流蘇樹與美國流蘇形態及解剖結構研究

趙丹丹，李 曉，張鴿香*

(南京林業大學 風景園林學院，江蘇 南京 210037)

木犀科(Oleaceae)流蘇樹屬(Chionanthus)共有100 多種，大多分布在熱帶、亞熱帶地區，僅3個種分布在溫帶，為Chionanthusretusus、Chionanthusvirginicus、Chionanthuspygmaeu[1]，其中流蘇樹(C.retusus)和美國流蘇(C.virginicus)是該屬的2個模式種。

流蘇樹是我國珍稀樹種、二級保護植物，春季、初夏重要觀賞花木，盛開時滿樹白花。流蘇樹原產中國、日本、韓國等地，在我國北到河北、山東，西到甘肅、四川，南到云南、廣東，東到福建、臺灣等省份均有分布[1]。目前國內外對流蘇樹的研究主要集中在繁殖技術[2]、抗性[3]、化學成分及藥用價值[4]等方面。近些年也有學者從事流蘇樹的引種[5]、新品種選育及分類[6]工作。美國流蘇，花開初夏，花潔白如雪；秋天樹葉變黃，甚是壯觀。美國流蘇原產美國東南部的熱帶稀樹草原、低地，從新澤西南部到佛羅里達州，向西直到德克薩斯州等地均有分布。國內外對于美國流蘇的研究大多集中在種子休眠[7]、繁殖技術[8]、化學提取物及藥用價值[9]等方面。此外，有研究者在非洲、印度洋發現流蘇樹屬新物種，可能由流蘇樹屬兩個種雜交產生[10]。此外，陳彎等[11]對14個類型流蘇樹的葉片和葉柄的解剖結構進行了研究，為其種間分類提供重要依據。

本研究觀察流蘇樹和美國流蘇自然生長狀態下的形態差別，采用掃描電鏡對兩者的葉片、花粉進行解剖學、孢粉學比較研究，明確兩個標準種之間的外部形態鑒別要點，在完善流蘇樹屬系統解剖學研究的基礎上，可為不同種之間的分類研究及雜交育種工作提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇南京林業大學白馬教學科研基地長勢良好一致的流蘇樹和美國流蘇苗(流蘇樹為江蘇種源；美國流蘇為美國進口嫁接苗‘春天的絲絨’)，于2018年4～5月(盛花期)進行葉片、花和花藥的采集。

1.2 方法

1.2.1 外部形態特征觀測

(1)葉片：分別選擇長勢基本一致的流蘇樹和美國流蘇植株各3株，在每個植株的4個方位第3層第3葉位(每個枝條由頂部往下數第3片成熟正常的葉片)，取健康成熟葉片共12片(3個重復)。用游標卡尺、天平、網格法分別測量葉片數量指標[12-13]：葉長、葉寬、葉柄長、葉鮮重、葉面積。目測法觀察葉片質量性狀[12]：是否有毛、毛的著生部位；是否有鋸齒、鋸齒特征等。

(2)花：流蘇樹和美國流蘇各選5株，每株選9朵花(3個重復)，用游標卡尺測量數量指標：花柄長、花瓣長、花瓣寬、花序長。目測法觀察質量性狀[13]：花序類型、花冠形態等。

1.2.2 葉片解剖結構觀測

隨機選取健康植株，在葉片中部靠近中脈兩側約0.3 cm處，切取葉片組織，大小分別為0.5 cm×0.5 cm、0.5 cm×0.1 cm。參照宋鵬等[14]的方法使用環境掃描電鏡(FEI Quanta-200)對葉片表皮、切面進行觀測拍照。觀測指標主要有：

(1)形態解剖特征：表皮毛(Hair H)、角質或蠟質(Cuticle or wax COW)、單個乳突(Papilla P)、氣孔器類型(Type of stomatal apparatus TSA)、氣孔外拱蓋內緣(Inner margin of outer stomatal rim IOSR)、雙面氣孔或下生氣孔(Amphistomatic or hypostomatic AH)；氣孔長度、氣孔寬度、視野面積，并統計視野內氣孔數量、表皮細胞數，計算氣孔密度和氣孔指數。

(2)數量解剖特征：上表皮厚度、下表皮厚度、角質或蠟質層厚度、細胞層數(Cell layer CL)、柵欄組織厚度(Thickness of palisade tissue TPT)、海綿組織厚度(Thickness of spongy tissue TST)、柵欄組織厚度/海綿組織厚度(TPT/TST)、葉片厚度(Thickness of leaves TL)。

氣孔密度=視野內氣孔數/視野內的面積

氣孔指數=100×視野內氣孔個數/

(視野內氣孔個數+視野內表皮細胞數)

1.2.3 花粉形態觀察

選擇開放程度一致、無病蟲害的花朵，用10 cm尖頭鑷子摘下花藥，FAA固定液固定、保存備用?；ǚ垭婄R片制作參照李京璟等人[15]的方法；用環境掃描電鏡(FEI Quanta-200)進行觀測、拍照。觀測指標主要有：極面觀形狀、赤道觀形狀、極軸長(P)、赤道軸長(E)及花粉外壁紋飾特征。

1.3 數據分析

運用Excel 2007和SPSS 24.0進行數據統計和分析。

2 結果與分析

2.1 外部形態特征分析

流蘇樹和美國流蘇作為木犀科流蘇樹屬的兩個標準種，在形態特征上有一定相似性，同時也存在差異性。本研究運用外部形態特征與數量特征相結合的方法，通過實地觀察和查閱文獻資料[16-17]，總結出了流蘇樹和美國流蘇的形態特征差異表(表1)。

表1 流蘇樹和美國流蘇形態特征差異性比較分析Table 1 Differences in morphological characteristics between C. retusus and C. virgnicus

結合表2可知，流蘇樹和美國流蘇的葉長、葉寬、葉柄長及花瓣長均呈現顯著性差異(P≤0.05)，而葉鮮重、葉面積、花柄長、花瓣寬表現出的差異不顯著(P≤0.05)，這說明流蘇樹和美國流蘇在形態特征上有一定差異。

表2 流蘇樹和美國流蘇葉片和花(雄花)的形態特征Table 2 The characters of leaves and flowers(male flower) in C. retusus and C. virgnicus

2.2 葉片解剖特征分析

2.2.1 葉片形態解剖特征

觀察圖1可知，流蘇樹和美國流蘇的葉片表面均具蠟質，且蠟質層和角質層在細胞表面形成蠟質紋飾，呈條狀排列，美國流蘇葉片表皮具有大量塊狀覆蓋物(圖1-a-右)；兩者的上、下表皮細胞上都有單個乳突狀結構，美國流蘇下表皮有具柄腺毛(圖1-b-右)。

流蘇樹和美國流蘇的下表皮氣孔器類型均為無規則型、單層外拱蓋(圖1-c)，氣孔器特征差異較大(表3和表4)：流蘇樹的氣孔器水平，氣孔外拱蓋內緣近平滑，緊靠保衛細胞的邊緣處由兩層角質層或細胞壁物質，氣孔呈梭形；美國流蘇的氣孔器略突出，氣孔外拱蓋內緣淺波狀，緊靠保衛細胞的邊緣有大量皺褶狀的角質層或蠟質層，氣孔呈長圓形。

表3 掃描電鏡下流蘇樹和美國流蘇的葉片形態特征(表面觀)Table 3 The characters of leaves in C. retusus and C. virgnicus under SEM (Surface view)

圖1 流蘇樹和美國流蘇葉片電鏡掃描觀察結果(表面觀)Fig.1 Observation result of leaves morphology in C.retusus and C.virgnicus by SEM (surface view).注：a.上表皮(×300)；b.下表皮(×3000)；c.氣孔器(×5000)；左：流蘇樹；右：美國流蘇。

由表4可知，流蘇樹和美國流蘇的氣孔大小和氣孔密度之間存在顯著性差異(P≤0.05)。流蘇樹氣孔大小為18.37 μm×14.38 μm，氣孔密度為237.6個/mm2，氣孔指數為0.26；美國流蘇氣孔大小為24.07 μm×19.10 μm，氣孔密度為310.4個/mm2，氣孔指數為0.34，兩者均為下生氣孔單個分布，但美國流蘇氣孔較大，氣孔密度較大，氣孔指數較高。

表4 掃描電鏡下流蘇樹和美國流蘇氣孔器特征(下表皮)Table 4 The characters of stomatal apparatus in C. retusus and C. virgnicus under SEM(Lower epidermis)

2.2.2 葉片數量解剖特征

流蘇樹和美國流蘇的葉片均為背腹型葉，結構包括葉表皮、葉肉、葉脈3部分。由表5可知，流蘇樹上表皮角質層平均厚度為1.04 μm，美國流蘇上表皮角質層平均厚度為1.47 μm，與流蘇樹相比較厚；兩者的葉片厚度差異不大，流蘇樹葉片厚度為161.95 μm，美國流蘇為164.73 μm。

表5 流蘇樹和美國流蘇植物葉片的解剖特征比較(橫斷面觀)Table 5 The comparison of leaf anatomy in C. retusus and C. virgnicus (Thansect view)

由圖2可知，流蘇樹和美國流蘇的上、下表皮都是單層細胞結構，兩者的柵欄組織均較為發達，流蘇樹柵欄組織有2層，厚度為63.66 um，美國流蘇柵欄組織有3層，厚度為73.82 um。流蘇樹的柵欄組織厚度與海綿組織厚度之比為TPT/TST=0.76，海綿組織相對美國流蘇較厚、較疏松；美國流蘇的柵欄組織厚度與海綿組織厚度之比為TPT/TST=1.04，其柵欄組織與海綿組織厚度相差不大，且海綿組織比較密實。

圖2 流蘇樹和美國流蘇葉片電鏡掃描觀察結果(橫斷面觀)Fig.2 Observation result of leaves morphology in C. retusus and C. virgnicus by SEM (Thansect view).注：左：流蘇樹(×500)；右：美國流蘇(×500)。

2.3 花粉電鏡掃描分析

2.3.1 花粉的形態和大小

觀察花粉群結果顯示，流蘇樹和美國流蘇均為單?；ǚ?圖3-a)、比較小類型(表6)，花粉形狀在極軸長、赤道軸長上存在顯著性差異(P≤0.05)。由表6可知，流蘇樹的極軸長為P=9.94 μm，赤道軸長為E=11.22 μm，P/E=0.89，呈圓球形；美國流蘇極軸長P=8.46 μm，赤道軸長E=10.61 μm，P/E=0.80，呈近扁球形。根據圖3-b可以看出，流蘇樹與美國流蘇花粉粒極面觀形狀相同，均為三裂圓形；根據圖3-c可以看出，流蘇樹與美國流蘇花粉粒赤道觀形狀分別為圓形和近圓形。

表6 2個流蘇樹屬植物花粉特征值比較

2.3.2 花粉外壁紋飾和萌發器官

花粉的紋飾是指表層物質的凸起、排列構成的花紋圖案[18]。由圖3-d可知，流蘇樹和美國流蘇花粉均為雕刻網狀紋飾，但在網眼、網脊具體特征上有較大差異。流蘇樹的紋飾網脊較低，網眼較淺、較小，大多呈圓形，外壁整體看上去較平滑；美國流蘇的網狀紋飾，網脊較寬、較高，網眼較深、較小，形狀變化多樣，整體看上去網狀紋飾明顯。

圖3 流蘇樹和美國流蘇花粉形態電鏡掃描觀察結果Fig.3 Observation result of pollen morphology in C. retusus and C. virgnicus by SEM注：a.花粉群體(×1000)；b.極面觀(×10000)；c.赤道面觀(×10000)；d.花粉外壁紋飾特征(×10000)；左：流蘇樹 右：美國流蘇。

經觀察，流蘇樹和美國流蘇均為長萌發孔(即萌發溝)。兩者在萌發器官上差異不大，均具有沿極軸方向延伸且呈120°均勻分布的3條萌發溝，在孔溝里不同程度疏密分布著塊狀物，赤道軸部分布的最多。

3 結論與討論

3.1 外部形態特征差異

通過對流蘇樹和美國流蘇葉、花的外部形態觀察記錄，發現便于觀察且易分辨2個標準種的特征為：①流蘇樹幼葉具銳鋸齒，成熟葉則有全緣、鈍鋸齒、葉前段具鋸齒3種，美國流蘇全緣。②流蘇樹葉背面無毛，葉脈被毛，美國流蘇葉背面整個被毛。③流蘇樹花序頂生，花瓣長條形，直線狀，美國流蘇花序腋生，花瓣線形，呈現卷曲。對于葉片的對比分析，與植物志上所記載的特征描述一致。流蘇樹花的分析結果與多位研究者的結果一致：馬紅[16]、何艷霞[19]等的研究均表明流蘇樹花冠白色，裂片條形。本試驗中美國流蘇的花取自進口嫁接品種苗‘春天的絲絨’，花瓣卷曲程度較高，這與在美國國家植物種質系統網上查詢到的美國流蘇花瓣僅在前端反卷不一致，推測可能是‘春天的絲絨’品種苗在此基礎上進一步培育出的卷曲特征。

3.2 葉片的解剖結構差異

葉片的解剖結構、表型形態及數量特征相結合分析可作為衡量植物抗旱[20]、耐熱[21]能力的重要指標，同時也可作為品種數量分類[12]的依據。

本研究發現，在葉片的表層特征上，流蘇樹和美國流蘇的上表皮均無毛，而美國流蘇葉片下表皮層具有柄腺毛，雖并不密集，但這有助于減弱蒸騰作用[21]。在葉片的氣孔方面，一般來說，氣孔小、密度大的植物蒸騰強度較大，水分散失較少[12]，趙鉛等[20]在研究芭蕉芋的葉片結構特征時發現氣孔密度大的芭蕉芋品種抗旱性更強。流蘇樹的氣孔較小，美國流蘇的氣孔密度較大，可見兩者都有一定的抗旱能力。在葉肉的結構組成上，流蘇樹柵欄組織有2層，美國流蘇柵欄組織有3層，而陳彎[11]等人對河南種源14個類型流蘇樹葉片的解剖學特征進行研究時發現流蘇樹柵欄組織為1層，這與本研究的結果存在差異，產生差異的原因需要進一步的研究。發達的柵欄組織有助于提高光合效率、減弱蒸騰作用、提高植物抗旱能力，常被用作評價植物抗旱性的重要指標[20]。流蘇樹海綿組織發達程度大于美國流蘇，海綿組織發達的植物對濕生環境的適應能力較強，抗旱能力較弱[21]。所以，TPT/TST值越大，可在一定程度上反映出植物的抗旱能力越強。綜上可知：美國流蘇比流蘇樹的抗旱能力強。錢雪[22]等人研究的同科植物紅丁香葉片也具有極強抗旱性解剖特征，且其抗旱性大于流蘇屬植物。經過對兩者葉片的形態及解剖結構的研究，可在理論上解釋流蘇樹在我國分布較為廣泛的現狀。歐陽敦君和張鴿香[3]的研究發現流蘇樹具有一定的耐熱能力，而美國流蘇抗旱能力更強，可推測美國流蘇在我國大部分地區能生長發育，這為美國流蘇的引種馴化奠定基礎。

3.3 花粉的形態差異

本研究中流蘇樹和美國流蘇均為單粒、花粉比較小，雕刻網狀紋飾，且都具有 3 條萌發溝；流蘇樹花粉為圓球形，外壁紋飾較簡單、規則；美國流蘇花粉粒為近扁球形，外壁紋飾相對復雜、不規則。本研究關于流蘇樹花粉形態特征的研究結果與孫京田[23]等人的研究結果基本一致。許炳強[24]提出：球形花粉較原始，長球形花粉較進化?；ǚ鄣男螤?、大小會因外界環境因素及人為處理因素發生一定的改變，而花粉的外壁紋飾具有一定的穩定性，是花粉的主要特征，為植物進化、分類研究提供資料依據[25]?；ǚ哿Ｍ獗诩y飾越復雜、越不規則，這表示植物的花粉越進化[26]，植物屬于相對進化狀態。李曉[27]等人在對美國流蘇進行核型分析研究時發現：美國流蘇染色體是1B核型，屬于較原始植物。由以上推測，流蘇樹和美國流蘇都屬于較為原始的植物，但兩者之中流蘇樹更為原始。結合許炳強[24]對同科木犀屬植物的研究，還可以推測流蘇樹屬植物比同科木犀屬植物原始。