薹草屬密花薹草組（莎草科）葉表皮微形態(tài)及其分類學意義

劉丹琪，魯益飛，耿新，夏潔，金孝鋒*

（1.杭州師范大學生命與環(huán)境科學學院，浙江杭州311121；2.浙江省藥用植物遺傳改良和質(zhì)量控制技術重點實驗室，浙江 杭州311121；3.杭州育才中學，浙江 杭州310015）

薹草屬Carex是莎草科Cyperaceae中最大的屬，全世界有1 800～2 000種，我國有520余種，全國廣布［1-2］。根據(jù)枝先出葉的有無和形態(tài)、小穗單性或兩性、小穗排列方式、柱頭數(shù)目等特征，將薹草屬劃分為3個亞屬：復序薹草亞屬subg.Vigneastra、薹草亞屬subg.Carex和二柱薹草亞屬subg.Vignea［1-2］，這與目前根據(jù)基因序列建立的系統(tǒng)發(fā)育樹有較大分歧［3］。

密花薹草組Carexsect.Confertiflorae是FRANCHET［4］在薹草亞屬下建立的一個組，共收錄了11種、1變種，雖然文獻未對該組做詳細描述，但由組內(nèi)的種可知，其為雌小穗的花密生。而后，KüKENTHAL［5］對FRANCHET建立的廣義密花薹草組sect.Confertifloraes.l.進行了較詳細的形態(tài)描述，并以sect.TumidaeKük.作為組名，收錄的種類也更多，有17種、6變種和1變型。OHWI［6］根據(jù)果囊干后的顏色、脈的多少、是否被毛、先端喙是否彎曲以及苞片是否具鞘等，又將FRANCHET和KüKENTHAL界定的密花薹草組分為sect.Dispalatae、sect.Molliculae、sect.Confertiflorae和sect.Ischnostachyae4組，并歸并了20余個種名及變種名?！吨袊参镏尽罚?］和FloraofChina［2］則依據(jù)果囊成熟期顏色及伸展方向、雌花鱗片先端有無芒或有無短尖，將傳統(tǒng)的密花薹草組sect.Confertifloraes.l.分為狹義密花薹草組sect.ConfertifloraeFranch.ex Ohwi（s.str.）和柔果薹草組sect.MolliculaeOhwi。本研究參考OHWI［6］的觀點，并結(jié)合我國實際情況對密花薹草組與柔果薹草組進行了分析比較［1-2］。

葉表皮微形態(tài)特征，在薹草屬Carex乃至莎草科Cyperaceae中均具有重要的系統(tǒng)分類學價值［7-14］。本文通過觀察密花薹草組 sect.Confertiflorae和柔果薹草組sect.Molliculae28種、1變種，共45個樣品的葉表皮微形態(tài)特征，分析其在種內(nèi)的穩(wěn)定性、組間及種間的差異性，并探討其系統(tǒng)分類學意義，以期為該組的分類處理和組的界定提供葉表皮微形態(tài)方面的證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

45個樣品材料均取自臘葉標本的正常功能葉，其中密花薹草組16種、1變種，柔果薹草組9種，因OHWI［6］將C.idzuroei、C.hymenodon和C.persistens歸入密花薹草組，故同時選取了這3種，共5個樣品的葉片材料。我國標本的鑒定依據(jù)《中國植物志》和FloraofChina，日本標本的鑒定依據(jù)OHWI［6］、KATSUYAMA［15］和HOSHINO等［16］的專著，各分類群相關材料來源詳見表1。

1.2 方 法

在葉片中部剪取長約1 cm的葉段，放入沸水中煮30 min至材料舒展、軟化。用刀片輕輕刮取樣品材料的葉表皮，清洗干凈后迅速移入盛有1%番紅溶液的培養(yǎng)皿中，使材料完全浸沒于染液中，染色5～10 min。分別用不同濃度的乙醇溶液進行梯度脫水，50%乙醇10 min、75%乙醇10 min、100%乙醇10 s，每個梯度重復脫水2次。加入1/2無水乙醇+1/2二甲苯混合溶液，3 min后滴加純二甲苯。最后用中性樹膠封片，在顯微鏡下進行觀察、測量和數(shù)碼攝影。

1.3 觀察測量和數(shù)據(jù)處理

在葉表皮各特征中，觀察的性狀包括表皮細胞形狀、垂周壁式樣、氣孔器分布、有無硅質(zhì)乳突及表皮附屬物。測量的性狀包括上、下表皮細胞的大小和下表皮氣孔大小。在測量時，隨機選取5個視野，每個視野隨機選取5個細胞，用SPSS 19.0對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算平均值和標準誤，并做近緣類群間差異的顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

廣義密花薹草組植物的葉表皮特征觀測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及顯微拍照結(jié)果見表2、圖1和圖2。

2.1 表皮細胞

2.1.1 細胞形狀

上表皮細胞大多為長方形，細胞排列較規(guī)則，共有23種、1變種（35個樣品），如東亞薹草C.benkei、亞澳 薹 草C.brownii、密 花 薹 草C.confertiflora、C.hymenodon、狹穗薹草C.ischnostachya、條穗薹草C.nemostachys、無毛條穗苔草C.subglabra、腫喙薹草C.oedorrhampha、欖 綠 果 薹 草C.olivacea、C.persistens、似皺果薹草C.pseudodispalata、硬果薹草C.sclerocarpa、腫脹果薹草C.subtumida、細喙薹草C.tenuirostrata、橫果薹草C.transversa、蔥狀薹草C.alliformis、禾 狀 薹 草C.alopecuroides、匿 鱗 薹 草C.aphanolepis、簽 草C.doniana、日 本 薹 草C.japonica、柔 果 薹 草C.mollicula、扁 稈 薹 草C.planiculmis和似橫果薹草C.subtransversa，其中密花薹草（日本京都）和日本薹草（浙江清涼峰）的上表皮細胞為長方形，稀近方形，排列也較規(guī)則；少數(shù)種（皺果薹草C.dispalata和C.idzuroei）的上表皮細胞為條形或長方形；上表皮細胞為近方形或長方形的有C.ischnostachyavar.fastigiata、斜 果 薹 草C.obliquicarpa、反折果薹草C.retrofracta和團穗薹草C.agglomerata。上表皮細胞形狀在同種的不同居群間大多一致，但在廣布種如日本薹草中存在變異。

葉片下表皮細胞形狀大多與上表皮細胞接近，以長方形細胞且排列較規(guī)則的居多，共有17種（22個樣品），如東亞薹草（日本熊本）、亞澳薹草、C.hymenodon、狹穗薹草、條穗薹草、腫喙薹草、欖綠果薹、C.persistens、似皺果薹草、腫脹果薹草、細喙薹草、橫果薹草、團穗薹草、蔥狀薹草、禾狀薹草、匿鱗薹草（日本岡山）和似橫果薹草（中國臺灣阿里山）。部分種下表皮細胞為長方形，稀近方形，共9種、1變種（14個樣品），如東亞薹草（日本長崎）、C.idzuroei、無毛條穗薹草、斜果薹草、匿鱗薹草（日本栃木）、簽草（2個樣品）、日本薹草（日本大阪和Toyama）、柔果薹草、扁稈薹草和似橫果薹草（浙江泰順）；密花薹草、C.ischnostachyavar.fastigiata和硬果薹草4個樣品的葉片下表皮細胞多為近方形，也兼有少量長方形細胞；皺果薹草、簽草（浙江杭州）和日本薹草（日本北海道）共3個樣品的葉片下表皮細胞為條形或長方形；僅反折果薹草的下表皮細胞為近方形。下表皮細胞形狀在同種的不同居群間也大多一致，在廣布種日本薹草、簽草，及東亞薹草、似橫果薹草的不同居群間存在變異。

2.1.2 細胞大小

上表皮細胞長度變異范圍在42.8～125.5μm，其中大多數(shù)樣品的上表皮細胞長度變異范圍在70～95μm，共18種（26個樣品），如東亞薹草、亞澳薹草、狹穗薹草、禾狀薹草、匿鱗薹草、簽草等。細胞寬度變異范圍在15.3～52.0μm，大多數(shù)樣品的細胞寬度變異范圍在24～40μm，共24種、1變種（38個樣品），如橫果薹草、蔥狀薹草、日本薹草、扁稈薹草、C.idzuroei、C.hymenodon等。細胞大小在種間大多變異較大，但有的種明顯較小，如C.ischnostachyavar.fastigiata的長×寬為（42.8±3.7）μm×（29.8±2.5）μm、無毛條穗薹草的長×寬為（59.4±3.7）μm×（15.3±1）μm、斜果薹草的長×寬為（44.5±1.0）μm×（31.8±1.8）μm。

下表皮細胞長度變異大，變異范圍在36.1～140.3μm，大多數(shù)樣品的下表皮細胞長度變異集中在60～120μm，共22種、1變種（34個樣品），如東亞薹草、皺果薹草、似皺果薹草、柔果薹草、似橫果薹草等，細胞長度明顯較小的種有C.confertiflora、C.obliquicarpa、日本薹草（日本北海道和浙江清涼峰）和簽草（日本大阪和富山）4種（7個樣品）。寬度變異范圍在12.2～30.6μm，大部分種的寬度變異范圍在15～25μm，共22種、1變種（34個樣品），如亞澳薹草、密花薹草、欖綠果薹草、匿鱗薹草等，細胞寬度明顯較小的種有細喙薹草、硬果薹草和似橫果薹草3種（1個樣品）。

2.2 垂周壁式樣

觀察的26種、1變種，以及C.idzuroei的上表皮細胞垂周壁式樣全為深波狀，而C.hymenodon的上表皮細胞垂周壁式樣為波狀。下表皮細胞垂周壁式樣大多也為深波狀，但密花薹草（日本京都）、C.hymenodon、細喙薹草的下表皮細胞垂周壁式樣為波狀。

2.3 氣孔器

除C.persistens（日本京都）上表皮偶見極少數(shù)氣孔、密花薹草下表皮氣孔不明顯外，其余種的氣孔器均呈帶狀，成列分布于下表皮的縱脈間。氣孔長度在20.2～43.5μm，大多數(shù)樣品氣孔長度在25～35μm，共20種、1變種（29個樣品），如狹穗薹草、條穗薹草、硬果薹草、扁稈薹草、似橫果薹草等。氣孔寬度在14.4～32.5μm，大多數(shù)樣品氣孔寬度在15～25μm，共25種、1變種（36個樣品）。氣孔變異較大，如C.persistens（日本京都）的氣孔長×寬為（43.5±4.5）μm×（27.5±1.6）μm，明顯大于日本廣島的樣品，蔥狀薹草的氣孔長×寬為（42.4±1.4）μm×（32.5±1.4）μm，而C.idzuroei（日本廣島的一個材料）的氣孔長×寬僅為（21.1±1.4）μm×（14.4±1.2）μm，明顯小于廣島的另一個樣品，可見長和寬的差異均較大。

2.4 硅質(zhì)乳突（硅細胞）

45個樣品的上表皮或下表皮細胞均有硅質(zhì)乳突，上表皮細胞有硅質(zhì)乳突的種為東亞薹草、亞澳薹草，下表皮細胞有硅質(zhì)乳突的種為密花薹草、硬果薹草、禾狀薹草、日本薹草、簽草、似橫果薹草（浙江泰順）。其余樣品的上、下表皮細胞均無硅質(zhì)乳突。

2.5 表皮附屬物

在部分種的表皮附屬物中可見刺突或刺毛。上表皮可見的附屬物均為刺突，具刺突的種有條穗薹草、無毛條穗薹草、腫脹果薹草（日本愛媛）、日本薹草（日本北海道和浙江清涼峰）和扁稈薹草（日本長野的1個樣品）。下表皮偶見刺突和刺毛，具刺突的種有無毛條穗薹草、腫脹果薹草（日本愛媛）和團穗薹草，具刺毛的種僅斜果薹草和反折果薹草。

表1 材料來源Table 1 The sources of materials

續(xù)表1

表2 廣義密花薹草組葉表皮微形態(tài)特征Table 2 The micromorphological characters of the epidermal cells of leaves in Carex sect.Confertiflorae s.l.

續(xù)表2

續(xù)表2

圖2 廣義密花薹草組13種的葉表皮細胞形態(tài)Fig.2 Leaf epidermal micromorphology of 13 species of Carex sect.Confertiflorae s.l.1：硬果薹草C.sclerocarpa；2：腫脹果薹草C.subtumida-2；3：細喙薹草C.tenuirostrata；4：橫果薹草C.transversa-1；5：團穗薹 草C.agglomerata；6：蔥 狀 薹 草C.alliformis；7：禾 狀 薹 草C.alopecuroides；8：匿 鱗 薹 草C.aphanolepis-1；9：簽 草C.doniana-3；10：日 本 薹 草C.japonica-3；11：柔 果 薹 草C.mollicula；12：扁 稈 薹 草C.planiculmis-1；13：扁 稈 薹 草C.planiculmis-2；14：似橫果薹草C.subtransversa-2。A：上表皮細胞；B：下表皮細胞。

3 討 論

3.1 一般特征及穩(wěn)定性

通過觀察廣義密花薹草組28種、1變種植物的葉表皮微形態(tài)發(fā)現(xiàn)，其具有以下特征：（1）上、下表皮細胞形狀多為長方形，少數(shù)為近方形或條形，上表皮細胞排列較下表皮細胞更規(guī)則，細胞大小在種內(nèi)和種間差異均較大；（2）上、下表皮細胞垂周壁式樣大多為深波狀，極少數(shù)為波狀；（3）氣孔器呈帶狀，成列分布于下表皮的縱脈間，僅C.persistens上表皮偶見極少數(shù)氣孔，氣孔大小在種內(nèi)和種間差異均較大；（4）硅質(zhì)乳突見于東亞薹草、亞澳薹草的上表皮和密花薹草、硬果薹草、禾狀薹草、日本薹草、簽草、似橫果薹草的下表皮；（5）在表皮附屬物中，刺突分布于少數(shù)種的上表皮或下表皮，而無毛條穗薹草和腫脹果薹草的上、下表皮均有刺突；刺毛僅見于斜果薹草和反折果薹草的下表皮。

通過對東亞薹草、密花薹草、皺果薹草等13個種不同居群樣品的比較分析發(fā)現(xiàn)，同種不同居群間的葉表皮微形態(tài)特征穩(wěn)定性存在差異，其中，表皮細胞形狀和垂周壁式樣表現(xiàn)穩(wěn)定。氣孔器分布狀況僅在C.persistens的不同居群間存在差異，其余各種內(nèi)均表現(xiàn)穩(wěn)定；上、下表皮是否具硅質(zhì)乳突僅在似橫果薹草的不同居群間存在差異，其余各種內(nèi)均表現(xiàn)穩(wěn)定；表皮附屬物刺突在腫脹果薹草、日本薹草和扁稈薹草的不同居群間存在差異，其余各種內(nèi)均表現(xiàn)穩(wěn)定。此外，表皮細胞大小和氣孔大小在各居群間存在差異，這與以往菱形果薹草組sect.Romboidales葉表皮微形態(tài)的研究結(jié)果相似［17］，即氣孔器分布狀況和上、下表皮是否具有硅質(zhì)乳突在種內(nèi)具有穩(wěn)定性，而表皮附屬物刺突在種內(nèi)不同居群間存在差異，其原因主要是樣品的生境及成熟程度存在差異。一般生長在潮濕環(huán)境中的樣品無刺突的可能性較大，成熟度高的樣品刺突更為發(fā)達。

3.2 系統(tǒng)學和分類學意義

葉表皮的微形態(tài)特征在密花薹草組和柔果薹草組中具有較高的一致性，如被歸入脹囊薹草組sect.Physocarpae的C.idzuroei、C.hymenodon和C.persistens雖然在果囊長度和是否具光澤、先端喙等方面與廣義密花薹草組區(qū)別明顯，但葉表皮細胞特征差異并不明顯，此外，與凌玲玲等［17］對菱形果薹草組的葉表皮微形態(tài)特征結(jié)果相比，組間也無明顯 差 異。NAKAMATTE等［18］在 對Carexsect.Phacocystis的葉表皮微形態(tài)研究中指出，葉表皮微形態(tài)在區(qū)分種或種下類群時具有一定意義，但在組間系統(tǒng)學上的意義不大?？梢?，葉表皮的微形態(tài)特征對廣義密花薹草組，甚至較遠緣的組間系統(tǒng)學價值較有限。

葉表皮微形態(tài)特征在廣義密花薹草組內(nèi)存在變異，但在同種的不同居群間相對穩(wěn)定，在一些近緣種間存在較明顯差異，能為區(qū)分近緣種提供更多依據(jù)。如東亞薹草和橫果薹草，東亞薹草上表皮具硅質(zhì)乳突；而橫果薹草不存在硅質(zhì)乳突；又如簽草和扁稈薹草，簽草下表皮細胞具硅質(zhì)乳突，扁稈薹草無硅質(zhì)乳突，條穗薹草與無毛條穗薹草的區(qū)別在于條穗薹草下表皮無附屬物，而無毛條穗薹草下表皮具刺突；在狹穗薹草及其變種C.ischnostachyavar.fastigiata之間，狹穗薹草的上、下表皮細胞均為長方形，而C.ischnostachyavar.fastigiata的上、下表皮細胞為條形，有時兼有長方形；同樣情況還出現(xiàn)在皺果薹草和似皺果薹草間?？梢?，葉表皮微形態(tài)特征可作為區(qū)分一些近緣類群的依據(jù)，具有一定的分類學意義。