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      基于果實(shí)解剖性狀的傘形科阿米芹族葛縷子亞族(Carinae)的數(shù)量分類

      2020-12-04 02:31:12宋春鳳劉啟新
      關(guān)鍵詞:壓扁阿米油管

      劉 芳,惠 紅,宋春鳳,劉啟新,①

      〔1. 宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 宿州 234101; 2. 江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所(南京中山植物園),江蘇 南京 210014〕

      無論是以植物形態(tài)特征建立的分類系統(tǒng),還是以DNA分子序列建立的分支系統(tǒng),傘形科(Apiaceae)被認(rèn)為是一個(gè)相對(duì)自然、演化獨(dú)特、進(jìn)化程度高的類群,然而,其內(nèi)部的分類至今卻沒有一種被廣泛接受的現(xiàn)代分類系統(tǒng)[1]。在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),大多學(xué)者認(rèn)可以形態(tài)性狀構(gòu)建的Drude分類系統(tǒng)[2],尤其是芹亞科(Apioideae)及其族級(jí)處理,但依據(jù)分子系統(tǒng)學(xué)形成的分支系統(tǒng)完全打破了芹亞科原有的分類系統(tǒng),取而代之的是先后多達(dá)40個(gè)主要分支或新族的分類處理[3-11],由此導(dǎo)致其中的有些類群界限模棱兩可或存有爭(zhēng)議[1,11],因此,傘形科的分類,特別是在屬間關(guān)系和族級(jí)劃分上,正經(jīng)歷著重新認(rèn)識(shí)和全面調(diào)整。

      在傳統(tǒng)分類系統(tǒng)中,阿米芹族(Ammineae)為芹亞科的一個(gè)大族[2],族下設(shè)有亞族、類,其主要特征是果實(shí)常呈卵形至長(zhǎng)圓狀圓筒形,頂端鈍或尖銳(但絕不成喙);分生果的橫切面呈近圓形至近五角狀圓形;主棱線形至稍呈翅狀,常彼此近相等,稀背部3條與側(cè)角2條不等。國(guó)產(chǎn)傘形科阿米芹族有41屬274種79變種(含亞種)[12-13],分為葛縷子亞族(Carinae)和西風(fēng)芹亞族(Seselinae)。其中葛縷子亞族有24屬,以果棱線形、等大、沿果體均等分布為特點(diǎn),又分為異型類、九棱類和真型類[12]。而在分子系統(tǒng)中,這些屬卻被分在從較原始的柴胡族(Bupleuraea)至最進(jìn)化的亮蛇床族(Selineae)的不同分支中,最突出的實(shí)例是將其中13個(gè)屬分到11個(gè)族或分支中[11]。因此,有關(guān)葛縷子亞族乃至阿米芹族的分類存在較大不確定性,族下的分類及屬間關(guān)系需進(jìn)一步厘清。

      由于傘形科植物的果實(shí)性狀相對(duì)穩(wěn)定,因而,其外部形態(tài)特征和內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)一直為植物分類學(xué)者所重視,在屬和亞科等不同分類等級(jí)上時(shí)有研究報(bào)道[14-20],其中也見有阿米芹族中某些屬內(nèi)種間的果實(shí)解剖學(xué)研究,如柴胡屬(BupleurumLinn.)[21]、藁本屬(LigusticumLinn.)[22-23]和茴芹屬(PimpinellaLinn.)等[24],但是對(duì)阿米芹族內(nèi)各屬間果實(shí)解剖特征缺乏比較研究,尤其是果實(shí)解剖性狀對(duì)探討該族或亞族中屬間分類關(guān)系的作用少有深入研究。

      數(shù)量分類學(xué)是現(xiàn)代植物分類學(xué)中廣泛應(yīng)用的研究手段之一[25-26],在多性狀評(píng)估中能有效減少因人為原因造成的主觀性,獲得較為客觀、真實(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果。因而,作者對(duì)阿米芹族葛縷子亞族代表性屬的果實(shí)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,并以此為基礎(chǔ),對(duì)該亞族內(nèi)部的屬間關(guān)系開展數(shù)量分類學(xué)研究,探討果實(shí)解剖性狀對(duì)該亞族的分類學(xué)意義,為葛縷子亞族的合理分類提供科學(xué)依據(jù)。

      1 材料和方法

      1.1 材料

      供試種類為產(chǎn)于中國(guó)的傘形科阿米芹族9屬32種4變種1變型,包括葛縷子亞族7屬26種4變種1變型,以及作為外類群的西風(fēng)芹亞族2屬6種,共計(jì)37個(gè)分類運(yùn)算單元(簡(jiǎn)稱OUT,下同),各種類的憑證標(biāo)本信息詳見表1,憑證標(biāo)本均保存于江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所標(biāo)本館(NAS)。

      1.2 方法

      1.2.1 石蠟切片制片和觀察 取各種類新鮮或干燥的成熟果實(shí),作為供試材料。新鮮果實(shí)直接用FAA固定;干燥果實(shí)先用溫水浸泡,后經(jīng)氫氟酸軟化處理,再用FAA固定。切片采用常規(guī)石蠟切片法制片;切片為果實(shí)中部的橫切面;番紅-固綠對(duì)染,中性樹膠封片。用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察,并描述結(jié)構(gòu)特征,同時(shí)進(jìn)行顯微照相;每個(gè)果實(shí)觀察及測(cè)量5張切片,結(jié)果取平均值。

      表1 供試傘形科阿米芹族葛縷子亞族種類的憑證標(biāo)本信息

      1.2.2 性狀的選取與賦值 選擇比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征作為數(shù)量分類性狀。共選取18個(gè)性狀,包括二態(tài)、多態(tài)和數(shù)量3類性狀。其中,二態(tài)性狀采用二元編碼,賦值為0和1;多態(tài)性狀采用多態(tài)編碼,賦值為0、1、2、3……n;數(shù)量性狀也采用多態(tài)編碼,根據(jù)數(shù)值由小至大賦值為0、1、2、3……n。

      二態(tài)性狀:1)腹面是否有隱棱,否、是分別賦值0、1;2)油管是否沿果體連續(xù)分布,否、是分別賦值0、1。

      多態(tài)性狀:1)果體橫切面形狀(不包括果棱),近圓形和圓狀五邊形、近正五邊形、扁五邊形、長(zhǎng)圓形或橢圓形、半圓形或腎形、矩狀五邊形、梯狀五邊形、梯形、梭形、七邊形、扁圓形分別賦值0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10;2)果棱均等度,5個(gè)果棱均等或近均等、側(cè)棱稍大于背部棱、側(cè)棱大于背部棱、側(cè)棱遠(yuǎn)大于背部棱分別賦值0、1、2、3;3)果棱發(fā)達(dá)程度,果棱不發(fā)達(dá)、不太發(fā)達(dá)、較發(fā)達(dá)、發(fā)達(dá)、特發(fā)達(dá)分別賦值0、1、2、3、4;4)背部果棱(背棱和中棱的統(tǒng)稱)形狀,不突起或微突起、小突起或小三角形、大三角形或小山丘形、短條形或短指形、圓丘形、長(zhǎng)指形、短翅形、長(zhǎng)翅形、厚翅形、其他形狀分別賦值0、1、2、3、4、5、6、7、8、9;5)側(cè)棱形狀,不突起或微突起、小突起或小三角形、大三角形或小山丘形、短條形或短指形、圓丘形、長(zhǎng)指形、短翅形、長(zhǎng)翅形、厚翅形、其他形狀分別賦值0、1、2、3、4、5、6、7、8、9;6)棱上外果皮細(xì)胞外壁彎曲度,平或近平、微拱、微突、彎拱分別賦值0、1、2、3;7)外果皮內(nèi)結(jié)晶和(或)色素塊,無結(jié)晶和(或)色素塊、墨綠色色素顆粒(塊)、紅色色素顆粒(塊)、墨綠色及紅色色素顆粒(塊)、亮綠色結(jié)晶、墨綠色結(jié)晶、墨綠色及紅色結(jié)晶分別賦值0、1、2、3、4、5、6;8)中果皮內(nèi)結(jié)晶和(或)色素塊,無結(jié)晶和(或)色素塊、墨綠色色素顆粒(塊)、紅色色素顆粒(塊)、墨綠色及紅色色素顆粒(塊)、亮綠色結(jié)晶、墨綠色結(jié)晶、墨綠色及紅色結(jié)晶分別賦值0、1、2、3、4、5、6;9)棱上維管束以外的中果皮(不包括中果皮內(nèi)側(cè))木化程度,不木化、輕度木化、高度木化分別賦值0、1、2;10)種皮細(xì)胞形狀,不可見或極薄、明顯、線形、長(zhǎng)條形、長(zhǎng)方形、長(zhǎng)圓形或近圓形分別賦值0、1、2、3、4、5。

      數(shù)值性狀:1)果體壓扁類型及程度(以果體長(zhǎng)寬比R1表示),兩側(cè)壓扁(R1<0.9)、幾乎不壓扁(0.9≤R1<1.1)、輕微背腹壓扁(1.1≤R1<1.3)、輕度背腹壓扁(1.3≤R1<1.7)、中度背腹壓扁(1.7≤R1<2.3)、高度背腹壓扁(2.3≤R1<2.7)、特壓扁(R1≥2.7)分別賦值0、1、2、3、4、5、6;2)果體橫切面大小(指分生果橫切面長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度L),小(L<1 000 μm)、較小(1 000 μm≤L<1 500 μm)、中等(1 500 μm≤L<2 500 μm)、較大 (2 500 μm≤L<3 000 μm)、大(L≥3 000 μm)分別賦值0、1、2、3、4;3)每果棱中維管束的數(shù)量,1個(gè)、2或3個(gè)、3個(gè)以上連成一體分別賦值0、1、2;4)側(cè)面棱槽邊與腹面的夾角(θ),θ<40°、40°≤θ<50°、50°≤θ<60°、60°≤θ<70°、70°≤θ<85°、θ≥85°分別賦值0、1、2、3、4、5;5)每棱槽油管數(shù),1個(gè)、1或2個(gè)、2或3個(gè)、3個(gè)以上分別賦值0、1、2、3;6)合生面寬度(用合生面長(zhǎng)度與腹面長(zhǎng)度的比值R2表示),R2<0.125、0.125≤R2<0.25、0.25≤R2<0.5、0.5≤R2<0.8、0.8≤R2≤1分別賦值0、1、2、3、4。

      1.3 數(shù)據(jù)分析

      根據(jù)37個(gè)OUT和18個(gè)性狀的編碼建立原始數(shù)據(jù)陣,運(yùn)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行分析。針對(duì)37個(gè)種類計(jì)算相似性系數(shù),組成相似性系數(shù)矩陣,在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后,采用平均聯(lián)接(組間)、平方歐氏距離方法進(jìn)行系統(tǒng)聚類,形成聚類圖;并針對(duì)18個(gè)果實(shí)解剖性狀進(jìn)行主成分分析。

      2 結(jié)果和分析

      2.1 果實(shí)橫切面的解剖特征

      傘形科阿米芹族葛縷子亞族部分代表種類的果實(shí)(即分生果)橫切面結(jié)構(gòu)見圖1。觀察的分生果橫切面的解剖結(jié)構(gòu)特征包括6個(gè)方面:1)果體,包括果棱以外部分的形狀及其壓扁程度;2)果棱,包括形狀和大小;3)油管,包括棱槽和合生面的油管數(shù)量及其分布式樣;4)維管束,每果棱中維管束的數(shù)量;5)附屬物,果壁中的結(jié)晶、色素塊;6)表皮細(xì)胞形狀。

      從果體性狀看,僅柴胡屬和山茴香(CarlesiasinensisDunn)的果實(shí)幾不壓扁,其他屬種的果實(shí)均不同程度背腹壓扁。從棱的數(shù)量看,除鴨兒芹(CryptotaeniajaponicaHassk.)及其變型外,其他種類均無腹面的隱棱。從油管性狀看,大多數(shù)種類的棱內(nèi)油管數(shù)量為1個(gè),僅鴨兒芹及其變型、藁本屬(3種)以及阿米芹〔Ammivisnaga(Linn.) Lam.〕的棱內(nèi)油管數(shù)量超過2個(gè);在供試種類中,僅阿米芹、尖瓣芹(AcronemachinenseWolff)、叉枝西風(fēng)芹(SeselivalentinaeM. Popov.)和膜盤西風(fēng)芹(S.glabratumWilld. ex Spreng.)的每棱槽油管數(shù)為1個(gè),其他種類的每棱槽油管數(shù)均超過1個(gè),有些種類甚至在3個(gè)以上;僅山茴香的油管沿果體連續(xù)分布,其他種類的油管分布常在果棱下方間斷。另外,供試種類在果體大小、果棱發(fā)達(dá)程度、外果皮和中果皮的結(jié)晶和色素塊的形態(tài)等果實(shí)特征上,均呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性。

      1: 川滇柴胡 Bupleurum candollei Wall. ex DC.; 2: 紅柴胡 B. scorzonerifolium Willd.; 3: 霧靈柴胡 B. sibiricum var. jeholense (Nakai) Y. C. Chu ex R. H. Shan et Y. Li; 4: 汶川柴胡 B. wenchuanense R. H. Shan et Yin Li; 5: 羽裂鴨兒芹 Cryptotaenia japonica f. pinnatisecta S. L. Liou; 6: 阿米芹 Ammi visnaga (Linn.) Lam.; 7: 鈍瓣小芹 Sinocarum cruciatum (Franch.) Wolff ex R. H. Shan et F. T. Pu; 8: 直立茴芹 Pimpinella smithii Wolff; 9: 細(xì)裂條葉絲瓣芹 Acronema chienii var. dissectum R. H. Shan et S. L. Liou; 10: 尖瓣芹 A. chinense Wolff; 11: 圓錐絲瓣芹 A. paniculatum (Franch.) Wolff; 12: 山茴香 Carlesia sinensis Dunn; 13: 膜盤西風(fēng)芹 Seseli glabratum Willd. ex Spreng.; 14: 羽苞藁本Ligusticum daucoides (Franch.) Franch.; 15: 長(zhǎng)莖藁本 L. thomsonii C. B. Clarke.

      2.2 系統(tǒng)聚類分析結(jié)果

      基于18個(gè)果實(shí)橫切面解剖性狀,以西風(fēng)芹亞族的西風(fēng)芹屬(SeseliLinn.)和藁本屬為外類群,對(duì)阿米芹族葛縷子亞族種類進(jìn)行聚類分析,結(jié)果見圖2。

      圖2 基于果實(shí)橫切面解剖性狀的傘形科阿米芹族葛縷子亞族種類的聚類圖

      由圖2可見:在D=10處,供試的37種可分為5類,作為外類群的西風(fēng)芹亞族的藁本屬和西風(fēng)芹屬各自為1類;葛縷子亞族7屬的種類可分為3類,鴨兒芹屬(CryptotaeniaDC.)和山茴香屬(CarlesiaDunn)各成1類,其余5屬則歸為1類,后者可再分為5組。各類包含的屬種及主要解剖特征如下:

      類Ⅰ:僅包含葛縷子亞族的山茴香屬(1種)。主要特征為果實(shí)表面有毛;油管大且多、密集排列,并沿果體連續(xù)分布。

      類Ⅱ:包含西風(fēng)芹亞族的藁本屬(3種)。主要特征為果體背腹壓扁,果棱發(fā)達(dá)、窄而薄,背部果棱明顯短小于側(cè)棱。

      類Ⅲ:包含葛縷子亞族的鴨兒芹屬(1種1變型)。主要特征為果體橫切面近圓狀七邊形;腹面有2個(gè)隱棱;果棱橫寬、圓鈍,并呈彎眉形,近均等;油管沿果體均勻分布。

      類Ⅳ:包含西風(fēng)芹亞族的西風(fēng)芹屬(3種)。主要特征為果體稍壓扁,呈寬橢圓形至五角狀圓形;果棱微突起,呈寬三角形或短棒狀;油管較少,每棱槽油管多為1個(gè),合生面油管多為2個(gè);合生面較寬,近平或微外突。

      類Ⅴ:包含葛縷子亞族的柴胡屬、茴芹屬、絲瓣芹屬(AcronemaFalconer ex Edgew.)、阿米芹屬(AmmiLinn.)和小芹屬(SinocarumH. Wolff ex R. H. Shan et F. T. Pu)5屬的種類。主要特征為果體幾不壓扁,呈近圓形或五角狀圓形;果棱幾無、微突起或呈三角形;每棱槽油管2個(gè)或2個(gè)以上;合生面近平或微外突。在D=5處還可以進(jìn)一步分為5組。

      組A:僅包含絲瓣芹屬的尖瓣芹。主要特征為果體微背腹壓扁,呈近五角狀圓形;果壁??;果棱幾無;棱槽油管單一,大而扁。組B:僅包含阿米芹屬的阿米芹。主要特征為果體微背腹壓扁或微兩側(cè)壓扁,呈近五角狀;果棱稍突出,有分泌管,維管束較大;內(nèi)果皮明顯;棱槽油管單一,細(xì)小。組C:僅包含小芹屬的鈍瓣小芹〔Sinocarumcruciatum(Franch.) Wolff ex R. H. Shan et F. T. Pu〕。主要特征為果體微壓扁,呈橢圓狀圓形;果壁很??;果棱幾無;油管稀少,棱槽油管1個(gè)。組D:包含茴芹屬和絲瓣芹屬的6種。主要特征為果體微背腹壓扁;果棱不顯或微突起;油管小,扁平;果壁??;合生面外突。組E:包含柴胡屬所有供試種類(共15種3變種)以及紫莖小芹〔Sinocarumcoloratum(Diels) Wolff ex R. H. Shan et F. T. Pu〕。主要特征為果體橫切面呈近圓形、圓狀五邊形或近正五邊形;果棱明顯,較小,5個(gè)果棱在果體周圍均勻分布;每棱槽中有油管多個(gè);中果皮與內(nèi)果皮細(xì)胞中大多有墨綠色色素顆粒;合生面狹窄。

      2.3 主成分分析結(jié)果

      為了進(jìn)一步明確供試傘形科阿米芹族葛縷子亞族種類的18個(gè)果實(shí)解剖性狀的關(guān)系,進(jìn)行了主成分分析,結(jié)果見表2。檢驗(yàn)結(jié)果顯示:KMO=0.604(P<0.05),說明所選的性狀比較適合,并且前6個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到86.217%,表明采用前6個(gè)主成分可基本代表所有性狀的信息。

      由表2可見:第1主成分的貢獻(xiàn)率最大,達(dá)到36.561%,其中,背部果棱形狀、側(cè)棱形狀、每果棱中維管束的數(shù)量、腹面是否有隱棱這4個(gè)性狀的絕對(duì)權(quán)重值均較高;第2主成分的貢獻(xiàn)率為16.724%,其中,果棱均等度、果棱發(fā)達(dá)程度、棱上維管束以外的中果皮木化程度這3個(gè)性狀的絕對(duì)權(quán)重值較高;第3主成分的貢獻(xiàn)率是14.257%,其中果體壓扁類型及程度、側(cè)面棱槽邊與腹面的夾角2個(gè)性狀的絕對(duì)權(quán)重值較高。第4至第6主成分的貢獻(xiàn)率分別為8.324%、6.799%和3.534%,分別為中果皮內(nèi)結(jié)晶和(或)色素塊、油管是否沿果體連續(xù)分布和每棱槽油管數(shù),這3個(gè)性狀的絕對(duì)權(quán)重值較高。

      表2 傘形科阿米芹族葛縷子亞族種類的18個(gè)果實(shí)解剖性狀的主成分分析結(jié)果

      3 討 論

      3.1 果實(shí)橫切面解剖性狀對(duì)葛縷子亞族種類的分類學(xué)意義

      上述聚類分析結(jié)果顯示:除小芹屬外,供試各屬的種類基本都聚在一起,特別是柴胡屬種類全部聚在組E中;另外,作為外類群的藁本屬和西風(fēng)芹屬不僅各自聚類,而且遠(yuǎn)離葛縷子亞族各屬。表明本研究選取的18個(gè)性狀能較為清晰地反映屬間的區(qū)別。

      從主成分分析結(jié)果看,首先,在第1和第2主成分中,背部果棱形狀、側(cè)棱形狀、每果棱中維管束的數(shù)量、腹面是否有隱棱、果棱均等度、果棱發(fā)達(dá)程度、棱上維管束以外的中果皮木化程度等7個(gè)性狀的絕對(duì)權(quán)重值較高,這些特征均為與傘形科分生果的果棱相關(guān)的性狀,說明果棱性狀對(duì)葛縷子亞族種類的數(shù)量分類極為重要。其次,第3主成分中,果體壓扁類型及程度、側(cè)面棱槽邊與腹面的夾角的絕對(duì)權(quán)重值較高,這2個(gè)性狀對(duì)決定果體形狀有重要作用,也是葛縷子亞族種類數(shù)量分類的主要性狀;第三,在第4至第6主成分中,中果皮內(nèi)結(jié)晶和(或)色素塊、油管是否沿果體連續(xù)分布和每棱槽油管數(shù)的絕對(duì)權(quán)重值較高,這3個(gè)性狀均與分生果的分泌結(jié)構(gòu)有關(guān),對(duì)葛縷子亞族種類數(shù)量分類也具有一定的意義。總體上看,分生果橫切面的果棱、果體形狀和分泌結(jié)構(gòu)3大類解剖性狀對(duì)葛縷子亞族種類的數(shù)量分類有重要意義,其中,背部果棱形狀、側(cè)棱形狀、每果棱中的維管束數(shù)量、腹面是否有隱棱、果棱均等度、果棱發(fā)達(dá)程度、棱上維管束以外的中果皮木化程度、果體壓扁類型及程度、側(cè)面棱槽邊與腹面的夾角等9個(gè)解剖結(jié)構(gòu)對(duì)阿米芹族的數(shù)量分類有重要價(jià)值。

      3.2 葛縷子亞族內(nèi)各屬的分類地位探討

      3.2.1 鴨兒芹的分類地位有待提升 鴨兒芹屬是一個(gè)小屬,大約有8種。鴨兒芹的果實(shí)解剖結(jié)構(gòu)在阿米芹族內(nèi)非常特殊,突出表現(xiàn)在3個(gè)方面:一是腹面有2個(gè)隱棱;二是果棱橫寬、圓鈍,呈彎眉形,近均等;三是橫切面近圓狀七邊形。在聚類圖中該屬不僅單獨(dú)聚類,而且與葛縷子亞族其他屬間的關(guān)系疏遠(yuǎn)。

      在Drude系統(tǒng)中,根據(jù)“有無棱內(nèi)油管”“棱間有無草酸鈣結(jié)晶體”“葉片是否分裂”3個(gè)特征,將阿米芹族葛縷子亞族種類分為“葉全緣、有油管、有結(jié)晶”的異型類(具5個(gè)果棱),以及“葉分裂、無油管、無結(jié)晶”的九棱類(具5個(gè)主棱和背部4個(gè)副棱)和真型類(僅具5個(gè)果棱),而鴨兒芹的果棱特征均不同于上述3類。阿米芹族的果實(shí)常呈卵形至長(zhǎng)圓狀圓筒形(很少圓形)、頂端鈍或尖銳(但絕不成喙),主棱常明顯、線形至有翅,彼此幾乎相等(極少背棱3條相等、側(cè)棱2條呈翅);而鴨兒芹的果實(shí)呈長(zhǎng)圓形至線狀長(zhǎng)圓形,果棱寬扁隆起,花柱基圓錐狀,花柱直立,果實(shí)頂端近喙?fàn)睿黠@有別于其他屬。此外,分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果[6,10-11]也顯示:鴨兒芹屬與傘形科內(nèi)的一些水生或濕生類的屬,如水芹屬(OenantheLinn.)、澤芹屬(SiumLinn.)、天山澤芹屬(BerulaHoffm.)和毒芹屬(CicutaLinn.),聚成獨(dú)立的分支——水芹族(Oenantheae),由此說明鴨兒芹屬的果實(shí)形態(tài)和生態(tài)習(xí)性均具有一定的特殊性和獨(dú)立的演化方向。

      依據(jù)分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果,Spalik等[27]認(rèn)為:鴨兒芹屬為多系,可以分為3個(gè)分支,其中分布于北美東部—東亞的包括北美鴨兒芹〔Cryptotaeniacanadensis(Linn.)DC.〕和鴨兒芹等種類的狹義鴨兒芹屬歸入水芹族;分布于加那利群島的特有種秀麗鴨兒芹(新擬,C.elegansWebb ex Bolle)與馬德拉群島的2個(gè)傘形科木本特有種〔Moniziaedulis Lowe和Melanoselinumdecipiens(Schrad. et J. et C. Wendl.) Hoffm.〕一起被歸入針果芹族(Scandylieae)胡蘿卜亞族(Daucinae)中;分布于非洲的1個(gè)分支與茴芹屬為姐妹群。本研究中,可以觀察到在鴨兒芹的果實(shí)橫切面上具有少見的腹面維管束(隱棱),這一結(jié)構(gòu)在傘形科中比較特殊,也反映出鴨兒芹果實(shí)木化成分偏高的趨勢(shì),部分佐證了“將鴨兒芹屬與水芹族和木本種類歸在一起”的分類處理的合理性。

      綜合生態(tài)習(xí)性、果實(shí)外形、分生果橫切面的解剖結(jié)構(gòu)(果體形狀和果棱特征),結(jié)合分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果,根據(jù)本研究的解剖性狀聚類圖,可以認(rèn)為:鴨兒芹明顯不同于葛縷子亞族中的異型類、九棱類和真型類,應(yīng)屬于另類;從果實(shí)解剖結(jié)構(gòu)特殊性或分類等級(jí)的角度看,達(dá)到亞族水平;不僅可以從屬中獨(dú)立出來,而且分類地位應(yīng)予提升。其形態(tài)為:葉分裂;果實(shí)線狀長(zhǎng)圓形,頂端尖,近喙?fàn)?;分生果橫切面呈近圓狀七邊形,具5個(gè)微小主棱和2個(gè)腹面隱棱,無棱內(nèi)油管和棱間草酸鈣結(jié)晶體。

      3.2.2 山茴香屬的分類地位有待提升 在Drude系統(tǒng)中,山茴香屬隸屬阿米芹族中的葛縷子亞族[12],為單型屬,僅分布于中國(guó)的山東和遼寧,在朝鮮也有分布。該種生于沿海山地的干燥山坡或巖石裂縫中,具有適生少水易旱環(huán)境的習(xí)性及外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本屬最明顯的果實(shí)解剖特征為“油管較大且多,沿果體連續(xù)分布;果棱上有1~3個(gè)大分泌腔”,表現(xiàn)出果實(shí)油管或分泌道高度發(fā)達(dá)的演化方向。該屬花和果的外部特征也非常特殊,不僅花柱發(fā)達(dá)、花柱基圓錐狀、花柱長(zhǎng)而直立、花柱與果實(shí)的長(zhǎng)度近相等,而且花萼極為明顯,果實(shí)表面密被毛。

      聚類分析結(jié)果顯示:該屬遠(yuǎn)離葛縷子亞族中的所有屬,單獨(dú)聚為一類(類Ⅰ),與其他屬的疏遠(yuǎn)程度達(dá)到甚至超過了葛縷子亞族和西風(fēng)芹亞族的等級(jí)。此外在分支系統(tǒng)中該屬被歸于新建立的亮蛇床族(Selineae)中,與亮蛇床屬(SelinumLinn.)種類近緣[5],并與石防風(fēng)〔Peucedanumterebinthaceum(Fisch.) Fisch. ex Turcz.〕高度結(jié)合為一支[10]。說明山茴香屬的演化地位遠(yuǎn)高于現(xiàn)在的地位,其分類地位應(yīng)予提升。

      3.2.3 柴胡屬的分類地位得到進(jìn)一步證實(shí) 柴胡屬除了具有獨(dú)特、全緣性的禾狀葉外,無論是果實(shí)外部形態(tài)特征和解剖結(jié)構(gòu),還是分子性狀,都有其自身的特征,遠(yuǎn)別于傘形科的其他屬,在傘形科(尤其是芹亞科)中是一個(gè)公認(rèn)的、相對(duì)自然和原始的類群。本研究結(jié)果也同樣反映出這一結(jié)果,在聚類分析時(shí)柴胡屬自成一組(組E),僅其內(nèi)部可以明顯分成不同亞組,這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果相符[28]。

      在傳統(tǒng)分類系統(tǒng)中,柴胡屬位于阿米芹族葛縷子亞族的異型類,分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果[6,9]表明該屬位于芹亞科基部,并且成為獨(dú)立的柴胡族,這與傳統(tǒng)分類結(jié)果基本一致。此外,Neves等[29]建議將其分為2個(gè)亞屬,即木本、原始類型的Penninveria亞屬,以及草本、進(jìn)化類型的Bupleurum亞屬;王長(zhǎng)寶等[21 ]則認(rèn)為國(guó)產(chǎn)柴胡屬種類均屬于為Bupleurum亞屬。

      3.2.4 絲瓣芹屬與茴芹屬的關(guān)系 由本研究結(jié)果可以看出:絲瓣芹屬是一個(gè)自然的屬,該屬供試種類均緊密地聚在一起;茴芹屬種類也聚在一起,并且與絲瓣芹屬關(guān)系較近,聚成組D。與其他各屬種類相比,這2個(gè)屬種類的共同特征主要是果實(shí)橫切面呈圓形、卵狀心形或卵狀圓形,果棱不發(fā)達(dá)、不顯或微突起,果壁很薄,中果皮很少,但油管多數(shù)、明顯且均勻分布于棱槽內(nèi),同時(shí)合生面外突。

      張紅瑞[30]依據(jù)植物形態(tài)特征的聚類分析結(jié)果表明:絲瓣芹屬種類單獨(dú)被聚為一支,分子系統(tǒng)學(xué)研究也顯示該屬形成了一個(gè)支持率很高的單系,并且與羽苞芹屬(OreocomopsisPimenov et Kljuykov)構(gòu)成姐妹類群,與囊瓣芹屬(PternopetalumFranch.)、滇芹屬(MeeboldiaH. Wolff)等構(gòu)成并系,屬間關(guān)系較近。Zhou等[11]基于分子序列的研究認(rèn)為:絲瓣芹屬為單系,并與Drude系統(tǒng)中葛縷子亞族的小芹屬、旱芹屬(ApiumLinn.)和囊瓣芹屬,以及美味芹族(Smyrnieae)的滇芹屬和棱子芹屬(PleurospermumHoffm.)聚在一起,均歸于絲瓣芹族(Acronemeae)。

      茴芹屬是傘形科中的一個(gè)大屬,對(duì)該屬的系統(tǒng)分類和果實(shí)解剖等方面的專項(xiàng)研究結(jié)果[24,31-34]均提示該屬并非單系,且基于分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果,該屬被分在東亞分支(East Asia Clade)、茴芹族(Pimpinelleae)和亮蛇床族3個(gè)不同分支中[11],而且,與絲瓣芹屬所在的絲瓣芹族相距甚遠(yuǎn)。

      在Drude系統(tǒng)中,上述2個(gè)屬均為葛縷子亞族真型類的成員,但是,分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果表明二者的關(guān)系并不密切,彼此遠(yuǎn)離。由此可見,基于果實(shí)解剖特征建立的這2個(gè)屬間的以及屬內(nèi)種間的分類關(guān)系,與基于分子序列建立的系統(tǒng)關(guān)系明顯不一致,說明這兩屬間的分類關(guān)系有待深入探討。

      3.2.5 小芹屬下的分類有待進(jìn)一步研究 在傳統(tǒng)分類系統(tǒng)中,小芹屬被置于阿米芹族葛縷子亞族[12]。從果實(shí)橫切面看,該屬種類的果體稍壓扁、果棱不顯,這些特征與絲瓣芹屬相似;但是該屬每個(gè)棱槽內(nèi)僅有1個(gè)油管、合生面有2個(gè)油管,而且合生面不外突、稍內(nèi)凹,與絲瓣芹屬明顯有別。

      該屬種間差異大,分化明顯。張紅瑞[30]的研究結(jié)果表明:從果實(shí)形態(tài)(長(zhǎng)圓形、果棱成絲狀)看,該屬與東俄芹屬(TongoloaH. Wolff)、凹乳芹屬(VicatiaDC.)及滇芹屬種類近似,但從分子序列看,該屬也不是單系,而是與東俄芹屬、瘤果芹屬(TrachydiumLindl.)聚成多個(gè)并系,形成高支持率的一個(gè)分支。Zhou等[11]基于分子序列的研究也認(rèn)為該屬與東俄芹屬關(guān)系最為密切,并將其歸入東亞分支的東俄芹亞分支。從果實(shí)解剖特征看,該屬供試的2個(gè)種(紫莖小芹和鈍瓣小芹)在側(cè)棱和背棱形態(tài)、果體壓扁程度、外果皮內(nèi)的結(jié)晶和色素塊等性狀上區(qū)別明顯,分別被聚在2個(gè)組中,距離較遠(yuǎn),這也佐證了分子系統(tǒng)學(xué)的研究結(jié)果。因此,小芹屬內(nèi)種間的親緣關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

      3.3 西風(fēng)芹亞族中西風(fēng)芹屬的界限和系統(tǒng)地位需要重新考慮。

      在Drude系統(tǒng)中,西風(fēng)芹屬為西風(fēng)芹亞族成員[12],雖在本研究中,作為外類群,西風(fēng)芹屬的3個(gè)供試種類聚為一類(類Ⅳ),但其果實(shí)解剖結(jié)構(gòu)更接近于葛縷子亞族,果體輕度背腹壓扁、橫切面呈近五邊形;果棱雖然明顯但并不太發(fā)達(dá),呈圓丘形突起,近相等;通常背棱和側(cè)棱區(qū)別不明顯,側(cè)棱偶較寬,且在果體上近均等分布。因而,從亞族水平看,西風(fēng)芹屬更接近于葛縷子亞族,或并入后者更合適。

      有關(guān)西風(fēng)芹屬的界限或分類地位至今存在爭(zhēng)議,比較突出的問題是該屬與巖風(fēng)屬(LibanotisHaller ex Zinn)和絨果芹屬(EriocyclaLindl.)的分合,或?qū)r風(fēng)屬并入其中作為一個(gè)亞屬,或分置于不同組中,或?qū)⒔q果芹屬全部并入其中[34],但也有學(xué)者不同意這種分類處理[12-13]。分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果表明:西風(fēng)芹屬不是單系的,并且與山芎屬(ConioselinumFisch. ex Hoffm.)、喜峰芹屬(CortiaDC.)和芫荽屬(CoriandrumLinn.)近緣[4],甚至與防風(fēng)屬(SaposhnikoviaSchischk.)和前胡屬(PeucedanumLinn.)有較近的親緣關(guān)系[10],該屬應(yīng)該歸入亮蛇床族中[1]。因此,西風(fēng)芹屬的界限需要重新考慮,以不與巖風(fēng)屬和絨果芹屬合并為宜。

      3.4 葛縷子亞族乃至阿米芹族的不自然性有待進(jìn)一步探討

      在長(zhǎng)達(dá)百年的傳統(tǒng)傘形科分類系統(tǒng)[2]中,依據(jù)外部形態(tài)性狀建立的族級(jí)分類沿用至今。但是依據(jù)DNA分子序列形成的傘形科分支系統(tǒng),不僅在族級(jí)而且在亞科水平上都有大量調(diào)整,有不少屬被認(rèn)為不是單系而被分到不同族或分支中,例如,藁本屬種類被分至亮蛇床族、絲瓣芹族、滇芹分支(SinodielsiaClade)等5個(gè)分支中。分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果[10]表明阿米芹族是一個(gè)極不自然、非單系的類群,可被分成若干新的族或分支,僅國(guó)產(chǎn)阿米芹族的各屬就被分別歸為柴胡族、滇芎分支(PhysospermopsisClade)、水芹族、針果芹族胡蘿卜亞族、絲瓣芹分支(AcronemaClade)、滇芹分支、亮蛇床族、茴芹族(Pimpinelleae)、葛縷子族(Careae)、綿果芹分支(CachrysClade)和旱芹族(Apieae)等諸多新類群。

      在傳統(tǒng)分類系統(tǒng)中,阿米芹族是具有中等進(jìn)化程度的一個(gè)大族,下設(shè)亞族、類、屬的種上等級(jí)分類系統(tǒng),果實(shí)的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是其重要的分類依據(jù)。但是,傘形科植物的果實(shí)性狀既存在許多變異也存在一定程度的趨同性,以果實(shí)性狀為主劃分屬以上的等級(jí)類群并建立分類關(guān)系,易導(dǎo)致不自然性。而本研究基于果實(shí)解剖性狀的數(shù)量分類結(jié)果也表明阿米芹族的分類存在不合理現(xiàn)象,就葛縷子亞族而言,鴨兒芹屬、山茴香屬等與其他各屬間的分異程度達(dá)到亞族水平,反映出該族的不自然性。這一結(jié)果也與分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果相吻合,表明該族及亞族的內(nèi)部需作調(diào)整,因此,葛縷子亞族乃至阿米芹族的分類系統(tǒng)有待繼續(xù)深入研究。

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