中國傘形科柴胡屬果實形態(tài)解剖特征及系統學意義

1、中國傘形科柴胡屬果實形態(tài)解剖特征及系統學意義論文導讀:：對于柴胡屬植物而言。果實特征作為傘形科植物分類的重要依據。表2柴胡屬果實形態(tài)解剖特征。關鍵詞：柴胡屬，果實，形態(tài)解剖，系統學意義柴胡屬Bupleurum L.是傘形科Apiaceae的一個大屬，全世界有180種左右，廣泛分布于歐亞大陸的溫帶地區(qū)。中國現有42種22為特有種，多產于西南，西北與東北地區(qū)，其它地區(qū)那么較為稀少。果實特征作為傘形科植物分類的重要依據，國內外的學者在這方面做出了不少有意義的工作。對于柴胡屬植物而言， ?zcan 曾對土耳其地區(qū)及臨近地區(qū)的果皮微形態(tài)進行過研究。我們也通過掃描電鏡的方法對中國柴胡屬20個種進行了相關的

2、研究并發(fā)現了有意義價值的分類性狀。Abduloeva等對烏克蘭的局部種類進行了研究并認為果實的解剖特征對于評價柴胡屬的屬下分類關系具有一定作用。雖然劉枚等對中國東北的柴胡果實進行了解剖學研究，但涉及到的種類較少(僅8種)。本文通過對中國柴胡屬主要分布區(qū)的21個代表類群果實形態(tài)與解剖特征的觀察，分析了柴胡屬果實的演化及該屬的分類地位，并對國產柴胡屬內一些種的分類處理進行了初步探討。1材料和方法1.1 材料文中涉及的21個類群全部樣品均選取有代表性的成熟果實。憑證標本保存在四川大學標本館SZ，具體材料來源見表1。表1 樣品來源Table 1 Origin of samples 類群 Taxa 采集

3、地 Locality 憑證標本 Voucher 川滇柴胡 B. candollei 云南昆明 Kunming Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 091001 (SZ) 紫紅川滇柴胡 B. candollei var. atropurpureum 四川稻城 Daocheng Sichuan 王奇志 (Q. Z. Wang), 200609 (SZ) 北柴胡 B. chinense 四川成都 Chengdu Sichuan 王長寶 (C. B. Wang), W08092 (SZ) 煙臺柴胡 B. chinense f. vanheurckii 山東淄博 Zibo Sahndong 逄

4、云莉 (Y. L. Pang), 73 (SZ) 紫花鴨跖柴胡 B. commelynoideum 云南香格里拉 Shangri-la Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 091003 (SZ) 黃花鴨跖柴胡 B. commelynoideum var. flaviflorum 四川松潘 Songpan Sichuan 馬祥光 (X. G. Ma), 090901 (SZ) 密花柴胡 B. densiflorum -烏魯齊 Urumchi Xinjiang 王長寶 (C. B. Wang),W09092 (SZ) 三島柴胡 (東亞) B. falcatum (East Asia) 黑

5、龍江佳木斯 Jiamusi Heilongjiang 楊洪升 (H. S. Yang), 09021 (SZ) 纖細柴胡 B. gracillimum 云南德欽 Deqin Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 091006 (SZ) 小柴胡 B. hamiltonii 云南麗江 Lijiang Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 091005 (SZ) 三苞小柴胡 B. hamiltonii var. paucefulcrans 貴州畢節(jié) Bijie Guizhou 王長寶 (C. B. Wang), W09190 (SZ) 阿爾泰柴胡 B. krylovianum -烏魯

6、木齊 Urumchi Xinjiang 王長寶 (C. B. Wang), W09094, SZ 大葉柴胡 B. longiradiatum 吉林長白山 Mt. Changbai,Jilin 廖晨陽 (C. Y. Liao), C09091 (SZ) 馬爾康柴胡 B. malconense 四川馬爾康 Malcon Sichuan 馬祥光 (X. G. Ma), 090903 (SZ) 竹葉柴胡 B. marginatum 云南昆明 Kunming Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 090906 (SZ) 細莖有柄柴胡 B. petiolulatum var. tenerum 四川

7、紅原 Hongyuan Sichuan 馬祥光 (X. G. Ma), 090902 (SZ) 麗江柴胡 B. rockii 云南麗江 Lijiang Yunnan 馬祥光 (X. G. Ma), 091002 (SZ) 紅柴胡 B. scorzonerifolium 黑龍江佳木斯 Jiamusi Heilongjiang 楊洪升 (H. S. Yang), 09042 (SZ) 黑柴胡 B. smithii 陜西 具體地址不詳 Precise locality unknown Shaanxi 王奇志 (Q. Z. Wang), s. n. (SZ) 汶川柴胡 B. wenchuanense

8、四川汶川 Wenchuan Sichuan 馬祥光 (X. G. Ma), 090905, SZ 銀州柴胡 B. yinchowense 陜西 具體地址不詳 Precise locality unknown Shaanxi 王奇志 (Q. Z. Wang), s. n. (SZ) 1.2 方法選取15-20粒成熟果實在 Olympus SZX7 數碼解剖鏡下對其大小進行測量并取平均值。用甘油：酒精1：1的混合液對果實進行軟化，經酒精梯度脫水，二甲苯透明，常規(guī)石蠟切片，用番紅-固綠雙重染色，中性樹脂封片后在 Olympus BX51顯微鏡下進行觀察。憑證永久裝片保存在四川大學生命科學學院植物系統

9、與進化生物學實驗室。2 結果2.1 形態(tài)學特征2.2 解剖學特征柴胡果實根本結構由外到內可分為以下幾個層次(圖版 ，以竹葉柴胡為例)：外果皮(epicarp)是一層緊密排列的扁平細胞，在國產柴胡屬植物外果皮上沒有類似于地中海類群的瘤狀附屬物。在個別種類的外果皮有時會出現白色粉狀物，但這并不是一個穩(wěn)定的性狀。中果皮(mesocarp)由3-8層不規(guī)那么的薄壁細胞組成，油管(oil canal)一般分布于其內。值得注意的是，柴胡屬植物中果皮內缺乏普遍存在于芹亞科基部類群，變豆菜亞科和天胡荽亞科的晶體后含物。內果皮(endocarp)是1層與胚乳相連的扁平而緊密排列的細胞，在成熟的果實中一般與胚乳別

10、離開來。胚乳(endosperm)是柴胡果實最興旺的局部，由儲藏功能的薄壁細胞組成。在胚乳的中央為胚(embryo)，但是在橫切面觀往往觀察不到(在制片過程中容易脫落而留下空白或切片的位置沒有處在胚的著生處)。柴胡果實一般有5條主棱(rib)，每個棱下1個對應的外韌維管束(vascular bundle)，各果棱之間為棱槽(furrow)。此外，在合生面(commissure)凹陷處的中果皮細胞形成一個透鏡狀的結構(為珠柄的橫切面觀, 內有1維管束)。從果棱的發(fā)育程度看，各種之間也存在著明顯差異(圖版 )。如黃花鴨跖柴胡(B. commelynoideum var. flaviflorum圖版

11、 , F)，密花柴胡(B. densiflorum圖版 , G), 阿爾泰柴胡(B. krylovianum圖版 , L)等果棱多呈膜質。而纖細柴胡(B. gracillimum圖版 , I)，小柴胡(B. hamiltonii圖版 , J)和紅柴胡(B. scorzonerifolium圖版 , R)等果棱多呈棒狀。上述兩類果實的果棱明顯或較為明顯，橫切面觀往往呈五邊形。少數種類的果棱那么極不明顯，如紫紅川滇柴胡(B. candolleivar. atropurpureum圖版, B)和大葉柴胡(B.longiradiatum圖版 , M)。因而，果實橫切面觀多近于圓形。從油管的數量看，在每

12、個棱槽之間的油管多為3, 合生面油管多為4，偶爾出現6個油管(如黃花鴨跖柴胡)或2個(如煙臺柴胡)。在國產柴胡屬植物中也發(fā)現了被認為是芹亞科中原始性狀的棱槽單油管類型，如密花柴胡(圖版 , G)，小柴胡(圖版 , J)和阿爾泰柴胡(圖版 , L)。表2 柴胡屬果實形態(tài)解剖特征Table 2 morphological and anatomicalfeatures of Bupleurum L. 分 類 群 Taxa 果實形態(tài)大小(mm) Fruit shape and size 果棱發(fā)育程度 Rib* 油 管 Oil canal 晶 體 后含物 Crystal 橫切面觀/ 胚乳合生面觀 Tra

13、nsection/Endosperm 長/寬 L/W 形 狀 Shape 顏 色 Color 棱 槽 合生面 川滇柴胡 B. candollei 3.5/1.8 兩側壓扁, 圓柱狀 bilateral compressed cylindrical 棕褐色 sepia + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 微凹Concave 紫紅川滇柴胡 B. candollei var. atropurpureum 2.8/1.5 兩側壓扁, 圓柱狀 bilateral compressed cylindrical 棕紅色 brownish red + 3 4 無 No 近圓形Subciucle/

14、 微凹Concave 北柴胡 B. chinense var. chinense 3.1/2.1 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 棕黑色 brownish black + 3 4 無 No 近圓形Subciucle/ 平直Flat 煙臺柴胡 B. chinense f. vanheurckii 3.0/2.0 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 棕黑色 brownish black + 3 2 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 紫花鴨跖柴胡 B. commelynoideum 3.2/1.5 兩側壓扁

15、, 圓柱狀 bilateral compressed cylindrical 棕紅色 brownish red + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 微凹Concave 黃花鴨趾柴胡B. commelynoideum var. flaviflorum 2.9/1.4 背腹壓扁, 圓柱狀 depressed, cylindrical 棕紅色 brownish red + 3 6 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 密花柴胡 B. densiflorum 4.1/2.0 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 暗棕色 burgundy

16、 + 1 2 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 三島柴胡 (東亞) B. falcatum (East Asia) 4.2/2.2 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 暗棕色 burgundy + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 纖細柴胡 B. gracillimum 4.4/2.3 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 棕色 brown + 4 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 小柴胡 B. hamiltonii 2.0/1.2 背腹壓扁, 矩圓形

17、 depressed, oblong 棕色 brown + 1 2 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 三苞小柴胡 B. hamiltonii var. paucefulcrans 3.8/1.7 兩側壓扁, 圓柱狀 bilateral compressed cylindrical 棕黑色 brownish black + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 微凹Concave 阿爾泰柴胡 B. krylovianum 4.0/1.6 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 棕褐色 sepia + 1 2 無 No 五邊形Penta

18、gon / 平直Flat 大葉柴胡 B. longiradiatum 4.1/2.0 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 暗褐色 dun + 4 4 無 No 近圓形Subciucle/ 微凹Concave 馬爾康柴胡 B. malconense 3.2/1.3 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 棕色 brown + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 竹葉柴胡 B. marginatum 3.3/1.8 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 暗褐色 du

19、n + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 細莖有柄柴胡 B. petiolulatum var. tenerum 3.4/1.8 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 暗褐色 dun + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 麗江柴胡 B. rockii 4.0/1.5 兩側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 棕紅色 brownish red + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 微凹Concave 紅柴胡 B. scorzonerifolium 4.1/1.4 兩

20、側壓扁, 矩圓形 bilateral compressed oblong 暗褐色 dun + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 黑柴胡 B. smithii 3.9/2.0 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 棕黑色 brownish black + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 汶川柴胡 B. wenchuanense 2.4/1.3 背腹壓扁, 卵形 depressed, ovate 棕色 brown + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat 銀州柴胡 B. yinchowen

21、se 3.1/1.8 兩側壓扁, 卵形 bilateral compressed ovate 棕黑色 brownish black + 3 4 無 No 五邊形Pentagon / 平直Flat *果棱發(fā)育程度以+;表示，+:不明顯；+:較明顯；+:明顯。* Development of ribs represented by +;, +:inconspicuous；+: clear；+:prominent.3 討論3.1 柴胡屬果實演化與系統位置單葉、全緣的外部形態(tài)使柴胡屬成為傘形科一個十分特別的類群。而近年來越來越多的分子證據說明柴胡屬處于芹亞科的基部(basal Apioideae)并與

22、非洲特有的Heteromorpheae形成姐妹類群。劉枚對basalApioideae;(Bupleurum，Molopospermum，Anginon，Andriana，Heteromorpha，Pseudocannaboides 等屬)與remaining Apioideae; 果實解剖顯示: basal Apioideae;中的各屬在果實的棱槽內通常只有1個大油管，合生面有2個；而柴胡屬的大多數植物和remaining Apioideae;果實棱槽內往往多于2個油管，合生面有4-6個。因此，從棱槽的油管數目來看，柴胡屬與remaining Apioideae;有較近的親緣關系。但值得注意

23、的是，柴胡屬的地中海種類被認為是該屬的原始類群，尤其是木本柴胡 B. fruticosum 和 B. rigidum 果實棱槽具1個大油管的解剖特征與basal Apioideae;一致。因此，在芹亞科中油管的發(fā)育應該經歷了由少1個大油管到多2個以上小油管的演化過程。本文對中國柴胡21個類群的果實切片觀察發(fā)現：產于橫斷山區(qū)的小柴胡及產于-的密花柴胡和阿爾泰柴胡為棱槽單油管類型，而國產柴胡屬的絕大多數種類為棱槽多油管型。中國柴胡屬植物普遍存在的多油管類型是衍生的進化類群性狀的表現，這與我們前期的果皮微形態(tài)學的研究以及分子系統學的研究是一致的。從果棱的發(fā)育來看，地中海類群通常果棱明顯，而國產柴胡屬

24、植物那么表現出較高的多樣性。既有象密花柴胡，阿爾泰柴胡等興旺的果棱又出現了大葉柴胡，紫紅川滇柴胡等無明顯果棱的種類。雖然分子證據顯示本屬的原始種類分布在地中海地區(qū)，但是細胞學的研究說明，東亞特別是中國類群的染色體基數多樣性明顯高于地中海地區(qū)。中國柴胡屬果實發(fā)育的多樣化是否與染色體的演化相關還需要進一步的研究證實。關于柴胡屬的系統位置前人的研究是有爭議的：Martynov曾把柴胡屬置于獨立的柴胡科下(Bupleuraceae)。 此后，Link又把柴胡科降為柴胡亞科 (Bupleuroideae)。而 Spreng那么提出柴胡族的觀點(Bupleureae)。Heywood的研究認為，柴胡隸屬于

25、傘形科(Apiaceae)，芹亞科(Apioideae)，芹族(Apieae)，芹亞族(Apiinae)。李穎和佘孟蘭【1】在?中國植物志?中把柴胡屬置于芹亞科(Apioideae)，阿米芹族(Ammineae)，葛縷子亞族(Carinae)。潘勝利等根據形態(tài)學和植物化學的研究結果，那么建議將柴胡屬從芹亞科獨立出來成立柴胡亞科(Bupleuroideae)并置于變豆菜亞科(Saniculoideae)與芹亞科(Apioideae)之間。劉啟新等, 劉枚 的研究說明，晶體后含物廣泛存在于變豆菜亞科(Saniculoideae)，天胡荽亞科(Hydrocotyloidea)和basal Apioi

26、deae;的中果皮細胞內，但是remaining Apioideae;中恰恰缺少。本文研究的全部21個類群中也沒有觀察到晶體后含物的存在。另外，柴胡屬與basal Apioideae;果實通常為兩側壓扁，而芹亞科中較為進化的remaining Apioideae;多為背腹壓扁。從上述的研究結果看，柴胡屬可能是介于remaining Apioideae;和basalApioideae;之間的過渡類群，但是其植物體形態(tài)上的特殊性又是難于理解的。所以，柴胡屬也可能只是芹亞科演化過程一個早期的孤立旁支。綜合果實特征和已有的分子系統學的證據，我們認為把柴胡屬仍然置于芹亞科內但提升為柴胡族(Bupleur

27、eae)更為恰當。3.2 柴胡屬果實形態(tài)解剖特征的分類學意義果實特征一直是傘形科植物分類最重要的性狀。雖然從本文的研究看柴胡屬的果實特征還缺乏以完全解決分類問題，但仍可以作為鑒定的參考性狀。三苞小柴胡(B. hamiltonii var. aucefulcrans)長期以來一直被認為是小柴胡的變種。該變種最突出的特點是通常只有3枚小總苞片，而柴胡屬植物通常是5枚或更多。通過查閱標本我們發(fā)現, 模式標本PH Yu 056, KUN!的采集時間為花期，因而多數研究者僅注意到了苞片的特征而無視了果實的重要性。對果實的形態(tài)和解剖特征的觀察說明，三苞小柴胡果實通常3-4mm長，為棱槽多油管型；而小柴胡通

28、常為2mm左右，為棱槽單油管型，兩者之間存在巨大差異。同時我們觀察到川滇柴胡與三苞小柴胡無論在植物體還是果實形態(tài)結構上都極為相似，隨后的序列測定也證實了三苞小柴胡與川滇柴胡的親緣關系。對東亞三島柴胡復合體(B. falcatum L. complex)的處理是柴胡屬分類中最棘手的問題之一。狹義的 B.falcatum L. (歐柴胡)原本指分布在歐洲的一個種，但由于這一名稱在亞洲的使用造成了極大的混亂，尤其是日本學者普遍接受這一概念。中國的學者那么認為應該把東亞三島柴胡復合體劃分成包括北柴胡(B. chinense var. chinense)，紅柴胡(B. scorzonerifolium)

29、，竹葉柴胡(B. marginatum) 和阿爾泰柴胡(B. krylovianum)在內的十幾個的種。從果實的形態(tài)解剖看，上述各種之間存在明顯的差異：北柴胡一般呈卵形，棕黑色，果棱不明顯；紅柴胡為矩圓形，暗褐色，果棱棒狀；竹葉柴胡卵形，暗褐色，果棱不明顯；阿爾泰柴胡為矩圓形，棕褐色，果棱膜質。而本文采自黑龍江的三島柴胡與上述各種果實也明顯不同。近年來細胞學與分子系統學的研究也支持東亞三島柴胡復合體內的所有類群與歐洲的B. falcatum L. 關系很遠，應該處理為不同的種類。單人驊和李穎【1】把煙臺柴胡(B.chinense f. vanheurcki)處理為北柴胡(B. chinense

30、)的變型，而佘孟蘭【2】最近的處理那么不成認該變形的存在。果實的形態(tài)解剖特征說明，二者均為兩側壓扁，卵形，棱槽油管3；但北柴胡的合生面油管為4，而煙臺柴胡為2。另外，煙臺柴胡的葉片通常比北柴胡短小。由此看來二者之間已經發(fā)生了一定的分化。它們的具體關系將來通過分子上的證據也許能夠得到更好地解釋。根據本文的觀察結果，中國柴胡屬21類群的果實形態(tài)與解剖特征表現出鮮明的差異，具有一定的分類學意義。我們編制了以果實特征為性狀的分種檢索表如下?；谥参锕麑嵭螒B(tài)解剖特征的分種檢索表Key to species based on fruit morphologicaland anatomical featur

31、es of Bupleurum1.棱槽1個油管，合生面2個油管2.果實較小，通常等于或小于2mm.小柴胡B. hamiltonii2.果實較長，3.5-4mm或大于4mm3.果實矩圓形，棕褐色，花柱短阿爾泰柴胡B. krylovianum3.果實矩圓形，暗棕色，花柱長而宿存密花柴胡B.densiflorum1.棱槽通常3個油管，合生面常4-6個油管，稀2個4.胚乳合生面微凹5果實圓柱形6.果實棕紅色7. 果棱細而不明顯，外表皮光滑紫紅川滇柴胡B. candollei var. atropurpureum7. 果棱較明顯.紫花鴨跖柴胡B. commelynoideum6. 果實棕褐色或棕黑色8. 果實棕褐色.川滇柴胡B. candollei8. 果實棕黑色三苞小柴胡B.