流苏树与美国流苏形态及解剖结构研究

赵丹丹，李 晓，张鸽香*

(南京林业大学 风景园林学院，江苏 南京 210037)

木犀科(Oleaceae)流苏树属(Chionanthus)共有100 多种，大多分布在热带、亚热带地区，仅3个种分布在温带，为Chionanthusretusus、Chionanthusvirginicus、Chionanthuspygmaeu[1]，其中流苏树(C.retusus)和美国流苏(C.virginicus)是该属的2个模式种。

流苏树是我国珍稀树种、二级保护植物，春季、初夏重要观赏花木，盛开时满树白花。流苏树原产中国、日本、韩国等地，在我国北到河北、山东，西到甘肃、四川，南到云南、广东，东到福建、台湾等省份均有分布[1]。目前国内外对流苏树的研究主要集中在繁殖技术[2]、抗性[3]、化学成分及药用价值[4]等方面。近些年也有学者从事流苏树的引种[5]、新品种选育及分类[6]工作。美国流苏，花开初夏，花洁白如雪；秋天树叶变黄，甚是壮观。美国流苏原产美国东南部的热带稀树草原、低地，从新泽西南部到佛罗里达州，向西直到德克萨斯州等地均有分布。国内外对于美国流苏的研究大多集中在种子休眠[7]、繁殖技术[8]、化学提取物及药用价值[9]等方面。此外，有研究者在非洲、印度洋发现流苏树属新物种，可能由流苏树属两个种杂交产生[10]。此外，陈弯等[11]对14个类型流苏树的叶片和叶柄的解剖结构进行了研究，为其种间分类提供重要依据。

本研究观察流苏树和美国流苏自然生长状态下的形态差别，采用扫描电镜对两者的叶片、花粉进行解剖学、孢粉学比较研究，明确两个标准种之间的外部形态鉴别要点，在完善流苏树属系统解剖学研究的基础上，可为不同种之间的分类研究及杂交育种工作提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选择南京林业大学白马教学科研基地长势良好一致的流苏树和美国流苏苗(流苏树为江苏种源；美国流苏为美国进口嫁接苗‘春天的丝绒’)，于2018年4～5月(盛花期)进行叶片、花和花药的采集。

1.2 方法

1.2.1 外部形态特征观测

(1)叶片：分别选择长势基本一致的流苏树和美国流苏植株各3株，在每个植株的4个方位第3层第3叶位(每个枝条由顶部往下数第3片成熟正常的叶片)，取健康成熟叶片共12片(3个重复)。用游标卡尺、天平、网格法分别测量叶片数量指标[12-13]：叶长、叶宽、叶柄长、叶鲜重、叶面积。目测法观察叶片质量性状[12]：是否有毛、毛的着生部位；是否有锯齿、锯齿特征等。

(2)花：流苏树和美国流苏各选5株，每株选9朵花(3个重复)，用游标卡尺测量数量指标：花柄长、花瓣长、花瓣宽、花序长。目测法观察质量性状[13]：花序类型、花冠形态等。

1.2.2 叶片解剖结构观测

随机选取健康植株，在叶片中部靠近中脉两侧约0.3 cm处，切取叶片组织，大小分别为0.5 cm×0.5 cm、0.5 cm×0.1 cm。参照宋鹏等[14]的方法使用环境扫描电镜(FEI Quanta-200)对叶片表皮、切面进行观测拍照。观测指标主要有：

(1)形态解剖特征：表皮毛(Hair H)、角质或蜡质(Cuticle or wax COW)、单个乳突(Papilla P)、气孔器类型(Type of stomatal apparatus TSA)、气孔外拱盖内缘(Inner margin of outer stomatal rim IOSR)、双面气孔或下生气孔(Amphistomatic or hypostomatic AH)；气孔长度、气孔宽度、视野面积，并统计视野内气孔数量、表皮细胞数，计算气孔密度和气孔指数。

(2)数量解剖特征：上表皮厚度、下表皮厚度、角质或蜡质层厚度、细胞层数(Cell layer CL)、栅栏组织厚度(Thickness of palisade tissue TPT)、海绵组织厚度(Thickness of spongy tissue TST)、栅栏组织厚度/海绵组织厚度(TPT/TST)、叶片厚度(Thickness of leaves TL)。

气孔密度=视野内气孔数/视野内的面积

气孔指数=100×视野内气孔个数/

(视野内气孔个数+视野内表皮细胞数)

1.2.3 花粉形态观察

选择开放程度一致、无病虫害的花朵，用10 cm尖头镊子摘下花药，FAA固定液固定、保存备用。花粉电镜片制作参照李京璟等人[15]的方法；用环境扫描电镜(FEI Quanta-200)进行观测、拍照。观测指标主要有：极面观形状、赤道观形状、极轴长(P)、赤道轴长(E)及花粉外壁纹饰特征。

1.3 数据分析

运用Excel 2007和SPSS 24.0进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 外部形态特征分析

流苏树和美国流苏作为木犀科流苏树属的两个标准种，在形态特征上有一定相似性，同时也存在差异性。本研究运用外部形态特征与数量特征相结合的方法，通过实地观察和查阅文献资料[16-17]，总结出了流苏树和美国流苏的形态特征差异表(表1)。

表1 流苏树和美国流苏形态特征差异性比较分析Table 1 Differences in morphological characteristics between C. retusus and C. virgnicus

结合表2可知，流苏树和美国流苏的叶长、叶宽、叶柄长及花瓣长均呈现显著性差异(P≤0.05)，而叶鲜重、叶面积、花柄长、花瓣宽表现出的差异不显著(P≤0.05)，这说明流苏树和美国流苏在形态特征上有一定差异。

表2 流苏树和美国流苏叶片和花(雄花)的形态特征Table 2 The characters of leaves and flowers(male flower) in C. retusus and C. virgnicus

2.2 叶片解剖特征分析

2.2.1 叶片形态解剖特征

观察图1可知，流苏树和美国流苏的叶片表面均具蜡质，且蜡质层和角质层在细胞表面形成蜡质纹饰，呈条状排列，美国流苏叶片表皮具有大量块状覆盖物(图1-a-右)；两者的上、下表皮细胞上都有单个乳突状结构，美国流苏下表皮有具柄腺毛(图1-b-右)。

流苏树和美国流苏的下表皮气孔器类型均为无规则型、单层外拱盖(图1-c)，气孔器特征差异较大(表3和表4)：流苏树的气孔器水平，气孔外拱盖内缘近平滑，紧靠保卫细胞的边缘处由两层角质层或细胞壁物质，气孔呈梭形；美国流苏的气孔器略突出，气孔外拱盖内缘浅波状，紧靠保卫细胞的边缘有大量皱褶状的角质层或蜡质层，气孔呈长圆形。

表3 扫描电镜下流苏树和美国流苏的叶片形态特征(表面观)Table 3 The characters of leaves in C. retusus and C. virgnicus under SEM (Surface view)

图1 流苏树和美国流苏叶片电镜扫描观察结果(表面观)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.气孔器(×5000)；左：流苏树；右：美国流苏。

由表4可知，流苏树和美国流苏的气孔大小和气孔密度之间存在显著性差异(P≤0.05)。流苏树气孔大小为18.37 μm×14.38 μm，气孔密度为237.6个/mm2，气孔指数为0.26；美国流苏气孔大小为24.07 μm×19.10 μm，气孔密度为310.4个/mm2，气孔指数为0.34，两者均为下生气孔单个分布，但美国流苏气孔较大，气孔密度较大，气孔指数较高。

表4 扫描电镜下流苏树和美国流苏气孔器特征(下表皮)Table 4 The characters of stomatal apparatus in C. retusus and C. virgnicus under SEM(Lower epidermis)

2.2.2 叶片数量解剖特征

流苏树和美国流苏的叶片均为背腹型叶，结构包括叶表皮、叶肉、叶脉3部分。由表5可知，流苏树上表皮角质层平均厚度为1.04 μm，美国流苏上表皮角质层平均厚度为1.47 μm，与流苏树相比较厚；两者的叶片厚度差异不大，流苏树叶片厚度为161.95 μm，美国流苏为164.73 μm。

表5 流苏树和美国流苏植物叶片的解剖特征比较(横断面观)Table 5 The comparison of leaf anatomy in C. retusus and C. virgnicus (Thansect view)

由图2可知，流苏树和美国流苏的上、下表皮都是单层细胞结构，两者的栅栏组织均较为发达，流苏树栅栏组织有2层，厚度为63.66 um，美国流苏栅栏组织有3层，厚度为73.82 um。流苏树的栅栏组织厚度与海绵组织厚度之比为TPT/TST=0.76，海绵组织相对美国流苏较厚、较疏松；美国流苏的栅栏组织厚度与海绵组织厚度之比为TPT/TST=1.04，其栅栏组织与海绵组织厚度相差不大，且海绵组织比较密实。

图2 流苏树和美国流苏叶片电镜扫描观察结果(横断面观)Fig.2 Observation result of leaves morphology in C. retusus and C. virgnicus by SEM (Thansect view).注：左：流苏树(×500)；右：美国流苏(×500)。

2.3 花粉电镜扫描分析

2.3.1 花粉的形态和大小

观察花粉群结果显示，流苏树和美国流苏均为单粒花粉(图3-a)、比较小类型(表6)，花粉形状在极轴长、赤道轴长上存在显著性差异(P≤0.05)。由表6可知，流苏树的极轴长为P=9.94 μm，赤道轴长为E=11.22 μm，P/E=0.89，呈圆球形；美国流苏极轴长P=8.46 μm，赤道轴长E=10.61 μm，P/E=0.80，呈近扁球形。根据图3-b可以看出，流苏树与美国流苏花粉粒极面观形状相同，均为三裂圆形；根据图3-c可以看出，流苏树与美国流苏花粉粒赤道观形状分别为圆形和近圆形。

表6 2个流苏树属植物花粉特征值比较

2.3.2 花粉外壁纹饰和萌发器官

花粉的纹饰是指表层物质的凸起、排列构成的花纹图案[18]。由图3-d可知，流苏树和美国流苏花粉均为雕刻网状纹饰，但在网眼、网脊具体特征上有较大差异。流苏树的纹饰网脊较低，网眼较浅、较小，大多呈圆形，外壁整体看上去较平滑；美国流苏的网状纹饰，网脊较宽、较高，网眼较深、较小，形状变化多样，整体看上去网状纹饰明显。

图3 流苏树和美国流苏花粉形态电镜扫描观察结果Fig.3 Observation result of pollen morphology in C. retusus and C. virgnicus by SEM注：a.花粉群体(×1000)；b.极面观(×10000)；c.赤道面观(×10000)；d.花粉外壁纹饰特征(×10000)；左：流苏树 右：美国流苏。

经观察，流苏树和美国流苏均为长萌发孔(即萌发沟)。两者在萌发器官上差异不大，均具有沿极轴方向延伸且呈120°均匀分布的3条萌发沟，在孔沟里不同程度疏密分布着块状物，赤道轴部分布的最多。

3 结论与讨论

3.1 外部形态特征差异

通过对流苏树和美国流苏叶、花的外部形态观察记录，发现便于观察且易分辨2个标准种的特征为：①流苏树幼叶具锐锯齿，成熟叶则有全缘、钝锯齿、叶前段具锯齿3种，美国流苏全缘。②流苏树叶背面无毛，叶脉被毛，美国流苏叶背面整个被毛。③流苏树花序顶生，花瓣长条形，直线状，美国流苏花序腋生，花瓣线形，呈现卷曲。对于叶片的对比分析，与植物志上所记载的特征描述一致。流苏树花的分析结果与多位研究者的结果一致：马红[16]、何艳霞[19]等的研究均表明流苏树花冠白色，裂片条形。本试验中美国流苏的花取自进口嫁接品种苗‘春天的丝绒’，花瓣卷曲程度较高，这与在美国国家植物种质系统网上查询到的美国流苏花瓣仅在前端反卷不一致，推测可能是‘春天的丝绒’品种苗在此基础上进一步培育出的卷曲特征。

3.2 叶片的解剖结构差异

叶片的解剖结构、表型形态及数量特征相结合分析可作为衡量植物抗旱[20]、耐热[21]能力的重要指标，同时也可作为品种数量分类[12]的依据。

本研究发现，在叶片的表层特征上，流苏树和美国流苏的上表皮均无毛，而美国流苏叶片下表皮层具有柄腺毛，虽并不密集，但这有助于减弱蒸腾作用[21]。在叶片的气孔方面，一般来说，气孔小、密度大的植物蒸腾强度较大，水分散失较少[12]，赵铅等[20]在研究芭蕉芋的叶片结构特征时发现气孔密度大的芭蕉芋品种抗旱性更强。流苏树的气孔较小，美国流苏的气孔密度较大，可见两者都有一定的抗旱能力。在叶肉的结构组成上，流苏树栅栏组织有2层，美国流苏栅栏组织有3层，而陈弯[11]等人对河南种源14个类型流苏树叶片的解剖学特征进行研究时发现流苏树栅栏组织为1层，这与本研究的结果存在差异，产生差异的原因需要进一步的研究。发达的栅栏组织有助于提高光合效率、减弱蒸腾作用、提高植物抗旱能力，常被用作评价植物抗旱性的重要指标[20]。流苏树海绵组织发达程度大于美国流苏，海绵组织发达的植物对湿生环境的适应能力较强，抗旱能力较弱[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强。综上可知：美国流苏比流苏树的抗旱能力强。钱雪[22]等人研究的同科植物红丁香叶片也具有极强抗旱性解剖特征，且其抗旱性大于流苏属植物。经过对两者叶片的形态及解剖结构的研究，可在理论上解释流苏树在我国分布较为广泛的现状。欧阳敦君和张鸽香[3]的研究发现流苏树具有一定的耐热能力，而美国流苏抗旱能力更强，可推测美国流苏在我国大部分地区能生长发育，这为美国流苏的引种驯化奠定基础。

3.3 花粉的形态差异

本研究中流苏树和美国流苏均为单粒、花粉比较小，雕刻网状纹饰，且都具有 3 条萌发沟；流苏树花粉为圆球形，外壁纹饰较简单、规则；美国流苏花粉粒为近扁球形，外壁纹饰相对复杂、不规则。本研究关于流苏树花粉形态特征的研究结果与孙京田[23]等人的研究结果基本一致。许炳强[24]提出：球形花粉较原始，长球形花粉较进化。花粉的形状、大小会因外界环境因素及人为处理因素发生一定的改变，而花粉的外壁纹饰具有一定的稳定性，是花粉的主要特征，为植物进化、分类研究提供资料依据[25]。花粉粒外壁纹饰越复杂、越不规则，这表示植物的花粉越进化[26]，植物属于相对进化状态。李晓[27]等人在对美国流苏进行核型分析研究时发现：美国流苏染色体是1B核型，属于较原始植物。由以上推测，流苏树和美国流苏都属于较为原始的植物，但两者之中流苏树更为原始。结合许炳强[24]对同科木犀属植物的研究，还可以推测流苏树属植物比同科木犀属植物原始。