26种杜鹃属植物花粉形态及分类学研究

杜鹃属(Rhododendron)是杜鹃花科(Ericaceae)下最大的属，有近千种(杨汉碧等，1999)，在我国西南山地常形成大面积天然群落，对保持水土、调节山区生态环境发挥着重要作用。属内很多种是世界著名观赏花卉，具有很高的经济价值。由于杜鹃属下种类繁多，变异大，分类问题十分复杂。自Sleumer(1949)提出将杜鹃属分为8亚属，亚属下分组、亚组的全面分类系统后，不少学者对其进行过修订，主要有Cullen(1980)的5亚属、Chamberlain(1990; 1996)的8亚属、Philipson等(1982)的8亚属、杨汉碧等(1999)的9亚属等分类系统，但至今尚未形成统一的权威分类系统。各亚属下组、亚组和种的分类难度也相当大。花粉形态具有很强的遗传保守性，其固有的轮廓，纹饰，萌发孔数目、位置等特征常用于植物分类鉴定。杜鹃花粉形态研究，将为本属植物系统分类提供重要依据。

对杜鹃属花粉形态的研究，国外仅见个别种的报道(额尔特曼，1962)，Salih等(2001)对产于土耳其的R. ponticum花粉形态进行了描述。国内对杜鹃花属花粉形态的报道也较少。高连明等(2002a；2002b)、王玉国等(2006)分别对主产于华南和云南的20余种杜鹃属植物的花粉形态进行了光学显微镜和扫描电子显微镜观察，并作了比较研究。其他仅有少数零星报道(毛子军等，2000；毛加宁，2000；杨瑞林等，2003；蓝盛银等，1996)。我国西南山地是世界最大的杜鹃属植物分布中心和多度中心，四川在其中占有重要地位，野生杜鹃属植物种类及数量众多，其孢粉学研究未见报道。本研究利用扫描电子显微镜对四川26种野生杜鹃属植物花粉进行观察和比较，其中21种为首次报道。通过对亚属、组、亚组和种间花粉形态的差异进行分析，旨在为杜鹃属植物花粉研究提供有益资料，并为杜鹃属植物的分类学研究提供一些孢粉学证据。

26种杜鹃(表 1)测试花粉于2005年4—6月在四川省西南山地野外采集，海拔2 020~3 350 m。每种分别从4个单株上采集盛开花朵内的新鲜花药混合，2~5 ℃冷藏，随后送四川农业大学电镜室扫描拍照。形态标本和花粉标本现存于四川农业大学林学园艺学院植物标本室。

表 1 供试材料表

Tab.1 The information of materials

本研究采用Sleumer(1949；1980)的分类系统，26种杜鹃分属3个亚属，4个组和12个亚组。

花粉样品用2.5%戊二醛固定，磷酸缓冲液(pH值7.2)漂洗3次，酒精逐级脱水，醋酸戊酯置换，CO2临界点干燥，双面胶带粘样及金属镀膜，最后电镜(KYKY－1000B)扫描观察和拍照。

对参试各花粉的四合体直径和萌发孔长宽进行测定，每一种样本数为20粒，用Excel 2003对测定数据作统计分析，检验种间差异程度，多重比较采用新复极差(SSR)测验；用亚属内种平均值为基础作方差分析，检验亚属间差异显著性。因各亚属观测种数不同，采用组(亚属)内观察数目不等的单向分组方差分析法(王宝山，2002)。一般而言，花粉粒径越大，萌发孔也越长，为避免四合体直径对孔长的影响，同时作萌发孔相对长度的分析检验，相对长度为萌发孔长度与其四合体直径的比值。

本属植物的花粉(图 1~3)为复合型四合体花粉，呈正四面体排列。观测的26种杜鹃花粉四合体直径24.8~60.1 μm，平均直径41.0 μm；萌发孔长5.7~24.9 μm，宽0.1~3.5 μm，平均长宽分别为14.0 μm和1.4 μm(表 2)。单粒花粉球形或近球形，除粉背碎米花的部分花粉具四孔沟外，一般具三孔沟。在四合花粉上，相邻花粉粒的孔沟相连，3条孔沟作120°等份分布，部分孔沟内有清晰的内含物。花粉粒表面或多或少具粘丝。在扫描电镜下，花粉粒呈现出大颗粒、细而致密颗粒、裂纹等不同纹饰。此次观测的26种花粉中，从放大3 500~4 000倍的图片上可见，沟界区和极区与其他部位的纹饰并无明显差异，这与高连明等(2002b)、王玉国等(2006)认为绝大部分杜鹃花粉沟区域和极面区域光滑或纹饰不明显的结论不符。

表 2 26种杜鹃属植物花粉形态

Tab.2 The pollen morphology of 26 taxa of Rhododendron    μm

观测的10种杜鹃花粉四合体直径27.9~49.8 μm, ，平均38.0 μm；萌发孔长8.7~19.6 μm，相对长0.29~0.39 μm，平均长和相对长分别为12.7 μm和0.33；萌发孔宽0.5~2.7 μm，平均1.5 μm。外壁颗粒中到大(表 2)。在裂纹、四合体间缝、粘丝、萌发孔内含物等方面表现各异。这10种杜鹃分属杜鹃组(Sect. Rhododendron)下3个不同亚组：

三花杜鹃亚组(Subsect. Triflora)，20余种，主产四川、云南。观测的7种花粉四合体直径34.9~49.8 μm，平均41.4 μm，萌发孔长11.1~19.6 μm，相对长0.29~0.39，平均长13.9 μm，相对长0.33；萌发孔宽0.5~1.8 μm，平均1.4 μm。

高山杜鹃亚组(Subsect. Lapponica)，约40种，集中分布于四川、云南等地。观测的2种花粉四合体平均直径28.8 μm，是本研究中粒径最小的亚组；萌发孔平均长9.3 μm，相对长0.32；萌发孔是本研究中最宽的亚组，平均2.1 μm。

亮鳞杜鹃亚组(Subsect. Heliolepids)，5种，主产中国西南部，观测1种。

常绿杜鹃亚属下只有1个常绿杜鹃组(Sect.Ponticum)。观测的14种杜鹃分属9个亚组。其四合体直径34.7~55.9 μm，平均44.4 μm，为粒径最大的亚组；萌发孔长12.8~20.2 μm，相对长度0.28~0.43，平均15.5 μm和0.35；孔宽0.3~2.7 μm，平均1.4 μm。外壁颗粒较小者居多，少数种颗粒中到大。在单粒花粉形状、裂纹、粘丝等方面表现各不相同(图 2，表 2)。

大理杜鹃亚组(Subsect. Taliensia)，10余种，集中分布四川、云南等地，观测1种。

黄钟杜鹃亚组(Subsect.Lanata)，4种，主产西藏东南和南部，观测1种。

银叶杜鹃亚组(Subsect.Argyrophylla)，约20种，主产川、滇、黔，观测1种。

麻花杜鹃亚组(Subsect.Maculifera)，10多种，中国特产，主要分布西南各省，观测1种。

云锦杜鹃亚组(Subsect. Fortunea)，20多种，主产四川及近邻省区。观测的5种花粉四合体直径41~46.8 μm，平均43.7 μm；萌发孔长14.5~20.2 μm，相对长0.32~0.40，平均分别为16.8 μm和0.39；孔宽1.1~1.9 μm，平均1.3 μm。在单粒花粉形状、外壁颗粒、裂纹、粘丝、萌发孔等方面存在差异。

杯毛杜鹃亚组(Subsect.Falconera)，约10余种，分布中国西南。观测的2种花粉四合体平均直径40.8 μm，萌发孔平均长和相对长分别为15.0 μm和0.38；平均孔宽0.7 μm。

露珠杜鹃亚组(Subsect.Irrorata)，20多种，主产中国西南，观测1种。

钟花杜鹃亚组(Subsect.Campanulata)，2种，主产西藏南部，观测1种。

弯果杜鹃亚组(Subsect.Campylocarpa)，6种，产于中国西部，观测1种。

观测的2种杜鹃分属于腋花杜鹃组(Sect. Rhodobotrys)和糙叶杜鹃组(Sect. Trachyrhodion)，组下不再分亚组。2种花粉四合体平均直径33.7 μm，萌发孔平均长9.7 μm，平均相对长在3亚属中最小，仅0.28；平均宽1.5 μm(图 3，表 2)。

腋花杜鹃组，现已知2种，特产中国，分布于川、黔、滇，观测1种。

糙叶杜鹃组，现有7种，特产我国，主产四川西南、贵州西部和云南。观测种为粉背碎米花，其特殊之处在于部分四合体上呈现四孔沟。

对四合体直径、萌发孔长度和相对长度、萌发孔宽4个指标进行种间差异显著性检验，以每个指标的520个观测值进行方差分析(表 3)，结果表明4个指标在种间均达极显著差异(p＜0.01)。

表 3 种间四合体直径、萌发孔长宽方差分析表

Tab.3 Analysis of variance about diameter of tetrahedron, length of aperture and width of aperture

以F值最大的四合体直径作多重比较(表 4)。从比较结果可见，部分杜鹃种间存在显著(p＜0.05)或极显著差异(p＜0.01)，但也有部分杜鹃种间差异不显著(p＞0.05)。可以推测，其他3指标也有部分种间差异不显著。

表 4 26种花粉四合体直径多重比较

Tab.4 The multiple comparisons of 26 Rhododendron

以杜鹃种平均值为基础对上述4个指标进行亚属间差异显著性检验(表 5)，分析结果表明四合体直径在亚属间差异达极显著(p＜0.01)；萌发孔长度在亚属间差异也达极显著(p＜0.01)，但萌发孔相对长度在亚属间却不显著(p＞0.05)，说明萌发孔长度受四合体直径影响，在本研究中，二者相关系数达0.787 5(p＜0.01)，存在较高的正相关关系，这也表明萌发孔长度在亚属间的差异主要来自于花粉粒径的差异，排除粒径影响后，萌发孔长度在亚属间差异不显著；萌发孔宽在3亚属间差异不显著(p＞0.05)。

表 5 亚属间四合体直径、萌发孔长宽方差分析表

Tab.5 Analysis of variance of subgenera

在本研究中，从外壁纹饰看，3亚属间未表现出有规律的变化，单粒花粉形状、外壁颗粒大小及形态、裂纹有无、四合体间缝深浅、粘丝多少、萌发孔有无内含物及内含物形态等在各亚属间部分重迭交叉，与亚属没有直接联系。因此，外壁纹饰不宜作为亚属划分的依据，这与高连明(2002b)、王玉国等(2006)的研究结论是一致的。四合体直径以常绿杜鹃亚属最大，杜鹃亚属次之，糙叶杜鹃亚属最小，经统计分析，在3亚属间差异达极显著(p＜0.01)，并且在各亚属内变化相对较小，表现出一定的亚属特性，可作为划分亚属的参考指标。萌发孔的平均长也以常绿杜鹃亚属最大，杜鹃亚属居中，糙叶杜鹃亚属最小，但亚属间差异不显著(p＞0.05)；3亚属萌发孔平均宽均为1.5 μm左右，基本没有差异(p＞0.05)，因此萌发孔长宽不宜作为亚属划分的依据。

高连明等(2002b)认为糙叶杜鹃亚属与有鳞杜鹃亚属植物的花粉形态比较相似，不具有分亚属的特征，就花粉形态而言，支持Cullen(1980)将有鳞杜鹃花归并为一个亚属的观点。从本研究结果看，糙叶杜鹃亚属的单粒花粉形态、粒径、四合体缝深浅、萌发孔内含物几方面基本相同，虽与杜鹃亚属存在相似之处，但与常绿杜鹃亚属也存在相似之处，故仅以此支持将糙叶类杜鹃归并到杜鹃亚属依据并不充分。

三花亚组中7种杜鹃花粉外壁纹饰、萌发孔长宽、内含物大小形状等都表现出一定差异，没有明显的亚组特征，但7种花粉四合体直径在3亚组中最大，平均41.4 μm；高山亚组颗粒清晰，外壁粗糙，几乎无粘丝，观测的2种杜鹃花粉体积很小，平均直径仅28.8 μm，萌发孔相对很宽，平均达2.1 μm，表现出较高的一致性，具有比较明显的亚组特征；亮鳞亚组的红棕杜鹃无论外壁纹饰、四合体大小还是萌发孔长宽都与三花亚组的凹叶杜鹃十分接近。因此，以孢粉学特性区分三花亚组与亮鳞亚组是困难的，但在高山亚组的划分上却可能是较为有用的依据。从花粉形态上看，红棕杜鹃与三花杜鹃组的亲缘关系可能较近，而与高山杜鹃亚组的亲缘关系较远。

云锦杜鹃亚组的5种植物花粉，从外壁特征上看差异很大，亚组内并未呈现相对一致的表现，但亚组内四合体直径差异小(41~46.8 μm)、萌发孔长(14.5~20.2 μm)，且相对长度也是各亚组中最大的，平均达0.39，又具有一定的亚组特征。杯毛杜鹃亚组的大王杜鹃和乳黄叶杜鹃花粉裂纹细小、四合体缝浅、萌发孔窄，表现出较高的一致性，但四合体直径差异较大，分别为34.7 μm和46.3 μm。其余各亚组在四合体直径、外壁纹饰、萌发孔长宽、内含物形状、粘丝状况多少等方面均存在或多或少的差异，但这些差异是否体现亚组特征还有待更大范围的观测和研究。因此，孢粉学特征在常绿组中划分亚组虽不能作为重要依据，但可作为辅助手段。

在观测的9亚组不同的种中，以麻花亚组的芒刺杜鹃最为特殊，在四合体直径、单粒花粉形状、外壁纹饰、裂纹形态等方面均与众不同(图 2)。如果这些特征在亚组内比较普遍的话，则表明该亚组与其他8亚组亲缘关系可能较远。

观测的2种花粉体积较小，有一定相似性，但同时表现出一些差异性。腋花组的腋花杜鹃花粉外壁颗粒较扁平，裂纹清晰，萌发孔极短；糙叶组的粉被碎米花颗粒明显，裂纹少，萌发孔较长，二者比较易于区别。但这些特征是否体现组间差异有待更多的观测和研究。值得注意的是，粉被碎米花的部分四合体上呈现四孔沟(图 3)，这在观测的26个种中是独一无二的，也未见前人类似报道。

毛子军等(2000)认为杜鹃属植物花粉形态具有种间差别，可作为分类的一个辅助手段用于该属的分类研究。在已观测的杜鹃花粉中，多数种间的差异小于其相似程度。少数种在外壁纹饰或粒径或萌发孔长宽形状等具有明显的特殊性，但由于在庞大的杜鹃家族中已观测花粉形态的种极少，这些特殊性是否为特定种所拥有尚不能下结论。就目前而言，仅依靠孢粉学证据对杜鹃种进行分类是不可靠的。而在已确定组或亚组的前提下，孢粉学差异对种的确定无疑具有一定的实际意义。