五味子科花粉的形態(tài)學觀察

五味子科花粉的形態(tài)學觀察

他是第一個研究五味子科花粉形態(tài)的科學家。他描述了六種花粉形態(tài)，并解釋了為什么以及三次長溝。他認為3長溝與蕨類植物孢子的3射縫同源,3長溝交匯的一極是近極,相對的一極,即空白極,與Drimys屬的花粉具單溝的一面同源,是遠極。隨后,Wodehouse(1936)表達了類似的觀點。但十余年后,Erdtman(王伏雄和錢南芬譯,1962)對上述問題的認識有了改變,并在文中記載了五味子屬SchisandraMichx.花粉7種,南五味子屬KadsuraKaempf.exJuss.花粉5種。此后有多位學者涉及五味子科植物花粉的研究(王伏雄等,1995;Doyleetal.,1990;藍盛芳,1984;Lieux,1980;Praglowski,1976;Vijayaraghavan&Dhar,1975;Walker,1974;Huang,1972;Jalan&Kapil,1964;Hayashi,1960)。其中,Praglowski(1976)的實驗材料涵蓋了按Smith(1947)的分類處理確認的五味子屬25種、6變種和1變型中的18種和1變種,南五味子屬22種中的12種。他不僅觀察了花粉的外部形態(tài),而且作成超薄切片,在透射電鏡下觀察了花粉壁各層的結構,并通過對花粉四分體的觀察,回答了五味子科花粉極性問題,認為3長溝匯聚的一面是遠極面,空白極是近極面。該研究無疑是五味子科孢粉學研究史上最重要的工作之一。從藍盛芳(1984)等人的研究及Saunders(1998,1997)的回顧看,南五味子屬花粉形態(tài)研究工作沒有遺留重大疑點,而五味子屬花粉形態(tài)研究的疑點較多。為了討論孢粉學問題的方便,本文的種及種以下分類階元的概念仍采用Smith(1947)的觀點(在他之后發(fā)表的新分類群除外)。作者共觀察了五味子屬18種(其中一個存疑種)、6變種和1變型的花粉樣品85個,南五味子屬5種(其中一個存疑種)的花粉樣品6個,共23種、6變種和1變型,91個樣品。其中5種、4變種和1變型的花粉測量數(shù)據(jù)是首次報道。1花粉的證據(jù)描述花粉材料來自臘葉標本和野外活材料。用作光學顯微鏡觀察、測量的材料,均經(jīng)過醋酸酐分解法(王伏雄等,1995)處理,用甘油膠制片。用作掃描電鏡觀察用的材料作了兩種處理:一種是用醋酸酐分解法至水洗后,用無水酒精脫水,然后置于樣品臺上鍍金膜;另一種是將花粉直接涂在雙面膠帶上,噴鍍金膜。每份樣品測量20?；ǚ?取極軸(P)和最大圓周直徑(GD)的最小值、最大值和平均值。因材料不足,計量花粉粒數(shù)量不滿20粒者,僅S.repanda和S.chinensis中的一份樣品。在描述術語方面,因五味子科花粉是異極的(heteropolar),赤道軸這一術語(Praglowski,1976)不適用;另外,五味子植物中有的花粉外形近似氈窩帽狀,極軸長度小于半球的半徑;在這種情況下,“赤道軸”一詞完全失去了意義。表1中每個種只列出1個樣品的憑證標本。凡是樣品在兩份以上的種,測量數(shù)據(jù)均為受檢樣品的測量平均值。2花粉的極緣分布該科植物花粉均為單花粉、異極、輻射對稱。極面觀為6裂圓形或3裂圓形。因兩個極面隆起程度不同,側面觀為不對稱的橢圓形或平凸形。通常遠極面隆起較高,近極面扁平或微凹,甚至極度凹陷而使花粉粒的整體外形象氈窩帽狀(圖版Ⅰ:9;圖版Ⅱ:6)。大多數(shù)種具6溝,少數(shù)種只具3溝。具6溝者,3長3短,沿子午線方向相間排列。3長溝于遠極匯聚成3合溝,在近極面則不匯聚。3短溝在兩極均不匯聚。長溝和短溝在近極面的一端與近極的距離相等(圖版Ⅰ:4;圖版Ⅱ:3;圖版Ⅲ:1)。具3溝的花粉,3溝在遠極面匯成3合溝(圖版Ⅰ:8)。這3條溝的長度短于具6溝花粉的3長溝,以致在近極面幾乎看不到這3條溝(圖版Ⅰ:7)。溝的分布格局除上述兩類有規(guī)律的情形之外,還有多種不規(guī)則的分布,如副合溝,8溝,5溝(Erdtman,1952),2溝(Praglowski,1976),以及只具一條溝(圖版Ⅲ:12)等?；ǚ鄣臉O軸長度(P)8.5～27.6μm,最大圓周直徑(GD)8.5～40.1μm,P/GD的比值0.47～0.79(見表1)。外壁為網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)眼形狀不規(guī)則,有近似多邊形的,也有其它形狀。網(wǎng)脊的寬度和網(wǎng)眼的大小常隨不同的種而不同。在同一種的不同居群中,乃至在同一居群的不同個體中,也有一定的變異幅度。在同一花粉粒上,近極面的網(wǎng)眼通常大于遠極面的網(wǎng)眼。網(wǎng)脊是覆蓋層及其下的小柱組成的連續(xù)結構。在某些花粉粒中,可以看到散在的瘤狀突起獨立于網(wǎng)眼之中(圖版Ⅱ:2,5),這是分散分布的沒有覆蓋層的小柱。大多數(shù)種的花粉,溝上都有溝膜,膜的中央有一條沿溝縱行的加厚條紋,長短溝皆然。鏡檢已萌發(fā)的花粉上千粒,花粉管全部是從3長溝交匯處伸出,無一例外。與Hayashi(1960)報道的情形一致。3討論3.1花粉的個體發(fā)育研究五味子科花粉的極性問題有過較長時期的爭論。最早涉及五味子科花粉的學者(Wodehouse,1936;Erdtman,1935)都認為3長溝匯合的一極是近極,相對的空白極是遠極。同時認為3長溝與蕨類植物孢子的3射縫同源。但十余年后,Erdtman(1952)改變了觀點,認為五味子科花粉的3條長溝與蕨類孢子的3射縫不同源,具有“聚集性極”的面可能是遠極面,具空白極的一面可能是近極面。Jalan&Kapil(1964)也對Wodehouse(1936)的上述觀點表示了不同見解,贊同Erdtman(1952)的觀點。Praglowski(1976)通過觀察四分體花粉,認為3溝匯聚的一極就是遠極,空白極是近極。但Lieux(1980)在其著作中還稱3長溝匯聚極為“假設的遠極”。本文作者觀察到的情況(圖版Ⅰ:12)使人不得不懷疑Praglowski(1976)結論的普遍性?？磥鞮ieux(1980)的謹慎不是沒有道理的。這一問題有待對花粉的個體發(fā)育研究予以澄清。只是為了敘述的方便,本文暫且采用Praglowski(1976)的觀點。3.2研磨花粉的網(wǎng)眼大小及大小Praglowski(1976)根據(jù)花粉萌發(fā)溝的條數(shù)和外壁網(wǎng)眼的大小將五味子科花粉分為4類型的客觀性與合理性值得懷疑。采自北京的S.chinensis(孫成仁744)花粉中,確有最大網(wǎng)眼長徑超過6μm的(圖版Ⅰ:4),但這種情形并不普遍。也有相當數(shù)量(不少于觀察樣品的半數(shù))的花粉最大網(wǎng)眼長徑小于6μm(圖版Ⅰ:5)。而采自日本的同種花粉(T.Yaharaetal.7082)則情形大不相同,網(wǎng)眼小,網(wǎng)脊高(圖版Ⅰ:6)。采自中國內蒙古、遼寧、河北等地以及采自朝鮮的同種花粉,其網(wǎng)眼的最大長徑幾乎沒有超過6μm的。在前述大于6μm的網(wǎng)眼中,其周邊網(wǎng)脊輪廓不清晰,極象是兩個以上的網(wǎng)眼之間的網(wǎng)脊破碎斷裂而形成貫通的大網(wǎng)眼(圖版Ⅰ:4)。這樣形成的大網(wǎng)眼在S.grandiflora中也能找到(圖版Ⅰ:7,a)。作者觀察到的情況是S.grandiflora的網(wǎng)眼平均大小明顯大于S.chinensis。Ikuse(1956)所測日本產的S.chinensis的花粉網(wǎng)眼大小為4～5.5μm,也明顯與Praglowski所測結果不一致,倒是與本文報道的觀察結果基本一致。網(wǎng)眼最長徑大于6μm的除S.grandiflora之外,在S.sphaerandra中也有(圖版Ⅲ:10)。不僅在較原始的具3溝的種中有這類大網(wǎng)眼,在原多蕊組sect.Pleiostema(Smith,1947)具內向藥的成員中也有(圖版Ⅲ:5)。此外,Ikuse(1956)測量的S.repanda(=S.nigra)的花粉網(wǎng)眼大小為3～4.5μm,也與Praglowski(1976)報道的1～2.5μm不一致。綜上所述,Praglowski(1976)的觀察測量結果不具代表性和普遍性,因而他對五味子科花粉類型的劃分不具客觀性、合理性,在分類上亦不具可操作性。本文作者的觀察測量結果不支持他的分型方案。3.3p/3g值本文報道的極軸長度(P)是8.5～27.6μm,最大直徑(GD)是8.5～40.1μm,兩組數(shù)據(jù)的覆蓋幅度均大于Praglowski(1976)報道的數(shù)據(jù)(P:12～22μm,GD:24～32μm)。這可能是因為本文數(shù)據(jù)是每份樣品測量20?；ǚ鄣贸龅?而Praglowski只測量了10?；ǚ邸y量的花粉數(shù)多一倍,數(shù)據(jù)幅度自然會大一些。但這對平均值的影響并不大,從GD的對比中可以證實。在本文和Praglowski(1976)都報道的16個種(變種)中,有12個種(變種)的GD平均值是基本相同的。有明顯差別的是P值,從而影響到P/GD值。16個種中,只有5個種的P/GD值相同或基本相同,其余11種有明顯差距。這與測量的花粉粒數(shù)基本無關,而可能是測量計數(shù)方式上的差異。除K.longipedunculata之外,本文和Praglowski(1976)報道的GD值普遍比Erdtman(1935)報道的幾個種的E值(相當于本文中的GD值)大;但與他1952年報道的另外幾個種的數(shù)據(jù)比較,則沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異。很可能是因為他在30年代處理花粉的方法與50年代不同。Lieux(1980)報道S.glabra的極軸長度(P)約為15μm,赤道軸(E,相當于本文中的GD)為27.5～30.5μm。由此得出的P/GD值略小于0.5,與其文字描述“超扁球形”(peroblate)吻合。本文作者所測的與該種分在同一個組sect.Schisandra(Smith,1947)的另外兩名成員S.bicolor和S.repanda的P/GD值分別為0.51和0.53,與他報道的數(shù)據(jù)非常接近。無論在光鏡下還是在掃描電鏡下觀察,視野中看到的花粉粒大部分是極面觀,而且多為遠極面向上。即使在甘油膠中懸浮著的情況下依然如此。這與某些早期學者觀察到的情況相同(王伏雄等譯,1956),表明該科花粉在水平面上停留時最穩(wěn)定的狀態(tài)就是遠極面向上,近極面向下,而側立的體位是最不穩(wěn)定的狀態(tài)。大多數(shù)種能看到側面觀的花粉粒數(shù)不到同一視野中所能看到的花粉總數(shù)的1/10。在掃描電鏡下拍攝到的很罕見的側面觀,都是有其它花粉粒在旁邊支撐,才使這少量花粉能穩(wěn)定側立(圖版Ⅲ:6,11)。上述現(xiàn)象從一個角度表明該科多數(shù)種花粉偏扁,超扁球形和接近超扁球形的花粉占有相當大的比例,難怪有的學者把它們比作“大圓面包”(王伏雄等譯,1956)。因此,多數(shù)種花粉的P/GD值偏小是順理成章的。3.4花粉的屬性研究單從萌發(fā)溝的數(shù)目看,五味子科花粉只有兩個類型,3溝型和6溝型。Schisandra中只有S.grandiflora,S.rubriflora,S.sphaerandra等少數(shù)幾個種具3溝花粉,其余種都具6溝花粉,Kadsura中全是6溝花粉。這一特征在屬的劃分上沒有任何鑒別價值。但在Schisandra的屬下等級的劃分上卻有重要意義。具3溝花粉的幾個種,其雄蕊和心皮數(shù)均居全屬之冠,且雄蕊群的構造特點有別于原多蕊組sect.Pleiostema(Smith1947)內其它成員。具3溝型花粉這一特征為把這幾個種從原多蕊組中分出、獨立為一個新的屬下階元(劉玉壺,1995)提供了強有力的支持。但我們沒有發(fā)現(xiàn)任何支持原球蕊組sect.Sphaerostema(Smith1947)分為兩個屬下階元(劉玉壺1995)的孢粉學證據(jù)。該科花粉的萌發(fā)溝數(shù)目及分布格局除上述兩大類型外,還發(fā)現(xiàn)有多起特殊情形,如前文已述及的8溝、5溝、副合溝、2溝或1條彎曲的溝。但這些類型的花粉極少,出現(xiàn)頻率極低,說明它們可能是異常發(fā)育的結果。但要強調說明:該科花粉雖有上述變態(tài),但迄今尚未發(fā)現(xiàn)3溝型和6溝型出現(xiàn)在同一種中。S.grandiflora的花粉是3溝型(Praglowski,1976;Walker,1974;Erdtman,1952),再次得到本文證實,不可能是6溝型。Jalan&Kapil(1964)報道該種花粉是6溝型,可能是把材料弄錯了的緣故,而不可能是“變異”。3.5花粉外壁形態(tài)結構的演化我們不支持Praglowski(1976)對五味子科花粉以網(wǎng)眼大小來劃分類型,但這并不等于反對運用網(wǎng)眼的特征進行系統(tǒng)演化關系分析。作者在觀察過程中發(fā)現(xiàn),從形態(tài)學角度看比較原始的種,如S.grandiflora,S.rubriflora,S.sphaerandra等,其花粉粒的紋飾較粗獷——網(wǎng)眼大,網(wǎng)脊寬;而較進化的種,如S.bicolor,S.repanda等,紋飾較細膩——網(wǎng)眼小,網(wǎng)脊窄。原多蕊組中具6溝的10余個種,網(wǎng)眼的大小和網(wǎng)脊的寬度大都在上述兩者之間。S.chinensis比較特別,網(wǎng)眼偏大,與S.grandiflora等種接近,但網(wǎng)脊的寬度卻沒有后者寬,在掃描電鏡下,在外層網(wǎng)紋之下,隱約可見一些不規(guī)則的紋飾與外層網(wǎng)紋相間,且外層網(wǎng)脊往往發(fā)育不健全,常有斷裂破碎現(xiàn)象。此類情形在近極面較為多見(圖版Ⅰ:4),其3合溝的寬度變化較大,從1μm到3μm以上,溝膜表面有多數(shù)橫行褶皺(圖版Ⅰ:2)。但情況并不都如此,產地不同的同種個體,花粉紋飾差異較大(比較圖版Ⅰ:4.5,6)。綜上所述可以看出,五味子科花的形態(tài)結構演化水平與花粉外壁的網(wǎng)眼形態(tài)特征有一定相關性。但如果僅僅憑迄今為止所檢查過的有限材料就匆匆得出量化的相關性結論,似乎為時過早。3.6chhisenda及sahenrs的花粉孢粉學資料雖然未能為該科屬級類群的劃分提供有價值的證據(jù),但在揭示屬間演化關系方面有著不可低估的價值。6溝花粉比3溝花粉進化,已得到孢粉學界公認。外壁網(wǎng)紋由粗到細的演化趨勢也已在Schisandra的絕大多數(shù)種的花粉觀察分析中顯示得相當清楚。3溝型花粉僅存在于Schisandra中,而未見于Kadsura中,而且后一屬的花粉網(wǎng)紋大多細膩,沒有發(fā)現(xiàn)像S.grandiflor