12种茶藨子属植物叶表皮微形态特征及其分类学意义

王美娟 赵千里 李芯妍 郑宝江

(东北林业大学生命科学学院，哈尔滨 150040)

茶藨子属(RibesL.)为茶藨子科(Grossulariaceae)落叶或常绿灌木，全世界有12亚属约200种[1～2]，主要分布于北美、东亚及南美的安第斯山地区[3～4]。中国为其主要分布区之一，原产6亚属59种30变种[5～6]，主产西南部、西北部至东北地区。该属植物经济价值较高，主要包括食用[7～8]、观赏[9]及药用等[10～12]。茶藨子属植物形态变异式样和幅度较大，且具有两性花和单性花两种类型，分类难度较大。自1753年林奈建立茶藨子属以来，随着种类的增多，对其属下分类存在较大争议。国内外学者从孢粉学、化学、分子系统学等方面进行了大量的研究[3,13～16]，研究结果支持将其从虎耳草科中划分出来，独立为茶藨子科，而其属下亚属及组的划分与归属仍存在很多争议。

植物叶表皮微形态特征是指植物叶表皮细胞微形态，包括表皮细胞垂周壁类型、气孔形态以及表皮附属物形态等，可为属下类群的亲缘关系和种的划分提供有价值的分类依据[17～20]，在青兰属(DracocephalumL.)、黄芩属(ScutellariaL.)、鸢尾属(IrisL.)、葡萄科(Vitaceae)等类群的分类学研究中提供了重要的分类学信息。叶表皮微形态特征可为属下种及亚种水平的分类提供参考依据。目前，有关茶藨子属植物叶表皮微形态特征及其分类学意义的研究还未见有报道。本研究主要对东亚地区分布的7亚属12种茶藨子属植物叶表皮微形态特征进行研究，从系统分类学角度对其性状进行归纳总结，为茶藨子属植物系统分类及其演化关系提供有价值的微形态学证据。

1 材料和方法

1.1 材料及来源

材料包括7个亚属12种茶藨子属植物的新鲜叶片，凭证标本存放于东北林业大学标本室(NEFI)，植物种名、采集地及凭证标本等信息见表1。

表1 材料来源Table 1 Source of materials

1.2 研究方法

取新鲜叶片用FAA固定液固定(固定液的用量与材料体积比为20∶1，并对材料进行抽气处理使之全部浸入药液)。固定后的每种材料分别取5片成熟叶片，用毛笔将材料轻轻擦拭除尘，将每片叶片成熟区切取5 mm×5 mm的方块，用导电胶带将每片叶片的上下表皮分别粘于样品台上，将其置于EikoIB-3型离子溅射仪中进行导电处理，置于HITACHIS-4800型扫描电子显微镜下观察拍照。

2 结果与分析

2.1 表皮细胞的特征

2.1.1 表皮细胞形态及垂周壁式样

12种茶藨子属植物叶表皮细胞形态及垂周壁式样(表2)可分为如下几种类型：(1)细胞为多边形，垂周壁类型为平直—弓形，如刺醋栗、冰川茶藨子的上表皮(图版Ⅰ：1a、11a)；(2)细胞为不规则形，垂周壁式样为浅波形，如光叶东北茶藨子、黑果茶藨子、长白茶藨子、冰川茶藨子的下表皮，香茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子、尖叶茶藨子、华茶藨子的上、下表皮(图版Ⅰ：5b、6b、9b、11b、3a、3b、7a、7b、8a、8b、10a、10b、12a、12b)；(3)细胞为不规则形，垂周壁式样为深波形，如黑果茶藨子的上表皮，刺醋栗的下表皮，刺腺茶藨子、矮茶藨子、光叶东北茶藨子、长白茶藨子的上、下表皮(图版Ⅰ：6a、1b、2a、2b、4a、4b、5a、5b、9a、9b)。

2.1.2 表皮细胞角质层纹饰

根据表皮细胞边缘是否明显、角质层表面是否具纹饰及纹饰形态，将12种茶藨子属植物叶表皮细胞角质层纹饰分为如下5类：(1)表皮细胞边缘明显，角质层光滑，如矮茶藨子、黑果茶藨子、臭茶藨子、长白茶藨子上表皮，刺腺茶藨子上、下表皮(图版Ⅰ：4a、6a、8a、9a、2a、2b)；(2)表皮细胞边缘明显，细胞表面有细条纹或尤状突起，如光叶东北茶藨子上表皮，香茶藨子、矮茶藨子、黑果茶藨子的下表皮，刺醋栗的上、下表皮(图版Ⅰ：5a、3b、4b、6b、1a、1b)；(3)表皮细胞边缘明显，具有乳突，如尖叶茶藨子、冰川茶藨子、华茶藨子的上表皮(图版Ⅰ：10a、11a、12a)；(4)表皮细胞边缘不明显，角质层光滑，如香茶藨子、水葡萄茶藨子上表皮，水葡萄茶藨子、长白茶藨子、尖叶茶藨子、冰川茶藨子、华茶藨子下表皮(图版Ⅰ：3a、7a、7b、9b、10b、11b、12b)；(5)表皮细胞边缘不明显，角质层表面具细纹或明显的脊，如光叶东北茶藨子、臭茶藨子下表皮(图版Ⅰ：5b、8b)。

编号Code亚属Subgenera种名Species采集地Locality凭证标本Voucher1醋栗亚属subg.Grossularia刺醋栗Ribes burejense吉林长白山Changbai Mountain,Jilin郑宝江2016029Zheng20160292密刺亚属Subg. Grossularioides刺腺茶藨子R.horridum吉林长白山Changbai Mountain,Jilin郑宝江2016031Zheng20160313管萼茶藨子亚属Subg. Symphocalyx香茶藨子R.odoratum东北林业大学校园Northeast Forestry University王美娟2016021Wang20160214茶藨子亚属Subg. Ribesia矮茶藨子R.triste吉林长白山Changbai Mountain,Jilin郑宝江2016038Zheng20160385光叶东北茶藨子R.mandshuricum var. subglabrum哈尔滨帽儿山Mao'ershan,Harbin王美娟2016027Wang20160276臭茶藨子亚属Subg. Coreosma黑果茶藨子R.nigrum内蒙古根河Genhe,Neimenggu赵千里2016043Zhao20160437水葡萄茶藨子R.procumbens内蒙古根河Genhe,Neimenggu赵千里2016044Zhao20160448臭茶藨子R.graveolens内蒙古额尔古纳E'erguna,Neimenggu赵千里2016057Zhao20160579单性花亚属subg. Berisia长白茶藨子R.komarovii吉林长白山Changbai Mountain,Jilin郑宝江2016035Zheng201603510尖叶茶藨子R.maximowiczianum吉林长白山Changbai Mountain,Jilin郑宝江2016041Zheng201604111冰川茶藨子R.glaciale云南文山Wenshan,Yunnan王美娟2015003Wang201500312伞形花亚属Subg. Parilla华茶藨子R.fasciculatum var. chinense大连蛇岛Shedao,Dalian王美娟2015017Zheng2015017

图版Ⅰ 扫描电镜下茶藨子属表皮特征 1a、1b.刺醋栗上、下表皮；2a、2b.刺腺茶藨子上、下表皮；3a、3b.香茶藨子上、下表皮；4a、4b.矮茶藨子上、下表皮；5a、5b.光叶茶藨子上、下表皮；6a、6b.黑果茶藨子上、下表皮；7a、7b.水葡萄茶藨子上、下表皮；8a、8b.臭茶藨子上、下表皮；9a、9b.长白茶藨子上、下表皮；10a、10b.尖叶茶藨子上、下表皮；11a、11b.冰川茶藨子上、下表皮；12a、12b.华茶藨子上、下表皮PlateⅠ Leaf epidermal characters of Ribes L. under SEM 1a,1b. R.burejense upper and lower epidermal cell；2a,2b. R.horridum upper and lower epidermal cell；3a,3b. R.odoratum upper and lower epidermal cell；4a,4b. R.triste upper and lower epidermal cell；5a,5b. R.mandshuricum var. subglabrum upper and lower epidermal cell；6a,6b. R.nigrum upper and lower epidermal cell；7a,7b. R.procumbens upper and lower epidermal cell；8a,8b. R.graveolens upper and lower epidermal cell；9a,9b. R.komarovii upper and lower epidermal cell；10a,10b. R.maximowiczianum upper and lower epidermal cell；11a,11b. R.glaciale upper and lower epidermal cell；12a,12b. R.fasciculatum var. chinense upper and lower epidermal cell

图版Ⅱ 扫描电镜下茶藨子属表皮特征 1a.刺醋栗上表皮；2a、2b.刺腺茶藨子上、下表皮；3a、3b.香茶藨子上、下表皮；4a.矮茶藨上表皮；5a.光叶东北茶藨子上表皮；5.1b、5.2b.光叶东北茶藨子下表皮；6a、6b.黑果茶藨子上、下表皮；7b.水葡萄下表皮；8.1a、8.1b.臭茶藨子上表皮；8b.臭茶藨子下表皮；10b.尖叶茶藨子下表皮；11b.冰川茶藨子下表皮；12a、12b.华茶藨子上、下表皮Plate Ⅱ Leaf epidermal characters of Ribes L. under SEM 1a. R.burejense upper epidermal cell；2a,2b. R.horridum upper and lower epidermal cell；3a,3b. R.odoratum upper and lower epidermal cell；4a. R.tianquanense upper epidermal cell；5a. R.fasciculatum var. chinense upper epidermal cell；5.1b,5.2b. R.mandshuricum var. subglabrum lower epidermal cell；6a,6b. R.nigrum upper and lower epidermal cell；7b. R.procumbens lower epidermal cell；8.1a,8.2a. R.graveolens upper epidermal cell；8b. R.graveolens lower epidermal cell；10b. R.maximowiczianum lower epidermal cell；11b. R.glaciale lower epidermal cell；12a,12b. R.fasciculatum var. chinense upper and lower epidermal cell

2.2 气孔器

12种茶藨子属植物气孔器均为无规则型。气孔器仅在下表皮分布的有11种，如刺醋栗、刺腺茶藨子、矮茶藨子、长白茶藨子等(图版Ⅰ：1b、2b、4b、9b)；气孔器在上、下表皮均有分布的只有1种，即香茶藨子(图版Ⅰ：3b;图版Ⅱ：3a)。大多数气孔的形状为椭圆形，仅长白茶藨子、华茶藨子的下表皮气孔为卵圆形(图版Ⅰ：9b、12b)。12种茶藨子属植物气孔器外拱盖内缘为平滑、近平滑或浅波状，其中水葡萄茶藨子、臭茶藨子、长白茶藨子的下表皮气孔器外拱盖内缘为浅波状(图版Ⅰ：7b、8b、9b)，其余如香茶藨子的上、下表皮(图版Ⅱ：3a;图版Ⅰ：3b)、刺醋栗、刺腺茶藨子、黑果茶藨子、长白茶藨子等下表气孔器的外拱盖内缘均为平滑或近平滑(图版Ⅰ：1b、2b、6b、9b)。部分种的气孔器保卫细胞周围有凸起的领状角质层，如臭茶藨子、冰川茶藨子(图版Ⅰ：8b、11b)。

2.3 表皮毛

研究的12种茶藨子植物中，除了长白茶藨子、尖叶茶藨子外，其余10种均具有表皮毛，其中2种仅下表皮具表皮毛，8种上下表皮均具表皮毛(表2)。表皮毛分为单毛和腺毛。单毛由表皮细胞特化而来，弯曲或直立，表面具纵向浅条纹(图版Ⅱ：2a、2b)或尤状突起(图版Ⅱ：1a、3b、12a、12b)，基细胞膨大，顶细胞先端尖锐，环绕单毛的表皮细胞多具放射性纹饰(图版Ⅱ：4a)；腺毛主要为盾状腺毛，盾状腺毛由柄细胞和头细胞组成，柄细胞极短，盾状腺毛的头由4个或4个以上头状细胞组成，刚发育成熟时，盾状细胞的头成球形或扁球形，先端外凸，成熟后产生分泌功能，随着分泌物的释放，头部逐渐内陷成盾状，如黑果茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子的腺毛(图版Ⅱ：6a、6b、7b、8.1a、8b)。

3 讨论

3.1 叶表皮的特征及其进化意义

本研究7亚属12种茶藨子属植物叶表皮细胞分为多边形和不规则形，垂周壁类型有平直—弓形、浅波形和深波形3种，主要类型为深波形和浅波形，垂周壁的进化趋势为从平直—弓形到深波形[10,21]。从分子生物学角度分析，Senters and Soltis[6]通过对该属ITS序列的系统发育树的研究，发现单性花亚属出现在不同分支上，从而得出单性花亚属在进化时是分多次出现的结论。单性花亚属的表皮细胞垂周壁类型出现了平直-弓形、浅波形、深波形3种不同进化程度的类型，郑宝江和李国秀对该属导管分子的研究结果显示，单性花亚属的导管分子也出现不同的进化类型[22]，从而我们得出支持单性花亚属在进化时分次出现的结论。

3.2 叶表皮特征的分类学价值

表皮细胞角质层多为光滑，少数种类角质层有凸起的脊状加厚或乳突状结构，其中乳突状结构见于单性花亚属和伞形花亚属植物的上表皮，而其他亚属中则未见分布，可见乳突对研究茶藨子属植物分类学研究有一定的意义。气孔器的分布主要在下表皮，只有原产于北美的管萼花亚属的香茶藨子的气孔器为上下表皮均有分布，气孔器多与表皮细胞位于同一平面或者不明显的外凸。各亚属均有表皮毛分布，然而表皮毛的密度和类型有所差异。表皮毛有非腺毛和腺毛两种类型，腺毛只分布于臭茶藨子亚属，中国分布的3种臭茶藨子亚属植物均有腺毛分布，并且均为盾状腺毛。

茶藨子属下亚属的划分一直存在很大的争议。陆玲娣、黄普华[12～13]等对该属进行的形态学和孢粉学研究，将茶藨子属分为四个亚属，将臭茶藨子系(Ser.Nigra)的黑果茶藨子、水葡萄茶藨子、臭茶藨子[23]3种归为茶藨子亚属；而Berger[1]、Messinger等人[2]则主张将该属划分为12个亚属，而上述3种茶藨子则被划分为臭茶藨子亚属(subg.Coreosma)。从本属的叶表皮微形态特征来看，我们支持后者。区别于茶藨子亚属的其他类群，臭茶藨子、黑果茶藨子、水葡萄茶藨子叶表面均分布不同密度的盾状腺毛，因此说明将臭茶藨子系划分为臭茶藨子亚属是合理的。