1、 中国伞形科柴胡属果实形态解剖特征及系统学意义论文导读:：对于柴胡属植物而言。果实特征作为伞形科植物分类的重要依据。表 2 柴胡属果实形态解剖特征。关键词：柴胡属，果实，形态解剖，系统学意义 柴胡属（Bupleurum L.）是伞形科（Apiaceae）的一个大属，全世界有 180 种左右，广泛分布于欧亚大陆的温带地区。中国现有 42 种（22 为特有种），多产于西南，西北与东北地区，其它地区则较为稀少1-2。果实特征作为伞形科植物分类的重要依据论文，国内外的学者在这方面做出了不少有意义的工作3-7。对于柴胡属植物而言， ?zcan8-9 曾对土耳其地区及临近地区的果皮微形态进行过研究。我们也
2、通过扫描电镜的方法对中国柴胡属 20 个种进行了相关的研究并发现了有意义价值的分类性状10 。 Abduloeva 等11对乌克兰的部分种类进行了研究并认为果实的解剖特征对于评价柴胡属的属下分类关系具有一定作用。虽然刘枚等12对中国东北的柴胡果实进行了解剖学研究，但涉及到的种类较少(仅 8 种) 。本文通过对中国柴胡属主要分布区的 21 个代表类群果实形态与解剖特征的观察，分析了柴胡属果实的演化及该属的分类地位，并对国产柴胡属内一些种的分类处理进行了初步探讨。 1 材料和方法 1.1 材料 文中涉及的 21 个类群来自于 2006-2009 年标本采集时的野生植株，全部样品均选取有代表性的成熟
3、果实。凭证标本保存在四川大学标本馆（SZ），具体材料来源见表 1。 表 1 样品来源 Table 1 Origin of samples 类群 Taxa 采集地 Locality 凭证标本 Voucher 川滇柴胡 B. candollei 云南昆明 Kunming Yunnan 马祥光 (X. G. Ma), 091001 (SZ) 紫红川滇柴胡 B. candollei var. atropurpureum 四川稻城 Daocheng Sichuan 王奇志 (Q. Z. a), 091003 (SZ) 黄花鸭跖柴胡 B. commelynoideum var. flaviflorum 四
4、川松潘 Songpan Sichuan 马祥光 (X. G. Ma), 090901 (SZ) 密花柴胡 B. densiflorum 新疆乌鲁齐 Urumchi Xinjiang 王长宝 (C. B. a), 091006 (SZ) 小柴胡 B. hamiltonii 云南丽江 Lijiang Yunnan 马祥光 (X. G. Ma), 091005 (SZ) 三苞小柴胡 B. hamiltonii var. paucefulcrans 贵州毕节 Bijie Guizhou 王长宝 (C. B. t. Changbai,Jilin 廖晨阳 (C. Y. Liao), C09091 (SZ)
5、 马尔康柴胡 B. malconense 四川马尔康 Malcon Sichuan 马祥光 (X. G. Ma), 090903 (SZ) 竹叶柴胡 B. marginatum 云南昆明 Kunming Yunnan 马祥光 (X. G. Ma), 090906 (SZ) 细茎有柄柴胡 B. petiolulatum var. tenerum 四川红原 Hongyuan Sichuan 马祥光 (X. G. Ma), 090902 (SZ) 丽江柴胡 B. rockii 云南丽江 Lijiang Yunnan 马祥光 (X. G. Ma), 091002 (SZ) 红柴胡 B. scorzon
6、erifolium 黑龙江佳木斯 Jiamusi Heilongjiang 杨洪升 (H. S. Yang), 09042 (SZ) 黑柴胡 B. smithii 陕西 具体地址不详 Precise locality unknopus SZX7 数码解剖镜下对其大小进行测量并取平均值。用甘油：酒精（1：1）的混合液对果实进行软化，经酒精梯度脱水，二甲苯透明，常规石蜡切片，用番红-固绿双重染色，中性树脂封片后在 Olympus BX51显微镜下进行观察。凭证永久装片保存在四川大学生命科学学院植物系统与进化生物学实验室。 2 结果 2.1 形态学特征 从大小上看(表 2 论文，图版)，柴胡属植物的
7、果实一般为 3-3.5mm1.5-1.8mm，但在不同的种类间也存在明显差异。较大的果实如密花柴胡(B. densiflorum 图版, G)和纤细柴胡(Bupleurum gracillimum 图版, I)一般长 4-5mm,而果实较小的种类如小柴胡(B. hamiltonii 图版, J)和汶川柴胡 (B. m。从形态看主要有三种类型。（1）圆柱形：这种类型的果实长宽比一般在 1.5-2 之间，果实为中等大小，如川滇柴胡(B. candollei 图版, A)，竹叶柴胡(B.marginatum 图版 ,O)等。（2）矩圆形：这类果实一般较大，长宽比在 2-2.5 之间，如红柴胡(B.
8、scorzonerifolium 图版, R)，阿尔泰柴胡(B. krylovianum 图版, L)等。（3）卵形：果实通常较小，长宽比近于 1-1.5 之间，如北柴胡(B. chinense 图版, C)和烟台柴胡(B.chinense f. vanheurckii 图版, D)等。从压扁程度看，柴胡属植物的绝大多数为两侧压扁论文，个别种类如黄花鸭跖柴胡(B. commelynoideum var. flaviflorum 图版, F)，小柴胡和汶川柴胡等略显背腹压扁。柴胡的果实颜色与果皮细胞的色素成分有关，一般为棕黑色或棕红色。 2.2 解剖学特征 柴胡果实基本结构由外到内可分为以下几个
9、层次(图版 ，以竹叶柴胡为例)：外果皮(epicarp)是一层紧密排列的扁平细胞，在国产柴胡属植物外果皮上没有类似于地中海类群的瘤状附属物。在个别种类的外果皮有时会出现白色粉状物，但这并不是一个稳定的性状。中果皮(mesocarp)由 3-8 层不规则的薄壁细胞组成，油管(oil canal)一般分布于其内。值得注意的是，柴胡属植物中果皮内缺乏普遍存在于芹亚科基部类群，变豆菜亚科和天胡荽亚科的晶体后含物。内果皮(endocarp)是 1 层与胚乳相连的扁平而紧密排列的细胞，在成熟的果实中一般与胚乳分离开来。胚乳(endosperm)是柴胡果实最发达的部分，由储藏功能的薄壁细胞组成。在胚乳的中央
10、为胚(embryo)，但是在横切面观往往观察不到(在制片过程中容易脱落而留下空白或切片的位置没有处在胚的着生处)。柴胡果实一般有 5 条主棱(rib)论文，每个棱下 1 个对应的外韧维管束(vascular bundle)，各果棱之间为棱槽(furromissure)凹陷处的中果皮细胞形成一个透镜状的结构(为珠柄的横切面观, 内有 1 维管束)。 从果棱的发育程度看，各种之间也存在着明显差异(图版 )。如黄花鸭跖柴胡(B. commelynoideum var. flaviflorum图版 , F)，密花柴胡(B. densiflorum 图版 , G), 阿尔泰柴胡(B. krylovian
11、um 图版 , L)等果棱多呈膜质。而纤细柴胡(B. gracillimum 图版 , I)，小柴胡(B. hamiltonii 图版 , J)和红柴胡(B. scorzonerifolium 图版 , R)等果棱多呈棒状。上述两类果实的果棱明显或较为明显，横切面观往往呈五边形。少数种类的果棱则极不明显，如紫红川滇柴胡(B. candolleivar. atropurpureum 图版, B)和大叶柴胡(B.longiradiatum 图版 , M)。因而，果实横切面观多近于圆形。 从油管的数量看，在每个棱槽之间的油管多为 3, 合生面油管多为 4，偶尔出现 6 个油管(如黄花鸭跖柴胡) 或
12、2 个(如烟台柴胡) 。在国产柴胡属植物中也发现了被认为是芹亚科中原始性状的棱槽单油管类型，如密花柴胡(图版 , G)论文，小柴胡 (图版 , J)和阿尔泰柴胡(图版 , L)。 表 2 柴胡属果实形态解剖特征 Table 2 morphological and anatomicalfeatures of Bupleurum L. 分 类 群 Taxa 果实形态大小(mm) Fruit shape and size 果棱发育程度 Rib* 油 管 Oil canal 晶 体 后含物 Crystal 横切面观/ 胚乳合生面观 Transection/Endosperm 长/宽 L/oloposp
13、ermum，Anginon，Andriana，Heteromorpha，Pseudocannaboides 等属)与 remaining Apioideae 果实解剖显示 : basal Apioideae 中的各属在果实的棱槽内通常只有 1 个大油管，合生面有 2 个；而柴胡属的大多数植物和 remaining Apioideae 果实棱槽内往往多于 2 个油管，合生面有 4-6 个。因此，从棱槽的油管数目来看，柴胡属与remaining Apioideae 有较近的亲缘关系。但值得注意的是，柴胡属的地中海种类被认为是该属的原始类群论文，尤其是木本柴胡 B. fruticosum 和 B.
14、rigidum 果实棱槽具 1 个大油管的解剖特征与 basal Apioideae 一致。因此，在芹亚科中油管的发育应该经历了由少（1个大油管）到多（2 个以上小油管）的演化过程。本文对中国柴胡21 个类群的果实切片观察发现：产于横断山区的小柴胡及产于新疆的密花柴胡和阿尔泰柴胡为棱槽单油管类型，而国产柴胡属的绝大多数种类为棱槽多油管型。中国柴胡属植物普遍存在的多油管类型是衍生的进化类群性状的表现，这与我们前期的果皮微形态学的研究以及分子系统学的研究是一致的10, 18。从果棱的发育来看，地中海类群通常果棱明显，而国产柴胡属植物则表现出较高的多样性。既有象密花柴胡，阿尔泰柴胡等发达的果棱又出现
15、了大叶柴胡，紫红川滇柴胡等无明显果棱的种类。虽然分子证据显示本属的原始种类分布在地中海地区，但是细胞学的研究表明，东亚特别是中国类群的染色体基数多样性明显高于地中海地区19-21。中国柴胡属果实发育的多样化是否与染色体的演化相关还需要进一步的研究证实。关于柴胡属的系统位置前人的研究是有争议的：Martynov22曾把柴胡属置于独立的柴胡科下(Bupleuraceae) 。 此后，Link23又把柴胡科降为柴胡亚科 (Bupleuroideae)。而 Spreng24则提出柴胡族的观点(Bupleureae)。Heymineae)，葛缕子亚族(Carinae)。潘胜利等26根据形态学和植物化学的
16、研究结果，则建议将柴胡属从芹亚科独立出来成立柴胡亚科(Bupleuroideae)并置于变豆菜亚科 (Saniculoideae)与芹亚科(Apioideae)之间。刘启新等 6-7, 刘枚 17 的研究表明，晶体后含物广泛存在于变豆菜亚科(Saniculoideae)，天胡荽亚科(Hydrocotyloidea)和 basal Apioideae 的中果皮细胞内，但是 remaining Apioideae 中恰恰缺少。本文研究的全部 21 个类群中也没有观察到晶体后含物的存在。另外，柴胡属与 basal Apioideae 果实通常为两侧压扁，而芹亚科中较为进化的 remaining Ap
17、ioideae 多为背腹压扁。从上述的研究结果看，柴胡属可能是介于 remaining Apioideae 和basalApioideae 之间的过渡类群论文，但是其植物体形态上的特殊性又是难于理解的。所以，柴胡属也可能只是芹亚科演化过程一个早期的孤立旁支。综合果实特征和已有的分子系统学的证据，我们认为把柴胡属仍然置于芹亚科内但提升为柴胡族(Bupleureae)更为恰当。3.2 柴胡属果实形态解剖特征的分类学意义 果实特征一直是伞形科植物分类最重要的性状。虽然从本文的研究看柴胡属的果实特征还不足以完全解决分类问题，但仍可以作为鉴定的参考性状。三苞小柴胡(B. hamiltonii var.
18、aucefulcrans)长期以来一直被认为是小柴胡的变种。该变种最突出的特点是通常只有 3 枚小总苞片，而柴胡属植物通常是 5 枚或更多。通过查阅标本我们发现, 模式标本（PH Yu 056, KUN!）的采集时间为花期，因而多数研究者仅注意到了苞片的特征而忽视了果实的重要性。对果实的形态和解剖特征的观察表明，三苞小柴胡果实通常 3-4mm 长，为棱槽多油管型；而小柴胡通常为 2mm 左右，为棱槽单油管型，两者之间存在巨大差异。同时我们观察到川滇柴胡与三苞小柴胡无论在植物体还是果实形态结构上都极为相似，随后的序列测定也证实了三苞小柴胡与川滇柴胡的亲缘关系。 对东亚三岛柴胡复合体(B. fal
19、catum L. complex)的处理是柴胡属分类中最棘手的问题之一。狭义的 B.falcatum L. (欧柴胡)原本指分布在欧洲的一个种，但由于这一名称在亚洲的使用造成了极大的混乱论文，尤其是日本学者普遍接受这一概念。中国的学者则认为应该把东亚三岛柴胡复合体划分成包括北柴胡(B. chinense var. chinense)，红柴胡(B. scorzonerifolium)，竹叶柴胡(B. marginatum) 和阿尔泰柴胡(B. krylovianum)在内的十几个的种1, 27 。从果实的形态解剖看，上述各种之间存在明显的差异：北柴胡一般呈卵形，棕黑色，果棱不明显；红柴胡为矩圆形
20、，暗褐色，果棱棒状；竹叶柴胡卵形，暗褐色，果棱不明显；阿尔泰柴胡为矩圆形，棕褐色，果棱膜质。而本文采自黑龙江的三岛柴胡与上述各种果实也明显不同。近年来细胞学与分子系统学的研究也支持东亚三岛柴胡复合体内的所有类群与欧洲的 B. falcatum L. 关系很远论文，应该处理为不同的种类13-21。 单人骅和李颖1把烟台柴胡(B.chinense f. vanheurcki)处理为北柴胡(B. chinense)的变型，而佘孟兰2最近的处理则不承认该变形的存在。果实的形态解剖特征表明，二者均为两侧压扁，卵形，棱槽油管 3；但北柴胡的合生面油管为4，而烟台柴胡为 2。另外，烟台柴胡的叶片通常比北柴胡
21、短小。由此看来二者之间已经发生了一定的分化。它们的具体关系将来通过分子上的证据也许能够得到更好地解释。 根据本文的观察结果，中国柴胡属 21 类群的果实形态与解剖特征表现出鲜明的差异，具有一定的分类学意义。我们编制了以果实特征为性状的分种检索表如下。 基于植物果实形态解剖特征的分种检索表 Key to species based on fruit morphologicaland anatomical features of Bupleurum 1.棱槽 1 个油管，合生面 2 个油管 2.果实较小，通常等于或小于2mm小柴胡 B. hamiltonii 2.果实较长，3.5-4mm 或大于
22、4mm 3.果实矩圆形论文，棕褐色，花柱短阿尔泰柴胡 B. krylovianum 3.果实矩圆形，暗棕色，花柱长而宿存密花柴胡B.densiflorum 1.棱槽通常 3 个油管，合生面常 4-6 个油管，稀 2个 4.胚乳合生面微凹 5果实圆柱形 6.果实棕红色 7. 果棱细而不明显，外表皮光滑紫红川滇柴胡B. candollei var. atropurpureum 7. 果棱较明显.紫花鸭跖柴胡 B. commelynoideum 6. 果实棕褐色或棕黑色 8. 果实棕褐色.川滇柴胡 B. candollei 8. 果实棕黑色三苞小柴胡 B. hamiltonii var. pauce
23、fulcrans 5. 果实矩圆形 9. 果实暗褐色，果棱细而极不明显大叶柴胡 B. longiradiatum 9. 果实棕红色，果棱较明显丽江柴胡 B. rockii 4. 胚乳合生面平直 10. 果实卵形或矩圆形 11果实卵形 12. 果实棕色或暗褐色 13. 果实棕色汶川柴胡 B. var. tenerum 14. 果棱较明显.竹叶柴胡 B. marginatum 12. 果实棕黑色 15. 果棱明显黑柴胡 B. smithii 15. 果棱不明显或较明显 16. 果棱不明显北柴胡 B. chinense 16. 果棱较明显 17. 合生面油管 2 个烟台柴胡B.chinense f. vanheurckii 17. 合生面油管 4 个银州柴胡 B.yinchom(四川，西藏)纤细柴胡B.gracillimum 18. 果棱较明显或明显 19. 果实长约3mm马尔康柴胡 B.malconense 19. 通常果实大于 4mm 20. 果实暗棕色.三岛柴胡(东亚)B. falcatum 20. 果实暗褐色，果棱棒状红柴胡B. scorzonerifolium 10. 果圆柱形，果棱明显，背腹压扁黄花鸭跖柴胡 B. commelynoideum var. flaviflorum 致谢 感谢新疆农业大学谭敦炎教授，佳木斯大学杨洪升老师， 周清波老师在标本采集过程中提供的帮助！
