金花茶系葉表皮形態的形態學觀察

sect.chrysata屬于茶園科，1979年由張達摩教授創立（張達摩，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,個別種分布于云南和貴州(張宏達等,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巖山地和非鈣質山地兩種土壤類型,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的土壤上出現(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資源,自20世紀60年代初在我國廣西發現以來,便成了人們關注和研究的熱點。由于其自然分布范圍極其狹窄,金花茶組植物的外部形態特征比較相似,因而在種的分類上一直存在較大分歧(張宏達,1996,1998;葉創興等,1992;梁盛業等,1993)。其中有3個較有影響的系統或觀點,一為梁盛業(1993)為代表的觀點,種類最多,1993年出版了金花茶專著。二為張宏達(1998)為代表的觀點,以中國植物志為代表。這兩種觀點都承認金花茶組。三為閔天祿先生為代表的觀點,包含種類最少,FloraofChina即屬該觀點(吳征鎰等,2008),認為金花茶組不成立,應歸入古茶組。近年來,葉表皮特征的研究越來越受到植物學家所重視,并在相當多植物的分類學或系統學研究中發揮了重要作用(陳之端等,1991;任輝等,2003)。本文利用光學顯微鏡對金花茶組金花茶系25個分類群的葉表皮形態特征進行了觀察,旨在為探討金花茶系植物形態結構的生態學意義和分類學問題提供解剖學依據。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種是已被移入實果茶組的種類:毛瓣金花茶。為探討金花茶系植物的形態學和分類學問題,它們仍按原發表種類被用于本研究。選取正常生長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部分,用次氯酸鈉溶液離析,番紅染色或不染色,制成臨時裝片(李鳳英等,2004)。采用Olympus光學顯微鏡來觀察和照相。氣孔密度為單位面積的氣孔個數,觀測5個40倍物鏡下顯微鏡視野的氣孔數目;氣孔指數計算式為I=[S/(S+E)]×100%(S代表一定面積內的氣孔數目,E代表相同面積內表皮細胞的數目),取20組數據的平均值。2結果與分析2.1下表皮為單一細胞,非嘴唇在所觀察的金花茶系25個分類群的葉片中,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,圓形,由一些形狀較小的細胞聚集而成,如凹脈金花茶(圖版Ⅰ:2)。表皮毛和腺點周圍均為普通表皮細胞,但其細胞垂周壁往往比較平直(圖版Ⅰ:1-2)。2.2細胞的形態特征金花茶系植物葉片上表皮的結構比較單一,無氣孔器分布,細胞的形態特征基本相似。細胞均為不規則形,大小不等,細胞壁明顯加厚,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下表皮下表皮結構較復雜,由表皮細胞和氣孔器組成。下表皮細胞垂周壁式樣,氣孔形狀、密度和指數等形態結構特征,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下表皮細胞均比上表皮細胞大,細胞形狀均為不規則形,細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胞的細胞核特別明顯(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(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,均為環列型,與敖成齊等(2002)報道的山茶屬植物葉表皮的研究結果相同。其由3個大小不等的副衛細胞圍繞著保衛細胞(圖版Ⅰ:7-15;圖版Ⅱ:16-31),副衛細胞具有較厚的角質層,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/mm2之間,毛籽金花茶的平均氣孔密度最大,為230.4個/mm2,小瓣金花茶的平均氣孔密度最小,為102.0個/mm2;氣孔指數在17.00%~34.86%之間,多瓣金花茶的平均氣孔指數最大,為34.86%,貴州金花茶的平均氣孔指數最小,為17.00%;氣孔密度和氣孔指數間不具明顯相關性(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。自然分布地生境為石灰巖山地種類,氣孔密度普遍較大,除了簇蕊金花茶的平均密度為106.9個/mm2,其余均為123.6~230.4個/mm2;自然分布地生境為非鈣質山地種類,氣孔密度普遍相對較小,平均密度為102.0~159.2個/mm2(表1,2)。在所觀察的25個分類群中,自然分布地生境為石灰巖山地的種類有17個,平均氣孔密度在120個/mm2以上的有16個,占94.1%,平均氣孔密度在160個/mm2以上的有9個,占52.9%;自然分布地生境為非鈣質山地的種類有8個,平均氣孔密度在120個/mm2以上的有5個,占62.5%,而平均氣孔密度在160個/mm2以上的為0。Mann-Whitney驗證結果表明,分布于石灰巖山地和非石灰巖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),而氣孔指數大小與土壤類型沒有相關性(Mann-WhitneyTest:Z=-0.117,n1=17,n2=8,P=0.932)。3結論和討論3.1氣孔密度與原分布地生境及土壤類型的關系金花茶系植物葉片上表皮均無氣孔器分布,細胞形態相似(圖版Ⅰ:3-6)。從解剖學的角度看,上表皮無氣孔分布,細胞壁加厚,是被公認的抗旱性結構特征。這種結構有利于增強葉片上表皮的硬度和致密性,加強表皮的機械支持和保護作用,有效減少蒸騰失水,防止萎蔫。結構是功能的基礎。金花茶系植物自然分布區極其狹窄,垂直分布高度相近,葉片上表皮的形態結構比較一致,是這些植物長期適應分布區氣候的結果,是其結構與環境高度相適應的共同表現,在一定程度上反映了其結構與功能相統一的辯證關系。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,有利于葉片進行氣體交換,在水分充足時提高蒸騰速率降低葉片溫度,提高機體對林下悶熱環境的耐受力,在水分不足時減少蒸騰失水并保持氣體和氣腔的濕潤,增強抗旱力。研究結果顯示,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系密切,分布于石灰巖山地的種類,氣孔密度在整體上明顯大于分布于非鈣質山地的種類(表1,2),據Mann-Whitney驗證表明,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,是公認的旱生形態。通常情況下,其受濕度、光照、溫度和蔭蔽度等地上生態因子的影響較為密切。石灰巖山地的水肥條件及生存環境相對于非石灰巖山地較為惡劣,長期的逆境塑造與演化,可能使其植物葉更傾向于旱生形態,這也是其結構與環境高度相適應的表現。葉片是植物對環境變化最為敏感的器官,一般認為,葉表皮的角質層厚度和氣孔密度等特征易受生態因素的影響,但也有實驗結果表明,葉表皮特征受遺傳因子強烈控制(Culter,1979;Culter&Randham,1977)。本研究的實驗材料均采于非鈣質土栽培植株(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。原生境為石灰巖山地的種類,氣孔密度在整體上明顯比原生境為非鈣質山地的種類大(表2)。這表明葉的形態結構在環境綜合因子的長期影響下演化形成,不會因為個體栽培條件的變化而改變,而這種長期演化形成的性狀特征是相對穩定的,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結構具有生態學意義。3.2胞外壁齒狀的形態特征金花茶系植物葉上表皮的形態結構相似,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系。但其葉下表皮的形態結構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上的依據。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,表皮細胞狹長(圖版Ⅱ:28);小花金花茶氣孔近圓形,垂周壁深波狀,副衛細胞外壁齒狀突起較長(圖版Ⅱ:29);顯脈金花茶氣孔橢圓形,垂周壁深波狀,副衛細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圖以細胞垂周壁式樣的近似度排列,為方便描述,下面主要以圖序為順序討論一些分類學問題。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個分類群的氣孔均呈近圓形,垂周壁較平直或淺波狀,細胞形態極其一致,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種;多瓣金花茶氣孔呈近圓形,而細胞垂周壁式樣為深波狀,其細胞形態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個分類群,前二者的氣孔均為近圓形,細胞垂周壁式樣為較平直或淺波狀,表皮的形態結構極其相似,可歸為一個種,而龍州金花茶的氣孔為圓形,細胞垂周壁式樣為深波狀,表皮的形態結構存在較大差異,應該是一個獨立的種(張宏達等,1998)。中東金花茶(