金花茶系葉表皮形態(tài)的形態(tài)學(xué)觀察

sect.chrysata屬于茶園科，1979年由張達(dá)摩教授創(chuàng)立（張達(dá)摩，1979）。由五室系(ser.Flavae)和金花茶系(ser.Chrysanthae)組成,集中分布于廣西南部和越南北部,個(gè)別種分布于云南和貴州(張宏達(dá)等,1998)。廣西南部是金花茶組植物的分布中心,主要分布于防城、寧明、憑祥、龍州、崇左、扶綏、大新、天等、邕寧、南寧、隆安、武鳴、平果、田東等縣(市)。分布區(qū)的南端約為21°30′N、北端為23°40′N、西端為106°40′E、東端為108°35′E。生于海拔700m以下,以海拔200~500m之間較常見,垂直分布的下限為海拔20m左右。金花茶組植物分布在石灰?guī)r山地和非鈣質(zhì)山地兩種土壤類型,在自然條件下未見到同一種類型的金花茶在兩類不同性質(zhì)的土壤上出現(xiàn)(蘇宗明,1994)。金花茶組植物是世界珍貴、稀有的觀賞植物和種質(zhì)資源,自20世紀(jì)60年代初在我國(guó)廣西發(fā)現(xiàn)以來,便成了人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。由于其自然分布范圍極其狹窄,金花茶組植物的外部形態(tài)特征比較相似,因而在種的分類上一直存在較大分歧(張宏達(dá),1996,1998;葉創(chuàng)興等,1992;梁盛業(yè)等,1993)。其中有3個(gè)較有影響的系統(tǒng)或觀點(diǎn),一為梁盛業(yè)(1993)為代表的觀點(diǎn),種類最多,1993年出版了金花茶專著。二為張宏達(dá)(1998)為代表的觀點(diǎn),以中國(guó)植物志為代表。這兩種觀點(diǎn)都承認(rèn)金花茶組。三為閔天祿先生為代表的觀點(diǎn),包含種類最少,FloraofChina即屬該觀點(diǎn)(吳征鎰等,2008),認(rèn)為金花茶組不成立,應(yīng)歸入古茶組。近年來,葉表皮特征的研究越來越受到植物學(xué)家所重視,并在相當(dāng)多植物的分類學(xué)或系統(tǒng)學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用(陳之端等,1991;任輝等,2003)。本文利用光學(xué)顯微鏡對(duì)金花茶組金花茶系25個(gè)分類群的葉表皮形態(tài)特征進(jìn)行了觀察,旨在為探討金花茶系植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的生態(tài)學(xué)意義和分類學(xué)問題提供解剖學(xué)依據(jù)。1已歸并種種多源性茶的種類本研究植物材料來源見表1。其中8種3變種是FloraofChina確認(rèn)的種類(吳征鎰等,2008):顯脈金花茶C.euphlebia、云南金花茶(簇蕊金花茶)C.fascicularis、凹脈金花茶C.impressinervis、小花金花茶C.micrantha、淡黃金花茶C.flavida、薄葉金花茶C.chrysanthoides、平果金花茶C.pingguoensis、貴州金花茶C.huana、小果金花茶C.petelotiivar.microcarpa、東興金花茶C.indochinensisvar.tunghinensis、頂生金花茶C.pingguoensisvar.terminalis;有13種是已歸并的種類:多瓣金花茶C.multipetala歸入多變淡黃金花茶C.flavidavar.patens,金花茶C.nitidissima和中東金花茶C.achrysantha歸入金花茶C.petelotiivar.petelotii,大樣金花茶C.grandis、毛籽金花茶C.ptilosperma、弄崗金花茶C.longgangensis和隴瑞金花茶C.longruiensis歸入淡黃金花茶C.flavidavar.flavida,夏石金花茶C.xiashiensis和龍州金花茶C.lungzhouensis歸入薄葉金花茶C.chrysanthoides,檸檬黃金花茶C.limonia、小瓣金花茶C.parvipetala和扶綏金花茶C.fusuiensis歸入檸檬金花茶C.indochinensisvar.indochinensis,離蕊金花茶C.liberofilamenta歸入貴州金花茶C.huana;還有1種是已被移入實(shí)果茶組的種類:毛瓣金花茶。為探討金花茶系植物的形態(tài)學(xué)和分類學(xué)問題,它們?nèi)园丛l(fā)表種類被用于本研究。選取正常生長(zhǎng)的不同植株近頂部朝陽方向的成熟葉片。截取葉片近中部中脈兩側(cè)部分,用次氯酸鈉溶液離析,番紅染色或不染色,制成臨時(shí)裝片(李鳳英等,2004)。采用Olympus光學(xué)顯微鏡來觀察和照相。氣孔密度為單位面積的氣孔個(gè)數(shù),觀測(cè)5個(gè)40倍物鏡下顯微鏡視野的氣孔數(shù)目;氣孔指數(shù)計(jì)算式為I=[S/(S+E)]×100%(S代表一定面積內(nèi)的氣孔數(shù)目,E代表相同面積內(nèi)表皮細(xì)胞的數(shù)目),取20組數(shù)據(jù)的平均值。2結(jié)果與分析2.1下表皮為單一細(xì)胞,非嘴唇在所觀察的金花茶系25個(gè)分類群的葉片中,表皮毛僅在毛瓣金花茶的下表皮有分布,為單細(xì)胞毛,非腺毛;其基部圓形,先端漸尖(圖版Ⅰ:1)。金花茶系植物葉片的下表皮均有腺點(diǎn),圓形,由一些形狀較小的細(xì)胞聚集而成,如凹脈金花茶(圖版Ⅰ:2)。表皮毛和腺點(diǎn)周圍均為普通表皮細(xì)胞,但其細(xì)胞垂周壁往往比較平直(圖版Ⅰ:1-2)。2.2細(xì)胞的形態(tài)特征金花茶系植物葉片上表皮的結(jié)構(gòu)比較單一,無氣孔器分布,細(xì)胞的形態(tài)特征基本相似。細(xì)胞均為不規(guī)則形,大小不等,細(xì)胞壁明顯加厚,垂周壁式樣主要呈波狀,如金花茶、小果金花茶、龍州金花茶和中東金花茶等(圖版Ⅰ:3-6)。2.3下表皮下表皮結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,由表皮細(xì)胞和氣孔器組成。下表皮細(xì)胞垂周壁式樣,氣孔形狀、密度和指數(shù)等形態(tài)結(jié)構(gòu)特征,在一些種間存在明顯差異(表2)。2.3.1貴州不同部位菌組成及氣孔密度表1下表皮細(xì)胞均比上表皮細(xì)胞大,細(xì)胞形狀均為不規(guī)則形,細(xì)胞的垂周壁式樣有較平直、淺波狀、波狀和深波狀4種。其中,垂周壁較平直或稍彎曲的有6個(gè)分類群:毛籽金花茶、隴瑞金花茶、大樣金花茶、淡黃金花茶、夏石金花茶和弄崗金花茶(圖版Ⅰ:7-12);垂周壁呈淺波狀的有5個(gè)分類群:中東金花茶、薄葉金花茶、小瓣金花茶、扶綏金花茶和檸檬黃金花茶(圖版Ⅰ:13-15;圖版Ⅱ:16,17);垂周壁呈波狀的有5個(gè)分類群:金花茶、小果金花茶、離蕊金花茶、平果金花茶和頂生金花茶(圖版Ⅱ:18-22);垂周壁呈深波狀的有9個(gè)分類群:多瓣金花茶、貴州金花茶、東興金花茶、簇蕊金花茶、毛瓣金花茶、凹脈金花茶、小花金花茶、顯脈金花茶和龍州金花茶(圖版Ⅱ:23-31)。另外,貴州金花茶下表皮細(xì)胞的細(xì)胞核特別明顯(圖版Ⅱ:24)。表2中,氣孔密度(Stomataldensity):Mann-WhitneyTest:Z=-2.158,n1=17,n2=8,P=0.031);氣孔指數(shù)(Stomatalindex):Mann-WhitneyTest:Z=-0.117,n1=17,n2=8,P=0.932。2.3.2近圓形分類群金花茶系植物葉片上的氣孔器僅分布于下表皮,均為環(huán)列型,與敖成齊等(2002)報(bào)道的山茶屬植物葉表皮的研究結(jié)果相同。其由3個(gè)大小不等的副衛(wèi)細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞(圖版Ⅰ:7-15;圖版Ⅱ:16-31),副衛(wèi)細(xì)胞具有較厚的角質(zhì)層,常被染成深色(圖版Ⅰ:10;圖版Ⅱ:27,30)。氣孔器主要為散生,也偶有兩個(gè)連生(圖版Ⅱ:19)。氣孔的形狀為圓形至橢圓形,其中,氣孔呈圓形的有5個(gè)分類群:中東金花茶、金花茶、頂生金花茶、貴州金花茶和龍州金花茶(圖版Ⅰ:13;圖版Ⅱ:18,22,24,31);氣孔明顯呈橢圓形的有3個(gè)分類群:簇蕊金花茶、凹脈金花茶和顯脈金花茶(圖版Ⅱ:26、28、30);其余為介于圓形至橢圓形之間,即近圓形,有17個(gè)分類群:毛籽金花茶、隴瑞金花茶、大樣金花茶、淡黃金花茶、夏石金花茶、弄崗金花茶、薄葉金花茶、小瓣金花茶、扶綏金花茶、檸檬黃金花茶、小果金花茶、離蕊金花茶、平果金花茶、多瓣金花茶、東興金花茶、毛瓣金花茶和小花金花茶(圖版Ⅰ:7-12,14-15;圖版Ⅱ:16,17,19-21,23,25,27,29)。氣孔密度在102.0~230.4個(gè)/mm2之間,毛籽金花茶的平均氣孔密度最大,為230.4個(gè)/mm2,小瓣金花茶的平均氣孔密度最小,為102.0個(gè)/mm2;氣孔指數(shù)在17.00%~34.86%之間,多瓣金花茶的平均氣孔指數(shù)最大,為34.86%,貴州金花茶的平均氣孔指數(shù)最小,為17.00%;氣孔密度和氣孔指數(shù)間不具明顯相關(guān)性(表2),但氣孔密度的大小與自然分布地生境的土壤類型密切相關(guān)。自然分布地生境為石灰?guī)r山地種類,氣孔密度普遍較大,除了簇蕊金花茶的平均密度為106.9個(gè)/mm2,其余均為123.6~230.4個(gè)/mm2;自然分布地生境為非鈣質(zhì)山地種類,氣孔密度普遍相對(duì)較小,平均密度為102.0~159.2個(gè)/mm2(表1,2)。在所觀察的25個(gè)分類群中,自然分布地生境為石灰?guī)r山地的種類有17個(gè),平均氣孔密度在120個(gè)/mm2以上的有16個(gè),占94.1%,平均氣孔密度在160個(gè)/mm2以上的有9個(gè),占52.9%;自然分布地生境為非鈣質(zhì)山地的種類有8個(gè),平均氣孔密度在120個(gè)/mm2以上的有5個(gè),占62.5%,而平均氣孔密度在160個(gè)/mm2以上的為0。Mann-Whitney驗(yàn)證結(jié)果表明,分布于石灰?guī)r山地和非石灰?guī)r山地二種土壤類型的金花茶種類,氣孔密度在整體上存在顯著差異(Mann-WhitneyTest:Z=-2.158,n1=17,n2=8,P=0.031),而氣孔指數(shù)大小與土壤類型沒有相關(guān)性(Mann-WhitneyTest:Z=-0.117,n1=17,n2=8,P=0.932)。3結(jié)論和討論3.1氣孔密度與原分布地生境及土壤類型的關(guān)系金花茶系植物葉片上表皮均無氣孔器分布,細(xì)胞形態(tài)相似(圖版Ⅰ:3-6)。從解剖學(xué)的角度看,上表皮無氣孔分布,細(xì)胞壁加厚,是被公認(rèn)的抗旱性結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)葉片上表皮的硬度和致密性,加強(qiáng)表皮的機(jī)械支持和保護(hù)作用,有效減少蒸騰失水,防止萎蔫。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)。金花茶系植物自然分布區(qū)極其狹窄,垂直分布高度相近,葉片上表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)比較一致,是這些植物長(zhǎng)期適應(yīng)分布區(qū)氣候的結(jié)果,是其結(jié)構(gòu)與環(huán)境高度相適應(yīng)的共同表現(xiàn),在一定程度上反映了其結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的辯證關(guān)系。金花茶系植物葉片的氣孔均分布于下表皮。氣孔在較蔭蔽條件下,有利于葉片進(jìn)行氣體交換,在水分充足時(shí)提高蒸騰速率降低葉片溫度,提高機(jī)體對(duì)林下悶熱環(huán)境的耐受力,在水分不足時(shí)減少蒸騰失水并保持氣體和氣腔的濕潤(rùn),增強(qiáng)抗旱力。研究結(jié)果顯示,金花茶系植物葉片氣孔密度與自然分布地生境的土壤類型關(guān)系密切,分布于石灰?guī)r山地的種類,氣孔密度在整體上明顯大于分布于非鈣質(zhì)山地的種類(表1,2),據(jù)Mann-Whitney驗(yàn)證表明,分布于這兩種不同土壤類型的種類氣孔密度存在顯著差異。葉片氣孔密度大,是公認(rèn)的旱生形態(tài)。通常情況下,其受濕度、光照、溫度和蔭蔽度等地上生態(tài)因子的影響較為密切。石灰?guī)r山地的水肥條件及生存環(huán)境相對(duì)于非石灰?guī)r山地較為惡劣,長(zhǎng)期的逆境塑造與演化,可能使其植物葉更傾向于旱生形態(tài),這也是其結(jié)構(gòu)與環(huán)境高度相適應(yīng)的表現(xiàn)。葉片是植物對(duì)環(huán)境變化最為敏感的器官,一般認(rèn)為,葉表皮的角質(zhì)層厚度和氣孔密度等特征易受生態(tài)因素的影響,但也有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,葉表皮特征受遺傳因子強(qiáng)烈控制(Culter,1979;Culter&Randham,1977)。本研究的實(shí)驗(yàn)材料均采于非鈣質(zhì)土栽培植株(表1),然而,其由原分布地生境及土壤類型影響而演化形成的葉表皮性狀仍然存在。原生境為石灰?guī)r山地的種類,氣孔密度在整體上明顯比原生境為非鈣質(zhì)山地的種類大(表2)。這表明葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)在環(huán)境綜合因子的長(zhǎng)期影響下演化形成,不會(huì)因?yàn)閭€(gè)體栽培條件的變化而改變,而這種長(zhǎng)期演化形成的性狀特征是相對(duì)穩(wěn)定的,并在一定程度上受遺傳因子所控制。金花茶系植物葉片表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有生態(tài)學(xué)意義。3.2胞外壁齒狀的形態(tài)特征金花茶系植物葉上表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)相似,在種間沒有明顯的差異,說明金花茶系植物種間具有密切的親緣關(guān)系。但其葉下表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)在一些種間存在著明顯的差異(表2),可為一些種的分類提供解剖學(xué)上的依據(jù)。從圖版Ⅰ、Ⅱ可見,毛瓣金花茶具表皮毛(圖版Ⅰ:1);簇蕊金花茶氣孔橢圓形,垂周壁深波狀(圖版Ⅱ:26);凹脈金花茶氣孔橢圓形,垂周壁深波狀,表皮細(xì)胞狹長(zhǎng)(圖版Ⅱ:28);小花金花茶氣孔近圓形,垂周壁深波狀,副衛(wèi)細(xì)胞外壁齒狀突起較長(zhǎng)(圖版Ⅱ:29);顯脈金花茶氣孔橢圓形,垂周壁深波狀,副衛(wèi)細(xì)胞外壁齒狀凸出較明顯(圖版Ⅱ:30)。這些種特征差異明顯。另外,本研究下表皮的形態(tài)圖以細(xì)胞垂周壁式樣的近似度排列,為方便描述,下面主要以圖序?yàn)轫樞蛴懻撘恍┓诸悓W(xué)問題。毛籽金花茶、隴瑞金花茶、大樣金花茶、淡黃金花茶和弄崗金花茶5個(gè)分類群的氣孔均呈近圓形,垂周壁較平直或淺波狀,細(xì)胞形態(tài)極其一致,只是淡黃金花茶的氣孔密度較小(圖版Ⅰ:7-11;表2),支持將它們歸并為一個(gè)種;多瓣金花茶氣孔呈近圓形,而細(xì)胞垂周壁式樣為深波狀,其細(xì)胞形態(tài)與淡黃金花茶存在著一定的差異(圖版Ⅱ:23),支持把多瓣金花茶歸為淡黃金花茶的變種——多變淡黃金花茶(吳征鎰等,2008)。夏石金花茶(圖版Ⅰ:12)、薄葉金花茶(圖版Ⅰ:14)和龍州金花茶(圖版Ⅱ:31)3個(gè)分類群,前二者的氣孔均為近圓形,細(xì)胞垂周壁式樣為較平直或淺波狀,表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)極其相似,可歸為一個(gè)種,而龍州金花茶的氣孔為圓形,細(xì)胞垂周壁式樣為深波狀,表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)存在較大差異,應(yīng)該是一個(gè)獨(dú)立的種(張宏達(dá)等,1998)。中東金花茶(