毛茛科雄蕊結構的分類學價值

程薪宇，劉玫＊，郭夢橋

（1.哈爾濱師范大學生命科學與技術學院，黑龍江省分子細胞遺傳與遺傳育種重點實驗室，黑龍江 哈爾濱150025；2.黑龍江省科學院大慶分院，黑龍江 大慶163319）

毛茛科（Ranunculaceae）為真雙子葉植物根部群［1］，全世界約60屬，2500種，主要分布于溫帶和寒溫帶［2－4］，中國有38屬，921種［3］。經典分類學研究多以植物外形特征為參考依據［5－7］，而毛茛科亦是如此［8－11］，如 Hutchinson［12］根據果實特征將毛茛科分為金蓮花亞科（Helleboroideae）（具蓇葖果）和毛茛亞科（Ranunculoideae）（具瘦果）。但這一科后被分為4個亞科，芍藥亞科（Paeonioideae）（雄蕊離心發育，有花盤，蓇葖果），金蓮花亞科（雄蕊向心發育，無花盤，蓇葖，漿果或蒴果），唐松草亞科（Thalictroideae）（雄蕊向心發育，無花盤，蓇葖或蒴果），及毛茛亞科（雄蕊向心發育，無花盤，瘦果，稀漿果）［8－9］。Takhtajan［10］認為芍藥亞科的一些特征（如雄蕊的發育方式及花的特征）與其他亞科區別較大，將其從毛茛科分出，另立為芍藥科（Paeoniaceae）。

Decraene和Smets［13］與Endress［14］曾指出毛茛科植物雄蕊的特征具有較高的系統學價值。一些研究顯示毛茛科不同類群雄蕊的排列方式不同，如驢蹄草屬（Caltha）、黃連屬（Coptis）及金蓮花屬（Trollius）的雄蕊螺旋狀排列［15－16］，耬斗菜屬（Aquilegia）等屬的雄蕊輪狀排列［17－18］。此外雄蕊的發育方式也有區別，如驢蹄草屬，金蓮花屬，側金盞屬（Adonis）及黃三七屬（Souliea）雄蕊向心發育［15，19－20］，耬斗菜屬雄蕊離心發育［17，21］。Wang［22］注意到花絲的特征，指出鐵線蓮屬（Clematis）對枝鐵線蓮組（sect.Brachiatae）的雄蕊花絲均為狹條形，被柔毛，花藥通常長圓形或狹長圓形，無毛，藥隔頂端通常不突出。然而，現有關于毛茛科雄蕊的研究，也僅限于對科內少數幾個屬雄蕊早期發育形態的觀察［15－21］及成熟雄蕊外形的簡要描述［11，22］，未見有關花藥及花絲結構的詳細報道。因此，本文深入研究了毛茛科部分類群幼嫩及成熟雄蕊的外部形態及其內部結構，旨在揭示雄蕊外形及顯微結構在毛茛科分類學研究中的價值，并為進一步研究毛茛科系統學提供形態學資料。

1 材料與方法

1.1 材料

研究材料為國產毛茛科18屬，37種，5變種的幼嫩及成熟雄蕊。憑證標本存于哈爾濱師范大學植物標本館（HANU）。材料名稱，憑證標本及物種采集地信息見表1。

1.2 方法

雄蕊形態及其毛狀體的觀察：用Olympus SZX16觀察20朵成熟花中雄蕊的形態，并測量其花藥及花絲長度。將新鮮完整的雄蕊及撕去表皮的花絲分別置于載玻片上，各滴1～2滴50%甘油水溶液，蓋上蓋玻片。分別用Olympus SZX16及Olympus BX53觀察雄蕊表面毛狀體及花絲內薄壁組織的特征，所有觀察結果用Olympus DP26成像系統照相。

雄蕊解剖結構觀察：采取GMA（Glycol methacrylate，乙二醇甲基丙烯酸酯）半薄切片法觀察毛茛科雄蕊內部結構，即根據Feder和 O’Brien［23］的方法將幼嫩及成熟的花用FAA（Formalin－acetic acid－alcohol mixture，福爾馬林－醋酸－酒精混合液）固定24h以上，從不同的花上取幼嫩及成熟的雄蕊各3個，經50%乙醇，100%乙醇，100%異丙醇和100%正丁醇脫水處理各2次（每次4h）。隨后，經GMA滲透3次（第1～2次各1d，第3次3d）后，將材料及GMA裝入膠囊，置于60℃溫箱24h進行聚合。用Leica Ultralcut R切片，厚度約1.5μm，同樣用Feder和O’Brien［23］的方法對切片進行染色，切片干燥后用中性樹膠封片。用Olympus BX53觀察及O－lympus DP26照相。

2 結果與分析

本文深入研究了毛茛科一些類群（18屬，37種，及5變種）的幼嫩及成熟雄蕊形態，揭示了不同物種雄蕊的形狀，毛狀體特征，花絲及花藥的結構（圖1，圖2），詳細特征見表2。

2.1 雄蕊外形及毛狀體

毛茛科一朵花中成熟雄蕊的花絲長度差異較大，如朝鮮白頭翁靠近花瓣的花絲為1.0mm，靠近雌蕊的為12.5mm（圖1A），或近等長，如貝加爾唐松草的花絲長3.6～4.7mm（圖1B）。不同屬的花絲形狀不盡相同，如耬斗菜屬的呈絲狀（圖1D），鐵線蓮屬為條形（圖1E，圖2C），唐松草屬部分物種的花絲為棒狀（圖1H，圖2D）。此外，

還有長三角形（即花絲基部條形，頂端絲狀，見于烏頭屬和翠雀屬，圖1F）和短柱狀（如水葫蘆苗，圖1G）花絲。除鐵線蓮屬的花藥長度變化較大外（約1.4～8.0mm，圖1E），其他屬變化較小。但花藥長度在不同屬中變化較大，如堿毛茛屬水葫蘆苗花藥長約0.8mm（圖1G），而金蓮花屬長瓣金蓮花長達4.5mm?；ㄋ巶让嬗^為∞形（僅見于烏頭屬，圖1C）、橢圓形（如貝加爾唐松草及耬斗菜，圖1H）、近圓形（如黑水銀蓮花及水葫蘆苗，圖1G）、條形（多見于鐵線蓮屬和金蓮花屬，圖1E）。多數物種雄蕊表面無毛（如水葫蘆苗，尖萼耬斗菜），少數物種具單細胞毛狀體，毛狀體分為非腺毛（如齒葉鐵線蓮及翠雀，圖1J），或乳頭狀腺毛（如寬苞翠雀花及翠雀，圖1I）。毛狀體著生于花藥（如寬苞翠雀花），花絲（如齒葉鐵線蓮）或整個雄蕊上（如翠雀）。

表1 毛茛科物種及其憑證標本，采集地和采集時間Table 1 Taxa of Ranunculaceae，together with voucher specimen details and locality

續表1 Continued

2.2 花絲及花藥結構

花絲結構：絲狀，棒狀及短柱狀花絲橫切面為圓形或近圓形（如三角葉驢蹄草，圖2B，貝加爾唐松草，圖2D）；條形花絲較扁（如鐵線蓮屬，圖2C）；長三角形（如烏頭屬，圖1C）花絲基部較扁，頂端圓形或近圓形?；ńz表皮細胞近方形（如寬葉蔓烏頭，圖2A）或圓形（如三角葉驢蹄草，圖2B），外切向壁明顯增厚（如寬葉蔓烏頭，圖2A）或輕微增厚（如三角葉驢蹄草，圖2B）。表皮以內為多層薄壁細胞，長三角形花絲的薄壁組織無胞間隙，或胞間隙不發達（如寬葉蔓烏頭，圖2A）；絲狀、條狀及短柱狀花絲胞間隙不發達（如轉子蓮，圖2C）或發達（如三角葉驢蹄草，圖2B）；棒狀花絲胞間隙極發達（如唐松草屬部分物種，圖2D），且細胞排列成海綿狀（如狹裂瓣蕊唐松草，圖1K）?；ńz中央具1條外韌維管束，木質部僅由少數導管組成（圖2B）。

幼嫩花藥結構：幼嫩花藥具2對花粉囊，每對花粉囊由數層薄壁細胞組成的隔分開（圖2E1～J）?；ㄋ帣M切面形狀分為6種。（1，2）V形和Λ形：4個花粉囊大小相同，藥隔一側凹陷。V形的花粉囊朝向近軸面（即維管束木質部一側）（僅烏頭屬，圖2E1），Λ形花粉囊朝向遠軸面（即維管束韌皮部一側）（僅毛茛屬，圖2I1）。（3）∞形：藥隔處凹陷（見于耬斗菜屬和白頭翁屬等屬，圖2F1）。（4）橢圓形：藥隔處無凹陷（如銀蓮花屬和鐵線蓮屬部分物種，圖2G）。（5）方形：藥隔及2花粉囊交界處凹陷（如堿毛茛屬和唐松草屬，圖2J）。上述5種類型花藥的花粉囊體積相近。（6）蝶形：花粉囊大小不同，2個小花粉囊朝向近軸面，2個大的靠近遠軸面（如扁果草屬，圖2H）。藥隔兩側的2花粉囊由數層薄壁細胞隔開（圖2E1～J），這些細胞在V和Λ形花藥中與花藥的橫切面形態相似（如烏頭屬及毛茛屬，圖2E1，I1），在∞形、橢圓形、方形花藥橫切面中呈直線形排列（如辣蓼鐵線蓮，圖2G），在蝶形花藥中排列成V形或直線形（如東北扁果草，圖2H）。藥隔均具1條維管束，維管束結構同花絲（圖2E1，F1）。

圖1 毛茛科雄蕊外形Fig.1 The stamen shape of Ranunculaceae

圖2 毛茛科雄蕊結構Fig.2 The stamen structures of Ranunculaceae

表2 毛茛科雄蕊的形態及結構Table 2 The morphology and structure of Ranunculaceae stamens

續表2 Continued

成熟花藥結構：成熟的花藥壁中層及絨氈層幾乎完全消失，僅具一層表皮細胞及一層木化細胞構成的藥室內壁（圖2L～M），木化細胞的外切向壁不木化（見于毛茛科多數屬，圖2L），或木化（僅見于烏頭屬和翠雀屬，圖2K）。每對花粉囊間的薄壁細胞隨著雄蕊的成熟解體并消失，成為2室花藥（圖2E2，F2，I2，K）。成熟花藥與幼嫩花藥的橫切面形態相似，如烏頭屬，毛茛屬和翠雀屬（圖2E1，E2，2I1，I2，2K），或變化較大，如驢蹄草屬和耬斗菜屬幼嫩花藥為∞形，成熟花藥為橢圓形（圖2F1，F2）。藥隔附近表皮細胞通常與其內側的細胞連接緊密（如耬斗菜屬，圖2F1，F2），但烏頭屬、銀蓮花屬、側金盞屬和菟葵屬二者分離（圖2E1～E2）。藥隔通常由薄壁細胞組成（如尖萼耬斗菜，圖2F2），但翠雀屬的藥隔細胞木化（圖2K）。

3 討論

Decraene和Smets［13］指出雄蕊特征具有重要的系統學價值，且其外部形態特征可作為毛茛科部分類群組或亞組的劃分依據。如Wang［24］曾依據成熟雄蕊表面是否被毛等特征將鐵線蓮屬的菝葜葉鐵線蓮組（sect.Naraveliopsis）分為菝葜葉鐵線蓮亞組（subsect.Smilacifoliae）（雄蕊無毛），荔波鐵線蓮亞組（subsect.Liboenses）（雄蕊具毛）和Macgregorianae亞組（雄蕊無毛）。本研究顯示，毛茛科物種花藥的結構較為穩定，可作為種特征。而且幼嫩花藥結構常比成熟花藥結構具有更高的分類學價值，如位于不同屬的側金盞花和翠雀的成熟花藥橫切面雖均為∞形，但前者幼嫩花藥為蝶形。這種變化是由花藥發育過程中，花粉囊間的薄壁細胞逐漸變形，破裂并最終消失，以及藥隔形態變化所致。

花藥形態及結構可作為毛茛科多數屬的分類特征，如烏頭屬花絲均為長三角形，花藥側面觀∞形，幼嫩及成熟花藥橫切面V形；銀蓮花屬花絲均為絲狀，花藥側面觀近圓形或橢圓形，幼嫩及成熟花藥橫切面橢圓形。但鐵線蓮屬雄蕊的結構僅可作為亞組劃分的依據，如 Wang［25］，王文采和李良千［26］將短尾鐵線蓮及棉團鐵線蓮分別位于威靈仙組（sect.Clematis）的歐洲鐵線蓮亞組（subsect.Clematis）和棉團鐵線蓮亞組（subsect.Angustifoliae），二者花絲均為條形，但前者幼嫩花藥橫切面蝶形，花粉囊間薄壁細胞V形排列，成熟花藥橫切面∞形，后者幼嫩及成熟花藥橫切面為橢圓形，花粉囊間薄壁細胞排成直線形?；ㄋ幗Y構支持 Wang［25］，王文采和李良千［26］分類觀點。

雄蕊特征不僅可作為屬的鑒別依據，還可為系統學研究提供新的形態學證據。如水毛茛屬、堿毛茛屬和毛茛屬的親緣關系一直存在較大爭議［2，27－30］。Benson［27］曾將前兩個屬作為毛茛屬的亞屬。另外一些學者也認為水毛茛屬應作為毛茛屬亞屬［2，28－30］。但 Wang等［3］，Takhtajan［4］依據果實及花的特征認為應保留水毛茛屬、堿毛茛屬和毛茛屬的分類地位。本研究顯示這3屬的花絲雖均為短柱狀，成熟花藥橫切面為∞形（水毛茛屬及堿毛茛屬）或Λ形（毛茛屬），但幼嫩花藥切面完全不同，水毛茛屬為蝶形，堿毛茛屬為方形，而毛茛屬則為Λ形，支持Wang等［3］和 Takhtajan［4］的觀點。唐松草屬唐松草組（sect.Tripterium）所有物種及叉枝唐松草組（sect.Leptostigma）部分物種的花絲呈棒狀［8］，基本組織呈海綿狀，其內薄壁組織的細胞排列多呈分支狀，細胞間隙極大。這些特征不存在于其他物種。白新祥［31］認為基本組織細胞間具較大間隙使入射光線在花瓣內多次折射，令花瓣呈現白色。推測這也許是唐松草屬部分物種棒狀花絲呈現白色的原因。

本文首次揭示了毛茛科雄蕊的形態特征，幼嫩及成熟花藥結構的變化，表明了雄蕊結構特別是幼嫩花藥的特征可以作為屬的分類依據，完善了毛茛科花的形態學研究，為進一步研究毛茛科分類及系統學提供了新的形態學基礎。

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