何 芳 魯益飛 劉永娣 褚文珂 金孝鋒

（1. 杭州師范大學生命與環(huán)境科學學院，杭州 311121；2. 浙江大學生命科學學院，杭州 310058；3. 浙江省森林芳香植物康養(yǎng)功能研究重點實驗室/浙江農林大學林業(yè)與生物技術學院，臨安 311300）

薹草屬（Carex）是莎草科（Cyperaceae）中種類最多、分布最廣的屬，約2 000 種，也是世界上三大被子植物屬之一［1-3］。Kükenthal［4］根據(jù)小穗排列方式、小穗柄有無、柱頭數(shù)目和枝先出葉形態(tài)等特征將薹草屬劃分為4 個亞屬：原始薹草亞屬（subg.Primocarex，現(xiàn)用subg.Psyllophra）、復序薹草亞屬（subg.Indocarex，現(xiàn)用subg.Vigneastra）、薹草亞屬（subg.Carex）和二柱薹草亞屬（subg.Vignea）。隨著分子系統(tǒng)學的發(fā)展及更全面的樣品采集，薹草屬系統(tǒng)學框架更為清晰，研究認為其主要包含寬葉 薹 草 支（Siderostictaeclade）、Schoenoxiphiumclade、Unispicateclade、Unciniaclade、二柱薹草支（Vigneaclade）和核心薹草支（coreCarexclade）6個分支［5］。

少花薹草組（sect.Paniceae）是薹草亞屬內一個中等大小的組，現(xiàn)知約40種，為東亞—北美間斷分布，該組物種側生雌小穗具少數(shù)排列稀疏的花，直立或下垂，果囊無毛而具數(shù)條細脈，喙口斜截或具微2 齒，小堅果先端無喙，花柱不增粗。Don 所界定的sect.Paniceaes.l.除側生雌小穗花稀疏易識別外，其他區(qū)別性狀極為混雜，本研究認為是最廣義的，以致后來對本組的分類修訂和組的界定存在很大分歧。Kükenthal［4］將苞片具短鞘，雌小穗花稍密的C. livida和稀花薹草（C. laxa）歸于濕生薹草組（sect.Limosae），又將雌小穗直立、花稀疏，苞片具長鞘的C.panicea、少花薹草（C.vaginata）等種歸于sect.Paniceae，還將東亞其他雌小穗下垂、花稀疏，苞片具長鞘的種歸于菱形果薹草組（sect.Rhomboidales）。《中國植物志》［6］對這群植物用sect.Laxiflorae作組名，還收錄了如和平菱果薹草（C.macrandrolepis）和長嘴薹草（C.longerostrata）等隱匿薹草組（sect.Infossae）或菱形果薹草組的種。Flora of China［7］則用組名sect.Careyanae，并對組作了重新界定，將長嘴薹草、和平菱果薹草和銳果薹草（C. tatsutakensis）等種置于菱形果薹草組。Flora of North America［8］將果囊細脈不明顯，喙口截形或具微齒，植株叢生而葉片較寬（5 mm以上）界定為sect.Laxiflorae；而將果囊細脈明顯且具細乳突，喙口具2小齒，植株非叢生，葉片寬不超過5 mm的界定為sect.Paniceae，但兩者不好區(qū)分。日 本 的Illustrated Sedges of Japan［9］中 關 于sect.Paniceae的界定與Flora of North America相似。對薹草屬系統(tǒng)學研究表明，北美的sect.Bicolores為單系，嵌在sect.Laxiflorae中，兩者又嵌在sect.Paniceae里，形成了sect.Paniceaes.s.、sect.Laxiflorae和sect.Bicolore一大支［10］。sect.Bicolores的種柱頭2，小堅果呈雙凸狀，明顯區(qū)別于sect.Laxiflorae和sect.Paniceaes.s.（柱頭3，小堅果呈三棱形）。本研究中所界定的少花薹草組包括sect.Laxiflorae和sect.Paniceaes.s.。

小堅果形態(tài)和微形態(tài)常作為薹草屬或莎草科其他屬分類研究的重要依據(jù)，諸多研究均證實其具有重要的系統(tǒng)分類學意義［11-13］。Wujek 等［14］對sect.Folliculatae及近緣組小堅果表面形態(tài)的觀察，發(fā)現(xiàn)種內小堅果微形態(tài)具有穩(wěn)定性，認為其微形態(tài)特征對該屬的系統(tǒng)分類具有研究價值；張樹仁等［15］對復序薹草亞屬15種植物果皮微形態(tài)特征的觀察分析，結果表明果皮微形態(tài)在種內具有穩(wěn)定性，種間存在一定差異；Tallent 等［16］通過觀察大量薹草屬小堅果表皮細胞特征，發(fā)現(xiàn)種內小堅果微形態(tài)特征穩(wěn)定，對組級類群界定有一定意義；Jin等［17］對菱形果薹草組分類修訂時，將小堅果微形態(tài)特征作為重要參考依據(jù)之一，根據(jù)它們將菱形果薹草組的種劃分成6種類型，能較為清晰地界定該組物種。據(jù)此，本研究通過對少花薹草組（東亞14 種、4 變種，北美13 種）成熟小堅果形態(tài)和微形態(tài)的觀測，分析小堅果形態(tài)與微形態(tài)在種內和組內種間的穩(wěn)定性，探討其在該組植物系統(tǒng)分類中的意義。

1 材料與方法

1.1 材料來源

選取少花薹草組27種、4變種，共40個樣品進行研究，所有試驗材料均取自臘葉標本，依據(jù)《中國植物志》［6］、Flora of China［7］、Flora of North America［8］和Illustrated Sedges of Japan［9］鑒定。試驗材料來源及憑證標本詳見表1。

表1 材料來源Table 1 The sources of materials

小堅果形態(tài)和微形態(tài)術語主要參考《中國植物志》［6］、魯益飛［13］、Jin等［17］。

1.2 試驗方法

查閱文獻并結合以往觀察基礎上，對小堅果形態(tài)性狀進行篩選，最終確定小堅果形狀、長度和先端形態(tài)，表皮細胞形狀、垂周璧式樣、硅質臺凹凸情況，以及中心體、衛(wèi)星體數(shù)目作為觀測性狀。其中，小堅果長度測量時，每個樣品隨機選取15粒成熟果囊，體視鏡下小心剖開果囊，取出小堅果，用游標卡尺測量并記錄。小堅果長度統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗采用IBM SPSS Statistics 20.0 軟件分析。

室溫下，用濃硫酸和醋酸酐（體積比為1∶9）混合溶液對小堅果預處理16～18 h，取出后清水洗凈，轉入體積分數(shù)50%乙醇溶液中，超聲波處理10 min，取出后洗凈，室溫下自然風干；將處理干凈并干燥后的小堅果樣品黏于樣品臺上，濺射式噴金后用GEMINI-300掃描電鏡觀察并拍照。

2 結果

2.1 小堅果形狀與長度

所有觀測樣品的小堅果形態(tài)和微形態(tài)觀測數(shù)據(jù)和顯微照片詳見表2、圖1～2。40 個小堅果樣品形狀全為倒卵球形，鈍三棱狀，先端急尖，無喙，長度為1.53～3.59 mm，其中，C. ormostachaya小堅果較小，為（1.86±0.17）mm，而C.hendersonii最大，為（3.39±0.06）mm，同種不同居群間小堅果長度差異不大，如絲柄薹草（C. rouyana）稍有區(qū)別，有的居群小堅果長度為（2.96±0.04）mm，有的居群小堅果長度為（2.73±0.05）mm。sect.Paniceaes.s.（共12種、4 變種）小堅果長度為2.11～3.16 mm，sect.Laxiflorae（共15 種）長度為1.53～3.59 mm，其變異范圍較sect.Paniceaes.s.的小堅果大。2 個組小堅果的長度差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 少花薹草組sect.Paniceae s.s.12種、4變種小堅果微形態(tài)A～B.C. arakiana-1；C.阿里山薹草；D.寶華山薹草；E.少囊薹草；F.線柄薹草；G.C. filipes var. kuzakaiensis；H.C. filipes var. oligostachys；I～J.C. filipes var. tremula；K.顯舌薹草；L～M.C. papulosa；N.C. parciflora；O.C. parciflora var. tsukoensis；P.毛緣薹草；Q.絲柄薹草；R.絲柄薹草；S.C.vanitoii；T.浙江薹草；A，I，L.小堅果形狀；B～H，J～K，M～T.表皮特征Fig.1 Achenes micromorphology of 12 species and 4 vatieries in sect.Paniceae s.s.A-B.C.arakiana-1；C.C.arisanensis；D.C.baohuashanica；E.C.egena；F.C.filipes-1；G.C.filipes var.kuzakaiensis；H.C.filipes var.oligostachys；I-J.C.filipes var.tremula；K.C.macroglossa-1；L-M.C.papulosa；N.C.parciflora；O.C.parciflora var.tsukoensis；P.C.pilosa；Q.C.rouyana-1；R.C.rouyana-3；S.C.vanitoii；T.C.zhejiangensis；A，I，L.The shape of achenes；B-H，J-K，M-T.Epidermal characteristics

圖2 疏花薹草組sect.Laxiflorae 13種小堅果微形態(tài)A～B.C. albursina；C.白馬薹草；D.C. blanda；E.C. crebriflora；F.C. gracilescens；G.C. hendersonii；H.C. kraliana；I.疏花薹草；J.C. leptonervia；K.C.ormostachya；L.C.purpurifera-2；M.C.radfordii；N.C.striatula；O.C.styloflexa；P.云嶺薹草；A.小堅果形狀；B～P.表皮特征Fig.2 Achenes micromorphology of 13 species in sect.Laxiflorae A-B.C.albursina；C.C.baimaensis；D.C.blanda；E.C.crebriflora；F.C.gracilescens；G.C.hendersonii；H.C.kraliana；I.C.laxiflora；J.C.leptonervia；K.C. ormostachya；L.C. purpurifera-2；M.C. radfordii；N.C. striatula；O.C. styloflexa；P.C. yunlingensis；A.The shape of achenes；B-P.Epidermal characteristics

表2 小堅果形態(tài)和微形態(tài)特征觀測和統(tǒng)計Table 2 SEM observation and statistics of nutlet morphology and micromorphology

2.2 表皮細胞形態(tài)

sect.Paniceaes.s.有12 種、2 變種的小堅果表皮細胞形狀為五至七邊形，有C. filipesvar.oligostachys和C.filipesvar.tremula2變種的表皮細胞偶為四邊形或八邊形。sect.Laxiflorae有14 種的小堅果表皮細胞形狀也為5～7 邊形，僅C. albursina1 種偶可見四邊形。同種不同居群間小堅果表皮細胞形狀僅在絲柄薹草不同居群間存在差異，其余各種內均表現(xiàn)穩(wěn)定（見圖1～2）。

sect.Paniceaes.s.的所有材料小堅果表皮細胞垂周璧均為直。sect.Laxiflorae的小堅果小堅果表皮細胞垂周璧有的直，如C. albursina、C.blanda和C. gracilescens等10 種，也有微波狀的，如C. albursina、C. crebriflora、C. hendersonii、C. ormostachaya和C.purpurifera5 種（見圖1～2）。同種不同居群間的小堅果表皮細胞垂周璧式樣穩(wěn)定，如C. purpurifera的2 個樣品均顯示為微波狀，浙江薹草（C. zhejiangensis）和絲柄薹草不同樣品顯示均為直。

表皮細胞的硅質臺在所觀測40個樣品中大多為平坦，僅少囊薹草（C. egena）、白馬薹草（C. baimaensis）和C. radfordii3 種硅質臺凹，C. filipesvar.tremula、毛緣薹草（C.pilosa）和絲柄薹草等硅質臺略凸，共9 種3 變種。同種不同居群間的硅質臺凹凸情況相同。表皮細胞中心體大多1 個，無衛(wèi)星體，其中C. filipes var. kuzakaiensis 和C. filipes var.tremula偶見2個中心體（見圖1～2）。

3 討論

通過對少花薹草組27 種、4 變種（40 個樣品）小堅果形態(tài)和微形態(tài)研究，發(fā)現(xiàn)該組植物具有以下特征：（1）小堅果形狀為倒卵球形、三棱狀，先端急尖，無喙，同種內小堅果形狀穩(wěn)定；（2）小堅果長度為1.53～3.59 mm，同種小堅果長度差異不大；（3）表皮細胞形狀常為五至七邊形，偶有四和八邊形，種內有變異；（4）垂周璧式樣直或微波狀，硅質臺平坦，偶見凹或略凸，具單一中心體，無衛(wèi)星體，不同居群內穩(wěn)定。

少花薹草組中一些近緣種小堅果微形態(tài)特征區(qū)別明顯，可作為區(qū)分種下或某些近緣種的重要依據(jù)。譬如，線柄薹草（C. filipes）及其變種C. filipesvar.kuzakaiensis、C. filipesvar.oligostachys、C.filipesvar.tremula外形上通過葉片寬度和雄小穗長度來區(qū)別［9］，但彼此存在交叉過渡，小堅果的表皮細胞形狀、硅質臺凹凸情況和中心體個數(shù)存在差異。C.filipes表皮細胞為五至七邊形，硅質臺平坦，具1 個中心體；C.filipesvar.kuzakaiensis表皮細胞硅質臺略凸，中心體偶見2 個；C.filipesvar.oligostachys表皮細胞為四至八邊形，硅質臺略凸；C.filipesvar.tremula表皮細胞為四至八邊形，硅質臺略凸，中心體偶見2 個。再則C. blanda和C. hendersonii小堅果形態(tài)相似，但后者垂周璧式樣為微波狀且硅質臺平坦，可將兩者區(qū)分。再如，通過表皮細胞垂周璧式樣可將C.albursina、C.crebriflora、C. hendersonii、C. ormostachaya和C. purpurifera與其他種區(qū)分。Flora of China［7］將絲柄薹草并入C.filipesvar. oligostachys，但兩者硅質臺和表皮形狀上略有差異，其余性狀一致，筆者同意歸并處理。

少花薹草組小堅果形態(tài)和微形態(tài)具有較高一致性，種內特征變異較小，微形態(tài)性狀表現(xiàn)出高度的一致性。這與Wujek 等［14］、Toivonen 等［18］、Walter［19］和馬萬里等［20］研究結果相似，組內不同種間小堅果表面微形態(tài)表現(xiàn)出較大的相似性。Kükenthal［4］曾將線柄薹草、C. jackianasubsp.parciflora、C.papulosa等歸入sect.Rhomboidales中，Jin 等［12，17］觀測了菱形果薹草組及少花薹草組中8個種（包括變種）的小堅果形態(tài)，認為少花薹草組小堅果無喙且花柱基部不增粗與菱形果薹草組區(qū)別明顯，本研究在對少花薹草組廣泛取樣的基礎上也得到了相同結果，支持少花薹草組的獨立地位。近年來，分子生物學研究結果顯示sect.Paniceaes.s.、sect.Laxiflorae和sect.Bicolore在同一大支中，將3 組合并為1 個組，統(tǒng)稱為廣義少花薹草組sect.Paniceae［10］，本研究結果表明sect.Paniceaes.s.和sect.Laxiflorae小堅果形態(tài)、長度及微形態(tài)特征具有較高一致性，沒有明顯區(qū)別，支持將二者合并。此外，以往被認為屬于少花薹草組的白馬薹草實為菱形果薹草組成員［10］，白馬薹草小堅果表皮細胞硅質臺凹陷，與少花薹草組其他種有別，不可否認，小堅果微形態(tài)對于其正確歸屬處理具有參考價值。

致謝 日本京都大學綜合研究博物館（KYO）、日本東京大學綜合研究博物館（TI）、中國科學院成都生物研究所（CDBI）為查閱標本提供方便，并提供部分實驗材料；浙江大學生命科學學院李攀博士幫助收集美國威斯康星大學標本館（WIS）和哈佛大學標本館（GH）北美實驗材料；浙江大學分析測試中心戎念杭老師協(xié)助拍攝掃描電鏡照片，在此一并致謝。