基于掃描電子顯微鏡的不同亞屬植物花粉形態研究

杜鵑花是杜鵑家族中最大的物種，約1000種。東亞和東南亞是這一物種的多樣性和現代分布中心（方瑞正等人，1999）。不同學者對該屬的范疇和屬下分類處理有不同觀點(Sleumer,1940,1980;Cullen,1980;Philopson等,1986;Kron,1990;Chamberlain等,1990;Chamberlain等,1996)。在前人研究的基礎上,我國學者在中國植物志中將杜鵑花屬分為9個亞屬,即杜鵑亞屬、毛枝杜鵑亞屬、糙葉杜鵑亞屬、迎紅杜鵑亞屬、常綠杜鵑亞屬、馬銀花亞屬、羊躑躅亞屬、映山紅亞屬和葉狀苞亞屬。這些亞屬劃分的依據主要是它們的花、果、種子、枝、葉等的形態特征,但作為分類依據的花粉形態特征并沒有得到重視。關于杜鵑花屬花粉形態研究,國內外已有一些報道(額爾特曼,1962;王伏雄等,1997;張金談等,1990;藍盛銀等,1996;毛加寧,2000;毛子軍等,2000a,b;高連明等,2002a,b)。毛子軍等(2000a,b)分別對我國東北的杜鵑花屬6種,1變種,1變型和杜鵑花科4屬植物的花粉形態進行了光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察。認為杜香屬的花粉為三擬孔溝,兩溝之間部分呈癟陷狀等特征而與杜鵑屬相區別,具有屬的差異。因而不支持將杜香屬歸并到杜鵑花屬作為有鱗杜鵑亞屬中一個亞組的觀點。并根據杜香屬四合花粉直徑在34～37μm之間,花粉粒表面紋飾為顆粒狀或團塊狀不規則突起等,與杜鵑花屬的某些種類很相似,認為杜香屬與杜鵑花屬之間可能有較近的親緣關系。高連明等(2002a,b)對杜鵑花屬廣義馬銀花亞屬和杜鵑花屬4個亞屬的25種以及仿杜鵑屬(MenziesiaSmith)1種植物花粉形態進行了系統的比較研究。本文利用掃描電子顯微鏡對杜鵑花屬5個亞屬20種植物進行花粉形態的觀察,以期揭示杜鵑花屬各亞屬之間的系統發育關系,結合前人的研究結果,探討杜鵑花族屬間的系統關系和花粉分析在杜鵑花種的鑒定的應用價值,為杜鵑花科的分類學研究提供孢粉學證據。1樣品來源與標本存存狀態花粉材料來源于野外采集、桂林植物園引種栽培的種類或取自廣西植物研究所標本館的臘葉標本。樣品來源見表1。憑證標本存于廣西植物研究所標本館(IBK)。測試前將花粉材料用蒸餾水清洗后,經30%～95%酒精逐級脫水,晾干后用雙面膠將處理后的花粉固定在樣品臺上,經噴金鍍膜,在Hitachi-S450型掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。2觀察結果2.1花粉花粉粒表面杜鵑花屬植物花粉均為四合花粉,呈正四面體排列。四合體呈圓角三角形,直徑基本介于高連明等(2002)所報道的28.10～67.42μm之間。單粒花粉為球形或近球形,具三溝孔,孔呈120°等距離排列,相鄰花粉粒上的溝相連,并且相通。溝通常是與相鄰花粉粒靠近的一端平,而向著花粉粒極面的一端尖。溝長約9～20μm。花粉粒表面或多或少具粘絲。在掃描電鏡下,花粉粒呈現出粗糙、不明顯聚顆粒狀和細密聚顆粒狀等不同紋飾。2.2不同類型的花粉形態的描述隸屬于不同亞屬、不同組的不同植物之間,在四合體形狀、花粉大小、萌發孔大小和花粉外壁紋飾等方面上存在一定差異,詳見表2。3討論3.1由形態特征所組成的亞屬本研究涉及杜鵑花屬常綠杜鵑亞屬、馬銀花亞屬、羊躑躅亞屬、映山紅亞屬和杜鵑亞屬等5個亞屬。從掃描電鏡下的花粉形態看,除了杜鵑亞屬的百合杜鵑、羊躑躅亞屬的羊躑躅以及馬銀花亞屬的馬銀花組(巴氏杜鵑、馬銀花杜鵑和頭巾杜鵑)具有明顯的紋飾特征之外,其它類群的形態特征相互重疊,不足以作為現有亞屬的分類依據,而將各個亞屬明顯區分開來。高連明等(2002)認為,花粉分析不能作為區分杜鵑花屬亞屬的主要特征,但在分類學研究中可以作為一個重要的輔助手段,也主要是基于花粉形態在亞屬間存在交叉。分子系統發育研究,如葉綠體matK基因和trnK內含子片段(Karashige等,1998,2001)和核糖體DNAITS區(高連明等,2002c,d,2003)的序列分析,曾對經典分類中各亞屬劃分的合理性進行過檢驗。不排除一些明顯的花粉特征可能支持特定的單系分支,如同屬于APG系統杜鵑花目的山礬科植物花粉資料,為該科的系統發育提供了重要證據(Wang等,2004)。3.2馬銀花屬的亞屬等級高連明等(2002)認為在同一亞屬內,花粉特征對于分組或分亞組具有重要的分類學意義。在本研究中,常綠杜鵑組與同亞屬的不同組,雖然都是四合花粉,但在大小和表面紋飾上仍存在一些區別,這種區別卻小于其相似程度,不足以區分不同的組。但在馬銀花亞屬中,馬銀花組和長蕊組區別明顯,通常這可能被理解為具有分組意義,但這一結果更可能暗示著傳統的分組存在不合理性,比如高連明等(2003)就曾建議,將Sleumer系統中馬銀花屬4個組提升為亞屬等級比較合理。有待于結合其它證據,對這兩者的系統發育關系進行深入的探討。3.3云錦松茸屬植物花粉屬種間差別大,其與云錦預防系統的t從花粉的表面紋飾看,同屬于常綠杜鵑亞屬常綠杜鵑組的喇叭杜鵑、廣福杜鵑和云錦杜鵑形態接近。但從花粉大小和萌發孔大小看,廣福杜鵑均與喇叭杜鵑更為接近,而與云錦杜鵑差別較大。本研究結果支持《中國植物志》將其歸并入喇叭杜鵑的觀點,不支持李光照(1995)將其并入云錦杜鵑,后定為云錦杜鵑的變種的處理。毛子軍等(2000a)認為杜鵑屬植物花粉形態