姚雪莹 陈志祥 王奇志

(华侨大学园艺系，厦门 361021)

变豆菜属(SaniculaL.)隶属于伞形科(Apiaceae)、变豆菜亚科(Saniculoideae)，其模式种为欧洲变豆菜(SaniculaeuropaeaL.)。该属植物均为二年生或多年生草本，其叶片掌状分裂、边缘有明显锯齿，花白色、绿白色、淡黄色、紫色或淡蓝色[1]，其果实近球形且果实表面密生皮刺，极易粘附于哺乳动物的皮毛上或鸟类的羽毛上，利于该属植物的传播和扩散[2]。目前，变豆菜属植物全世界约有40种[3]，主要分布于北温带[4]，是典型的东亚—北美间断分布属[5]。中国和美国为该属的两个分布中心，其中中国有12种4变种特有种[6]，美国有13个特有种[7]。

变豆菜属自17世纪中期建立以来[8]，已有许多学者采用不同的方法对该属进行了分类及系统学研究。在形态学方面，单人骅等[8]根据变豆菜属果实和花的形态特征将该属划分为5个组(Tuberculatae、Pseudopetagnia、Sanicla、Sandwicenses和Sanicoria)，这是目前变豆菜属广为接受的分类系统。刘启新等[9]通过对变豆菜亚科(变豆菜属11种和刺芹属2种)植物果实进行了比较解剖学研究，发现变豆菜属较刺芹属植物果实演化程度低。在化学成分方面，变豆菜属的血清反应极易与伞形科其他类群区分开[6]。在孢粉学方面，Phillippe[10]发现Sanicula组植物花粉粒形态基本相似，为椭圆形。在分子系统方面，Calvio等[11]根据叶绿体trnQ-trnK区域的数据，将Hacquetia属并入了变豆菜属。由此可见变豆菜属属间关系的研究较多，但属下关系的研究报道却很少，国内仅有马永红等[12]对6种变豆菜属植物叶表皮特征进行了光学显微观察，认为叶表皮特征对于变豆菜属下种类的划分和亲缘关系的确定具有一定的分类学意义。植物叶表皮微形态特征不仅受环境影响[13]，同时也是物种遗传特征的一个重要反映，具有一定的稳定性，可用于属下关系的研究[14]。近年来利用扫描电镜研究伞形科叶表皮特征受到了关注[15～18]，但目前未见使用扫描电镜研究变豆菜属叶表皮特征的。本文使用扫描电镜对11种变豆菜属植物叶表皮微形态进行观察分析，可为探讨该属类群界定及种间关系提供新的证据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为变豆菜属11种(13个居群)的叶片，取自腊叶标本。材料信息详见表1。

1.2 实验方法

将叶片复水煮沸10～15 min后，经酒精梯度脱水、室温干燥以后，每个物种分上、下表皮在叶脉两侧中部各取5 mm×5 mm左右的小块，将上、下表皮各自粘于样品台上，喷金镀膜后，S-4800型扫描电镜观察并拍照。在相同的比例尺下，每个样品随机观察5个视野，并取最具代表性的视野进行拍照[19]。

本文部分术语参照李曼凌[15]、刘小林[20]的描述。

表1 实验材料来源

表2 变豆菜属植物叶片上表皮微形态特征比较

表3 变豆菜属植物叶片下表皮微形态特征比较

图版Ⅰ 扫描电镜下变豆菜属植物叶表皮微形态特征 a.上表皮；b.下表皮气孔 1.变豆菜；2.天蓝变豆菜；3.长序变豆菜；4.首阳变豆菜；5.鳞果变豆菜PlateⅠ Morphological characteristics of leaf epidermis of Sanicula L. under SEM a.Adaxial epidermis; b.Abaxial epidermis 1. S.chinensis; 2. S.coerulescens; 3. S.elongata; 4. S.giraldii; 5.S.hacquetioides

图版Ⅱ 扫描电镜下变豆菜属植物叶表皮微形态特征 a.上表皮；b.下表皮气孔 5.鳞果变豆菜；6.薄片变豆菜；7.S.odorata；8.直刺变豆菜(广西全州)；9.直刺变豆菜(湖南新宁)PlateⅡ Morphological characteristics of leaf epidermis of Sanicula L. under SEM a.Adaxial epidermis; b.Abaxial epidermis 5. S.hacquetioide; 6. S.lamelligera; 7. S.odorata; 8. S.orthacantha(Quanzhou,Guangxi); 9. S.orthacantha(Xinning,Hunan)

图版Ⅲ 扫描电镜下变豆菜属植物叶表皮微形态特征 a.上表皮；b.下表皮气孔 10.直刺变豆菜(甘肃温县)；11.红花变豆菜；12.锯叶变豆菜；13.天目变豆菜PlateⅢ Morphological characteristics of leaf epidermis of Sanicula L. under SEM a.Adaxial epidermis; b.Abaxial epidermis 10. S.orthacantha(Wenxian,Gansu); 11. S.rubriflora; 12. S.serrata upper; 13. S.tienmuensis

2 观察结果

2.1 变豆菜属植物叶片上表皮微形态特征

根据电镜下观察结果，11种变豆菜属植物具有丰富的上表皮微形态特征(表2)。上表皮细胞轮廓大多不清晰，仅直刺变豆菜广西全州居群(图版Ⅱ：8a)、湖南新宁居群(图版Ⅱ：9a)和甘肃温县居群(图版Ⅲ：10a)上表皮细胞轮廓清晰，且细胞形状皆为不规则形。上表皮初级蜡质纹饰均存在条状纹饰，依据条状纹饰宽度分为密集条状(纹饰宽度<1 μm)和稀疏条状(纹饰宽度>1 μm)两类，具有密集条状纹饰的有变豆菜(图版Ⅰ：1a)、天蓝变豆菜(图版Ⅰ：2a)、长序变豆菜(图版Ⅰ：3a)、首阳变豆菜(图版Ⅰ：4a)、鳞果变豆菜(图版Ⅰ：5a)、薄片变豆菜(图版Ⅱ：6a)、直刺变豆菜广西全州居群、红花变豆菜(图版Ⅲ：11a)、锯叶变豆菜(图版Ⅲ：12a)、天目变豆菜(图版Ⅲ：13a)，具有稀疏条状纹饰的有S.odorata(图版Ⅱ：7a)、直刺变豆菜湖南新宁居群、直刺变豆菜甘肃温县居群。在二级纹饰上变豆菜属植物表现出多样性，其中薄片变豆菜、直刺变豆菜湖南新宁居群以及直刺变豆菜甘肃温县居群二级纹饰为连续脊状，直刺变豆菜广西全州居群二级纹饰为连续双层脊状，其余种类二级纹饰均为不连续脊状。表皮附属物方面，叶表皮上均有少量或大量的颗粒状附属物。在气孔方面，仅有S.odorata上表皮存在气孔。

2.2 变豆菜属植物叶片下表皮微形态特征

通过对11种变豆菜属植物下表皮微形态特征的观察，可知下表皮均存在气孔，且气孔大部分向外隆起。气孔周围纹饰呈辐射状或环绕状，纹饰均匀或局部分布在气孔周围和叶表皮细胞上。气孔大小方面，气孔长轴最长的是长序变豆菜(图版Ⅰ：3b)，最短的是直刺变豆菜广西全州居群(图版Ⅱ：8b)，气孔短轴最长的是S.odorata(图版Ⅱ：7b)，最短的是鳞果变豆菜(图版Ⅱ：5b)。根据气孔的长、宽比值，可将气孔的形状分为椭圆形(长宽比<2)和梭形(长宽比>2)两类，大部分种类的气孔形状为椭圆形，仅有鳞果变豆菜和长序变豆菜两个种的气孔形状为梭形。在气孔外拱盖表面纹饰方面，变豆菜(图版Ⅰ：1b)、锯叶变豆菜(图版Ⅲ：12b)气孔外拱盖表面光滑无纹饰，其他种或多或少气孔外拱盖表面存在颗粒状纹饰，其中天蓝变豆菜(图版Ⅰ：2b)、长序变豆菜、红花变豆菜(图版Ⅱ：8b)气孔外拱盖还存在隆起脊状。气孔外拱盖内缘纹饰表现出极大的差异性，变豆菜(图版Ⅲ：11b)、天蓝变豆菜、薄片变豆菜(图版Ⅱ：6b)、S.odorata、直刺变豆菜甘肃温县居群(图版Ⅲ：10b)、锯叶变豆菜、天目变豆菜(图版Ⅲ：13b)气孔外拱盖内缘为浅波状，首阳变豆菜(图版Ⅰ：4b)、鳞果变豆菜气孔外拱盖内缘平滑，直刺变豆菜广西全州居群、直刺变豆菜湖南新宁居群(图版Ⅲ：9b)气孔外拱盖内缘近平滑，仅长序变豆菜气孔外拱盖内缘有颗粒状纹饰。

3 讨论

3.1 变豆菜属叶表皮微形态特征及系统进化意义

扫描电镜观察结果表明，变豆菜属11种(13居群)叶表皮微形态特征在属内具有较高的共性，其上表皮细胞轮廓大多不清晰，初级蜡质纹饰均存在条状纹饰，表皮上均粘附着颗粒物，上表皮大部分无气孔；下表皮均存在气孔且气孔形状大多是椭圆形，气孔周围存在均匀分布的纹饰，气孔外拱盖表面大多有颗粒状纹饰。上述特征在属内较稳定统一，表明变豆菜属是一个自然的分类类群，支持马永红等[12]研究结果。

11种变豆菜属植物在二级纹饰类型、气孔周围纹饰、气孔外拱盖内缘纹饰等叶表皮微形态特征上有明显的差异。如直刺变豆菜广西全州居群二级纹饰为连续双层脊状、红花变豆菜气孔盖内缘纹饰为波状、长序变豆菜气孔盖内缘纹饰为颗粒状，这些独特的特征使得该种区别于其他种类，是变豆菜属种间分类鉴定的重要参考指标。

Carolina等[11]通过trnQ-trnK序列构建系统发育树发现，S.odorata、变豆菜、直刺变豆菜3个种亲缘关系近，聚为平行支(BS值100%)，难以区分，而在本研究中，S.odorata上表皮存在气孔且细胞轮廓不清晰，二级纹饰为不连续脊状，气孔外拱盖表面纹饰为颗粒状，内缘纹饰为浅波状；直刺变豆菜上表皮无气孔且细胞轮廓清晰，二级纹饰为连续脊状，气孔外拱盖表面纹饰为颗粒状，内缘纹饰近平滑；变豆菜上表皮无气孔且细胞轮廓不清晰，二级纹饰为不连续脊状，气孔外拱盖表面纹饰光滑，内缘纹饰为浅波状。上述3个种叶表皮微形态特征存在差异，可以明确的区分开。由此可见，叶表皮微形态特征可作为分子数据的补充，为变豆菜属种间分类研究提供新的证据。

在居群水平上，直刺变豆菜3个居群存在部分差异。3个居群细胞轮廓皆清晰，仅湖南新宁居群上表皮细胞呈下陷状；广西全州居群初级蜡质纹饰为密集条状，而湖南新宁居群和甘肃温县居群为稀疏条状；广西全州居群上表皮二级纹饰为连续双层脊状，而湖南新宁居群和甘肃温县居群为连续脊状。甘肃温县居群气孔外拱盖内缘纹饰为浅波状，而广西全州和湖南新宁居群皆为近平滑。居群间的差异表明生长环境的变化可能会影响一个物种的表型特征，故在选择叶表皮作为分类依据时还应该结合其他分类学资料。

3.2 叶表皮微形态特征与环境的关系

观察上表皮初级蜡质纹饰的特点，仅为稀疏或密集条状纹饰两种类型。一般认为初级蜡质纹饰是植物为适应逆境演化而成的结构，可以反射强光，降低叶温度，对叶表皮起到保护作用[13,15]。鳞果变豆菜初级蜡质纹饰为密集条纹，且条纹凸起呈颗粒状，相较其他种类鳞果变豆菜初级蜡质纹饰更粗糙。根据《中国植物志》[1]记载，鳞果变豆菜生长于高海拔地区(海拔2 650～3 800 m)，我们查阅了来自中国27所高等院校和研究单位的2537份变豆菜属植物的采集记录，发现鳞果变豆菜均采集于海拔3 000 m以上的地区。本研究鳞果变豆菜同样采自高海拔地区(海拔4 000 m)，海拔越高，大气层越稀薄，太阳辐射就越强，由此我们可以推测鳞果变豆菜上表皮为了反射高海拔地区较强的紫外线进化出了更为粗糙的纹饰结构，从而达到自我保护的目的。而S.odorata采集地海拔为721 m，相较而言海拔低，不被过多的强光所照射，因此这很可能是其上表皮较平坦仅有稀疏条状纹饰的原因。

综上所述，11种变豆菜属植物在上表皮细胞轮廓、初级蜡质纹饰、表皮附着物、气孔形状、气孔周围纹饰、气孔外拱盖纹饰等叶表皮特征上较一致，但在二级纹饰、气孔、气孔内外缘纹饰等叶表皮特征上存在差异，支持变豆菜属是一个自然的分类类群的观点，并且叶表皮微形态特征的差异可为探究变豆菜属种间的分类及关系提供新的证据。