绣球属（HydrangeaL.）及近缘属花粉形态的研究

摘要：为深入研究绣球属植物花粉形态的分类学价值和系统学意义，厘清绣球属与近缘属之间的系统发育关系，该文利用扫描电子显微镜（SEM，scanningelectronmicroscope）对国产绣球属及其近缘属41种绣球花科（Hydrangeaceae）植物的花粉形态以及表面纹饰进行了观察。结果表明：绣球属及其近缘属的花粉为三孔沟;形状多数为长圆体形或近球体形;赤道面观为椭圆形或圆形;极面观多为圆形，少数为三角形或圆三角形。花粉外壁纹饰可分为网状和孔穴状。网眼内的三级纹饰可分为光滑和具颗粒状突起。根据花粉形状和外壁纹饰类型将上述物种划分为4个组，即花粉的形状为长圆体形，表面纹饰为孔穴纹饰;花粉的形状为长圆体形，表面纹饰为网状纹饰;花粉的形状为近球体形，表面纹饰为孔穴纹饰;花粉的形状为近球体形，表面纹饰为网状纹饰。以上可进一步细分为8个类型。上述表明花粉形态证据可为绣球属及其近缘属的属下分类和种间界定提供重要佐证;但结合前人的系统发育重建分析该属植物花粉形态的系统学意义相对有限，如花粉形态证据对于该属及其近缘种属系统发育树上大支的界定难以提供有力的证据。

关键词：绣球花科，绣球属，花粉，分类学，孢粉学

中图分类号：Q949.9

文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2019）03-0297-15

绣球属（HydrangeaL.）是1753年林奈基于美国的一个种（H.arborescens）建立的，是绣球花科（Hydrangeaceae）中的一个大属，约73种，主要分布于亚洲东部至东南部，北美洲东南部至中美洲和南美洲西部（卫兆芬和黄淑美，1995;Soltisetal.，1995）。我国有40余种（卫兆芬和黄淑美，1995;Soltisetal.，1995），集中分布于我国的西南部和东南部。在传统的分类学研究中，该属植物由于其不育花具有非盾状着生的花瓣状萼片、可育花花瓣镊合状排列而被认为是一个相对自然的类群。然而，由于绣球属植物的可育花非常小，且花瓣的变异式样相对简单;更兼雄蕊形态相对一致，并多为不定数，从而导致绣球属植物的花部形态证据很难应用到传统分类处理中，这给该属植物的分类学研究带来了很大的困难。此外，由于绣球属植物以往的分类学研究主要依据标本馆的腊叶标本，对于传统分类处理中广泛使用的形态证据，很难在居群和物种的水平上研究其变异幅度和变异规律，有些种类的划分或界定可能仅仅是基于某些形态性状的极端变异类型，从而使得该属植物在《中国植物志》（卫兆芬和黄淑美，1995）中记载为46种和10变种，但仅在10余年之后的FloraofChina（卫兆芬等，2013）中，便处理为33种。近年来分子系统学的研究表明，绣球属并非一个单系类群，赤壁木属（Decumaria）、冠蓋藤属（Pileostegia）、钻地风属（Schizophragma）、常山属（Dichroa）、蛛网萼属（Platycrater）在分子系统发育树上均嵌入绣球属中（葛丽萍，2003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Sottis&Soltis，1997）。因此绣球属及其近缘属之间的分类学与系统学仍有不少问题值得深入探讨。

鉴于目前绣球属植物在分类学上所面临的困境，深入研究传统的宏观形态性状固然重要，但发掘新的、有价值的分类学证据更有助于突破这一分类难题。花粉作为植物的雄性生殖细胞，与其他组织器官相比，花粉的性状相对稳定，受环境条件的影响较小，不失为物种划分的重要依据（王伏雄和喻诚鸿，1954;李广清等，2005）。然而，有关绣球亚科的花粉形态仅有零星的报道（陈焕镛，1954;郝刚和胡启明，1996;Maximowicz，1867;Mcclintock，1957;Engler，1930）。郝刚和胡启明（1996）在对绣球亚科花粉的研究中指出，绣球亚科物种花粉的形态性状、花粉外壁表面纹饰及次级纹饰对物种划分有很大的参考价值，并且提出对花粉外壁层次结构及萌发孔进行研究，有助于进一步理解本亚科花粉性状的演化及属内分组提供有意义的资料。近年来其他科属的花粉研究也表明，花粉证据对于物种的划分、亚属的界定甚至是系统发育重建均具有重要的价值（曹丽敏等，2016;郭慧等，2016;曾心美等，2017;王晨宇和刘秀丽，2017;于换喜等，2018）。

本研究主要通过研究绣球属及其近缘属的花粉形态，探究花粉的形态性状是否有其分类学和系统学意义，并尽可能地将其合理、科学地应用到将来该属植物及其近缘种属的分类处理、物种界定以及系统发育重建分析中。

1材料与方法

为了最大限度地体现绣球属植物花粉形态性状的变异幅度与规律，更好地反映该属植物与近缘种属植物在花粉形态证据方面的联系，本文的电镜扫描实验在取样中参考绣球及其近缘属植物最新的分子系统学研究，涉及绣球属、赤壁木属、冠盖藤属、钻地风属、常山属和蛛网萼属，共计6个属41个物种。所有实验中所涉及的凭证标本均存于中国科学院植物研究所标本馆（PE），具体信息见表1。

实验中挑选饱满、发育成熟的花粉，用双面胶粘在样品台上，选用解剖针先在双面胶上粘几下保证解剖针具有一定的粘黏性，再将花粉吸附在解剖针上移往粘有双面胶的样品台上粘好，经IB-5离子溅射仪真空喷金镀膜2～3min。在HITACHIS-4800型扫描电镜（SEM）下观察、拍照。花粉大小为拍照后每个种选取10粒成熟的花粉图片用卡尺测量，以长×宽表示其尺寸。花粉形态特征的描述术语参照王伏雄和喻诚鸿（1954）、Erdtman（1978）、王萍莉（1997）、李天庆等（2010）、王开发和王宪曾（1983）。

2结果与分析

2.1绣球属花粉的形态特征

本属花粉形态性状有以下特点：均有三孔沟;形状多为长圆体形或近球体形（长轴/短轴>1.5为长圆体形，长轴/短轴≤1.5为近球体形）;赤道面观椭圆形（宽椭圆形、窄椭圆形或矩椭圆形）或圆形;极面观多为圆形，少数三角形或圆三角形。扫描电镜下可观察到绣球属植物的花粉外壁纹饰主要为两种，分别为孔穴状纹饰和网状纹饰，网状纹饰又可分为网眼内平滑或具颗粒物两种。花粉的长宽范围为（10.72～20.57）15.65×10.51（8.07～12.94）μm，赤道轴极轴长度比范围为0.92～2.14，其中以细枝绣球（H.gracilis）的花粉最大为（20.09～20.57）20.33×11.19（11.02～11.36）μm，紫彩绣球（H.sargentiana）的花粉最小为（10.72～10.95）10.84×10.25（10.13～10.36）μm。具体数据见表1，电镜扫描结果见图版Ⅰ～Ⅷ。

2.2绣球属花粉形态特征对类群的划分检索表

1花粉长球体，表面孔穴状纹饰或网状纹饰

2表面为孔穴状纹饰或具疣状突起或平滑，极轴长在15.75～18.80μm之间，赤道轴长在8.80～10.50μm之间Group1

3表面孔穴状纹饰且具疣状突起，极轴与赤道轴比为1.85～2.14Type1a

3表面孔穴状纹饰且平滑，极轴与赤道轴比为1.62～2.00Type1b

2表面为网状纹饰，极轴长在12.92～20.33μm之间，赤道轴长在8.30～12.02μm之间Group2

4网眼内光滑，网脊平滑，极轴与赤道轴比为1.69～2.04Type2a

4网眼内具颗粒物，网脊平滑，极轴与赤道轴比为1.33～2.04Type2b

1花粉近球體，表面孔穴状纹饰或网状纹饰

5表面孔穴状纹饰，极轴长在9.97～13.41μm之间，赤道轴长在9.78～11.67μm之间Group3

6孔明显，极轴与赤道轴比为1.00～1.37Type3a

6孔不明显，极轴与赤道轴比为1.00～1.07Type3b

3表面网状纹饰，极轴长在10.74～15.43μm之间，赤道轴长在15.43～19.42μm之间Group4

7网眼内光滑，网脊平滑，极轴与赤道轴比为0.92～1.28Type4a

7网眼内具颗粒物，网脊平滑，极轴与赤道轴比为0.94～1.03Type4b

3讨论

3.1绣球属物种花粉形态的分类学意义

绣球属植物的花粉形态变异复杂，与本研究中所涉及的5个其近缘种属的花粉相比并没有表现出明显的特异性，而且绣球属植物花粉形态的变异幅度覆盖了其近缘种属花粉形态的变异范围。因此，绣球属及其近缘属花粉形态特征的分类学价值主要表现在种间界定上。如绣球属及其近缘种属的花粉形状、赤道面观的形状、花粉的表面纹饰以及花粉的大小在种内的变异相对稳定，而种间差别明显。因此，以上几方面的性状对于正确界定与区别宏观形态性状上的近缘种是很好的佐证。如冠盖绣球（H.anomala）和藤绣球（H.periolari）为形态学上的近缘种，但前者花粉的赤道面观为长圆形，后者为近球形。再如伞形绣球（H.umbellate）和窄瓣绣球（H.angustisepala），在《中国植物志》（卫兆芬和黄淑美，1995）中均并入中国绣球（H.chinensis），但前两者的花粉为长椭圆体形，长短轴比约为1.60和2.04;中国绣球花粉为近球体形，长短轴比约为1.00。因此，花粉形态证据为澄清物种间的界定，可提供有力的佐证。

3.2绣球属物种花粉形态的系统学意义

结合分子系统学的最新研究进展（葛丽萍，2003;Samainetal.，2010;Jacobs，2010;Huffordetal.，2001;Hufford，1997;Soltisetal.，1995，2000;Soltis&Soltis，1997），综合考虑绣球属及其近缘种属之间的花粉形态证据在其系统发育重建中系统学价值，不难发现绣球属及其近缘种属的花粉形态证据在系统发育树上并未表现出一定的规律，故很难基于此对系统发育树的某些大支进行界定。因此，花粉形态证据支持分子系统学研究中绣球属并非为一单系类群的结论。本研究表明绣球属中的某物种与其近缘种属的花粉形态表现出较高的相似性，如赤壁木（Decumariasinensis）与福建绣球（H.chungii）的花粉同为长圆体形，孔穴状纹饰，表面平滑;星毛冠盖藤（Pileostegiatomentalla）与挂苦绣球（H.xanthoneura）的花粉同为长圆体形，网状纹饰，网眼内具颗粒物;常山（Dichroafebrifuga）、蛛网萼（Platycraterarguta）和乔木绣球（H.arborescens）的花粉同为近球形，孔穴状纹饰，孔穴明显;钻地风（Schizophragmaintegrifolium）和中国绣球（H.chinensis）同为近球形，网状纹饰，网眼内具颗粒物。

致谢感谢中国科学院植物研究所标本馆班勤老师、马欣堂老师、杜玉芬老师在标本研究中给予的帮助;电镜室徐秀苹老师在花粉形态实验中给予的指导和帮助;李瑾在文章修改过程中的帮助。

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