貴州曼陀羅屬植物的花粉形態(tài)及計(jì)量分析

徐梅李政權(quán)張顯強(qiáng)

(1.貴州警察學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550005；2.貴州泰若數(shù)字科技有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

曼陀羅，別名洋金花、狗核桃、楓茄花、萬(wàn)桃花。不僅具有觀賞價(jià)值，而且可作為藥用，屬于茄科曼陀羅屬植物。多分布在熱帶和亞熱帶地區(qū)，常見(jiàn)于住宅旁、路邊、垃圾堆等旁。曼陀羅具有麻醉鎮(zhèn)痛和止咳平喘的功效，全株有毒，其毒性成分主要含阿托品、東茛菪堿和茛菪堿[1]。誤服可產(chǎn)生中毒反應(yīng)甚至死亡，中毒癥狀表現(xiàn)為口干，吞咽困難，潮紅、心跳加快，血壓升高，發(fā)熱、躁動(dòng)不安等。有關(guān)曼陀羅花粉的分類早在1985彭廣芳等就對(duì)其進(jìn)行研究[2]，而后2003年周俊英對(duì)曼陀羅花粉形態(tài)、紋飾和大小上進(jìn)行研究[3]，但在關(guān)于曼陀羅花粉的劃分上仍沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論[4，5]。《中國(guó)植物志》中記載曼陀羅屬植物全世界約有16種，在曼陀羅的本草考證中，王凡一等通過(guò)考證將我國(guó)的曼陀羅共分為了12種，分別是曼陀羅、白花曼陀羅、毛曼陀羅、木本曼陀羅、大花曼陀羅、多刺曼陀羅、紫花曼陀羅、無(wú)刺曼陀羅、美麗曼陀羅、大白洋金花、重瓣白花曼陀羅、大紫曼陀羅，共6種，3個(gè)變種，3個(gè)栽培變種[6]。

有關(guān)曼陀羅花粉的研究目前較少，曼陀羅中毒事件時(shí)有發(fā)生[7]，具體由什么品種的曼陀羅花粉導(dǎo)致中毒需要有曼陀羅花粉分類的理論支撐，且關(guān)于曼陀羅花粉的劃分種類標(biāo)準(zhǔn)目前尚未統(tǒng)一。前人的研究多是從花粉的形態(tài)、外壁雕飾等定性上研究，并未對(duì)曼陀羅花粉各項(xiàng)指標(biāo)定量分析。故此，本文對(duì)曼陀羅花粉進(jìn)行研究，通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)花粉形態(tài)，利用SPSS軟件對(duì)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從定性與定量的雙重角度研究曼陀羅屬植物資源分類的情況，進(jìn)而用統(tǒng)計(jì)分析的方法佐證花粉形態(tài)特征在分類學(xué)上的實(shí)用性，為曼陀羅屬植物的分類學(xué)研究提供形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料處理

本文的實(shí)驗(yàn)材料采摘于貴州省遵義農(nóng)博園，凱里，貴陽(yáng)藥用植物園，貴陽(yáng)花溪，獨(dú)山，共采集5個(gè)不同地點(diǎn)的曼陀羅植物花粉，每個(gè)地點(diǎn)采集1份，每份采集1～2個(gè)樣本并編號(hào)分類。將花藥從樣本取出放至FAA固定液中固定16～20h，將固定好的花藥轉(zhuǎn)至不同濃度下的乙醇進(jìn)行梯度脫水，具體脫水梯度為50%→65%→80%→95%→100%，各級(jí)脫水時(shí)間為1.5h。脫水后的花藥經(jīng)自然陰干后用無(wú)菌刀對(duì)花藥切割分離出花粉，用鑷子夾取經(jīng)過(guò)處理的花藥，輕輕置于粘有導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上蘸取少量花粉，后經(jīng)離子濺射儀噴金(E-1010)、鍍膜處理，然后放置電子掃描電鏡(日立SU-3500)下觀測(cè)。

1.2 方法

利用電子掃描電鏡(日立SU-3500)對(duì)5個(gè)處理好后的花粉樣本進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)樣本選取15粒花粉，對(duì)選出的花粉進(jìn)行觀察，并將其在電鏡觀測(cè)下對(duì)不同倍數(shù)的花粉進(jìn)行拍照保存。選出清晰品相好的花粉區(qū)域照片經(jīng)Photoshop進(jìn)行處理(處理花粉周圍細(xì)小雜質(zhì))，處理后的花粉照片使用Imagepro-plus測(cè)量，測(cè)出每種花粉的直徑、內(nèi)徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)、萌發(fā)孔長(zhǎng)、萌發(fā)孔寬。通過(guò)SPSS軟件對(duì)直徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)8個(gè)定量指標(biāo)的平均值進(jìn)行主成分分析和聚類分析，通過(guò)主成分分析法可以從多指標(biāo)向少數(shù)綜合指標(biāo)的轉(zhuǎn)換。聚類方法采用組間連接，聚類單元之間的遺傳距離以平方歐式距離計(jì)算，聚類圖選用譜系圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉形態(tài)特征

如圖1所示，不同種類的曼陀羅花粉形態(tài)各異，5個(gè)不同地點(diǎn)的曼陀羅分為3種。第1種為紫花曼陀羅，見(jiàn)圖1a～1c，在掃描電鏡的觀察下可以觀察到花粉形態(tài)呈近球形，無(wú)帽狀；圖1c可以看到花粉外壁雕飾具縐波，有細(xì)網(wǎng)狀的雕紋，花粉大小明顯大于第2種和第3種，具有明顯的萌發(fā)孔(三孔溝)；第2種為曼陀羅，見(jiàn)圖2a～2c，花粉形態(tài)呈近球形，呈帽狀；花粉內(nèi)壁直徑大小為17.28～21.97μm；在掃描電鏡2000倍時(shí)觀察，花粉外壁雕飾呈現(xiàn)顆粒狀，由圖2c可以觀察到花粉外壁雕飾具有短粗網(wǎng)狀雕紋，條脊表面較粗糙且有稀疏的小顆粒，網(wǎng)眼較小，未見(jiàn)明顯萌發(fā)孔；第3種為木本曼陀羅，見(jiàn)圖3a～3c，在掃描電鏡的觀察下可以觀察到花粉形態(tài)呈近球形，呈帽狀；花粉內(nèi)壁直徑大小為13.98～18.64μm；由圖3c可以觀察到花粉外壁紋飾具有平直的條狀雕紋，條脊表面具有明顯的小顆粒，條紋間距不一，未見(jiàn)明顯萌發(fā)孔。本文對(duì)花粉的描述性術(shù)語(yǔ)遵循G ERDTMAN等[8]的孢粉學(xué)手冊(cè)和王開(kāi)發(fā)等[9]的孢粉學(xué)概論的專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

注：1.紫花曼陀羅；2.曼陀羅；3.木本曼陀羅；a、b為不同角度的花粉整體，標(biāo)尺均為20μm；c為外壁紋飾，標(biāo)尺均為10μm。

圖2 旋轉(zhuǎn)后的空間成分分布圖

圖3 基于花粉形態(tài)特征的曼陀羅資源譜系圖

2.2 花粉大小特征

紫花曼陀羅的直徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)、萌發(fā)孔長(zhǎng)、萌發(fā)孔寬的平均值分別為35.71μm、19.24μm、16.81μm、35.42μm、36.86μm、928.38μm2、118.95μm、11.29μm、2.42μm，P/E為0.96。曼陀羅的直徑、內(nèi)徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)的平均值分別為30.94μm、18.70μm、17.45μm、13.69μm、31.51μm、33.02μm、763.82μm2、113.57μm，P/E為0.95。木本曼陀羅的直徑、內(nèi)徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)的平均值分別為30.37μm、17.00μm、16.88μm、13.95μm、30.67μm、32.35μm、692.31μm2、114.28μm，P/E為0.95。根據(jù)周俊英描述的各種曼陀羅花粉大小，紫花曼陀羅大小為30.5～44.5μm，曼陀羅大小為30.5～46.0μm，木本曼陀羅大小為26.5～39.0μm，本文3種曼陀羅大小均在此范圍內(nèi)，與其研究的結(jié)果基本吻合。

表1 花粉形態(tài)特征

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

2.3.1 相關(guān)性分析

8個(gè)定量指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2，從表2可以看出，直徑與赤道軸長(zhǎng)和極軸長(zhǎng)有極顯著或顯著的相關(guān)性，與其他指標(biāo)之間無(wú)相關(guān)性。半徑最大值與極軸長(zhǎng)和面積有顯著相關(guān)性，與其他5個(gè)指標(biāo)無(wú)相關(guān)性，半徑最小值除了與周長(zhǎng)指標(biāo)有顯著的相關(guān)性，與其他各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)相關(guān)性，極軸長(zhǎng)與赤道軸長(zhǎng)有顯著的相關(guān)性，與其他各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)相關(guān)性。綜上所述，其中極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)是最能影響花粉形態(tài)的指標(biāo)，軸比(P/E)指標(biāo)對(duì)花粉形態(tài)無(wú)顯著影響。

表2 觀測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性

2.3.2 主成分分析

對(duì)8個(gè)定量指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，旋轉(zhuǎn)方法為凱撒正態(tài)化最大方差法，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，提取的2個(gè)主成分累積的貢獻(xiàn)率為100%，即這2個(gè)主成分集中了8個(gè)原始指標(biāo)100%的信息。此外，圖2顯示周長(zhǎng)和半徑最小值組成的因子成分可替代以上8個(gè)指標(biāo)，且貢獻(xiàn)率排名為周長(zhǎng)、半徑最小值，表明周長(zhǎng)在所有的指標(biāo)中所起的作用是最大的。此目的是表示主成分與每個(gè)曼陀羅屬的關(guān)系，因此，可以從定量的角度通過(guò)主成分鑒別每一個(gè)孢粉屬。

2.3.3 聚類分析

花粉8個(gè)定量特征經(jīng)SPSS聚類分析，在歐式距離25處，將所有的曼陀羅屬分為2個(gè)組群。紫花曼陀羅單獨(dú)為1組，曼陀羅和木本曼陀羅為1組。比較譜系圖分類結(jié)果與花粉形態(tài)特征周長(zhǎng)、半徑最小值2個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)，單獨(dú)為1組的紫花曼陀羅周長(zhǎng)、半徑最小值分別為118.95μm、16.81μm。在3種曼陀羅屬指標(biāo)數(shù)據(jù)中最大。曼陀羅和木本曼陀羅為1組的周長(zhǎng)、半徑最小值分別為113.57μm、13.69μm、114.28μm、13.95μm，在3種曼陀羅屬指標(biāo)數(shù)據(jù)中最為相似。這與主成分分析的結(jié)果相對(duì)應(yīng)，進(jìn)一步印證周長(zhǎng)、半徑最小值綜合因子成分從定量上作為鑒別每一個(gè)孢粉屬的有利依據(jù)。

3 討論與結(jié)論

3.1 花粉的形態(tài)特征

通過(guò)對(duì)3種曼陀羅屬植物的花粉形態(tài)特征進(jìn)行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，紫花曼陀羅無(wú)帽狀，而曼陀羅與木本曼陀羅均有帽狀，兩者的內(nèi)徑分別為18.70μm、17.00μm，且3種曼陀羅外壁紋飾均不相同，紫花曼陀羅為細(xì)網(wǎng)狀雕紋，曼陀羅為短粗網(wǎng)狀雕紋，木本曼陀羅為條狀雕紋。3種曼陀羅中只有紫花曼陀羅有萌發(fā)孔，曼陀羅與木本曼陀羅均無(wú)萌發(fā)孔。對(duì)每種曼陀羅屬植物的各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定，其具有不同程度的差異，其中曼陀羅與木本曼陀羅的各項(xiàng)指標(biāo)差異不大，聚類分析出2種可歸為一類，而紫花曼陀羅的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)與兩者相比較大，與周俊英[3]描述的數(shù)據(jù)有差異。從測(cè)定的P/E值看出，3種曼陀羅的形狀為近球形，這與周俊英[3]研究的結(jié)果一致。

3.2 統(tǒng)計(jì)分析

選用8種定量指標(biāo)對(duì)花粉粒進(jìn)行了特性研究。對(duì)所研究指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)性分析顯示，有6個(gè)相關(guān)系數(shù)顯著，其中極軸長(zhǎng)、赤道軸長(zhǎng)、面積、周長(zhǎng)是最能影響花粉形態(tài)的指標(biāo)，軸比(P/E)指標(biāo)對(duì)花粉形態(tài)無(wú)顯著影響。主成分分析顯示，周長(zhǎng)和半徑最小值對(duì)應(yīng)的散點(diǎn)在組內(nèi)呈現(xiàn)相互聚集的情況，表現(xiàn)出相似性，而其他指標(biāo)對(duì)應(yīng)的散點(diǎn)較分散，表現(xiàn)出差異性。通過(guò)主成分分析法對(duì)8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維，從而得到周長(zhǎng)、半徑最小值成分指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)曼陀羅屬植物的區(qū)分。聚類分析顯示，在歐氏距離為25處，紫花曼陀羅與其他2種曼陀羅聚類不同，紫花曼陀羅為一類，與另2種曼陀羅表現(xiàn)出很大的差異類別，此結(jié)果與彭廣芳等[2]研究的結(jié)果不一，在彭廣芳的研究中提到，木本曼陀羅是否歸為一組仍是各植物分類學(xué)家爭(zhēng)議的問(wèn)題。前人只從定性的角度去區(qū)分，沒(méi)有定量的數(shù)據(jù)為佐證。因而，本文從定量的角度可彌補(bǔ)此缺失，定性與定量相結(jié)合，可提高甄別、鑒定曼陀羅屬植物種屬的可靠程度。