Abaxial epidermis. 1c, 1d, 2c: Showing multicellular hairs. 5c: Showing scales. (Scale bars: 1a-1d, 2a-2c, 3a-3b, 4a-4b, 5a =1×200; 5b，5c，5d=1×400)
图版2 电镜下5种杜鹃花的叶表皮结构，示多细胞毛、气孔器结构；1e-1h：刺毛杜鹃；2d-2e：弯蒴杜鹃；3d-3e：东南杜鹃；4e：毛棉杜鹃；5e：凯里杜鹃.Plate 2 Leaf epidermis under the scanning electron microscope in five species of Rhododendron, showing multicellular hairs and stomatal apparatuses,all abaxial epidermis except for 1f.1e-1h: R.championiae.2d-
2e:R.henryi.3d-3e:R.dunnii.4e:R.moulmainense. 5e:R.westlandii.Scale bars:1f=500 μm; 1 g,1h=50 μm; 2 d,30=200 μm;1e,2e,3e,5e=20 μm;4e=10 μm.
4 分析与讨论
国内杜鹃花属马银花亚属植物有29种，Fang 等将马银花亚属分为马银花组(Azaleastrum)和长蕊杜鹃组(Choniastrum)，其中长蕊杜鹃组21种[1]，该组植物许多形状特征重叠、分布区也重叠、种间杂交可育，自然杂交现象较普遍[3]，给类群植物的系统分类带来了较大的困惑.从本实验的光学显微镜和电子显微镜观察结果看，叶表皮特征表现出一定的多态性，可作为探讨杜鹃花属内分类群的系统发育关系的依据之一.
4.1 种杜鹃花的叶表皮毛被特征
高连明和李德铢将凯里杜鹃(R. kailiense Fang & M. Y. He)和线萼杜鹃(R. linearicupulare Tam)归并为新的凯里杜鹃(R. westlandii)，山荷桃(R. championae Hook. var. ovatifolium Tam)处理为刺毛杜鹃的异名[5].本实验观测结果显示刺毛杜鹃的毛被和表皮细胞特征与其他4种植物差异最大，表皮细胞形
状是唯一的不规则形，具有多细胞毛和腺头刚毛两种毛被.叶表皮的毛被在5种杜
鹃花属植物中存在明显的过渡趋势，刺毛杜鹃毛被最多最浓密，上下表皮均有毛被(图版1：1c，1d)，毛棉杜鹃和凯里杜鹃无毛(图版1：4d，5b；表2)，弯蒴杜鹃和东南杜鹃处于中间过渡状态，叶片边缘具毛被而上下表皮毛被较少(图版2：2d，3d；表2).王玉国等在观测杜鹃花属部分种的叶表皮微形态时，发现弯蒴杜鹃和凯里杜鹃的叶表皮微形态差异较小，提出将二者同归为马银花型(R. ovatum-
type)[6].笔者通过野外调查及标本记录查阅结果显示，刺毛杜鹃、弯蒴杜鹃、东南杜鹃和凯里杜鹃的自然分布区域重叠，弯蒴杜鹃和东南杜鹃的花颜色更接近凯里杜鹃，故初步推测弯蒴杜鹃和东南杜鹃可能为刺毛杜鹃和凯里杜鹃的自然杂交种.
表2 在光镜和电镜下5种杜鹃花属植物的叶表皮特征比较Tab.2 Comparison of leaf epidermal characteristics of five plants of Rhododendron under LM
and SEM特征刺毛杜鹃(R.championiae)弯蒴杜鹃(R.henryi)东南杜鹃(R.dunnii)
毛棉杜鹃(R.moulmainense)凯里杜鹃(R.westlandii)毛被结构多细胞毛腺头刚毛
多细胞毛多细胞毛--毛被密度浓密较浓密稀疏无毛无毛上表皮细胞形状不规则形多边形多边形多边形多边形上表皮细胞长短轴之比1.251.501.321.671.33下表皮细
胞形状不规则形长条形长条形长条形长条形平均气孔密度(个
/mm2)380363324377419气孔器长短轴之比1.251.431.081.501.26气孔器形状椭圆形椭圆形近圆形卵圆形椭圆形表皮附属物结晶体叶表皮均具明显结晶体毛被
+++仅叶缘++仅叶缘+--毛被结构多细胞毛腺头刚毛多细胞毛多细胞毛--垂周壁
式样上表皮深波状平直平直-浅波平直-浅波平直-浅波下表皮深波状波状波状波状
平直-浅波
注：“+ + +”为毛被显著，“+ +”为毛被稀疏，“+”为毛被稀少，“-”为没有毛被.
4.2 东南杜鹃的分类处理
弯蒴杜鹃、东南杜鹃和刺毛杜鹃3个种因其形态特征存在明显的过渡性，种间特征重叠较大，在分类处理过程中曾多次变更.谭沛祥认为刺毛杜鹃的叶密被腺头刚毛，花萼裂片线状钻形，弯蒴杜鹃的叶成长时两面无毛，但叶柄具腺头刚毛，花萼裂片线形，钝头；而东南杜鹃的幼枝和叶边无毛，将三者分开[7]，胡琳贞和方明渊认为罗浮杜鹃的幼枝、叶柄及叶片下面被疏刚毛或腺头刚毛，花冠淡紫色或粉红色；而刺毛杜鹃的幼枝、叶柄及叶的两面都密被刚毛或腺头刚毛，花冠白色或淡红色，将二者分开，将东南杜鹃作为弯蒴杜鹃的变种(R. henryi var. dunnii)[8].在叶表皮解剖方面，王玉国等的观测结果显示弯蒴杜鹃的叶上表皮为不规则形[6]，而据笔者的观测结果显示弯蒴杜鹃的上表皮为规则形，这可能与材料取样的凭证标本不同有关，同时也说明该物种在分类上的复杂性.本研究结果显示：弯蒴杜鹃与东南杜鹃之间，弯蒴杜鹃的气孔器周围环状条纹明显突起(图版2：2e)，东南杜鹃气孔器周围环状条纹未见突起(图版2：3e)；另外，二者叶片边缘的毛被数量也存在较大差异(表1)，花萼长度和子房毛被明显不同[9].因此，支持东南杜鹃作为独立的种，但对于该种的位置有待于利用更多性状特征进一步研究确定.
参考文献:
[1] Fang M Y,Fang R Z,He M Y,et al.Flora of China[M].Beijing:Science Press,2005:260.
[2] 周兰英,王永清,张丽,等.46种杜鹃花属植物表型性状的数量分类[J].林业科学,2009,45(8):67-75.
[3] 张敬丽,张长芹,吴之坤,等.探讨种间传粉在杜鹃花属自然杂交物种形成中的作用[J].生物多样性,2007,15 (6): 658-665.
[4] Hong G Zh,Richard I M,Hang S.Morphological and molecular evidence of natural hybridization between two distantly related Rhododendron species from the Sino-Himalaya[J].Botanical Journal of the Linnean
Society,2008,156：119-129.
[5] 高连明,李德铢.国产杜鹃花属马银花亚属(杜鹃花科)五个新异名[J].植物分类学报,2006,44(5):604-607.
[6] 王玉国,李光照,张文驹,等.中国杜鹃花属的叶表皮特征及其系统学意义[J].植物分类学报,2007,45(1):1-20.
[7] 谭沛祥.华南杜鹃花志[M].广州:广东科技出版社,1983：1-183.
[8] 胡琳贞,方明渊.中国植物志[M].北京:科学出版社，1994:341-434.
[9] 唐光大,庄雪影.广东省杜鹃花属新资料[J].华南农业大学学报,2009,30(3):120-121.。