張梅 夏常英 傅連中

摘要：為深入研究繡球屬植物花粉形態(tài)的分類學價值和系統(tǒng)學意義，厘清繡球屬與近緣屬之間的系統(tǒng)發(fā)育關系，該文利用掃描電子顯微鏡（SEM，scanningelectronmicroscope）對國產繡球屬及其近緣屬41種繡球花科（Hydrangeaceae）植物的花粉形態(tài)以及表面紋飾進行了觀察。結果表明：繡球屬及其近緣屬的花粉為三孔溝;形狀多數(shù)為長圓體形或近球體形;赤道面觀為橢圓形或圓形;極面觀多為圓形，少數(shù)為三角形或圓三角形?；ǚ弁獗诩y飾可分為網狀和孔穴狀。網眼內的三級紋飾可分為光滑和具顆粒狀突起。根據(jù)花粉形狀和外壁紋飾類型將上述物種劃分為4個組，即花粉的形狀為長圓體形，表面紋飾為孔穴紋飾;花粉的形狀為長圓體形，表面紋飾為網狀紋飾;花粉的形狀為近球體形，表面紋飾為孔穴紋飾;花粉的形狀為近球體形，表面紋飾為網狀紋飾。以上可進一步細分為8個類型。上述表明花粉形態(tài)證據(jù)可為繡球屬及其近緣屬的屬下分類和種間界定提供重要佐證;但結合前人的系統(tǒng)發(fā)育重建分析該屬植物花粉形態(tài)的系統(tǒng)學意義相對有限，如花粉形態(tài)證據(jù)對于該屬及其近緣種屬系統(tǒng)發(fā)育樹上大支的界定難以提供有力的證據(jù)。

關鍵詞：繡球花科，繡球屬，花粉，分類學，孢粉學

中圖分類號：Q949.9

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142（2019）03-0297-15

繡球屬（HydrangeaL.）是1753年林奈基于美國的一個種（H.arborescens）建立的，是繡球花科（Hydrangeaceae）中的一個大屬，約73種，主要分布于亞洲東部至東南部，北美洲東南部至中美洲和南美洲西部（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995;Soltisetal.，1995）。我國有40余種（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995;Soltisetal.，1995），集中分布于我國的西南部和東南部。在傳統(tǒng)的分類學研究中，該屬植物由于其不育花具有非盾狀著生的花瓣狀萼片、可育花花瓣鑷合狀排列而被認為是一個相對自然的類群。然而，由于繡球屬植物的可育花非常小，且花瓣的變異式樣相對簡單;更兼雄蕊形態(tài)相對一致，并多為不定數(shù)，從而導致繡球屬植物的花部形態(tài)證據(jù)很難應用到傳統(tǒng)分類處理中，這給該屬植物的分類學研究帶來了很大的困難。此外，由于繡球屬植物以往的分類學研究主要依據(jù)標本館的臘葉標本，對于傳統(tǒng)分類處理中廣泛使用的形態(tài)證據(jù)，很難在居群和物種的水平上研究其變異幅度和變異規(guī)律，有些種類的劃分或界定可能僅僅是基于某些形態(tài)性狀的極端變異類型，從而使得該屬植物在《中國植物志》（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995）中記載為46種和10變種，但僅在10余年之后的FloraofChina（衛(wèi)兆芬等，2013）中，便處理為33種。近年來分子系統(tǒng)學的研究表明，繡球屬并非一個單系類群，赤壁木屬（Decumaria）、冠蓋藤屬（Pileostegia）、鉆地風屬（Schizophragma）、常山屬（Dichroa）、蛛網萼屬（Platycrater）在分子系統(tǒng)發(fā)育樹上均嵌入繡球屬中（葛麗萍，2003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Sottis&Soltis，1997）。因此繡球屬及其近緣屬之間的分類學與系統(tǒng)學仍有不少問題值得深入探討。

鑒于目前繡球屬植物在分類學上所面臨的困境，深入研究傳統(tǒng)的宏觀形態(tài)性狀固然重要，但發(fā)掘新的、有價值的分類學證據(jù)更有助于突破這一分類難題。花粉作為植物的雄性生殖細胞，與其他組織器官相比，花粉的性狀相對穩(wěn)定，受環(huán)境條件的影響較小，不失為物種劃分的重要依據(jù)（王伏雄和喻誠鴻，1954;李廣清等，2005）。然而，有關繡球亞科的花粉形態(tài)僅有零星的報道（陳煥鏞，1954;郝剛和胡啟明，1996;Maximowicz，1867;Mcclintock，1957;Engler，1930）。郝剛和胡啟明（1996）在對繡球亞科花粉的研究中指出，繡球亞科物種花粉的形態(tài)性狀、花粉外壁表面紋飾及次級紋飾對物種劃分有很大的參考價值，并且提出對花粉外壁層次結構及萌發(fā)孔進行研究，有助于進一步理解本亞科花粉性狀的演化及屬內分組提供有意義的資料。近年來其他科屬的花粉研究也表明，花粉證據(jù)對于物種的劃分、亞屬的界定甚至是系統(tǒng)發(fā)育重建均具有重要的價值（曹麗敏等，2016;郭慧等，2016;曾心美等，2017;王晨宇和劉秀麗，2017;于換喜等，2018）。

本研究主要通過研究繡球屬及其近緣屬的花粉形態(tài)，探究花粉的形態(tài)性狀是否有其分類學和系統(tǒng)學意義，并盡可能地將其合理、科學地應用到將來該屬植物及其近緣種屬的分類處理、物種界定以及系統(tǒng)發(fā)育重建分析中。

1材料與方法

為了最大限度地體現(xiàn)繡球屬植物花粉形態(tài)性狀的變異幅度與規(guī)律，更好地反映該屬植物與近緣種屬植物在花粉形態(tài)證據(jù)方面的聯(lián)系，本文的電鏡掃描實驗在取樣中參考繡球及其近緣屬植物最新的分子系統(tǒng)學研究，涉及繡球屬、赤壁木屬、冠蓋藤屬、鉆地風屬、常山屬和蛛網萼屬，共計6個屬41個物種。所有實驗中所涉及的憑證標本均存于中國科學院植物研究所標本館（PE），具體信息見表1。

實驗中挑選飽滿、發(fā)育成熟的花粉，用雙面膠粘在樣品臺上，選用解剖針先在雙面膠上粘幾下保證解剖針具有一定的粘黏性，再將花粉吸附在解剖針上移往粘有雙面膠的樣品臺上粘好，經IB-5離子濺射儀真空噴金鍍膜2～3min。在HITACHIS-4800型掃描電鏡（SEM）下觀察、拍照?；ǚ鄞笮榕恼蘸竺總€種選取10粒成熟的花粉圖片用卡尺測量，以長×寬表示其尺寸。花粉形態(tài)特征的描述術語參照王伏雄和喻誠鴻（1954）、Erdtman（1978）、王萍莉（1997）、李天慶等（2010）、王開發(fā)和王憲曾（1983）。

2結果與分析

2.1繡球屬花粉的形態(tài)特征

本屬花粉形態(tài)性狀有以下特點：均有三孔溝;形狀多為長圓體形或近球體形（長軸/短軸>1.5為長圓體形，長軸/短軸≤1.5為近球體形）;赤道面觀橢圓形（寬橢圓形、窄橢圓形或矩橢圓形）或圓形;極面觀多為圓形，少數(shù)三角形或圓三角形。掃描電鏡下可觀察到繡球屬植物的花粉外壁紋飾主要為兩種，分別為孔穴狀紋飾和網狀紋飾，網狀紋飾又可分為網眼內平滑或具顆粒物兩種。花粉的長寬范圍為（10.72～20.57）15.65×10.51（8.07～12.94）μm，赤道軸極軸長度比范圍為0.92～2.14，其中以細枝繡球（H.gracilis）的花粉最大為（20.09～20.57）20.33×11.19（11.02～11.36）μm，紫彩繡球（H.sargentiana）的花粉最小為（10.72～10.95）10.84×10.25（10.13～10.36）μm。具體數(shù)據(jù)見表1，電鏡掃描結果見圖版Ⅰ～Ⅷ。

2.2繡球屬花粉形態(tài)特征對類群的劃分檢索表

1花粉長球體，表面孔穴狀紋飾或網狀紋飾

2表面為孔穴狀紋飾或具疣狀突起或平滑，極軸長在15.75～18.80μm之間，赤道軸長在8.80～10.50μm之間Group1

3表面孔穴狀紋飾且具疣狀突起，極軸與赤道軸比為1.85～2.14Type1a

3表面孔穴狀紋飾且平滑，極軸與赤道軸比為1.62～2.00Type1b

2表面為網狀紋飾，極軸長在12.92～20.33μm之間，赤道軸長在8.30～12.02μm之間Group2

4網眼內光滑，網脊平滑，極軸與赤道軸比為1.69～2.04Type2a

4網眼內具顆粒物，網脊平滑，極軸與赤道軸比為1.33～2.04Type2b

1花粉近球體，表面孔穴狀紋飾或網狀紋飾

5表面孔穴狀紋飾，極軸長在9.97～13.41μm之間，赤道軸長在9.78～11.67μm之間Group3

6孔明顯，極軸與赤道軸比為1.00～1.37Type3a

6孔不明顯，極軸與赤道軸比為1.00～1.07Type3b

3表面網狀紋飾，極軸長在10.74～15.43μm之間，赤道軸長在15.43～19.42μm之間Group4

7網眼內光滑，網脊平滑，極軸與赤道軸比為0.92～1.28Type4a

7網眼內具顆粒物，網脊平滑，極軸與赤道軸比為0.94～1.03Type4b

3討論

3.1繡球屬物種花粉形態(tài)的分類學意義

繡球屬植物的花粉形態(tài)變異復雜，與本研究中所涉及的5個其近緣種屬的花粉相比并沒有表現(xiàn)出明顯的特異性，而且繡球屬植物花粉形態(tài)的變異幅度覆蓋了其近緣種屬花粉形態(tài)的變異范圍。因此，繡球屬及其近緣屬花粉形態(tài)特征的分類學價值主要表現(xiàn)在種間界定上。如繡球屬及其近緣種屬的花粉形狀、赤道面觀的形狀、花粉的表面紋飾以及花粉的大小在種內的變異相對穩(wěn)定，而種間差別明顯。因此，以上幾方面的性狀對于正確界定與區(qū)別宏觀形態(tài)性狀上的近緣種是很好的佐證。如冠蓋繡球（H.anomala）和藤繡球（H.periolari）為形態(tài)學上的近緣種，但前者花粉的赤道面觀為長圓形，后者為近球形。再如傘形繡球（H.umbellate）和窄瓣繡球（H.angustisepala），在《中國植物志》（衛(wèi)兆芬和黃淑美，1995）中均并入中國繡球（H.chinensis），但前兩者的花粉為長橢圓體形，長短軸比約為1.60和2.04;中國繡球花粉為近球體形，長短軸比約為1.00。因此，花粉形態(tài)證據(jù)為澄清物種間的界定，可提供有力的佐證。

3.2繡球屬物種花粉形態(tài)的系統(tǒng)學意義

結合分子系統(tǒng)學的最新研究進展（葛麗萍，2003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Soltis&Soltis，1997），綜合考慮繡球屬及其近緣種屬之間的花粉形態(tài)證據(jù)在其系統(tǒng)發(fā)育重建中系統(tǒng)學價值，不難發(fā)現(xiàn)繡球屬及其近緣種屬的花粉形態(tài)證據(jù)在系統(tǒng)發(fā)育樹上并未表現(xiàn)出一定的規(guī)律，故很難基于此對系統(tǒng)發(fā)育樹的某些大支進行界定。因此，花粉形態(tài)證據(jù)支持分子系統(tǒng)學研究中繡球屬并非為一單系類群的結論。本研究表明繡球屬中的某物種與其近緣種屬的花粉形態(tài)表現(xiàn)出較高的相似性，如赤壁木（Decumariasinensis）與福建繡球（H.chungii）的花粉同為長圓體形，孔穴狀紋飾，表面平滑;星毛冠蓋藤（Pileostegiatomentalla）與掛苦繡球（H.xanthoneura）的花粉同為長圓體形，網狀紋飾，網眼內具顆粒物;常山（Dichroafebrifuga）、蛛網萼（Platycraterarguta）和喬木繡球（H.arborescens）的花粉同為近球形，孔穴狀紋飾，孔穴明顯;鉆地風（Schizophragmaintegrifolium）和中國繡球（H.chinensis）同為近球形，網狀紋飾，網眼內具顆粒物。

致謝感謝中國科學院植物研究所標本館班勤老師、馬欣堂老師、杜玉芬老師在標本研究中給予的幫助;電鏡室徐秀蘋老師在花粉形態(tài)實驗中給予的指導和幫助;李瑾在文章修改過程中的幫助。

參考文獻：

CAOLM，XIANH，CAOM，etal.，2016.PollenmorphologyanditssystematicsignificanceinsapindaceaefromChina[J].PlantSciJ，34（6）：821-833.[曹麗敏，夏念和，曹明，等，2016.中國無患子科的花粉形態(tài)及其系統(tǒng)學意義[J].植物科學學報，34（6）：821-833.]

CHENHY，1954.ResearchontheinformationofHydrangeoideae[J].ActaPhytotaxSin，3（2）：108-161.[陳煥鏞，1954.繡球亞科資料的研究[J].植物分類學報，3（2）：108-161.]

CHENYL，AKIYAMAS，OHBAH，2013.BalsaminaceaethroughSaxifragaceae[M]//WUZY，RAVENPH.FloraofChina.Beijing：SciencePress;St.Louis：MissouriBotanicalGardenPress，8：411-422.

ENGLERA，1930.HydrangeainEnglerandPrantl[M].DieNatürlichenPflanzenfamilien，2（18a）：201-207.

ERDTMANG，1978.Palynologicalhandbook[M].TranslatedbyPaleontologyResearchLaboratory，ChineseAcademyofSciences.Beijing：SciencePress：238.[ERDTMANG，1978.孢粉學手冊[M].中國科學院植物研究所古植物研究室孢粉組譯.北京：科學出版社：238.]

GELP，2003.SystematicsofthetribeHydrangeeaeDC.（Hydrangeaceae）[D].Beijing：InstituteofBotany，ChineseAcademyofSciences.[葛麗萍，2003.繡球族的系統(tǒng)學研究[D].北京：中國科學院植物研究所.]

GUOH，YANRY，ZHANGM，etal.，2016.Taxonomicsignificanceofthepollenmorphologyofsect.Racemosae（Impatiens）[J].Guihaia，36（1）：83-95.[郭慧，閆瑞亞，張梅，等，2016.鳳仙花屬總狀花序組的花粉形態(tài)及其分類學意義[J].廣西植物，36（1）：83-95.]

HAOG，HUQM，1996.AstudyofpollenmorphologyofHydrangeoideae（Hydrangeaceae）[J].JTropSubtropBot，4（3）：26-31.[郝剛，胡啟明，1996.繡球亞科花粉形態(tài)的研究[J].熱帶亞熱帶植物學報，4（3）：26-31.]

HUFFORDL，MOODYML，SOLTISDE，2001.AphylogeneticanalysisofHydrangeaceaebasedonsequencesoftheplastidgenematKandtheircombinationwithrbcLandmorphologicaldata[J].IntJPlantSci，162（4）：835-846.

HUFFORDL，1997.AphylogeneticanalysisofHydrangeaceaebasedonmorphologicaldata[J].IntJPlantSci，158（5）：652-672.

JACOBSSJ，2010.FlagflowermorphologyandphylogenyofHydrangeaceaetribeHydrangeeae[D].Washington：WashingtonStateUniversitySchoolofBiologicalSciences.

LIGQ，SUNL，LIUY，2005.Pollenfeaturesof6speciesinsect.TheopsisofgenusCamellia[J].JTropSubtropBot，1：40-44.[李廣清，孫立，劉燕，2005.山茶屬連蕊茶組6種植物花粉形態(tài)特征研究[J].熱帶亞熱帶植物學報，1：40-44.]

LITQ，CAOHJ，KANGMS，etal.，2010.PollenfloraofChinawoodyplantbySEM[M].Beijing：SciencePress.[李天慶，曹慧娟，康木生，等，2010.中國木本植物花粉電鏡掃描圖志[M].北京：科學出版社.]

MAXIMOWICZCJ，1867.RevisioHydrangeearumasiaeorientalis[J].Memoiresdel'AcademieImperialedesScideSt.-Petersbourg，10（16）：6-18.

MCCLINTOCKE，1957.AmonographofthegenusHydrangea[J].ProcCalifAcadSci，29：147-256.

SAMAINMS，WANKES，GOETGHEBEURP，2010.UnravelingextensiveparaphylyinthegenusHydrangeas.l.withimplicationsforthesystematicsoftribeHydrangeaceae[J].SystBot，35（3）：593-600.

SOLTISDE，SOLTISPS，CHASEMW，etal.，2000.Angiospermphylogenyinferredfromacombineddatasetof18SrDNA，rbcL，andatpBsequences[J].BotJLinnSoc，133：381-461.

SOLTISDE，SOLTISPS，1997.PhylogeneticrelationshipsinSaxifragaceaesensulato：Acomparisonoftopologiesbasedon18SrDNAandrbcLsequences[J].AmJBot，84：504-522.

SOLTISDE，XIANGQY，HUFFORDL，1995.RelationshipsandevolutionofHydrangeaceaebasedonrbcLsequencedata[J].AmJBot，82（4）：504-514.

WANGCY，LIUXL，2017.Pollenmorphologyof13subgenusYulaniaspecies[J].JNEForUniv，45（11）：54-59.[王晨宇，劉秀麗，2017.13種玉蘭亞屬植物的花粉形態(tài)掃描電鏡觀察[J].東北林業(yè)大學學報，45（11）：54-59.]

WANGFX，YUCH，1954.Researchonmorphologyofpollens1.Terminologyandresearchmethods[J].ActaBotSin，3（1）：81-104.[王伏雄，喻誠鴻，1954.花粉形態(tài)的研究1.術語及研究方法[J].植物學報，3（1）：81-104.]

WANGKF，WANGXZ，1983.Introductiontopalynology[M].Beijing：PekingUniversityPress：21-32.[王開發(fā)，王憲曾，1983.孢粉學概論[M].北京：北京大學出版社：21-32.]

WANGPL，1997.Chinapracticalpollen[M].Chengdu：SichuanScienceandTechnologyPress：5-150.[王萍莉，1997.中國實用花粉[M].成都：四川科學技術出版社：5-150.]

WEIZF，HUANGSM，1995.Hydrangeoideae.FRPS[M].Beijing：SciencePress，35（1）：201-258.[衛(wèi)兆芬，黃淑美，1995.繡球花亞科Hydrangeoideae.中國植物志[M].北京：科學出版社，35（1）：201-258.]

WEIZF，1994.ArevisionofthegenusHydrangeainChina[J].Guihaia，14（2）：101-121.[衛(wèi)兆芬，1994.中國繡球屬植物的修訂[J].廣西植物，14（2）：101-121.]

YUHX，GUOXL，ZHOUSD，etal.，2018.Pollenandseedmicro-morphologycomparisonandtaxonomicsignificanceoftheChineseAlliumsect.Daghestanica[J].ActaBotBoreal-OccidentSin，38（1）：61-67.[于換喜，郭先林，周頌東，等，2018.中國蔥屬Daghestanica組植物的花粉和種子微形態(tài)學研究及其分類學意義[J].西北植物學報，38（1）：61-67.]

ZENGXM，TONGF，LIUYM，etal.，2017.Pollenandseedmicro-morphologycharacteristicsandtaxonomicsignificanceofgenusYpsilandra[J].ActaBotBoreal-OccidentSin，37（4）：695-704.[曾心美，童芬，劉艷梅，等，2017.丫蕊花屬植物花粉和種子微形態(tài)特征比較及其分類學意義[J].西北植物學報，37（4）：695-704.]