胡枝子属植物花叶器官形态结构研究

田 宏，王志勇，张鹤山，熊军波，刘 洋*

(1. 湖北省农业科学院畜牧兽医研究所/湖北省动物胚胎工程及分子育种重点实验室，湖北 武汉 430064；2. 信阳农林学院园艺学院，河南 信阳 464000)

【研究意义】胡枝子属(LespedezaMich.)隶属豆科蝶形花亚科、岩黄芪族、山蚂蝗亚族的模式属，由法国学者A. Michaux于1803年建立，原包括4个组[1]。该属植物广泛分布于我国除新疆以外的各省区，具优良特性和应用价值。鲜嫩茎叶是草食家畜优质饲料[2]、发达根系可减少水土流失[3]、鲜艳花色是优良蜜源植物[4]、全株具药用价值[5]。随着畜牧业发展和生态环境建设的需要，胡枝子属植物越来越受到专家们的关注，利用当地野生资源培育牧草新品种，对提高天然草地生物产量和多样性有着重要的意义。资源的开发利用，首先离不开种质收集，而收集过程中物种的分类鉴定更是首要工作。【前人研究进展】对于胡枝子属，自A. Michaux建立后，1873年俄国植物学家C. J. Maximowicz又在其属下建立3个亚属，即杭子梢亚属、胡枝子亚属和小胡枝子亚属[6]。1912年A. K. Schindler再次将小胡枝子亚属分出，建立鸡眼草属。因此目前所指的胡枝子属通常为狭义的胡枝子属，包括大胡枝子组和胡枝子组，且这一观点被多数学者接受并一直沿用至今[7]。在国内对胡枝子属下各种的记载要追溯到1936年，孔宪武整理了中国北部资源共11个种[8]。1955年《中国主要植物图说——豆科》出版，收录胡枝子属植物19种[9]；而《中国植物志》共记载我国产胡枝子属植物26种、2变种，是至今较为系统而权威的著作[10]。【本研究切入点】种质资源作为生物长期演化的产物，是遗传育种的基础材料，只有掌握了大量育种材料才能培育出新品种。我国幅员辽阔、植物资源丰富，但资源收集保护工作起步较晚。1997年“草种质资源保护利用项目”正式列入财政专项，经过20多年的发展取得了初步成效[11]。作为华中协作组牵头单位，湖北省农业科学院草牧业研究团队从2011年开始重点对胡枝子属种质进行鉴定评价，但在实施中发现个别资源存在种名歧义现象。【拟解决的关键问题】鉴于此，本研究对17份胡枝子属资源花叶器官的主要表型性状进行数量统计，再通过聚类和主成分分析，以期为该属分类和今后的新品种创新利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在湖北省农业科学院畜牧兽医研究所牧草资源圃，东经115°12′，北纬30°48′，海拔16 m，属亚热带湿润季风气候。年均温16.7 ℃，年降水量1277 mm，无霜期237～271 d。土壤属丘陵黄土，瘠薄粘重，保水、保肥能力差，pH 6.29。土壤有机质含量1.48 %，碱解氮64.5 mg/kg，有效磷33.2 mg/kg；有效钾121 mg/kg。

1.2 试验材料和试验设计

供试材料17份，除科尔沁尖叶胡枝子(Lespedezahedysaroidescv. Keerqin)和林西达乌里胡枝子[L.davurica(Laxm.).Schindl.cv. Linxi]是国家审定品种外，其余均为野生收集资源，其来源见表1。2016年3月16日用种子育苗，5月10日进行移栽，每份材料种植面积6 m2(3 m×2 m)，株行距均为50 cm，3次重复，当年进行各项指标测定。

表1 材料来源

续表3 Continued table 3

1.3 观测方法

在材料盛花期，观察有无闭锁花，花序类型、花冠颜色、花萼数，然后随机选择30个花序测量其长和宽、选花序中部花朵测量花冠、花萼和萼筒长度，计算裂片长(裂片长=花萼长-萼筒长)。同时对植株中部的叶器官进行观测，20次重复，包括总叶柄长度、顶生小叶长和宽、侧小叶长和宽，测定标准参考《牧草种质资源描述规范和数据标准》[12]。

1.4 数据分析

采用DPS17.10软件对所测数据进行统计分析，对不同材料花和叶器官表型性状指标进行聚类分析和主成分分析，用EXCEL 2017制表。

2 结果与分析

2.1 17份胡枝子属植物种质资源花特征观测

在《中国植物志》中，胡枝子属植物首先根据闭锁花的有无区分为胡枝子组和大胡枝子组，后再根据花叶特征进行检索[10]。17份材料于盛花期观测结果见表2和3， H1、H16和H18和H3无闭锁花，其余材料均有。闭锁花的位置，H8多见于植株上部叶腋，其余则自上而下均可见。17份材料中H1和H3为圆锥花序，其余材料均为总状花序。根据花序和叶两者长度的比较(表4)，所有材料分为三大类：H1、H3、H8、H11、H16和H18为第一类，花序长度9.0～19.2 cm，明显比叶长；第二类为H14、H20、H21和H26，花序较叶短，且均为1～4朵花腋生；第三类为H2、H6、H12、H22、H25、H27和H40，花序较叶稍长或与叶近等长。第一类中，H1和H3花序在植株的二级分枝上多表现为总状花序、腋生，但在顶部组合成圆锥花序，其中前者花序较后者相对紧凑且平均长度最高，达13.5 cm；H8花序多着生在植株顶部或茎上部叶腋，花梗粗壮，小花密集，个别花序相对较长，达16.5 cm；H11花梗则明显较其它材料纤细，一般仅有2～3对小花稀疏顶生。在第二类的4份材料中，花序几无花梗，通过对H26测定发现，其花序长和宽平均为1.0和0.4 cm。在第三类材料中，花序长多处于2.4～3.6 cm，宽1.0～1.5 cm，且多出现基部枝条、腋生花序明显短于叶，而上部花序与叶稍短或近等长并多个小花聚集成头状。

表2 胡枝子属资源花序特征

17份材料花冠颜色各有差异，但主要为紫红色、白色带紫和黄白色。花萼数除H16特殊外(有的植株萼片是4个，有的植株因上裂片分为2浅裂而表现为5个)，其余材料基本可分为两大类，一类花萼数为4，一类为5。从各材料花冠大小来看，可分为两大类，一类为大花型，如H1、H3、H8、H16和H18，花冠长最小1.0 cm，最大达1.6 cm；而另一类型花冠相对较小，平均在0.6～0.8 cm之间。根据裂片长度和花萼长度的比值可判断裂片的程度，材料H11、H14和H26裂片长约占或不及花萼的1/3，属浅裂；而大多材料如H1、H2、H3、H6、H12、H16、H18、H20、H22、H25、H27和H40均达到或超过1/2，属深裂；材料H8、H21和H27的比值介于前二者之间，可认为中裂。在植物分类中，花萼长与花冠长的比值也是一个重要指标，胡枝子属17份材料分析结果发现，材料H1、H2、H3、H18、H20和H26花萼长不及花冠1/2，而其余材料均超过花冠长的一半。

2.2 17份胡枝子属植物种质资源叶器官特征观测

胡枝子属植物均为羽状三出复叶，但其叶柄长度、叶大小在不同材料间差异较大(表4)，对所有材料进行分析可将其分为5种类型。第一种是材料H1，该资源总叶柄长7.0～10.0 cm，顶生小叶和两侧小叶长平均为6.0和5.1 cm，其小叶宽平均为3.2和2.6 cm，所有测定指标值远远超过其他材料。第二类为材料H3、H16和H18，各指标值相对比较接近，叶柄较H1短，但较其它材料长，平均值分别为2.6、1.9和2.3 cm，顶生小叶和两侧小叶的长宽也相对较大。材料H8和H11也属叶柄较长型，前者叶大，顶生小叶长3.8～5.3 cm，两侧小叶平均3.9 cm，后者叶稍小。第四类几无叶柄型，长度在0.1～0.3 cm，叶较小，其中材料H2、H6、H12、H22、H25、H27和H40顶生小叶长1.5～2.3 cm，宽多为0.8和0.9 cm，两侧小叶长1.4～1.8 cm，宽0.6～0.8 cm；而另3份材料(H14、H20和H21)叶相比更小，顶生小叶长0.8～1.1 cm，两侧小叶0.7～0.8 cm，宽均值仅为0.2 cm。材料H26尽管叶柄较短，顶生小叶和侧小叶的宽更接近材料H14、H20和H21，但因其侧叶长/宽达7.14，而自成一类。

2.3 17份胡枝子属植物种质资源的聚类分析

基于花、叶器官的16个表型性状数据对17份胡枝子属种质资源进行聚类分析，经欧氏距离类平均法(UPGMA)在遗传距离4.5处分为4类(图1)。第Ⅰ类包含1份材料，即来自神农架地区的H1美丽胡枝子[L.formosa(Vog.) Koehne]，该材料最大的特点是花序长和宽、叶柄长度均显著大于其它16份材料。第Ⅱ类包括H3、H8 、H16和 H18，主要特点是无闭锁花、花序相对较长、无限花序，开花顺序由下向上，其中四份材料的距离远近更多是由花序特性来决定。第Ⅲ类H14、H20、H21和H26，共同特点是花序几无梗、花1～4个腋生；叶小、细长。根据遗传距离和表型鉴定，H14和H21均为截叶铁扫帚[L.cuneata(Dum.Cour.)]；H20和H26收集入库名都叫尖叶胡枝子[L.juncea(Linn.f.) Pers.]，但经形态鉴定发现，H20顶生小叶和侧小叶的长宽比分别为5.58和3.75，远不及H26(为7.64和7.14)，且其叶尖为截形，应为截叶铁扫帚。第Ⅳ类共有8份材料，种类尽管较多但从外观看均属总状花序、花序长度和叶大小中等，其中遗传距离相等的H40和H25入库名分别为胡枝子(L.bicolorTurcz.)和牛枝子(L.potaniniiVass.)，但经鉴定更接近达乌里胡枝子[L.davurica(Laxm.).Schindl.]；另一组H22和H12资源名为达乌里胡枝子和兴安胡枝子，而在《中国植物志》中只是同种植物的不同叫法，拉丁名均为L.davurica(Laxm.).Schindl.；H27虽然也是达乌里胡枝子，但作为栽培驯化品种在形态特征上与野生种有较大差异，这可能是其遗传距离与其他达乌里胡枝子不在一起的原因。另外2份材料H2和H11在该组内与其他材料距离较远，但共同之处是花序较长、有闭锁花。

图1 胡枝子属资源聚类分析Fig.1 The dendrogram analysis of Lespedeza resources

3 讨 论

1753年，林奈按照被子植物雄蕊数量多少进行系统分类，从此人类开始了对被子植物自然分类工作。形态学特征作为分类的主要标准和依据，自始至终都扮演者不可代替的作用。最为典型的就是生殖器官，尤其是花，属被子植物各器官在植物长期系统发育中最保守、受环境饰变最小的一个，因此，常常作为鉴别植物种类最重要的依据之一[13]。我国较早的一部分类检索书——《中国主要禾本植物属种检索表》就是利用穗状花序和总状花序的类型从禾亚科中分出小麦族和虎尾草族植物[14]。卢欣石[15]提出苜蓿属的花序、花色和弹花机制等10个形态学指标具有分类意义，王靖茹等[16]认为花被片脉序可用来鉴定蓼科下的属或种，王小国[17]研究发现两性花或单性花、萼片性状、花瓣大小等可作为茶藨子属植物种间分类的主要依据；李纪红[18]则将小叶长宽比和旗瓣与龙骨瓣的长度比较作为检索区分美丽胡枝子和宽叶胡枝子(L.maximowicziiR.C.Schneid.)的两个主要稳定性状，将花序与复叶的长度比较列为检索区分兴安胡枝子和黄河胡枝子[L.daurica(Laxm.) Schindl.subsp.huangheensisC.J.Chen]的稳定性状之一。本研究中，胡枝子属植物花器官同样在鉴定分类中起着重要的作用，首先根据闭锁花的有无将17份材料分为两大类，其中材料H1、H16、H18和H3属大胡枝子组，其余材料属胡枝子组。在胡枝子组中，山豆花[L.tomentosa(Thunb.) Sieb]全株被黄褐色绒毛，总花梗粗壮且长；细梗胡枝子[L.virgata(Thunb.) DC.]总花梗纤细，花黄白色；多花胡枝子(L.floribundaBunge.)总花梗稍粗、花紫色且多，三者相对最易鉴别。而来自国家长期库的H40号材料，原名胡枝子，但观察有闭锁花存在，且植株铺地生长与胡枝子形态相差甚远。再根据花序和叶的长短、花色、裂片深度、花萼占花冠比例等性状得出17份胡枝子属种质资源大部分种名正确，但少数需更正，如来自黑龙江大庆的H6号材料，采集人定名为绒毛胡枝子(也叫山豆花)，但经分析鉴定应为达乌里胡枝子；H40也非胡枝子而是达乌里胡枝子。

叶作为营养器官中另一个常用于植物种类鉴定的指标，其形态特征叶形(包括叶片的长宽比、最宽处位置)、叶尖、叶基、叶缘、叶裂等都是分类的重要依据[19]。赵一之根据叶轴的宿存和脱落与否，首次将锦鸡儿属植物分为3个亚属[20]；而叶背茸毛、叶形大小、锯齿形状、叶片颜色、叶柄长度等特征常作为枇杷属植物种质鉴定和分类的重要依据[21]；单幼霞等发现落黄叶颜色的遗传多样性可作为枇杷属植物形态学特征描述的补充[22]。本研究中，叶柄长度、叶片形状和大小对种间区分同样有着重要作用，如美丽胡枝子和胡枝子，两者花序均较叶柄长，但前者叶先端急尖，后者常凹；对截叶铁扫帚和尖叶胡枝子来说，两者长宽比数值均不足10倍，但叶尖差异较大，前者常为截形，后者则稍尖。

形态学分类法虽然简便易行，但或多或少会带有一定的主观色彩。随着多学科的交互应用，数量分类法因同时综合考虑多个来源不同性状指标，作为经典分类的有效辅助越来越受到植物鉴定学家的关注，已在园林植物品种分类[23]、科属下种间分类[24]、系统学[25]等研究中广泛应用。Small[26]对紫花苜蓿(MedicagosativaL.)旗瓣、龙骨瓣、翼瓣、花丝形态、柱头大小等12个性状采用数量分类法，将75个有关株丛聚类分析和主成分分析，最后得出胡卢巴属一年生种和苜蓿属聚于同一类。杨珊等[27]对四川鼠尾草属31个分类群的株高、叶片长、花序长、花萼长、叶片类型、花冠颜色等18个性状进行研究得出R型聚类结果可作为分类标准，Q型聚类将31个物种分为4大类与传统分类学结果基本相符。本研究中花叶器官16个性状指标采用数量分类对于胡枝子属17份材料进行初步分类鉴定是可行的。如对于H12兴安胡枝子和H22达乌里胡枝子，利用形态学分类发现前者植株下部花序较叶稍长，但上部较叶短；而H22下部花序与叶等长，上部却明显较叶长，两者都表现为茎平卧或斜升而非直立，这与《中国植物志》中达乌里胡枝子检索标准稍有差异，而通过数量分类法发现两者遗传距离一致。聚类结果的第三类4份材料，H14、H20和H21均为截叶铁扫帚，H26尽管不同种但也聚在一起，综合分析认为这与夏亦荠等人研究发现这两个种有着相同的核型2n=20=12m+6sm+2T有关[28]。在本研究中，花序与叶柄长度、叶型和大小在胡枝子属鉴定中起着重要的作用，这与形态学分类检索标准相一致，但形态指标还缺乏对种子、株型、分枝等方面的观测，且数量性状在一定程度上会受到环境条件的影响。为此，今后还需结合植物解剖、核型分析、分子标记等方面技术来完善物种的分类鉴定。

4 结 论

在胡枝子属种质资源中，数量分类法可作为形态学鉴定的补充，其中花器官特征较叶器官更为突出。17份材料经聚类分析可划分为4类，第一类为花序叶柄超长的H1；第二类花序相对较大并无闭锁花；第三类花序无梗、叶小且细长；第四类8份材料，种类较多，但花序较短且均具有闭锁花。