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诸葛菜属及近缘类群(十字花科)的幼苗形态及其分类学意义



全 文 :第11卷第4期
2012年7月
杭州师范大学学报(自然科学版)
Journal of Hangzhou Normal University(Natural Science Edition)
Vol.11No.4
Jul.2012
收稿日期:2011-12-26
基金项目:国家自然科学基金项目(30870150);浙江省科技计划项目(2010C33093,2011C22101);浙江省青年教师资助计划项目
(2X09012005).
通信作者:金孝锋(1978—),男,副教授,博士,主要从事植物系统进化研究.E-mail:docxfjin@163.com
DOI:11.3969/j.issn.1674-232X.2012.04.010
诸葛菜属及近缘类群(十字花科)的幼苗形态及其
分类学意义
孙 莉,杨王伟,张 漪,金孝锋
(杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江 杭州310036)
摘 要:对中国特有属诸葛菜属Orychophragmus 4种植物及近缘的心叶碎米荠Cardamine limprichti-
ana、大叶葱芥Allaria grandifolia等的幼苗进行了形态学观察,并探讨了分类学意义.结果表明:1)诸葛菜属4
种植物与心叶碎米荠、大叶葱芥幼苗的子叶均对折,出土,其脉序为掌状网脉,具侧生一级至四级脉,诸葛菜O.
violaceus、大叶葱芥和心叶碎米荠3种具少数五级脉;2)在诸葛菜属内,诸葛菜的幼苗初生叶的毛被和子叶脉序
与其他3种(湖北诸葛菜O.hupehensis、太白诸葛菜O.taibaiensis、铺散诸葛菜O.diffusus)存在明显差异,其
中铺散诸葛菜第二、第三真叶羽裂.诸葛菜的下胚轴长度、直径明显长于或粗于其他3种;3)心叶碎米荠、大叶葱
芥的幼苗与诸葛菜相似,但初生叶边缘具圆齿而有别,与铺散诸葛菜等3种在子叶脉序上差异较大,子叶与异堇
叶碎米荠C.violifoliavar.diversifolia也有很大差别;4)全面观察幼苗形态并结合形态特征、花粉微形态、体
细胞染色体数和系统发育研究结果,不支持将铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜,也不支持将心
叶碎米荠和大叶葱芥归入诸葛菜属.
关键词:诸葛菜属;心叶碎米荠;大叶葱芥;十字花科;幼苗形态;分类学意义
中图分类号:Q944     文献标志码:A
文章编号:1674-232X(2012)04-0337-05
十字花科Cruciferae有330余属,约3 500种,主要分布于北温带,我国有102属,400余种,南北各地
均有分布[1-2].
诸葛菜属Orychophragmus Bunge是以诸葛菜O.violaceus为模式建立的,为中国特有的寡种
属[1,3].《中国植物志》十字花科中承认我国有1种3变种,即诸葛菜O.violaceus及其变种湖北诸葛菜O.
violaceus var.hupehensis、缺刻叶诸葛菜var.intermedius和毛果诸葛菜var.lasiocarpus [1].谭仲明
等[4]发表了太白诸葛菜 O.taibaiensis和铺散诸葛菜O.diffusus,并将湖北诸葛菜提升到种 O.
hupehensis.《四川植物志》[5]中承认了诸葛菜和var.intermedius、var.lasiocarpus、var.hupehensis和同
型叶诸葛菜var.homaeophyllus等5个变种.此外,吴金清和赵子恩[6]发表了新种秭归诸葛菜O.
ziguiensis.Al-Shehbaz等[3]对中国诸葛菜属Orychophragmus作了修订,结果只承认2个种:其一是诸葛
菜O.violaceus;其二是将产于我国华东(浙江和安徽)的心叶碎米荠Cardamine limprichtiana归入诸葛
菜属,组合为心叶诸葛菜O.limprichtianus(Pax)Al-Shehbaz &G.Yang.还将安争夕[7]发表的大叶葱芥
Allaria grandifolia也归并到O.limprichtianus中[3].《Flora of China》采纳了Al-Shehbaz等的观点,将诸葛
菜的种下类群及铺散诸葛菜、太白诸葛菜等皆归并入诸葛菜[2].但周丽蓉等[8-9]对诸葛菜属体细胞核型研究
及ITS和matK序列分析,不支持将湖北诸葛菜和太白诸葛菜归入诸葛菜中.可见,虽然Orychophragmus的
种类并不多,但是其形态性状的变异十分复杂,以致不同的研究结果竟有如此大的分歧.
个体发生是系统发育的简短重演,种子植物幼苗是种子个体发育的一个重要时期.植物幼苗的形态特
征一定程度上能反映其祖先的特征,在研究物种形成和系统演化中具有重大意义[10],可用于探讨种类区
别、属内种间关系、属的演化关系等,如对常见十字花科田间杂草幼苗的比较[11],菱属Trapa不同种的幼
苗观察[12],毛茛科、红豆杉科、壳斗科各属间幼苗的比较[13-15]等.对于种类不多、但种类划分问题突出的诸
葛菜属幼苗形态至今尚未有过研究.在对诸葛菜属及其近缘类群花粉形态进行观察以后[16],本研究以诸
葛菜、太白诸葛菜、湖北诸葛菜、铺散诸葛菜和近缘种心叶碎米荠、大叶葱芥及异堇叶碎米荠C.violifolia
var.diversifolia(在浙江,以往根据形态特征认为心叶碎米荠与异堇叶碎米荠最为接近[1],因此对异菫叶
碎米荠也进行取样观察)为研究材料,观察其子叶和幼苗的形态差异.旨在更加准确地掌握诸葛菜属内种
间的变异情况,并为种级划分和种的界定提供依据.
1 材料与方法
1.1 材料来源
用于幼苗形态分析的各分类群来源详见表1,其中湖北诸葛菜、太白诸葛菜、铺散诸葛菜和大叶葱芥
采自模式标本产地.采样过程中按照随机取样原则,收集成熟的种子和压制凭证标本.
表1 材料来源
Tab.1 Sources of the materials
分类群 采集地点 采集时间 凭证标本
诸葛菜Orychophragmus violaceus 浙江,杭州 2007-04-27 金孝锋1701(HTC)
铺散诸葛菜O.diffusus 浙江,余杭(超山) 2007-05-17 金孝锋1515(HTC)
湖北诸葛菜O.hupehensis 湖北,丹江口 2007-05-09 曾军s.n.(HTC)
太白诸葛菜O.taibaiensis 陕西,眉县(太白山) 2007-07-07 曾军s.n.(HTC)
心叶碎米荠(H)Cardamine limprichtiana 浙江,杭州 2007-05-04 张漪1-83(HTC)
心叶碎米荠(Y)C.limprichtiana 浙江,余杭(超山) 2007-05-17 张漪1-99(HTC)
异堇叶碎米荠C.violifoliavar.diversifolia 浙江,杭州 2007-05-04 金孝锋s.n.(HTC)
大叶葱芥Alliaria grandifolia 浙江,临安(清凉峰) 2007-05-02 金孝锋1721(HTC)
1.2 种子萌发与形态特征的观测和记录
备用的种子播种于营养土中,22℃恒温培养.对子叶期、初生叶期(第一片真叶期)、第二片真叶期和
第三片真叶期的幼苗形态特征进行观测和记录,每个种每个观察时期取10个个体观察、测量并制成腊叶
标本.每个种第三片真叶期以后取样多余的个体则任其生长,直至开花结实,用于观察茎生叶、花部和角果
形态.子叶用7%的NaOH溶液透明至黄白色,再用亚甲基蓝染色1~2min,置于Zeiss LK1500LCD体式
显微镜下观察并拍照.
1.3 数据整理和描述
幼苗下胚轴长度和直径在初生叶长出后会迅速伸长,变异较大,其长度和直径数据主要在播种后子叶
刚出土而未开展时进行测量,所得数据用SPSS 11.5处理分析.幼苗的形态学术语主要根据《图解植物学
词典》中的叶形[17]描述,子叶脉序术语主要根据柴燕等[11]和梁彦等[13]描述.
2 结 果
2.1 幼苗形态
7种植物(共8个材料)的幼苗形态详见表1.异堇叶碎米荠胚根缘依子叶,诸葛菜属、大叶葱芥、心叶碎
833 杭州师范大学学报(自然科学版) 2012年 
米荠子叶对折(图1).在萌发时,下胚轴伸长,子叶出土,片状,有居间生长,为吸收兼光合型子叶,上胚轴不伸
长,按照季祥彪和叶能干[10]对双子叶植物幼苗的划分,为蜡梅型.子叶新鲜时肉质,干后厚纸质,形状为近圆
形、长圆形或倒卵圆形,在异堇叶碎米荠、铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜中变异较大;子叶先端除异
堇叶碎米荠为圆钝外,其余材料为浅凹;所有材料子叶大多无毛,诸葛菜的子叶有时疏被毛(图1).
表2 诸葛菜属4种及近缘2种1变种的幼苗形态特征
Tab.2 Morphological characters of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa
分类群
子叶
形状 先端
初生叶
叶形  边缘 毛被
第二 
真叶 
第三
真叶
下胚轴
长度/cm 直径/mm
诸葛菜 近圆形 浅凹 心形 锯齿 密被白毛 单叶 单叶 1.831(±0.467)0.684(±0.304)
铺散诸葛菜 近圆形或长圆形 浅凹 心形 圆齿 无毛 单叶或
羽裂
羽裂 0.724(±0.397)0.372(±0.212)
湖北诸葛菜 近圆形或长圆形 浅凹 心形 锯齿 疏被白毛 单叶 单叶 0.793(±0.337)0.389(±0.246)
太白诸葛菜 近圆形或长圆形 浅凹 肾圆形 锯齿 疏被白毛 单叶 单叶 0.750(±0.402)0.360(±0.257)
心叶碎米荠(H) 近圆形 浅凹 心形 圆齿 密被白毛 单叶 单叶 1.259(±0.432)0.437(±0.195)
心叶碎米荠(Y) 近圆形 浅凹 心形 圆齿 密被白毛 单叶 单叶 1.247(±0.432)0.379(±0.209)
异堇叶碎米荠 近圆形或长圆形 圆钝 肾圆形 波状齿 疏被白毛 单叶 单叶 1.024(±0.343)0.322(±0.177)
大叶葱芥 近圆形或倒卵圆形 浅凹 心形 圆齿 密被白毛 单叶 单叶 1.455(±0.456)0.459(±0.277)
A诸葛菜(子叶对折);B大叶葱芥(子叶与下胚轴);C湖北
诸葛菜(子叶形态);D心叶碎米荠 (子叶与初生叶);E太白
诸葛菜(子叶与两枚真叶);F诸葛菜(子叶与初生叶);G铺
散诸葛菜(第二真叶羽裂);H铺散诸葛菜(第二、三真叶羽
裂). 比例尺1cm.
图1 诸葛菜属及近缘类群的幼苗形态
Fig.1 Seedling morphology of Orychophragmus
and the related taxa
  初生叶(第一真叶)大多为心形,其中太白诸葛菜和异堇叶碎米荠为肾圆形;边缘具齿,其中诸葛菜、太
白诸葛菜、湖北诸葛菜为锯齿,心叶碎米荠、大叶葱芥为圆齿,异堇叶碎米荠为波状齿;除铺散诸葛菜无毛
外,诸葛菜、心叶碎米荠、大叶葱芥均密被白色柔毛,太白诸葛菜、湖北诸葛菜、异堇叶碎米荠则疏被白色柔
毛.第二真叶较初生叶大,形态和毛被大多相似,但铺散诸葛菜有时羽裂.第三真叶较第二真叶更大,铺散
诸葛菜为羽裂,其余种类均为单叶(图1).
2.2 幼苗子叶脉序
所有材料的子叶脉序特征详见表3和图2.7种植物的脉序均为掌状网脉,在子叶顶端聚集.异堇叶碎
米荠与其他种类的差异较大,侧生一级脉2条对生,其
他种类4~6条不等,不对生;二级脉常结环、分支,但
在异堇叶碎米荠中不结环;三级脉较多,大多结环,在
异堇叶碎米荠中少,分支;四级脉在诸葛菜、心叶碎米
荠、大叶葱芥中较多,结环、分支,铺散诸葛菜和湖北诸
葛菜四级脉较少,结环、分支,太白诸葛菜四级脉也较
少,不结环,异堇叶碎米荠无四级脉;具五级脉的种类
仅诸葛菜、心叶碎米荠和大叶葱芥.
3 讨 论
3.1 诸葛菜属植物幼苗的形态特征
从幼苗形态看,诸葛菜属植物(包括诸葛菜、铺散
诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜)具有较为一致的特
征.其种子萌发时下胚轴伸长,上胚轴不伸长;子叶对
折,出土,近圆形或长圆形,先端微凹,吸收兼光合型,
常无毛,或有时疏被毛;子叶脉序为掌状网脉,中脉明
显,侧生一级脉多条,不成对,具二级、三级和四级脉,
仅诸葛菜具数量较少的五级脉.初生叶心形或肾圆形,
具锯齿或圆齿,密被毛或疏被毛,稀无毛;第二真叶和
933 第4期 孙 莉,等:诸葛菜属及近缘类群(十字花科)的幼苗形态及其分类学意义
第三真叶常为单叶.与十字花科其他属如荠菜属Capsella、独行菜属Lepidium、播娘蒿属Descurainia、芸
薹属Brassica等幼苗[11]比较,差异很大,可见幼苗形态可以为本科植物分类鉴定提供一些有用的依据.
表3 诸葛菜属4种及近缘2种1变种的子叶脉序特征
Tab.3 Cotyledon venations of the seedlings of four species in Orychophragmus and related taxa
分类群 侧生一级脉 二级脉 三级脉 四级脉 五级脉
诸葛菜 5~6条,不成对 结环,分支 多,结环 较多,结环,分支 少
铺散诸葛菜 5条,不成对 结环,分支 多,结环 较少,结环,分支 无
湖北诸葛菜 4~5条,不成对 结环,分支 多,结环 较少,结环,分支 无
太白诸葛菜 5~6条,不成对 结环,分支 多,结环 较少,分支 无
心叶碎米荠(H) 5~6条,不成对 结环,分支 多,结环 较多,结环,分支 少
心叶碎米荠(Y) 5~6条,不成对 结环,分支 多,结环 较多,结环,分支 少
异堇叶碎米荠 2条,成对 分支 少,分支 无 无
大叶葱芥 5~6条,不成对 结环,分支 多,结环 较多,结环,分支 少
A大叶葱芥;B湖北诸葛菜;C铺散诸葛菜;D太白诸葛菜;E心叶碎
米荠(Y);F心叶碎米荠(H);G异堇叶碎米荠;H诸葛菜.
比例尺2mm.
图2 诸葛菜属及近缘类群的幼苗子叶脉序
Fig.2 Venation pattern of the cotyledons of
Orychophragmus and the related taxa
3.2 铺散诸葛菜等3种的分类处理有待商榷
Al-Shehbaz等[3]对中国诸葛菜属作了修订,认
为诸葛菜是一个形态变异很大的种,把铺散诸葛菜
和太白诸葛菜归并入诸葛菜.Zhou等[2]在《Flora of
China》中,将诸葛菜种下所有分类群全部归并入诸
葛菜,其中还包括湖北诸葛菜.但从本实验的几个
种形态特征看,诸葛菜与铺散诸葛菜等3种的形态
区别明显:铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜
茎生叶叶片大头羽裂,有侧生裂片2~6枚,具明显
的叶柄,叶柄基部具抱茎的小耳;诸葛菜茎生叶叶
片不分裂,无柄,基部明显扩大而抱茎.此外,从体
细胞染色体数目来看,诸葛菜为2n=24,铺散诸葛
菜为2n=20,湖北诸葛菜2n=22,太白诸葛菜2n=
24,或48(为4倍体)[8];ITS序列和matK分析同样
也不支持将湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜[9].从幼苗形态看,诸葛菜的幼苗初生叶密被白色柔毛,
子叶四级脉较多,有时具五级脉,而湖北诸葛菜和太白诸葛菜与之不同,初生叶疏被白毛,子叶四级脉较
少,无五级脉;铺散诸葛菜初生叶无毛,边缘具圆齿,第二、第三真叶羽裂,子叶四级脉较少,无五级脉,也与
诸葛菜不同.下胚轴长度及直径,诸葛菜与铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜均存在显著差异(P<0.
01).鉴于多方面的证据,不支持将铺散诸葛菜、湖北诸葛菜和太白诸葛菜并入诸葛菜.
3.3 心叶碎米荠、大叶葱芥与诸葛菜属关系
心叶碎米荠因子叶对折,在子叶缘依胚根的碎米荠属很特殊,Al-Shehbaz等[3]主要根据这个特征,将
其归入诸葛菜属,组合为心叶诸葛菜O.limprichtianus(Pax)Al-Shehbaz &G.Yang,并将大叶葱芥归
并为心叶诸葛菜的异名.从形态特征看来,心叶碎米荠茎生叶常为单叶而叶柄决不抱茎,花小,花瓣长圆状
倒卵形,无爪,长角果顶端无喙;花粉极轴长度明显比诸葛菜属的种短;种子表面密被小瘤状突起.诸葛菜
属茎生叶单叶或大头羽裂,叶片或叶柄基部扩大成耳状抱茎,花较大,花瓣具爪,长角果顶端具长喙;种子
表面具网状纹饰.从幼苗形态看,心叶碎米荠和大叶葱芥的幼苗与诸葛菜相似,而与铺散诸葛菜等差异较
大,与异堇叶碎米荠差异更大.可见,心叶碎米荠、大叶葱芥与诸葛菜属有一定的亲缘关系,但形态特征、花
粉和种子表面纹饰差异很大,ITS序列和trnL-F序列分析也表明心叶碎米荠、大叶葱芥既不是诸葛菜属
043 杭州师范大学学报(自然科学版) 2012年 
成员,也不是碎米荠属成员(另文发表).大叶葱芥除植株无毛或几无毛外,与心叶碎米荠几无区别,幼苗形
态、花粉大小和种子表面纹饰也十分相似,是心叶碎米荠的无毛类型.
参考文献:
[1]周太炎,郭荣麟,蓝永珍,等.十字花科[M]//周太炎.中国植物志.北京:科学出版社,1987:1-483.
[2]Zhou Taiyan,Lu Lianli,Yang Guang,et al.Brassicaceae(Cruciferae)[M]//Wu Zhengyi,Raven H.Flora of China.Beijing:Science
Press &St.Louis:Missouri Botanical Garden Press,2001:1-200.
[3]Al-Shehbaz A,Yang Guang.A revision of the Chinese endemic Orychophragmus(Brassicaceae)[J].Novon,2000,10(4):349-353.
[4]谭仲明,许介眉,赵炳祥,等.中国诸葛菜属(十字花科)新分类群[J].植物分类学报,1998,36(6):544-548.
[5]谭仲明,张兆清,赵云,等.十字花科[M]//李伯刚.四川植物志.成都:四川民族出版社,1999:1-168.
[6]吴金清,赵子恩.长江三峡库区诸葛菜属(十字花科)一新种[J].武汉植物学研究,2003,21(6):487-488.
[7]安争夕.十字花科新植物[J].植物分类学报,1985,23(5):396-397.
[8]Zhou Lirong,Liu Zhibin,Wu Jun,et al.Karyotype variation and evolution in populations of the Chinese endemic Orychophragmusvio
laceuscomplex(Brassicaceae)[J].Nordic Journal of Botany,2008,26(5/6):375-383.
[9]周丽蓉,余研,宋荣秀,等.中国特有诸葛菜复合群的系统发育关系[J].云南植物研究,2009,31(2):127-137.
[10]季祥彪,叶能干.双子叶植物幼苗类型及其可能的演化关系[J].植物分类学报,2003,41(5):447-464.
[11]柴燕,马德英,迟庆勇,等.新疆农田十字花科主要杂草幼苗分类特征研究[J].新疆大学学报:自然科学版,2002,19(3):319-323.
[12]丁炳扬,黄涛,姜维梅,等.菱属植物的幼苗形态及其系统学意义[J].浙江大学学报:理学版,1999,26(3):92-98.
[13]梁彦,汪矛,郭洁,等.3属3种毛茛科植物幼苗形态结构及其系统演化分析[J].西北植物学报,2007,27(7):1357-1363.
[14]叶能干,廖海民,李淑久.从幼苗形态学特征探讨红豆杉科各属间的系统演化[J].植物分类学报,1996,34(2):142-151.
[15]苟光前,廖海民.壳斗科幼苗的特征及其系统分类[J].山地农业生物学报,1999,18(6):387-395.
[16]张鹍,邱明,金孝锋.诸葛菜复合体(十字花科)的花粉形态及其分类学意义[J].杭州师范大学学报:自然科学版,2009,8(3):214-217.
[17]王宇飞,赵良成,冯广平,等.叶的形态[M]//王宇飞,赵良成,冯广平,等.图解植物学词典.北京:科学出版社,2001:202-206.
The Seedling Morphology of Orychophragmus &the Relatives(Cruciferae)
and its Taxonomic Significance
SUN Li,YANG Wang-Wei,ZHANG Yi,JIN Xiao-Feng
(Colege of Life and Environmental Sciences,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)
Abstract:The seedling morphology of four Orychophragmus species and its relatives,Cardamine limprichtian,and
Allaria grandifolia were observed in the present paper,and its taxonomic significane was analyzed.The results show that
the four Orychophragmus species together with C.limprichtianaand A.grandifolia,have consistent characters,such as
cotylodens conduplicate,epigaeous,palmated-reticulate venations,and lateral primary veins 1-4,O.violaceus,C.
limprichtianaand A.grandifolia have five-class veins.The seedling morphology is different in Orychophragmus.The
primary leaves of O.violaceus are densely whitish pilose,sometimes with quinary veins,while those of O.diffusus,O.
hupehensis,and O.taibaiensis are sparsely pilose,without quinary veins.The secondary and terante leaves of O.diffusus
are pinnatisect with 1-3leafletlike lateral lobes.The length and diameter of the hypocotyls of O.violaceus are significantly
longer or thicker than the other three species.The seedlings of C.limprichtianaand A.grandifoliaare much more similar
with O.violaceus,but differ in leaves with crenate teeth at margin.The venation pattern of the cotyledons is quite different
fromO.diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensis and C.violifoliavar.diversifolia.Based on the observation results of
seedling morphology,morphological characteristics,polen micro-morphology,chromosome number and phylogeny,O.
diffusus,O.hupehensis,O.taibaiensis should not be incorporated into the category of O.violaceus.C.limprichtianaand
A.grandifoliaare not the members of Orychophragmus.
Key words:Orychophragmus;Cardamine limprichtiana;Allaria grandifolia;Cruciferae;seedling morphology;
taxonomic significance
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