全 文 :植物科学学报 2016ꎬ 34(3): 340~351
Plant Science Journal http: / / www.plantscience.cn
DOI:10 11913 / PSJ 2095-0837 2016 30340
樊香绒ꎬ力志ꎬ楚海家ꎬ李伟ꎬ刘艳玲ꎬ陈媛媛. 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值[J] . 植物科学学报ꎬ2016ꎬ34(3): 340-
351
Fan XRꎬ Li Zꎬ Chu HJꎬ Li Wꎬ Liu YLꎬ Chen YY. Analysis of morphological plasticity of Trapa L. from China and Their taxonomic signifi ̄
cance[J] . Plant Science Journalꎬ2016ꎬ34(3): 340-351
菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
樊香绒1ꎬ2ꎬ 力 志1ꎬ2ꎬ 楚海家1ꎬ 李 伟1ꎬ2ꎬ 刘艳玲1∗ꎬ 陈媛媛1ꎬ2∗
(1. 中国科学院武汉植物园ꎬ 水生植物与流域生态重点实验室ꎬ 武汉 430074ꎻ
2. 中国科学院武汉植物园ꎬ 水生植物生物学实验室ꎬ 武汉 430074)
摘 要: 长江中下游平原和东北三江平原是我国最大的两个冲积平原ꎬ 其内河流、 浅水湖泊和沼泽众多ꎬ 菱属植
物种类丰富ꎮ 本研究基于对这两个区域中菱属野生植物的广泛调查ꎬ 采集其居群 42个ꎬ 分属于 9 种(细果野菱、
四角刻叶菱、 四角菱、 菱、 丘角菱、 东北菱、 四角大柄菱、 八瘤菱、 四瘤菱)ꎬ 3变种(四角矮菱、 南昌格菱、 短
四角菱)ꎮ 进一步对采集的菱属野生植物 16个分类性状进行测量和统计ꎬ 并对其形态学性状的可塑性变异及分
类学价值进行分析和评价ꎮ 结果显示: 依据菱角的果体大小、 果喙性状可以将采集的菱属野生植物划分成两个
类群ꎬ 其中 A类群仅包括细果野菱和四角刻叶菱ꎬ 而其余的菱属植物 7种 3变种组成 B类群ꎻ 对有腰角组(5 种
2变种)的腰角性状进行聚类分析ꎬ 也可将细果野菱和四角刻叶菱与其他菱属植物区分开来ꎻ 而瘤突、 叶和气囊
性状的分类价值有限ꎮ 说明果体大小、 果喙和腰角性状的形态学特征是菱属植物分类和鉴定的主要依据ꎮ
关键词: 菱属野生植物ꎻ 分类性状ꎻ 果喙ꎻ 果体大小ꎻ 腰角
中图分类号: Q9497624 文献标识码: A 文章编号: 2095 ̄0837(2016)03 ̄0340 ̄12
收稿日期: 2015 ̄10 ̄23ꎬ 退修日期: 2015 ̄11 ̄20ꎮ
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(31100247)ꎮ
This work was supported by a grant from the National Natural Science Foundation of China (31100247) .
作者简介: 樊香绒(1988-)ꎬ 女ꎬ 研究实习员ꎬ 硕士研究生ꎬ 主要从事水生植物生态学研究(E ̄mail: bestxiangrong@163 com)ꎮ
∗通讯作者(Author for correspondence E ̄mail: xg003@aliyun comꎻ liuyanling@wbgcas cn)ꎮ
Analysis of Morphological Plasticity of Trapa L. from
China and Their Taxonomic Significance
FAN Xiang ̄Rong1ꎬ2ꎬ LI Zhi1ꎬ2ꎬ CHU Hai ̄Jia1ꎬ LI Wei1ꎬ2ꎬ LIU Yan ̄Ling1∗ꎬ CHEN Yuan ̄Yuan1ꎬ2∗
(1. Key Laboratory of Aquatic Plant and Watershed Ecologyꎬ Wuhan Botanical Gardenꎬ Chinese Academy of
Sciencesꎬ Wuhan 430074ꎬ Chinaꎻ 2. Laboratory of Aquatic Plant Biologyꎬ Wuhan Botanical Gardenꎬ
Chinese Academy of Sciencesꎬ Wuhan 430074ꎬ China)
Abstract: With many lakesꎬ riversꎬ and marshesꎬ the middle ̄lower Yangtze and Sanjiang
plains are the two largest alluvial floodplains in China. After extensive surveys of the two areasꎬ
wild species of Trapa were found to be abundant in the two plainsꎬ and included 42
populations consisting of nine species ( T. maximowicziiꎬ T. incisaꎬ T. quadrispinosaꎬ T.
bispinosaꎬ T. japonicaꎬ T. manshuricaꎬ T. macropodaꎬ T. octotuberculataꎬ and T.
mammillifer) and three variants (T. natans var. pumilaꎬ T. quadrispinosa var. yongxiuensisꎬ
and T. pseudoincisa var. nanchangensis ) . The morphological plasticity and taxonomic
significance of the wild species of Trapa were evaluated using 16 classification characters.
Results showed that: (1) the species and variants of Trapa were divided into two groups
based on nut size and snout. Group A contained two speciesꎬ T. maximowiczii and T. incisaꎻ
the remaining seven species and three variants were included in Group Bꎻ (2) for the five
species and two variants with pseudohornsꎬ cluster analysis of the morphological characters
showed that T. maximowiczii and T. incisa were clustered together and separated from the
other species and variantsꎻ andꎬ (3) low taxonomic values were found for the characters of
tubercles on nutsꎬ leaves and petiole swellings. In conclusionꎬ nut size and the morphology of
the snout and pseudohorn offered the best diagnostic criteria for the classification of Trapa.
Key words: Trapaꎻ Taxonomic significationꎻ Snoutꎻ Nut sizeꎻ Pseudohorn
菱属(Trapa L.)为菱科(Trapaceae)一年生浮
叶水生草本植物ꎬ 广泛分布于世界旧大陆地区ꎬ 适
生于浅水湖泊、 河湾、 池塘和水田中[1]ꎮ 我国菱
属野生植物分布广泛ꎬ 包括我国东北在内的东北亚
地区是菱属植物的重要分化中心ꎬ 长江中下游地区
菱属种类也十分丰富ꎬ 在山东、 浙江、 福建、 新疆
等地也有分布[2-4]ꎮ 菱属植物的嫩叶和未成熟果实
口味清甜ꎬ 是重要的水生蔬菜ꎻ 其成熟果实淀粉含
量高达 80%ꎬ 已被联合国粮农组织(FAO)列为重
要的水生粮食作物ꎬ 在中国和印度多年来被广泛
种植[5-7]ꎮ
野生植物种质资源可为农业栽培品种的性状改
良提供丰富的遗传物质基础[8]ꎬ 世界各国正通过
建立种质资源库来对生物资源进行有效地管理和储
备ꎬ 但种质资源库构建的首要条件就是对物种进行
准确鉴定[8ꎬ9]ꎮ 然而ꎬ 由于形态性状的可塑性变异
及所选分类性状不同ꎬ 菱属植物种及种下分类还存
在争议ꎮ 目前ꎬ 主要有 3类分类处理观点: (1)对
属下种类细分的观点ꎮ 受前苏联“小种”学派影响ꎬ
Vassiljev[10ꎬ11]把世界菱属植物划分为 70 余种ꎬ 其
成果在菱属的研究工作中具有奠基性地位ꎬ 然而他
根据个体发育过程中及受环境变化影响而产生的形
态变异进行种及种下分类群的划分ꎬ 导致属下分类
阶元设置过多并出现同物异名现象ꎻ (2)合并的观
点ꎮ 受欧洲“大种”学派的影响ꎬ Tuitin[12]提出将整
个菱属合并为 1个多型的复合种ꎬ 并认为菱属植物
变异多样ꎬ 种间具很多中间类型ꎬ 难以明确区分为
不同的种ꎻ (3)一些学者持折中观点ꎬ 认为菱属植
物约有 30种[13]ꎮ Cook在«世界水生植物»中总结
菱属植物为 “具有 1 个多形种或约达 20 种” [1]ꎮ
而我国学者在«中国植物志»中收录菱属植物 15 种
11 变种[3]ꎬ 后在 Flora of China 中被修订为 2
种[14]ꎮ 因此ꎬ 关于菱属野生植物的分类还存在诸
多异议[2ꎬ4ꎬ13ꎬ15ꎬ16]ꎬ 其中对物种分类的具体形态学
依据存在较大分歧ꎮ 由于菱属植物的营养体差异较
小ꎬ 其分类通常以成熟果实的形态特征作为主要依
据ꎮ 于丹[2]和金明龙[17]认为ꎬ 角刺的有无、 长度
和性状是菱属分种的主要依据ꎬ 但有些学者指出果
实的大小是物种区分的主要标准[18-20]ꎮ
我国菱属植物野生资源丰富ꎬ 但这种分类观点
长期存在分歧的局面将阻碍其种质资源的有效收集
和利用ꎮ 本研究在对菱属野生植物分布集中区域进
行深入调查的基础上ꎬ 对采集的菱属野生植物形态
性状的变异式样进行统计分析ꎬ 并探讨其分类学意
义ꎬ 旨在为该属种类划分提供可靠的证据ꎮ
1 材料与方法
1 1 野外调查和测量指标
长江中下游平原、 东北三江平原分别是我国第
一和第二大冲积平原[21ꎬ22]ꎬ 其内湿地分布密集ꎬ
水生植被丰富[23ꎬ24]ꎮ 分别于 2011 年和 2012 年秋
季ꎬ 我们对该区域内菱属野生植物进行了广泛地野
外调查和采集ꎮ 以物种居群为采样单位ꎬ 共收集
42个菱属野生植物居群(表 1)ꎮ 以«中国植物志»
第 53卷[3]和«中国东北菱属植物的研究» [2]中的形
态描述作为分类依据ꎬ 采集的 42 个菱属野生植物
居群分属于 9 种 3 变种ꎮ 参照前人研究[17ꎬ18]ꎬ 本
文选取成熟的菱角果实和叶片ꎬ 对菱属植物经常作
为索引的 16个形态学性状进行测量ꎬ 每个居群的
测量个体数不少于 10个ꎮ 16个形态学性状包括果
体高度、 果体宽度、 果体高宽比(果体高度 /果体
宽度)、 果颈高度、 果冠直径、 瘤突高度、 腰角长
度、 腰角基围、 叶长、 叶宽、 叶长宽比(叶长 /叶
宽)、 叶柄长度、 叶柄直径、 腰角有无、 气囊长度
和气囊直径ꎮ
1 2 数据处理
根据 Kadono等[25]和王月丰等[26]对菱属植物
形态性状的统计分类处理方法ꎬ 以居群为单位对果
体高度、 宽度和瘤突高度进行分析ꎬ 并将测量数据
的平均数 ±标准差(Mean ± SD)在二维坐标上作
图ꎬ 探讨其数值分布情况ꎮ 以果体高宽比、 果颈高
度对果冠直径、 腰角长度对腰角基围分别做散点图
143 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
表 1 菱属野生植物的采集地点及生境
Table 1 Location and habitat of Trapa species
物种名
Species
采样地点
Location
居群编号
Population code
经纬度
Latitude and longitude
生境
Habitat
菱
Trapa bispinosa
Roxb
湖北东湖 Donghu Lakeꎬ Hubei Tb1 30°34′29.79″ Nꎬ114°23′13.95″ E 湖泊 Lake
湖北野猪湖 Yezhu Lakeꎬ Hubei Tb2 30°49′32.77″ Nꎬ114°05′09.86″ E 湖泊 Lake
湖北梁子湖 Liangzi Lakeꎬ Hubei Tb3 30°25′30.17″ Nꎬ114°32′26.29″ E 湖泊 Lake
湖北长湖 Changhu Lakeꎬ Hubei Tb4 30°22′27.90″ Nꎬ112°20′18.51″ E 湖泊 Lake
湖北西凉湖 Xiliang Lakeꎬ Hubei Tb5 29°58′44.81″ Nꎬ114°07′35.62″ E 湖泊 Lake
四角刻叶菱
T. incisa Sieb
湖北玉湖 Yuhu Lakeꎬ Hubei Ti1 29°57′00.94″ Nꎬ112°12′16.20″ E 池塘 Pond
湖北西凉湖 Xiliang Lakeꎬ Hubei Ti2 29°58′44.81″ Nꎬ114°07′35.62″ E 湖泊 Lake
黑龙江抚远 Fuyuanꎬ Heilongjiang Ti3 48°11′37.00″ Nꎬ134°17′00.17″ E 沼泽 Marsh
黑龙江同江 Tongjiangꎬ Heilongjiang Ti4 48°07′50.40″ Nꎬ133°39′41.60″ E 沼泽 Marsh
丘角菱
T. japonica
Flerow
湖北东湖 Donghu Lakeꎬ Hubei Tj1 30°34′29.79″ Nꎬ114°23′13.95″ E 湖泊 Lake
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei Tj2 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
湖北梁子湖 Liangzi Lakeꎬ Hubei Tj3 30°25′30.17″ Nꎬ114°32′26.29″ E 湖泊 Lake
湖北长湖 Changhu Lakeꎬ Hubei Tj4 30°22′27.90″ Nꎬ112°20′18.51″ E 湖泊 Lake
二道河 Erdaoheꎬ Heilongjiang Tj5 47°41′31.70″ Nꎬ134°08′54.40″ E 沟渠 Stream
黑龙江通河 Tongheꎬ Heilongjiang Tj6 45°59′32.11″ Nꎬ129°01′59.75″ E 湖泊 Lake
黑龙江虎林 Hulingꎬ Heilongjiang Tj7 45°22′06.60″ Nꎬ132°52′42.00″ E 沟渠 Stream
黑龙江同江 Tongjiangꎬ Heilongjiang Tj8 47°54′08.23″ Nꎬ134°08′54.40″ E 沼泽 Marsh
四角大柄菱
T. macropoda
Miki
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei Tmac 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
四瘤菱
T. mammillifera
Miki
安徽藕花赛湖 Ouhuasai Lakeꎬ Anhui Tma1 30°41′07.14″ Nꎬ117°08′09.30″ E 湖泊 Lake
黑龙江大庆 Daqingꎬ Heilongjiang Tma2 47°18′01.67″ Nꎬ124°29′52.22″ E 水库 Reservoir
黑龙江同江 Tongjiangꎬ Heilongjiang Tma3 47°47′05.93″ Nꎬ132°49′24.78″ E 沼泽 Marsh
齐齐哈尔 Qiqiharꎬ Heilongjiang Tma4 47°16′15.10″ Nꎬ123°53′43.00″ E 池塘 Pond
东北菱
T. manshurica
Flerow
黑龙江嘉荫 Jiayinꎬ Heilongjiang Tm1 49°12′14.78″ Nꎬ129°43′27.13″ E 河流 River
黑龙江孙吴 Sunwuꎬ Heilongjiang Tm2 49°33′03.46″ Nꎬ127°56′39.65″ E 鱼塘 Pond
齐齐哈尔 Qiqiharꎬ Heilongjiang Tm3 47°18′01.67″ Nꎬ124°29′52.22″ E 池塘 Pond
安徽龙感湖 Longgan Lakeꎬ Anhui Tm4 30°01′22.77″ Nꎬ116°15′39.78″ E 湖泊 Lake
细果野菱
T. maximowiczii
Korsh
安徽藕花赛湖 Ouhuasai Lakeꎬ Anhui Tmax1 30°41′07.14″ Nꎬ117°08′09.30″ E 湖泊 Lake
湖北玉湖 Yuhu Lakeꎬ Hubei Tmax2 29°57′00.94″ Nꎬ112°12′16.20″ E 湖泊 Lake
四角矮菱
T. natans L. var.
pumila Nakano
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei Tn1 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
湖北长湖 Changhu Lakeꎬ Hubei Tn2 30°22′27.90″ Nꎬ112°20′18.51″ E 湖泊 Lake
八瘤菱
T. octotuberculata
Miki
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei To1 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
安徽藕花赛湖 Ouhuasai Lakeꎬ Anhui To2 30°41′07.14″ Nꎬ117°08′09.30″ E 湖泊 Lake
南昌格菱
T. pseudoincisa
Nakai var.
nanchangensis
W. H. Wan
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei Tp1 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
湖北玉湖 Yuhu Lakeꎬ Hubei Tp2 29°57′00.94″ Nꎬ112°12′16.20″ E 池塘 Pond
四角菱
T. quadrispinosa
Roxb
湖北洪湖 Honghu Lakeꎬ Hubei Tq1 29°51′25.41″ Nꎬ113°24′17.63″ E 湖泊 Lake
湖北长湖 Changhu Lakeꎬ Hubei Tq2 30°22′27.90″ Nꎬ112°20′18.51″ E 湖泊 Lake
江西鄱阳湖 Poyang Lakeꎬ Jiangxi Tq3 29°30′52.35″ Nꎬ116°10′20.86″ E 池塘 Pond
湖北东湖 Donghu Lakeꎬ Hubei Tq4 30°34′29.79″ Nꎬ114°23′13.95″ E 湖泊 Lake
安徽升金湖 Shengjin Lakeꎬ Anhui Tq5 30°22′50.47″ Nꎬ117°03′30.79″ E 湖泊 Lake
湖北野猪湖 Yezhu Lakeꎬ Hubei Tq6 30°49′32.77″ Nꎬ114°05′09.86″ E 湖泊 Lake
短四角菱
T. quadrispinosa
Roxb. var.
yongxiuensis
W. H. Wan
安徽龙感湖 Longgan Lakeꎬ Anhui Tqu1 30°01′22.77″ Nꎬ116°15′39.78″ E 湖泊 Lake
湖北长湖 Changhu Lakeꎬ Hubei Tqu2 30°22′27.90″ Nꎬ112°20′18.51″ E 湖泊 Lake
243 植 物 科 学 学 报 第 34卷
进行分析ꎻ 利用频次分布图对叶片性状进行分析ꎻ
同时ꎬ 将各个性状的数据标准化之后进行样本聚类
分析ꎬ 并与上述分析结果相结合ꎬ 为菱属野生植物
种及种下等级的划分提供参考ꎮ
利用软件 SPSS 160和 Origin Pro 8对数据进
行统计分析和作图ꎮ 种内居群间和种间性状变异的
显著性分析采用一元方差分析法ꎬ 多重比较采用
Duncans法ꎮ 用标准差(SD)和变异率(CV)来衡
量居群内性状的变异大小ꎮ
2 结果与分析
2 1 果体
综合分析图 1和表 2ꎬ 可以在果体高度和宽度
分别为 122 mm和 145 mm处将菱属野生植物划
分成两个类群ꎮ A类群只包括细果野菱的 2个居群
和四角刻叶菱的 4个居群ꎬ 其果体高度和宽度最小ꎬ
如细果野菱为(926 ± 082) ~(943 ± 059) mm
和(994 ± 111) ~(1046 ± 066) mmꎬ 四角刻叶
菱为 (1046 ± 080) ~ (1147 ± 083) mm 和
(12 46 ± 119) ~(1385 ± 017) mmꎻ 细果野菱
的果体高度与四角刻叶菱无显著差异(P > 005)ꎬ
但前者的果体宽度显著小于后者(P < 005)ꎬ 并且
二者的果体宽度最大变异率分别为 10%和 11%ꎮ B
类群包括菱属野生植物 7 种(四角菱、 菱、 丘角
菱、 东北菱、 四角大柄菱、 八瘤菱、 四瘤菱)3 变
种(四角矮菱、 南昌格菱、 短四角菱)的 36 个居
群ꎬ 其果体高度和宽度分别为(1384 ± 113) ~
(2175 ± 121) mm和(1715 ± 108) ~(2695 ±
127) mmꎬ 并且果体高度和宽度的数值 (M ±
SD)相互连续或重叠ꎬ 不能区分ꎬ 最大变异率分别
为 11%和 12%ꎮ 菱的果体高宽比均在 080 ± 020
之间ꎬ 且呈带状分布(因分类价值较小ꎬ 未提供图
片)ꎮ 果体大小(高度和宽度)在同种不同居群间差
异显著(P < 005)ꎬ 说明菱角的个体大小因环境不
Tb1
Tb2
Tb3
Tb4
Tb5
Tj1
Tj2
Tj3
Tj4
Ti1
Ti2
Ti3
Ti4
Tj5
Tj6
Tj7
Tj8
Tmac
Tma1
Tma2
Tma3
Tma4
Tm1
Tm2
Tm3
Tm4
Tmax1
Tmax2
Tn1
Tn2
To1
To2
Tp1
Tp2
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
Tqu1
Tqu2
Tb1
Tb2
Tb3
Tb4
Tb5
T 1j
T 2j
T 3j
T 4j
Ti1
T 2i
T 3i
T 4i
Tj5
Tj6
Tj7
Tj8
Tmac
Tma1
Tma2
Tma3
Tma4
Tm1
Tm2
Tm3
Tm4
Tmax1
Tmax2
Tn1
Tn2
To1
To2
Tp1
Tp2
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
Tqu1
Tqu2
!
"
#
$
Po
pu
la
tio
n
co
de
8 810 1012 1214 1416 1618 1820 2022 2224 246 28 3026
%&( Width of nut (mm)%&)( Height of nut (mm)
Group AGroup A Group BGroup B(a) (b)
Data are mean ± standard deviation.
图 1 菱属野生植物不同居群果体高度(a)和宽度(b)
Fig 1 Height (a) and width (b) of nuts of Trapa species from different populations
343 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
表 2 菱属野生植物不同居群果体高度和宽度的种内差异
Table 2 Differences in height and width of Trapa nuts of the same species from different populations
居群编号
Population code
果体高度 Height of nuts
平均值 ±标准差(mm)
M ± SD
变异率(%)
CV
果体宽度 Width of nuts
平均值 ±标准差(mm)
M ± SD
变异率(%)
CV
Tb1 16.10 ± 0.85 ab 5.28 18.15 ± 2.10 a 11.57
Tb2 16.91 ± 0.71 bc 4.20 19.26 ± 1.06 a 5.50
Tb3 19.64 ± 1.38 d 7.03 23.69 ± 1.76 b 7.43
Tb4 15.26 ± 0.89 a 5.83 18.66 ± 1.17 a 6.27
Tb5 17.60 ± 0.70 c 3.98 23.30 ± 1.20 b 5.15
Ti1 10.50 ± 0.73 a 6.95 12.73 ± 1.05 ab 8.25
Ti2 10.46 ± 0.80 a 7.65 12.46 ± 1.19 a 9.55
Ti3 11.14 ± 0.80 ab 7.18 13.58 ± 0.30 ab 2.21
Ti4 11.47 ± 0.83 b 7.24 13.85 ± 0.17 b 1.23
Tj1 14.83 ± 1.29 a 8.70 18.55 ± 1.26 a 6.79
Tj2 16.01 ± 1.12 abc 7.00 20.16 ± 1.07 ab 5.31
Tj3 16.07 ± 1.74 abc 10.83 20.37 ± 2.30 ab 11.29
Tj4 15.43 ± 1.22 ab 7.91 18.88 ± 0.89 a 4.71
Tj5 14.69 ± 1.06 a 7.22 19.57 ± 1.18 a 6.03
Tj6 16.78 ± 1.84 bc 10.97 22.05 ± 1.69 b 7.66
Tj7 17.49 ± 1.51 c 8.63 21.98 ± 1.59 b 7.23
Tj8 16.27 ± 0.89 abc 5.47 18.91 ± 1.26 a 6.66
Tmac 15.72 ± 0.88 5.60 17.50 ± 0.97 5.54
Tma1 19.10 ± 1.10 c 5.76 25.96 ± 1.87 b 7.20
Tma2 18.83 ± 1.06 c 5.63 24.86 ± 1.15 b 4.63
Tma3 15.46 ± 1.41 b 9.12 21.18 ± 0.94 a 4.44
Tma4 13.93 ± 0.82 a 5.89 20.42 ± 1.15 a 5.63
Tm1 18.35 ± 0.81 ab 4.41 25.92 ± 1.00 b 3.86
Tm2 19.54 ± 1.61 b 8.24 25.68 ± 2.21 b 8.61
Tm3 17.96 ± 1.02 a 5.68 26.95 ± 1.27 b 4.71
Tm4 18.28 ± 1.64 ab 8.97 23.62 ± 1.28 a 5.42
Tmax1 9.43 ± 0.59 a 6.26 10.46 ± 0.66 a 6.31
Tmax2 9.26 ± 0.82 a 8.86 9.94 ± 1.11 a 11.17
Tn1 14.95 ± 1.02 a 6.82 18.57 ± 1.16 a 6.25
Tn2 15.12 ± 0.73 a 4.83 17.15 ± 1.08 a 6.30
To1 16.69 ± 1.00 a 5.99 23.74 ± 1.54 a 6.49
To2 17.11 ± 1.17 a 6.84 25.10 ± 1.72 a 6.85
Tp1 15.02 ± 1.45 a 9.65 24.72 ± 1.73 a 7.00
Tp2 13.84 ± 1.13 a 8.16 22.22 ± 1.70 a 7.65
Tq1 16.57 ± 0.97 a 5.85 18.07 ± 1.64 ab 9.08
Tq2 17.31 ± 1.24 a 7.16 18.77 ± 1.34 ab 7.14
Tq3 16.18 ± 0.71 a 4.39 17.47 ± 0.59 a 3.38
Tq4 16.57 ± 1.17 a 7.06 18.27 ± 0.88 ab 4.82
Tq5 21.75 ± 1.21 b 5.56 21.67 ± 1.07 c 4.94
Tq6 16.51 ± 0.91 a 5.51 19.43 ± 2.08 b 10.71
Tqu1 16.04 ± 1.76 a 10.97 20.55 ± 1.55 a 7.54
Tqu2 16.21 ± 1.16 a 7.16 20.72 ± 1.86 a 8.98
注: 同列不同小写字母表示同种不同居群间差异显著(P < 005)ꎮ 居群编号同表 1ꎬ 下同ꎮ
Notes: Different normal letters in the same column mean significant differences in the same species from different populations
(P < 0 05) . Population code is the same as that in Table 1ꎬ similarly hereinafter.
443 植 物 科 学 学 报 第 34卷
同会产生差异(表 2)ꎮ 对果体大小(高度和宽度)
的性状进行聚类分析(图 2: a)ꎬ 结果显示细果野
菱居群和四角刻叶菱居群个体分别聚集后再聚为一
类(Group A)ꎬ 然后与其他菱属野生植物(Group
B)聚为一支ꎮ 说明依据果体大小ꎬ 可将采集的菱
属野生植物分为两类ꎬ 即细果野菱和四角刻叶菱聚
为一类ꎬ 其余菱属植物为一类ꎻ 其次细果野菱和四
角刻叶菱也能被很好地区分开来ꎮ 但对果体高宽比
数据进行聚类分析(图 2: b)ꎬ 发现采集的菱属野
生植物不能被有效区分ꎮ 因此ꎬ 果体大小对于菱属
植物的分类具有重要意义ꎬ 但果体高宽比不宜作为
主要分类依据ꎮ
2 2 果喙和腰角
果喙包括果冠和果颈ꎬ 为菱角颈部的咀状物ꎮ
分别以果冠直径、 果颈高度为 X、 Y 轴作散点图ꎬ
结果显示(图 3: a)散点分布有明显的规律ꎮ 细果
野菱居群的果冠直径最小ꎬ 为 (186 ± 027) ~
(192 ± 035) mmꎬ 其次是四角刻叶菱居群ꎬ 为
(254 ± 012) ~(275 ± 028) mmꎬ 两者都显著
小于其他菱属野生植物居群(P < 001)ꎮ 东北菱的
果冠直径和高度最大ꎬ 分别为 (315 ± 039) ~
(563 ± 050) mm、 ( 735 ± 075) ~ ( 90 ±
062) mmꎬ 并且与短四角菱(Tqu)、 四角菱(Tq)
居群差异显著(P < 005)ꎻ 而其余菱属植物(菱、
丘角菱、 四角大柄菱、 八瘤菱、 四瘤菱、 四角矮菱
和南昌格菱)居群的果冠直径和高度无显著差异
(P > 005)ꎮ 对果喙性状进行聚类分析 (图 4:
a)ꎬ 发现细果野菱、 四角刻叶菱可以与其他菱属
物种区分开来ꎬ 但细果野菱和四角刻叶菱这两个物
种不能被有效区分ꎮ
依据腰角有无ꎬ 可将收集的菱属野生植物分为
两组ꎬ 即无腰角组和有腰角组ꎮ 其中: 无腰角组包
括菱、 丘角菱、 四瘤菱、 八瘤菱和南昌格菱ꎻ 而其
余菱属植物 5种 2变种组成有腰角组ꎮ 进一步对有
腰角组的 20个菱属野生植物居群分别以腰角基围
和腰角长度为 X、 Y 轴作图(图 3: b)ꎬ 发现有腰
角组可细分为两类ꎮ 其中: 细果野菱和四角刻叶菱
为一类ꎬ 其腰角基围和长度最小ꎬ 分别为(182 ±
G
ro
up
A
G
ro
up
B
Tmax1
Tmax1
Tmax2
Tmax2
Tb1
Tb1
Tb2
Tb2Tb3
Tb3
Tb4
Tb4
Tb5
Tb5
Ti1
Ti1
Ti2
Ti2
Ti3
Ti3
Ti4
Ti4
Tj1
Tj1
Tj2
Tj2
Tj3
Tj3
Tj4
Tj4
Tj5
Tj5
Tj6
Tj6
Tj7
Tj7
Tj8
Tj8
Tmac
Tmac
Tma1
Tma1
Tma2
Tma2
Tma3
Tma3Tma4
Tma4
Tm1
Tm1
Tm2
Tm2
Tm3
Tm3
Tm4
Tm4
Tn1
Tn1
Tn2
Tn2
To1
To1
To2
To2
Tp1
Tp1
Tp2
Tp2
Tq1
Tq1
Tq2
Tq2
Tq3
Tq3
Tq4
Tq4
Tq5
Tq5
Tq6
Tq6
Tqu1
Tqu1
Tqu2
Tqu2
CASE
Label num
CASE
Label num
0 05 510 1015 1520 2025 25
Rescaled distance cluster combine Rescaled distance cluster combine(a) (b)
图 2 菱属野生植物不同居群果体大小(a)、 果体高宽比(b)的聚类分析
Fig 2 Cluster analysis of Trapa species nut size (a) and height / width ratio (b) from different populations
543 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
!"#$
Diameter of apical corona (mm)
%&(
Parimcter of pscudohorn (mm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
!
)
*
+
H
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ut
n
ec
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(m
m
)
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,
+
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or
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(m
m
)
Tq
Tq
Tb
Tj
Tm
Tm
Tn
Tn
Tmac
Tmac
Tmax
Tmax
Ti
Ti
Tqu
Tqu
Tp
To
Tma
10
8
6
4
2
0
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
(a) (b)
图 3 菱属野生植物不同居群果喙(a)和腰角(b)性状散点图
Fig 3 Scatter diagram showing nut snout (a) and pseudohorn (b) of Trapa species
CASE
Label num 0 5 1015 1520 2025 25
Rescaled distance cluster combine Rescaled distance cluster combine
(b)
CASE
Label num 0 5 10
(a)
G
ro
up
A
G
ro
up
B
Tmax1
Tmax2
Tb1
Tb2
Tb3
Tb4
Tb5
Ti1
Ti2
Ti3
Ti4
Tj2
Tj3
Tj4
Tj5
Tj6
Tj7
Tj8
Tmac
Tma1
Tma2
Tma3
Tma4
Tm1
Tm2
Tm3
Tm4
Tn2
To1
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Tp1
Tp2
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
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Tj1
Tn1
Tmax1
Tmax2
Ti1
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Ti3
Ti4
Tmac
Tm1
Tm2
Tm4
Tn1
Tn2
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
Tqu1
Tqu2
图 4 不同居群菱属野生植物果喙(a)和腰角(b)性状的聚类分析
Fig 4 Cluster analysis of nut snout (a) and pseudohorn (b) of Trapa species from different populations
643 植 物 科 学 学 报 第 34卷
025) ~ (243 ± 022) mm 和(508 ± 048) ~
(918 ± 112) mmꎬ 且两者之间差异不显著(P >
005)ꎻ 另一类包括四角菱、 四角矮菱、 东北菱、
四角大柄菱、 短四角菱居群ꎬ 其腰角基围和长度较
大ꎬ 分别为(458 ± 069) ~ (892 ± 131) mm
和(907 ± 236) ~(1929 ± 114) mmꎮ 对腰角基
围和长度进行聚类分析ꎬ 结果显示(图 4: b)不仅
能将细果野菱、 四角刻叶菱与其他有腰角组菱属植
物区分开来ꎬ 而且四角矮菱 ( Tn)、 短四角菱
(Tqu)、 四角大柄菱(Tmac)居群也能各自聚集且
被区分出来ꎮ 聚类分析与直观的统计作图结果基本
一致ꎬ 均显示腰角有无是菱属植物种及种下划分的
重要分类依据ꎻ 并且通过散点图可发现ꎬ 四角菱
(Tq)腰角最长ꎬ 东北菱(Tm)腰角基围最大ꎮ
2 3 瘤突高度
采集的菱属野生植物中ꎬ 细果野菱(Tmax)和
四角刻叶菱 ( Ti) 的瘤突高度最小ꎬ 为 ( 045 ±
001) ~ (074 ± 015) mmꎬ 且两者之间差异不
显著ꎻ 四瘤菱 ( Tma)居群的瘤突高度最大ꎬ 为
(363 ± 095) ~ (495 ± 067) mmꎮ 采集的菱属
野生植物不同居群瘤突高度的数据(Mean ± SD)
呈连续分布ꎬ 不能将菱属植物种类有效区分ꎮ 对菱
属野生植物不同居群的瘤突高度进行聚类分析ꎬ 结
果也显示(图 5)无法将菱属物种有效区分ꎮ 因此ꎬ
瘤突高度不宜作为分类依据ꎬ 即不具有分类价值ꎮ
2 4 叶和气囊性状分析
叶片长度和宽度、 叶柄长度和直径、 气囊长度
和直径的变异方向趋向一致ꎬ 其中叶片长度与宽度
的相关系数 R 1 = 0945(P < 001ꎬ n = 375ꎬ 下
同)ꎬ 叶柄长度与直径的相关系数 R 2 =0505ꎬ 气
囊长度与直径的相关系数 R 3 =0694ꎮ 将所有植株
的叶片性状和叶柄性状作频次分布图(图 6)发现ꎬ
频次分布只有一个峰值ꎬ 呈正态分布ꎬ 且没有明显
的间断ꎮ 气囊长度和直径的变异较大 ( CV >
15%)ꎮ 分别对叶(叶片和叶柄)和气囊的性状进行
聚类分析ꎬ 结果显示(图 7)叶的性状仅可以将细果
野菱与其他菱属野生植物区分开来ꎬ 依据气囊性状
则不能将菱属植物种类有效区分ꎮ 因此ꎬ 叶和气囊
的形态性状对菱属植物种及种下等级分类工作的指
导意义有限ꎮ
Tmax1
Tmax1
Tmax2
Tmax2
Tb1
Tb1
Tb2
Tb3
Tb5
Tb5
Ti1
Ti1
Ti2
Ti2
Ti3 Ti3
Ti4
Ti4
Tj1
Tj1
Tj2 Tj2
Tj3
Tj3
Tj4
Tj4
Tj5
Tj5
Tj6
Tj6
Tj7
Tj7
Tj8
Tj8
Tmac
Tmac
Tma1
Tma1
Tma2
Tma2
Tma3
Tma3
Tma4
Tma4
Tm1
Tm1
Tm2
Tm2
Tm3 Tm3Tm4
Tm4
Tn1
Tn1
Tn2
Tn2
To1
To1
To2
To2
Tp1
Tp2
Tp2
Tq1
Tq1
Tq2
Tq2
Tq3
Tq3
Tq4
Tqu1
Tqu1
Tqu2
Tqu2
Tb4
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq4
Tq5
Tq5
Tq6
Tq6
0 1 2 3 4 5 6
!"#$
( )Height of tubercle mm
%
&
(
Po
pu
la
tio
n
co
de
CASE
Label num
0
Rescaled distance cluster combine(a) (b)
5 10 15 20 25
Data are means ± standard deviation.
图 5 菱属野生植物不同居群的瘤突高度(a)及其聚类分析(b)
Fig 5 Height (a) and cluster analysis (b) of tubercle of Trapa species from different populations
743 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
!"#$
Leaf length (mm)
!"%$
Leaf width (mm)
!$
( )Petiole length mm
!&(
Petiole diameter mm( )
)
*
Fr
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nc
y
)
*
Fr
eq
ue
nc
y
)
*
Fr
eq
ue
nc
y
)
*
Fr
eq
ue
nc
y
10 20 30 40 50 60 70 0
0
50
50
100
100
150
150
200
200
250
250 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
5050
50
4040
40
40
3030
30
30
2020
20
20
1010
10
10
00
0 0
图 6 菱属野生植物叶片性状的频次分布图
Fig 6 Frequency distribution histogram of leaf characters of Trapa species
3 讨论
3 1 叶和气囊的形态学性状分类价值较小
菱属植物叶(叶片和叶柄)的形态和大小会随
着发育期和生长环境产生很大变异[2ꎬ25]ꎮ 为避免发
育期的影响ꎬ 本研究选取了主菱盘上发育成熟的叶
进行测量ꎬ 并发现叶的形态学性状频次呈正态分
布ꎬ 其分类学价值有限ꎮ 这可能是由于菱属植物叶
的形态随环境变化其可塑性较大而造成ꎬ 并且在野
外调查中也得到证实ꎬ 例如在营养条件更为丰富的
鄱阳湖边池塘中ꎬ 丘角菱的菱盘直径显著大于湖泊
中ꎬ 其叶更为壮硕ꎬ 叶片更大且呈深绿色ꎬ 叶柄也
更为粗壮ꎮ 陈家瑞[3]认为气囊比叶的性状更具有
分类学价值ꎬ 但本研究发现同一种菱属植物的气囊
长度和直径的变异较大(CV >15%)ꎬ 即气囊的形
态学分类价值不大ꎮ 野外调查还发现ꎬ 同一个菱盘
上气囊大小差异很大ꎬ 菱盘外围叶的气囊较小ꎮ 然
而在整合叶片和叶柄形态性状的聚类分析中ꎬ 可将
细果野菱与其他菱属植物很好地区分开来ꎬ 细果野
菱的叶片明显较小、 叶柄较细ꎮ 综上分析ꎬ 我们认
为叶的形态学性状分类价值较小ꎻ 鉴于其具有较高
的环境可塑性ꎬ 若使用叶和气囊性状作为分类依据
时需谨慎对待ꎮ
3 2 果体大小、 腰角和果喙性状具有重要的分类
学意义
由于菱属植物的营养体差异较小ꎬ 分类过程中
通常以成熟果实的形态特征作为主要依据ꎬ 例如果
实大小、 角刺数目及形态、 果冠直径、 瘤突数目及
843 植 物 科 学 学 报 第 34卷
Tmax1
Tmax2
Tb1
Tb2
Tb3
Tb4
Tb5
Ti1
Ti2
Ti3
Ti4
Tj1
Tj2
Tj3
Tj5
Tj6
Tj7
Tj8
Tmac
Tma1
Tma2
Tma3
Tma4
Tm1
Tm2
Tm3
Tm4
Tn1
To1
To2
Tp2
Tq1
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
Tqu2
Tqu2
CASE
Label num
0 05 510 1015 1520 2025 25
Rescaled distance cluster combine Rescaled distance cluster combine(b)
Tmax1
Tmax2
Tb1
Tb2
Tb3
Tb4
Tb5
Ti1
Ti2
Ti3
Ti4
Tj1
Tj2
Tj3
Tj4
Tj5
Tj6
Tj7
Tj8
Tmac
Tma1
Tma4
Tma2
Tma3
Tm1
Tm2
Tm3
Tm4
Tn1
Tn2
To1
To2
Tp1
Tp2
Tq1
Tq2
Tq3
Tq4
Tq5
Tq6
Tqu1
Tqu2
CASE
Label num
(a)
图 7 菱属野生植物不同居群气囊(a)和叶片(b)性状的聚类分析
Fig 7 Cluster analysis of leaf (a) and petiole swellings (b) of Trapa species from different populations
高度等[3ꎬ26ꎬ27]ꎮ 本研究结果显示ꎬ 以果体大小作为
分类依据ꎬ 能将细果野菱和四角刻叶菱与其他菱属
野生植物较好地区分开来ꎬ 说明果体大小对菱属植
物的分类具有重要意义ꎮ 这与早期菱属植物形态分
类学的研究结果一致[18ꎬ19ꎬ20ꎬ26]ꎬ 同时 Takano
等[28]基于等位酶标记分析菱属物种间分类关系的
研究结果也支持这一观点ꎮ
此外ꎬ 很多学者认为腰角的数量、 长短、 果颈
高度和果冠直径是菱属植物重要的分类性
状[16ꎬ19ꎬ26]ꎮ 本研究通过对有腰角组菱属野生植物 5
种 2变种共计 20 个居群腰角长度和基围数据进行
聚类分析(图 4: b)发现ꎬ 首先将四角刻叶菱和细
果野菱与其他菱属植物区分开ꎻ 其余 3 种 2 变种ꎬ
除四角菱和东北菱外ꎬ 四角矮菱、 短四角菱、 四角
大柄菱都能被很好地区分开来ꎮ 同时ꎬ 本研究发现
腰角的角度变异丰富ꎬ 并出现腰角消失的现象ꎻ 野
外调查中甚至发现有腰角的物种如四角菱、 短四角
菱和东北菱在同一植株上同时存在有腰角果实和无
腰角果实ꎻ 于丹[2]在调查中也发现了有三个角的
东北菱ꎬ 因此在分类时应将腰角的有无结合其他分
类性状使用ꎮ 金明龙等[17]认为果喙(果冠直径和果
颈高度)的变异较大ꎬ 不适宜作为分类依据ꎮ 但本
研究通对果喙性状进行描述性分析和聚类分析发
现ꎬ 果喙性状与果体大小的分类效果相同ꎬ 均可将
细果野菱和四角刻叶菱与其他菱属物种区分开来ꎬ
这与其他学者认为果颈高度和果冠直径是菱属植物
分类的重要依据[16ꎬ19ꎬ26]的观点相同ꎮ 综上分析ꎬ
我们认为腰角和果喙性状在菱属野生植物的分类鉴
定中占据重要地位ꎮ
万文豪[16]认为瘤突在菱属植物分类学中具有
很重要的作用ꎬ 但王月丰等[26]认为瘤突的分类价
值有限ꎮ 本研究中 42 个菱属野生植物居群的瘤突
高度数据呈连续分布ꎬ 并且瘤突高度的聚类分析结
果(图 5: b)也显示ꎬ 不能将菱属野生植物进行有
效区分ꎮ 但个别菱属野生植物如八瘤菱、 四瘤菱又
可以通过瘤突数量进行鉴别ꎬ 因此我们认为瘤突对
个别菱属物种具有重要分类意义ꎮ
3 3 细果野菱与四角刻叶菱的分类地位
综合对果体大小(高度和宽度)、 果喙和腰角
943 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值
(腰角基围和长度)的数据分析ꎬ 可将采集的菱属
野植生物分为两个类群: A类群包括细果野菱和四
角刻叶菱 2种ꎻ 而其余的菱属野生植物 7种 3变种
组成 B 类群ꎬ 这与 Flora of China 的分类观点一
致[14]ꎮ 有些学者如王月丰等[26]支持将细果野菱单
独划为一类ꎬ 而其余的菱属野生植物归为一类ꎬ 这
可能是由于他们在野外调查取样时没有收集到四角
刻叶菱样品[16ꎬ18ꎬ19ꎬ26ꎬ29ꎬ30]ꎬ 也可能是由于前人的文
献中对细果野菱和四角刻叶菱的认识不一致ꎬ 即不
同文献中的同一名称所代表的类群不一样ꎮ 例如ꎬ
Vassiljev[11]和万文豪等[16]将菱属植物体各部分最
小的类群称为细果野菱ꎬ 而植物体略大的另一类群
称为野菱 ( T. incisa Sieb. var. quadricaudata
Gluck.)ꎬ 但熊治廷等[31ꎬ32]对此持相反观点ꎮ 引起
这种混乱的原因主要是四角刻叶菱和细果野菱在主
要的检索性状上差异较小且难以区分[3]ꎬ 因此关
于细果野菱和四角刻叶菱的分类地位确立还需进一
步研究ꎮ
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(责任编辑: 刘艳玲)
153 第 3期 樊香绒等: 菱属野生植物形态学性状的可塑性变异及其分类学价值