中國五種仙茅科植物葉形態及其分類學意義

田 琴， 段涵寧， 王云強， 李海濤， 李 璐*

( 1. 西南林業大學 生物多樣性保護學院， 昆明 650224； 2. 西南林業大學 林學院， 昆明 650224； 3. 中國醫學科學院藥用植物研究所云南分所云南省南藥可持續利用重點實驗室， 云南 景洪 666100 )

仙茅科(Hypoxidaceae)約有10屬200種，主要分布于南半球，部分見于北半球，在地理分布上形成了非洲南部和印度洋兩個分布中心，被放在天門冬目(Asparagales)，與蘭科(Orchidaceae)具有親緣關系(Kocyan et al., 2011；APG, 2016)。該科為多年生草本植物，具有以下典型分類學特征(錢嘯虎等，1985；Ji & Merrow, 2000；Kocyan et al., 2011)。(1)葉基生，具宿存葉基，有柄或無柄；葉片披針形，具明顯的折扇狀葉脈，毛被為非腺狀型(non-glandular integument)。(2)花單生或總狀花序或穗狀花序，有時花序軸急劇縮短成頭狀或傘房狀；花為輻射對稱，具6枚花被片，排成兩輪，外輪較小，背面綠色，內輪較大，為花瓣狀，呈金黃色；子房下位，子房頂端常具喙。(3)果為蒴果或漿果。

仙茅科在我國約有4屬10種(Liu et al., 2012；王文廣等，2019)，分別是小金梅草屬(Hypoxis)、仙茅屬(Curculigo)、大葉仙茅屬(Molineria)和華仙茅屬(Sinocurculigo)(Liu et al., 2012)。小金梅草屬約有100種，廣布于熱帶地區，我國僅有小金梅草1種(Hypoxisaurea)，為多年生矮小草本，產南方地區。仙茅屬約有20種，廣布于世界熱帶和亞熱帶地區，我國有2種，包括光葉仙茅(Curculigoglabrescens)和仙茅(C.orchioides)，見于華南和西南。大葉仙茅屬約10種，分布于熱帶地區，我國有6種，包括大葉仙茅(Molineriacapitulata)、短莛仙茅(M.breviscapa)、絨葉仙茅(M.crassifolia)、疏花仙茅(M.gracilis)、中華仙茅(M.sinensis)和喜馬拉雅仙茅(M.prainiana)(王文廣等，2019)。華仙茅屬是根據種子不具縱凸紋、柱頭具毛、側膜胎座等形態特征并結合分子證據而成立的單種屬，僅包括臺山華仙茅(Sinocurculigotaishanica) 1種，分布于我國廣東省臺山市(Liu et al., 2012)。

長期以來，仙茅科屬間親緣關系較為復雜，亟待澄清 (Kocyan et al., 2011)。一方面，較為突出的分類學問題是仙茅屬和大葉仙茅屬間的界限不清。在傳統分類系統里，后者的成員常被放置在仙茅屬 (錢嘯虎，1985；Ji & Merrow, 2000)。同時，分子系統學也認為這兩個屬的物種劃分非常困難，本應放在仙茅屬的物種常被歸為大葉仙茅屬，反之亦然(Kocyan et al., 2011)。盡管有研究認為它們在莖干、花、果和種子等組織器官方面差異明顯，足以將其分開(Henderson, 1987)，但一些關鍵的分類學特征并不穩定，在屬間存在交叉重疊(Kocyan et al., 2011)。早期研究根據果喙的有無來區別仙茅屬(有果喙)和大葉仙茅屬(無果喙)(Nel, 1914)。然而，這個特征并不穩定，一些被放置在大葉仙茅屬的物種也具果喙(Koycan et al., 2011)。Hilliard和Burtt(1978)提出了一個看似較為穩定但并不容易觀察的解剖特征，即花藥橫切面的對稱性，對稱的是仙茅屬，不對稱的則為大葉仙茅屬。但是，Kocyan和Endress (2001)研究表明，這個特征和果喙一樣，在大葉仙茅屬的一些物種里，花藥橫切面既有對稱也有不對稱，并據此把大葉仙茅屬的兩個種又放回仙茅屬。因此，這兩個屬的形態鑒別特征需要補充新資料。目前，能較好地區分這兩屬的特征是種喙的有無，即仙茅屬的種子具種喙(指種柄末端的延伸)，且種皮表面具條狀紋飾；大葉仙茅屬的種子無喙，較小，條狀種皮紋飾有或無(Henderson, 1987；Wiland-Szymanska, 1997；Nordal, 1998；Kocyan et al., 2011)。另一方面，鑒于仙茅屬和大葉仙茅屬在分子系統樹上并非單系(Kocyan et al., 2011)，且華仙茅屬也處于這兩個屬交錯鑲嵌的分支里(Liu et al., 2012)，說明這3個屬的親緣關系有待澄清。此外，在仙茅科的分子系統學里(Kocyan et al., 2011)，廣布于全球約有100種的小金梅草屬，不同產地的物種處于不同分支(clades)表現為非單系(non-monophyletic)，許多物種和非洲的櫻茅屬(Rhodohypoxis)構成一支(Hypoxisclade)，產自澳洲的兩個種與小鳶梅草屬(Pauridia)和矮金梅草屬(Saniella)聚為一支(Pauridiaclade)。

事實上，仙茅科是一個研究基礎較為薄弱的小科，形態學研究相對較少，且集中在南半球類群(Shah & Gopal, 1970；Thompson, 1976，1978，1979)，為近緣屬及其近緣科Asteliaceae(Rudall et al., 1998)的系統學提供依據。關于仙茅科植物形態特征的分類學價值，見于新類群的發表(Zona et al., 2009；Sanchez-Ken, 2010；Kocyan & Szymanska, 2016；Roy & Vijayan, 2016；Gore & Gaikwad, 2018；Gaikwad, 2019)和分類系統修訂(Zimudzi, 1994；Snijman & Kocyan, 2013；Snijman, 2014；Tiwari, 2020)。值得注意的是，我國仙茅科植物的研究也比較缺乏，除了新類群發表(Liu et al., 2012；王文廣等，2019)，其余的僅見于仙茅屬藥用植物的藥材形態鑒定(李隆云，2005)、5種仙茅屬藥用植物的種子形態觀察(董國明和張漢明，1998)及石蒜科5種植物(不包括狹義仙茅科的類群)的葉形態(秦衛華等，2003)。仙茅科的仙茅屬和小金梅草屬植物都富含豐富的藥用化學成分，為傳統的藥用植物資源(錢嘯虎，1985；Perus et al., 2018)。最近的傳粉生物學表明，小金梅草屬的花部形態特征對紫外光反射(Klomberg et al., 2019)和中國和北美間斷分布物種的演化(Ren et al., 2019)具有重要的生態學意義。

葉形態特征在植物分類系統中具有重要的一席之地，尤其在解決一些分類困難的類群時具有重要作用，如獼猴桃屬(Actinidia)(何子燦等，2000)、藤山柳屬(Clematoclethra)(楊晨璇等，2020)、櫟屬(Quercus)(羅艷和周浙昆，2001)、鳳仙花屬(Impatiens)(張曉霞等，2013)和薔薇屬(Rosa)(曾妮等，2017)。因此，本文以中國仙茅科3屬5種植物為研究對象，利用顯微鏡、掃描電鏡和石蠟切片技術，比較分析它們的葉形態、葉表皮超微特征及葉解剖特征的差異，為該科的屬間界限和物種劃分提供形態學證據。

1 材料與方法

1.1 材料

5種植物的實驗材料均采自我國云南省南部，采集于2019—2021年，小金梅草、仙茅和絨葉仙茅采自景東縣無量山(憑證標本依次為TQ36、TQ37、TQ38)；短葶仙茅和大葉仙茅分別采自河口縣和勐臘縣(Lilu20190004、Lilu20190003)。憑證標本存于中國醫學科學院藥用植物所云南分所標本館(IMDY)。

1.2 方法

1.2.1 植株葉片形態 在野外，每種植物隨機選5～10株，每株取2～5枚成熟葉，平均每株共選30枚葉。利用米尺測量葉柄長度和葉片的極軸(長)和赤道軸(寬)的最大值，相機拍照記錄毛被的有無，統計葉片折扇狀脈的數目，據此判斷葉片類型。

1.2.2 掃描電鏡觀察葉表皮超微特征 從標本上取自然晾干的成熟葉片，沿中脈剪取2 mm × 2 mm的小方塊各4片，把葉片的背面和正面用導電膠固定在樣品臺上，噴金鍍膜。利用德國蔡司電子掃描顯微鏡(Zeiss Evo LS10)觀察葉表皮的毛被、表皮細胞、氣孔器內外孔蓋等超微特征。表皮超微特征的判斷和術語概念參照相關文獻(Barthlott et al., 1998；Wilhelm et al., 2008)。

1.2.3 光學顯微鏡觀察葉表皮形態 野外采集成熟葉片，分段固定于FAA(50%酒精∶醋酸∶甲醛=90∶5∶5)24 h以上。葉表皮形態顯微觀察，參照醋酸-過氧化氫法(孫同興和江幸山，2009)。沿葉片中脈剪取1 cm × 1 cm的小方塊，浸泡在等比例的30%醋酸-過氧化氫溶液中，置于60 ℃恒溫培養箱中12 ～ 24 h。待葉肉與葉表皮細胞分離后，用毛筆輕輕刷去葉肉細胞，置于載玻片上，制成臨時玻片。每個物種選取5個樣品，在光學顯微鏡(萊卡DM 750)下，每個樣品選取5個視野，觀察拍照，記錄上下葉表皮的毛被類型、表皮細胞和氣孔類型等，利用Image J(Java)軟件測量它們的大小等，隨機測量記錄30個數據，求平均值。其中，氣孔指數 = 氣孔數/ (氣孔數 + 表皮細胞數) × 100% ，氣孔密度 = 氣孔個數·mm-2。

1.2.4 石蠟切片觀察葉橫切面解剖特征 取FAA固定后的成熟葉片各5片，沿中脈取2 mm × 2 mm的樣品，經過酒精梯度脫水、二甲苯透明、浸蠟包埋。常規石蠟切片(厚度為8 μm)，切片烘干后，經番紅-固綠染色及加拿大樹脂膠封片；烘干后，在光學顯微鏡(萊卡DM 750)下觀察拍照。觀察照片中5個樣品的葉橫切面特征，包括上下表皮細胞、維管束大小、葉肉細胞等；利用Image J(Java)軟件測量葉片厚度、上下表皮厚度、維管束。

2 結果與分析

2.1 仙茅科5種植物的葉形態特征

5種植物的葉片大小及其折扇狀脈數目與植株大小具顯著相關性(表1，圖版I)。株型小的低矮草本，其葉片也較小，葉脈數少，如小金梅草和仙茅(圖版I：1-6)。反之，株型大的植物，其葉片也較大，葉脈數多，如3種大葉仙茅屬植物(圖版I：7-15)。5種植物的葉片毛被類型多樣，可分為3種類型，即長柔毛、糙伏毛、白絨毛，毛被密度在種間差異顯著。長柔毛，纖細，最長可達5 cm，稀疏分布在葉背面的葉緣和葉脈處，出現在小金梅草和仙茅(圖版I：2-6)。糙伏毛，最短，幾乎不足1 mm，稀疏分布于葉兩面的葉脈隆起處，出現在大葉仙茅和短葶仙茅(圖版I：7-12)。白絨毛，較短，有2 ～ 3 mm長，密集覆蓋于葉片背部，呈毛絨一層，只出現在絨葉仙茅(圖版I：15)。

表 1 5種仙茅科植物的葉形態Table 1 Leaf morphology of five species in Hypoxidaceae

本文根據株型、葉片大小、折扇狀葉脈數及葉毛被類型，把5種植物的葉片形態劃分為3類：平整小型葉、波狀中型葉、折扇狀大型葉。

第一類，平整小型葉，指葉柄不明顯；葉片小、細窄近線性，長8 ～ 30 cm，寬不及1 cm；平整近光滑，無折扇狀次級葉脈，主脈明顯，次級脈無；葉緣及主脈上被稀疏長柔毛；株高約10 cm；見于小金梅草(圖版Ⅰ：1-3)，生長在高山草坡開闊處。

第二類，波狀中型葉，指葉柄明顯，長不及10 cm，明顯短于葉片；葉片線狀披針形，長可達40 cm，寬不及2 cm；葉片平整近光滑，主脈明顯，有8 ～ 12 次級脈，但不呈褶皺狀；葉緣和中脈處被稀疏長柔毛；株高可達50 cm；見于仙茅(圖版Ⅰ：4-6)，分布于林下或林緣草地。

第三類，折扇狀大型葉，指葉柄明顯，具槽，短于或等長于葉片，可達80 cm；葉片闊披針形，長可達150 cm，寬為10 ～ 30 cm；葉片具明顯折扇狀葉脈，主脈明顯，具10 ～ 20次級脈，呈折扇狀突起；葉正面近光滑，葉背面或近光滑或具絨毛；株高可達2 m；見于大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅(圖版I：7-15)，均生長在熱帶和亞熱帶常綠闊葉林下。

2.2 5種仙茅科植物的葉表皮毛被顯微特征

上述葉形態研究結果表明，葉的毛被類型及密度在5種植物中差異顯著。為進一步明確毛被特征的分類學意義，本文利用顯微鏡和掃描電鏡觀察了其葉表皮毛微形態特征。

在顯微鏡下，5種植物的葉表皮均不同密度地被有毛狀體，皆為單列單細胞毛狀體，單生或簇生、基部膨大、具明顯毛囊；其中有4個種集中分布在葉緣和葉背中脈處(圖版Ⅱ：3，6，9，12)，僅有絨葉仙茅密集分布在葉柄和葉背(圖版Ⅱ：15)。根據毛狀體的長度和形態，將其分為3類：長柔毛(pilose)、星狀毛(stellate)和糙伏毛(strigose)。第一類，長柔毛，指毛狀體為單列單細胞，長為1～2 mm，通體纖細，線型纏繞狀，稀疏出現在葉緣和葉背葉脈處，看似光滑近無毛；較為常見，見于小金梅草、仙茅和大葉仙茅(圖版Ⅱ：3，6，9)。第二類，星狀毛，指長柔毛從同一個毛囊基部出發，為分叉的星狀長柔毛，密集覆蓋于葉背，肉眼下為厚厚的一層白絨毛； 見于絨葉仙茅 (圖版I：14 -15； 圖版Ⅱ：15)。第三類，糙伏毛，指毛狀體為單列單細胞，長不及20 μm，但較為粗壯，從基部向頂部變窄，呈針刺狀，通常單生或兩到根簇生；見于短葶仙茅的葉緣和中脈(圖版Ⅱ：12)。在掃描電鏡下，本文重點觀察了絨葉仙茅的星狀長柔毛的超微特征，揭示了其通體纖長、相互纏繞，外壁紋飾光滑、有屑狀紋飾等特點(圖版Ⅳ：14)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。左. 植株; 中. 葉背面(上)和葉正面(下); 右. 葉背面。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. Left. Plants; Middle. Abaxial leaf epidermis (ab) and adaxial leaf epidermis (ad); Right. Abaxial leaf epidermis. 圖版 Ⅰ 5種仙茅科植物的葉形態Plate Ⅰ Leaf morphology of five species in Hypoxidaceae

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅；6-9. 大葉仙茅；10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。其他標尺=20 μm，除了圖3、6、9、12、15，標尺 = 100 μm。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 6-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. Bars=100 μm in Fig. 3, 6, 9, 12, 15, and other bars = 20 μm. 圖版 Ⅱ 顯微鏡下5種仙茅科植物的葉下表皮Plate Ⅱ Abaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under microscope

2.3 5種仙茅科植物的葉表皮超微特征

在顯微鏡和掃描電鏡下，5種植物的葉表皮顯微特征差異顯著(表2，圖版Ⅱ，Ⅲ)，包括表皮細胞垂周壁式樣皆為平直-弓形；表皮細胞有兩類：六邊形(長矩形)和五邊形(短矩形)；氣孔器皆為平列型和橢圓形。

2.3.1 葉表皮細胞特征 在顯微鏡和掃描電鏡下，葉表皮細胞的形態和大小在同種植物的上、下表皮基本一致，但大小差異明顯表皮細胞垂周壁式樣皆為平直-弓形(表2；圖版Ⅱ，Ⅲ，IV)。根據細胞大小和輪廓，可分為兩類：六邊形和五邊形。前者指表皮細胞平整，為長六邊形，呈長矩形；細胞較大，大小平均值為89.30 μm × 32.63 μm，長寬比平均值為2.70；出現在小金梅草和仙茅(圖版Ⅱ：1-2，4-5；圖版Ⅲ：1-6)。后者指表皮細胞略呈凹陷狀，為短五邊形，呈短矩形；細胞較小，大小平均值為27.47 μm × 18.82 μm，其長寬比平均值為1.26；出現在大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)(圖版Ⅱ：7-15；圖版Ⅲ：7-9)。從數據分析(表2)來看，兩類表皮細胞的大小差異明顯，比值大于2。

2.3.2 葉表皮氣孔類型 在顯微鏡和掃描電鏡下，5種植物的氣孔器均分布于葉下表皮，偶見上表皮，為平列型(paracytic)，基本輪廓呈橢圓形，但氣孔大小、氣孔指數和氣孔密度在種間略有變化(表2；圖版Ⅱ、IV)。氣孔指數在5種植物里較為穩定，均保持在10以內，均值為7.78。根據氣孔大小和密度，可分為2類。第一類，大氣孔-低密度，指氣孔大小均值為35.00 μm × 28.88 μm；氣孔密度較低，其均值為5.56；出現在株型和葉片小的2個種(小金梅草和仙茅)(圖版Ⅱ：1-6；圖版IV：1-6)。第二類，小氣孔-高密度，指氣孔較小，大小均值為22.94 μm ×17.38 μm；氣孔密度較高，均值為20.90；出現在大葉仙茅屬3種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨毛仙茅)(圖版Ⅱ：7-12；圖版IV：7-13)。

因此，5種植物的葉表皮細胞和氣孔特征在種間差異明顯，可把葉表皮超微特征分為2類。第一類，表皮細胞為六邊形，呈長矩形、氣孔大但密度低，出現在株型矮和葉片小的2個種(小金梅草和仙茅)。第二類，表皮細胞為五邊形，呈短矩形、氣孔小但密度高，出現在株型高、葉片大的大葉仙茅屬3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。

2.3.3 葉表皮蠟質紋飾 掃描電鏡下，低倍放大(× 400 ～ × 1 000)條件下，主要觀察表皮細胞形態和大小以及氣孔類型，蠟質紋飾特征不明顯；但在高倍放大(× 2 000 ～ × 5 000)條件下清晰可見。蠟質紋飾的類型及分布在同種和不同種植物的葉上、下表皮變化較大(圖版Ⅲ，IV)，共觀察到4種類型：光滑型、屑狀、殼狀和顆粒狀。光滑型(smooth)是指葉表皮細胞表面光滑平整，蠟質紋飾層較薄、不明顯，偶見顆粒狀碎屑，出現在小金梅草的上表皮(圖版Ⅲ：1-3)。屑狀紋飾(scales)，是指葉表皮細胞表面有不規則薄片狀突起，呈蠟屑狀散落，密集分布于仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：6)和下表皮(圖版IV：5，6)，稀疏均有分布在大葉仙茅的下表皮(圖版IV：7-9)。殼狀紋飾(crusts)是指蠟質紋飾厚薄不一，為不規則的殼狀突起，出現在大葉仙茅和短葶仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：7-11)。顆粒狀紋飾(granular)指蠟質紋飾成大小不一的圓形或方形的顆粒狀突起，稀疏出現絨葉仙茅的上表皮(圖版Ⅲ：12)或與其他3種紋飾不同程度混合出現在5種植物的葉下表皮(圖版IV)。

比較分析認為，葉上表皮的蠟質紋飾在同種植物里較為單一，容易區別，共有4類(光滑、屑狀、顆粒和殼狀)。例如：前3種類型依次出現在小金梅草(圖版Ⅲ：1-3)、仙茅(圖版Ⅲ：6)和絨葉仙茅(圖版Ⅲ：9，12)，而殼狀出現在大葉仙茅屬的2個種(大葉仙茅和短葶仙茅)(圖版Ⅲ：7，10；8，11)。然而，葉下表皮蠟質紋飾相對復雜，為2種類型的混合體，在種間不易區分。例如：顆粒和殼狀紋飾稀疏混合出現在小金梅草(圖版IV：1-3)，顆粒和殼狀密集混合出現在仙茅(圖版IV：4-6)，顆粒和屑狀不同程度混合出現在大葉仙茅屬的3個種(圖版IV：7-12)。因此，蠟質紋飾在葉上表皮的差異顯著，而在葉下表皮顯得沒有規律。

2.4 5種仙茅科植物的葉橫切解剖特征

為揭示葉片橫切面解剖特征在種間的差異，本研究觀察了5種植物的中脈和側脈處的葉橫切面。結果表明，5種植物的葉橫切面解剖特征較為相似，皆由形態顯著的表皮層、葉肉組織和維管束3種組織構成。然而，葉中脈橫切面形態、上下表皮細胞大小、葉片厚度、葉肉組織厚度和維管束形態等在種間差異明顯(表3，圖版V)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7, 10. 大葉仙茅; 8, 11. 短葶仙茅; 9, 12. 絨葉仙茅。1-3. Hypoxis aurea； 4-6. Curculigo orchioides； 7, 10. Molineria capitulata； 8, 11. M. breviscapa； 9, 12. M. crassifolia.圖版 Ⅲ 掃描電鏡下5種仙茅科植物的葉上表皮超微形態特征Plate Ⅲ Ultrastructure of adaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under SEM

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅 ; 13-15. 絨葉仙茅。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia.圖版 IV 5種仙茅科植物的葉下表皮超微形態特征Plate IV Ultrastructure of abaxial leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae under SEM

中脈橫切面的輪廓在5種植物略有變化，根據中脈兩側的葉橫切面形成的夾角大小， 將其分為平整型(even)和龍骨狀(carinate)。平整型指夾角處于160°～180°范圍，切面輪廓看上去近乎平直，為一直線；出現在3屬3種(小金梅草、仙茅和絨葉仙茅)。龍骨狀，又稱V-字型，指夾角為90°～160°范圍，切面輪廓呈V-字型；出現在大葉仙茅屬的2個種(大葉仙茅和短葶仙茅)。

數據分析表明，葉片厚度與葉肉和中脈的厚度雖呈明顯的正相關，但與葉型大小卻呈負相關，很明顯可以分為2類。第一類，小葉-厚葉型，出現在株型矮、葉片小的2屬2種(小金梅草和仙茅)。它們的葉片厚度在120 μm以上(156.51、123.13 μm)，均值為139.82；葉肉厚度處于保持在80 μm左右(87.56、84.73 μm)，均值為86.14 μm；中脈厚度在190 μm及以上(190 ～ 320 μm)，均值為254.65 μm。第二類，大葉-薄葉型，出現在株型高、葉片大的大葉仙茅屬3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。3個種的葉片厚度約為90 μm(90.65、92.86、102.37 μm)，均值95.30 μm；葉肉厚度約為65 μm(68.54、61.30、64.22 μm)，均值64.68 μm；中脈厚度集中在160 μm (160.25、166.18、159.56 μm)，均值為161.99 μm。因此，葉片厚薄和葉片大小呈一定相關性。

表 2 5種仙茅科植物葉表皮形態特征Table 2 Characteristics of leaf epidermis of five species in Hypoxidaceae

從葉橫切面輪廓和統計分析比較可以看出，同種植物的葉上、 下表皮細胞大小及其厚度差異顯著，尤其在中脈處的上下表皮較為突出(圖版V：2，5，8，11，14)，可以分為2類。第一類，等大型表皮細胞，指上、下表皮細胞近等大，其比值為1.10 ～1.50，出現在2屬2種，即小金梅草(1.37)(圖版V：1-3)和仙茅(1.11)(圖版V：4-6)。第二類，不等大型表皮細胞，指上表皮細胞比下表皮細胞大1.5倍以上(1.50 ～ 3.50)，見于大葉仙茅屬的3個種：大葉仙茅(2.72)(圖版V：7-9)、短葶仙茅(3.27)(圖版V：10～12)和絨葉仙茅(1.54)(圖版V：13-15)。

表 3 5種仙茅科植物葉橫切解剖特征Table 3 Leaf anatomy of five species in Hypoxidaceae

維管束形態在種間差異明顯，根據木質部和韌皮部構成的輪廓，可分為2類。第一類，圓形維管束，指葉中脈橫切面上，韌皮部集中分布在木質部周圍，在上下表皮細胞之間有明顯的葉肉細胞組織相互隔離，形成一個閉合環，見于2屬3種(小金梅草、大葉仙茅和短葶仙茅)(圖版V：2，8，11)。第二類，橢圓形維管束，指葉中脈橫切面上，韌皮部延伸至上下表皮處，靠上表皮的部位比近下表皮處的細胞數目較多，呈上寬下窄的不規則形態，見于2屬2種(仙茅和絨葉仙茅)(圖版V：5，14)。

1-3. 小金梅草; 4-6. 仙茅; 7-9. 大葉仙茅; 10-12. 短葶仙茅; 13-15. 絨葉仙茅。mvb. 中脈維管束; vb. 側脈維管束。1-3. Hypoxis aurea; 4-6. Curculigo orchioides; 7-9. Molineria capitulata; 10-12. M. breviscapa; 13-15. M. crassifolia. mvb. Midrib vascular bundle; vb. Vascular bundle of the secondary veins.圖版 V 5種仙茅科植物葉橫切面結構特征Plate V Anatomical features of leaf transection of five species in Hypoxidaceae

由此可見，葉橫切面解剖特征在種間差異顯著。根據葉中脈橫切面輪廓、葉片厚度和上下表皮細胞大小等，可分為2類。第一類，中脈平整、葉片厚、表皮細胞等大，出現在2屬2種(小金梅草和仙茅)。第二類，中脈突起-葉片薄、表皮細胞不等大，見于大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)。

3 討論與結論

針對仙茅科研究資料較少，屬間界限不清的分類問題爭議較大的現象，本文選擇了我國3屬5種植物為研究對象，利用顯微鏡、掃描電鏡和石蠟切片技術，觀察了其葉形態、葉表皮顯微特征和葉橫切面解剖結構，比較分析了葉形態特征在屬間和種間的差異，探討了分類學意義，集中在以下五個方面。

第一，葉形態在種間的差異可以作為屬間界限劃分依據。前人研究了分布在南半球的3個屬(Spiloxene、Empodium、Pauridia)10種植物的葉片特征(Thompson, 1976)，根據葉型和中脈維管束特征，把葉形態分為4種：龍骨狀突起葉(carinate)、管槽葉(cannalculate)、圓柱葉(terete)和折扇狀葉(plicate)；前3種類型出現在Spiloxene，可以用于鑒定該屬的不同種(Garside, 1942)，后一種類型出現在Empodium。在仙茅科的分類修訂研究中，小金梅草屬通常被描述為無葉柄、葉片非折扇狀的小型葉片(Rudall et al., 1998)；仙茅屬和大葉仙茅屬常被記錄為有葉柄具折扇狀的大型葉(Zimudzi,1994；Ji & Merrow, 2000；王文廣等，2019)?？梢?，根據次級葉脈數反映折扇狀葉脈特征，具有分類學意義。本研究觀察到的3種類型葉片，可用于屬間物種劃分。例如：小金梅草屬的小金梅草為平整小型葉；仙茅屬的仙茅具波狀中型葉；大葉仙茅屬的3個種(大葉仙茅、短葶仙茅和絨葉仙茅)都為折扇狀大型葉。

第二，葉表皮細胞形態-氣孔類型-中脈特征-葉片厚度-葉表皮層5個特征組合，在屬間具有一定的分布規律。上述5個特征構成的組合，可截然不同分為2類，出現在不同的屬。第一類組合，指表皮細胞長矩形(六邊形)、氣孔大-密度低、中脈平整、葉片厚、表皮細胞等大；該組特征出現在株型小葉片小的2屬，即小金梅草和仙茅。相反，與上述5個特征相對應、且相反的第二類組合，指表皮細胞短矩圓形(五邊形)，氣孔小且密度高、中脈隆起、葉片薄、表皮細胞不等大；這種組合集中見于大葉仙茅屬的3個種。因此，本文支持大葉仙茅屬應該獨立于仙茅屬外(Henderson, 1987)，也暗示著小金梅草屬和仙茅屬較為近緣，也為小金梅草屬是多系的觀點(Kocyan et al., 2011)提供了新線索。事實上，小金梅草屬的葉表皮細胞類型較多樣，常以五邊形和六邊形為主，偶見四邊形(Wiland-Szymanska, 2009)。

第三，毛被特征可以作為仙茅科物種鑒定依據。例如，小金梅草、仙茅、大葉仙茅的葉片特征均為：葉片近光滑-長柔毛型的毛被，見于3個種的葉緣處和葉背中脈。短葶仙茅的葉片為近光滑-糙伏毛型，疏生于葉緣和中脈處。其中，絨葉仙茅的毛被特征很典型，葉背密被白色絨毛，顯微鏡下為分叉的星狀長柔毛。這在我國10種仙茅科植物里很少見，識別度較高。值得注意的是，本文觀察到的3屬5種植物的葉片毛被皆為單細胞單列，與南半球分布的仙茅科普遍具有的葉形態特征(多細胞、多列、分叉星狀柔毛)(Thompson,1986；Rudall et al., 1998；Wiland-Szymańska, 2001)截然不同。因此，本文結果為分布在東亞的仙茅科分類提供了新資料。同時，小金梅草屬的毛被特征較為多樣，既有多細胞多列長柔毛，也有單細胞單列組成的分叉星狀柔毛(Rudall et al., 1998；Wiland-Szymańska, 2001)。因此，仙茅科毛被特征的分類學意義值得進一步研究。

第四，5種植物的葉表皮蠟質紋飾，在葉下表皮較為復雜，是以顆粒和碎屑或和殼狀不同組合出現的，在種間難以區別。然而，葉上表皮的蠟質紋飾在種間差異明顯，可作為物種鑒定依據。例如，小金梅草為光滑型，仙茅為屑狀，大葉仙茅為顆粒狀，短葶仙茅和絨葉仙茅為殼狀。這說明，與其他3個種相比，后兩種親緣關系較近。

第五，葉橫切面維管束形態(圓形和橢圓形)在屬內種間差異明顯，可用于物種鑒定。例如，大葉仙茅屬2種(大葉仙茅和短葶仙茅)具圓形維管束；而絨葉仙茅為橢圓形。此外，其余2屬2種(仙茅和小金梅草)為橢圓形。值得一提的是，兩種類型在小金梅草屬里都比較普遍(Wiland-Szymańska, 2001)。

綜上所述，本文觀察到的我國仙茅科3屬5種植物的葉形態和解剖特征，在屬間和種間差異顯著，具有一定的分類學意義。葉片的5個特征組合(葉形態+表皮細胞+氣孔類型+葉片+上、下表皮細胞厚度)在屬間差異明顯，可用于屬間界限劃分。其余特征，包括毛被類型、表皮蠟質紋飾和葉中脈橫切面的維管束等在種間各有特點，可作為物種鑒定依據。據此，為更好地理解葉形態特征的分類學意義，特編制了我國仙茅科3屬5種植物分類檢索表。

我國5種仙茅科植物分屬及分種檢索表——基于葉形態解剖特征

1. 植株小型，高不超過50 cm；葉片小，最寬處小于2.5 cm，長不超過40 cm；葉柄不明顯；葉緣和中脈處具長單細胞毛；表皮細胞五邊形；氣孔較大，氣孔密度低；中脈平整，葉片較厚，上下表皮細胞等大

(2)

2. 根狀莖球形；無葉柄，表皮細胞呈長橢圓，上表皮蠟質紋飾光滑，中脈維管束圓形。

小金梅草(Hypoxisaurea)

2. 根狀莖圓柱狀；草質葉柄，葉上表皮蠟質紋飾屑狀，中脈維管束橢圓形。

仙茅(Curculigoorchioides)

1. 植株大型，可達200 cm；葉片大，最寬處可達20 cm，長可達200 cm；木質葉柄，幾與葉片等長；葉片毛被多樣；表皮細胞六邊形；氣孔較小，密度高；中脈隆起，葉片較薄，上下表皮細胞不等大。

大葉仙茅屬(MolineriaColla)(3)

3. 葉背密集白色星狀毛；葉上表皮具稀疏顆粒狀紋飾；中脈維管束橢圓形。

絨葉仙茅(M.crassifolia)

3. 葉緣及背面中脈處被稀疏毛；葉表皮密具殼狀紋飾；中脈維管束圓形

(4)

4. 花莖長，果序高于地面；葉緣和背面中軸處被單細胞長柔毛；葉下表皮蠟質紋飾為顆粒狀和屑狀混合。

大葉仙茅(M.capitulata)

4. 花莖極度縮短，果序聚集于根部；葉緣和背面中脈處被單細胞短糙伏毛；葉下表皮蠟質紋飾為稀疏顆粒狀。

短葶仙茅(M.breviscapa)

致謝西南林業大學云南生物多樣性研究院提供實驗平臺，中國科學院西雙版納熱帶植物園公共技術服務中心唐霆高級工程師協助掃描電鏡觀察。