25种广义花楸属（Sorbus）植物叶脉序特征研究

王博强，王宇坤，沈 坤，姜 悦，王 磊，杨文权

（西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100）

花楸属（Sorbus）隶属于蔷薇科（Rosaceae）苹果亚科（Maloideae），全世界约100余种，主要分布在亚洲的温带地区以及欧洲和北美洲［1］。我国是花楸属植物分布和分化中心，约有67种，自东北至西南均有分布。花楸属植物果实富含黄酮、茶多酚、花青素、维生素等有益成分，有助于清除自由基，有很好的抗氧化作用［2］，部分花楸属植物树皮、茎可以治疗咳嗽、哮喘［3］，叶含有多糖，具有良好的抑菌作用［4-5］。同时，花楸属植物初夏花型优美，气味清香，而入秋后叶色灿烂，冬季果色鲜艳，因此是良好的园林绿化树种，具有很高的药用和观赏价值，应用前景十分广阔［6］。

自1753年Linnaeus建立花楸属以来，花楸属植物的分类一直备受争议。Linnaeus最早认为花楸属仅含2种，且都为复叶型。1882年Lindley将花楸属归于梨属（Pyrus），包含单叶类群和复叶类群［7］。一些研究者如Roemer、Decaisne、Koehne和Robertson都认为花楸属仅指复叶类群［8］。Phipps等在属下分了6个亚属，即Subg.Aria、Subg.Chamaemespilus、Subg.Cormus、Subg.Micromeles、Subg.Sorbus、Subg.Torminaria［9］。《中国植物志》将花楸属分为冠萼组、落萼组和复叶组3个组［10］。目前，虽然不同的学者从果实形态、叶的形态、花粉类型及分子生物学等方面对花楸属植物的分类进行了多方面的研究［11］，但由于标本数量的限制，以及花楸属植物高度的变异性，且存在大量杂交的多倍体现象，因此，该属植物的分类还存在很多问题没有解决。

叶脉是植物叶片中的维管束组织成分，在叶片中彼此连通，形成一个有规律的网状结构［12］。叶脉序特征一方面反映了植物自身的遗传特征，另一方面也体现了植物的系统演化规律，具有属间和种间的特异性，因此在植物分类及形态鉴定上具有重要的意义，现已被广泛应用于植物分类学研究领域，成功解决了许多分类学难题［13-16］。熊中人通过对叶形态及叶脉序的研究，对花楸属的复叶组进行了研究讨论，发现了粗二级脉数、粗二级脉间距和叶脉密度等数量性状在种间差异显著，可以作为种间分类的依据［17］，但目前还没有对广义花楸属植物叶脉序特征及分类意义进行的系统研究。为此，本试验拟对广义花楸属植物的叶脉序特征进行研究，花楸属植物的属下分类提供更多的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

25种花楸属植物材料均取自于西北农林科技大学植物标本馆的（WUK）腊叶标本（表1）。

表1 试验材料及凭证标本Tab.1 Materials and voucher specimens

1.2 试验方法

1.2.1 叶脉标本制作

参考Beth Ellis等的方法制作透明叶标本［18］。将腊叶标本的叶片放入2%的NaOH溶液中浸制，待叶片颜色泛白或接近透明时取出，透明过程一般需要2～7 d，每隔天更换一次NaOH溶液。之后用NaC⁃lO清洗（一般5～30 s），最后用水清洗。通过苯胺番红溶液进行染色（30～60 s），染色后，将叶片依次放入50%、95%以及100%的乙醇中脱水，随后在二甲苯溶液中冲洗叶片，最终保存在二甲苯溶液中。保存时间为一周左右，一周后各标本开始不同程度的褪色直至最后完全透明。

1.2.2 叶脉形态观察

将叶片置于盛有二甲苯的培养皿中，将培养皿放在显微镜载物台上，用光学显微镜（Leica DM 5000 B，德国）观察、拍照。由于不同种类花楸属叶片质地不同，着色能力不同。因此，在相同的透明时间内各标本的颜色深浅不同，但并不影响叶脉的观察结果。由于二甲苯为具有挥发性的有毒有机物，制作标本和拍照观察过程中需佩戴口罩与护目镜，在通风橱中或在通风良好的环境中进行操作，避免对人体造成危害。

1.2.3 描述术语

叶脉序特征描述参考Ellis等的叶脉结构特征术语体系，选取其中9个性状用于花楸属植物的叶脉序特征描述，并对各性状进行赋值（表2）。

表2 叶脉性状描述及赋值Tab.2 Description and assignment of vein characters

1.2.4 数据处理

利用Excel2013对叶脉序特征赋值进行统计，利用SPSS26中的系统聚类法对25种花楸属植物叶脉序特征进行聚类分析，并采用组间联接法绘制聚类图。

2 结果与分析

2.1 25种花楸植物的叶脉序特征

花楸属植物叶脉序特征有一定共性，但存在差异。一级脉均为羽状脉，二级脉分为达缘脉与半达缘脉，二级脉间三级脉、四级脉、脉间区和游离端小脉具有多样性（图1）。

2.1.1 二级脉、细二级脉和间二级脉特征

从图1和表3可以看出，试验所选取的25种广义花楸属植物的二级脉为达缘脉或半达缘脉。其中，单叶类群的二级脉全部为达缘脉，复叶类群的二级脉为半达缘脉。二级脉间距有规则、不规则和向基部渐减3种类型，除江南花楸和少齿花楸为不规则型，泡吹叶花楸为向基部渐减型外，其余22种全部为规则型。

图1 较高级脉序Fig.1 Higher-order veins

所有复叶类群花楸都不存在细二级脉，单叶类群中除泡吹叶花楸外，其余都有细二级脉，且细二级脉均为达缘脉。单叶类群花楸没有间二级脉，复叶类群中除少齿花楸没有间二级脉外，其余都有间二级脉，但间二级脉数量有较大差异，其中，北京花楸、川滇花楸、钝齿花楸、巨叶花楸、晚绣花楸、多对花楸、西康花楸、四川花楸的每个二级脉区间通常有一条间二级脉，陕甘花楸、太白花楸、铺地花楸、花楸树的间二级脉在每个二级脉区间大于一条，黄山花楸、天山花楸则是少于一条。其中，钝齿花楸、黄山花楸、华西花楸、多对花楸和花楸树的间二级脉短于下端相邻二级脉的一半，其余复叶花楸的间二级脉均长于下端相邻二级脉的一半。

2.1.2 二级脉间三级脉和四级脉特征

二级脉间三级脉在种间差异较大，包括了对生贯穿、互生贯穿、混合贯穿和网状四种形式。其中，毛序花楸、晚绣花楸、黄脉花楸、灰叶花楸为对生贯穿，川滇花楸为互生贯穿，江南花楸、泡吹叶花楸、石灰花楸、水榆花楸、北京花楸、钝齿花楸、黄山花楸、太白花楸、天山花楸、华西花楸、鼠李叶花楸、少齿花楸、多对花楸、铺地花楸、西康花楸、花楸树为混合贯穿，美脉花楸、巨叶花楸、陕甘花楸为网状。二级脉间三级脉大部分为对生贯穿和混合贯穿。四级脉分为不规则网状、互生贯穿、对生贯穿、混合贯穿四种形式，大部分花楸为不规则网状形式，其中美脉花楸、泡吹叶花楸、石灰花楸、北京花楸、川滇花楸、巨叶花楸、陕甘花楸、太白花楸、天山花楸、晚绣花楸、少齿花楸、西康花楸、花楸树、黄脉花楸的四级脉为不规则网状形式，而水榆花楸的四级脉为互生贯穿，多对花楸和四川花楸为对生贯穿，江南花楸、毛序花楸、钝齿花楸、黄山花楸、华西花楸、鼠李叶花楸、铺地花楸、灰叶花楸为混合贯穿（表3）。

2.1.3 脉间区发育和游离端小脉

脉间区发育分为差、中、良（图1），只有北京花楸和天山花楸的脉间区发育差，美脉花楸、石灰花楸、鼠李叶花楸、黄脉花楸和灰叶花楸的脉间区发育良，其余花楸的脉间区发育都为中。游离端小脉差异明显，分为不分支、简单分支、二歧分支和不均等分支4种类型。其中，江南花楸、水榆花楸、毛序花楸、川滇花楸、巨叶花楸、黄脉花楸、灰叶花楸的游离端小脉不分支，美脉花楸、泡吹叶花楸、石灰花楸、北京花楸、黄山花楸、陕甘花楸、晚绣花楸、鼠李叶花楸和西康花楸为简单分支，少齿花楸、铺地花楸和四川花楸为二歧分支，钝齿花楸、太白花楸、天山花楸、华西花楸、多对花楸和花楸树是不均等分支（表3）。

表3 25种花楸属植物的叶脉序特征Tab.3 Leaf venation characteristics of Sorbus

2.2 25种花楸属植物叶脉序特征的聚类分析

对25种花楸属植物叶脉序特征的聚类分析结果（图2）表明：在组间距离20处，25种花楸被分为两类，第一类包含毛序花楸、灰叶花楸、鼠李叶花楸、江南花楸、泡吹叶花楸、少齿花楸、美脉花楸、石灰花楸、水榆花楸、黄脉花楸10个种类，第二类包括钝齿花楸、多对花楸、华西花楸、铺地花楸、黄山花楸、四川花楸、太白花楸、花楸树、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨叶花楸、陕甘花楸、川滇花楸、晚绣花楸15个种类。在叶脉序特征方面，第一类花楸的二级脉全部为达缘脉，大部分存在细二级脉，且都没有间二级脉，可以看出第一类花楸的叶片除少齿花楸外全部为单叶；第二类花楸的二级脉全部为半达缘脉，粗二级脉间距全部为规则，均不存在细二级脉，且都有间二级脉，可以看出第二类花楸的叶片全部为复叶。

图2 基于叶脉序特征的25种花楸属植物的聚类图Fig.2 Cluster diagramof 25 speciesin Sorbus based on characteristics of leaf vein sequence

在组间距离15处，第一类花楸被分为两个亚类，第一亚类包括毛序花楸、灰叶花楸、江南花楸、鼠李叶花楸4种，第二亚类包括泡吹叶花楸、少齿花楸、美脉花楸、石灰花楸、水榆花楸和黄脉花楸6种，结合叶脉序特征分析，第一亚类花楸的四级脉全部为混合贯穿，而第二亚类的四级脉总体是不规则网状。第二类也被分为两个亚类，第一亚类包括钝齿花楸、多对花楸、华西花楸、铺地花楸、黄山花楸和四川花楸6种，第二亚类包括太白花楸、花楸树、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨叶花楸、陕甘花楸、川滇花楸和晚绣花楸9种，结合叶脉序特征可以看出这两个亚类最主要的差异在四级脉，第一亚类的四级脉为对生贯穿和混合贯穿两种，而第二亚类的四级脉全部为不规则网状。

3 结论与讨论

广义花楸属植物叶型多种多样，叶边有全缘、锯齿到深裂，花序呈复伞房状，心皮数目为2～5，部分或全部与花托联合，子房半下位到下位，果实形状多种，顶端萼片宿存或脱落，2～5室，每室1～2种子，这个属高度变异的性状反映了它在分类上的不确定性［19］。王国勋在分子水平将广义花楸属分类进行了讨论，认为花楸属为单系类群，但没有进行属下的分类探讨［20］。郑冬梅在形态学水平上分析花楸属植物的分类，认为花楸属仅包含复叶类群，属下仅含花楸亚属（Subg.Sorbus）1个［21］。杨利欢选取部分花楸通过花粉形态特征研究及聚类分析将其划分为5类，第1类包括西伯利亚花楸（S.aucu⁃pariasubsp.sibirica）、欧洲花楸（S.aucuparia）、朝鲜花楸（S.commixta）和花楸树，第2类包括北京花楸和太白花楸，第3类包括石灰花楸、大果花楸（S.megalocarpa）、秦岭花楸（S.tsinlingensis）和水榆花楸，第4类包括湖北花楸（S.hupehensis）和华西花楸，第5类仅陕甘花楸［22］。彭海英通过核型研究将其选取的11种花楸分为两类，第1类包括水榆花楸、裂叶水榆花楸（S.alnifoliavar.lobulata）、褐毛花楸（S.ochracea）、棱果花楸（S.alnifoliavar.angulata）、黄脉花楸和江南花楸，第2类包括多对花楸、梯叶花楸（S.scalaris）、小叶花楸（S.microphylla）、黄山花楸和少叶花楸（S.hupehensisvar.paucijuga）［23］。我们对25种花楸叶脉序特征的研究结果表明，它们的叶脉序特征存在共性，如一级脉均为羽状脉，脉间区发育中，因此，为花楸属是一个自然类群提供了叶形态学证据。但花楸属单叶类群和复叶类群的叶脉序特征差异明显，可以通过二级脉是否达缘及是否存在间二级脉可以将25种花楸分为2个类群，即单叶类群和复叶类群，单叶类群花楸的二级脉均为达缘脉，且无间二级脉，复叶类群花楸的二级脉均为半达缘脉，同时存在间二级脉。在两个类群之下，又可以根据四级脉的形态可以分别分成2组，单叶类群下第1组花楸的四级脉均为混合贯穿，第2组花楸的四级脉大部分为不规则网状，复叶类群下第1组花楸的四级脉为对生贯穿和混合贯穿，第2组花楸的四级脉为不规则网状，由此，可将25种广义花楸属植物分为4组。

《中国植物志》将花楸属分为冠萼组（Aria）、落萼组（Micromeles）和复叶组（Sorbus）3组［10］。部分叶脉序特征在Aria、Micromeles和Sorbus组间存在交叉，如冠萼组中的黄脉花楸，落萼组中的美脉花楸、泡吹叶花楸、石灰花楸和复叶组中的少齿花楸均无间二级脉且四级脉均为不规则网状。试验所选取的16种复叶组花楸中，除少齿花楸被分出复叶类群以外，其余15种复叶花楸则根据四级脉分为2组。而冠萼组花楸和落萼组花楸则相互交叉重新聚成2组。二级脉、细二级脉、间二级脉、间二级脉长度在组间差异明显，在属下分类问题上有一定的参考价值。而粗二级脉间距、二级脉间三级脉、四级脉、脉间区发育、游离端小脉等性状在组间有交叉现象。在新的APG分类中，以分子系统学研究为基础，将广义花楸属中冠萼组独立成一属，为单叶花楸属（Aria），同时将花楸属中的落萼组单独成立为脱萼花楸属（Micromeles），而其花楸属仅包括复叶花楸，但均未对属下分类情况进行更深入的讨论［24］。

本试验通过叶脉序特征研究分析，将25种广义花楸属植物分为4组。聚类分析结果表明：毛序花楸、灰叶花楸、江南花楸、鼠李叶花楸4种聚在一起，可分为1组，在《中国植物志》中，除灰叶花楸属冠萼组，其余三种都属于落萼组；泡吹叶花楸、少齿花楸、美脉花楸、石灰花楸、水榆花楸、黄脉花楸6种聚成1组，值得注意的是少齿花楸为复叶组花楸，但在叶脉序特征角度却和单叶花楸分为一组，这可能与其不存在间二级脉有关；钝齿花楸、多对花楸、华西花楸、铺地花楸、黄山花楸和四川花楸6种复叶花楸聚在一起，这6种在《中国植物志》上全部属于复叶组；太白花楸、花楸树、天山花楸、北京花楸、西康花楸、巨叶花楸、陕甘花楸、川滇花楸和晚绣花楸9种聚成1组，它们也全属于复叶组花楸。相较于《中国植物志》，本研究结果将落萼组和冠萼组花楸根据四级脉特征重新分成2组，将复叶组花楸分成2组，最终将花楸属植物分成4组。这说明落萼组花楸与冠萼组花楸在叶脉序特征方面并没有明显的差异，无法根据叶脉序特征将其两组分开。同时也因其粗二级脉间距、间二级脉、二级脉间三级脉、四级脉和游离端小脉等性状存在变异，种间差异较大，依据叶脉序特征的属下分类结果也不同于花粉形态、分子等特征作为依据的分类结果。

花楸属植物的分类仍然存在许多问题，本试验仅从叶脉特征的角度对花楸属植物的属下分类进行了讨论，提出了新的分类观点。叶脉序的相关性状受生境影响较小，其遗传特性稳定，是一个可靠的分类学证据［25］。同时，对于叶脉序特征分类与传统分类上存在的差异，还需要结合分子生物学等其他的佐证进行进一步的研究。