11种鼠尾草属叶片和叶柄解剖特征及其分类学意义(1)
[摘要]对11种鼠尾草属植物叶片和叶柄的解剖学特征进行比较。应用石蜡切片法观察了11种鼠尾草属植物叶的解剖结构，测量了表皮、木质部、韧皮部等指标，并结合主成分和系统聚类对所测数据进行了分析。结果表明：11种鼠尾草叶片均为异面叶，叶片和叶柄表面均覆有毛被。上下表皮均由1层细胞构成。在叶片和叶柄横切面上不同种鼠尾草属植物的结构有差异。其中上表皮厚度等9个解剖特征可作为鼠尾草属分类鉴定的重要依据，并为鼠尾草属植物亲缘关系鉴定提供了解剖学证据。
[关键词]鼠尾草属；叶；主成分分析；解剖学；分类学
鼠尾草属Salvia L.隶属于唇形科Lamiaceae，广布于热带、亚热带和温带地区，中国有84种，分布于全国各地，以西南地区最多[1]。中国鼠尾草属植物多作为中草药或民族药应用于临床[2]，据记载鼠尾草属药用植物约33种，其中弧隔鼠尾草亚属Subg. Salvia和荔枝草亚属Subg. Sclarea的全部25种药用植物都作为中药“丹参”应用[3]。此外，近年来对于鼠尾草属植物观赏价值的研究也越来越受到重视，部分野生种类已经成功引种[4-5]。
, 百拇医药
笔者调查发现各地药材市场上中药“丹参”来源混杂，药农种植和采集也十分混乱，这都给丹参的质量控制和用药安全带来了隐患。此外由于鼠尾草属植物分布广、种类多、形态变异大，造成了植物来源不清，也为该属分类学研究与药材鉴定带来了很大的困难。研究表明，植物叶部解剖学特征常作为植物鉴定和分类学研究的重要手段而得到广泛应用[6-11]，但目前关于鼠尾草属植物叶部解剖学研究未见报道。本研究通过对来自于弧隔鼠尾草亚属和荔枝草亚属的11种鼠尾草属植物叶部解剖学特征进行比较研究，运用主成分分析和系统聚类探讨适用于该2个亚属的特征分类性状，也为该属植物鉴定和分类学研究提供有力依据。
1材料
实验材料的编号和来源见表1，所有供试样品由四川农业大学周永红教授鉴定，凭证玻片存于四川农业大学生命科学与理学院标本室(SAU)。
2方法
, 百拇医药
样品采集后用流水小心冲洗干净，吸水纸吸去多余水分，将叶片和叶柄分别切成长0.5～1 cm的小段，FAA固定液固定，常规石蜡制片法制片，切片厚度为8～12 μm，番红-固绿染色，Olympus BX51显微镜观察，选取结构完整、染色效果好、图像清晰的切片进行拍照。每个样品分别观察叶片主脉部、叶柄部横切面各15个切片。用Olympus显微成像系统测量各部分解剖结构，平均值表示。利用SPSS 19.0软件进行主成分分析和构建聚类树。
3结果与分析
3.1叶片解剖学研究 通过对11种鼠尾草属植物叶片横切面的观察，发现鼠尾草叶片表面均覆有毛被，见表2，图1。叶片上下表皮均为1层细胞构成无角质层；上表皮细胞排列紧密、厚度差异较大，占叶片厚度的8.10%～16.67%；下表皮明显薄于上表皮且细胞排列较为疏松，占叶片厚度的3.89%～12.18%。从叶肉结构上看，鼠尾草属植物栅栏组织和海绵组织分化明显，为典型的异面叶。样品中毛地黄鼠尾草、橙色鼠尾草和圆苞鼠尾草为1层栅栏组织，其余样品均为2层栅栏组织，厚度为36.77～92.77 μm，占整个叶片厚度的16.96%～46.49%；除三叶鼠尾草海绵组织薄于栅栏组织外，其余鼠尾草海绵组织均厚于栅栏组织，厚度为53.20～159.90 μm，占整个叶片厚度的35.19%～60.07%。样品栅海比为0.30～1.29，主脉导管直径为5.67～25.90 μm。
, http://www.100md.com
通过对11种鼠尾草属植物叶片中脉横切面的观察，发现鼠尾草叶片正面叶脉处均有不同程度下陷，背面叶脉处全面突起，此外叶脉在叶片背面构成的网络也比较清晰。对于解剖结构而言11种鼠尾草叶片中脉处均由大量的薄壁细胞构成，维管束位于中央位置，见图2。
3.2叶柄解剖学研究 通过对样品叶柄横切面的观察，发现不同鼠尾草属植物叶柄表面与叶片类似也都覆有绒毛，但是在内部结构上鼠尾草种间表现出了较大的差异，见表3，图3。其中丹参和血盆草中央维管束数量最多为2个，其余鼠尾草样品为1个。在叶柄研究中，位于叶柄两侧的小型维管束也是重要的解剖特征，本研究发现不同样品小型维管束总量和左右两侧的数量都不尽相同，其中黄花鼠尾草小型维管束总量最多为9个，血盆草最少为2个。不同鼠尾草导管直径不尽相同，范围为16.53～31.90 μm。样品木质部厚度为60.97～196.93 μm，占维管束总厚度的39.17%～72.57%；由于木质部和韧皮部中间所夹的1层形成层很薄，在本研究中忽略不计；不同鼠尾草韧皮部厚度为48.07～152.47 μm，占维管束总厚度的27.43%～60.83%。样品木韧比 0.64～2.65。
, 百拇医药
3.3主成分和聚类分析 将11种鼠尾草叶片和叶柄所有解剖学数据进行主成分分析，前4个主成分特征值都大于1，累积方差贡献率达到83.36%，表明前4个主成分已经把11种鼠尾草的20个叶部解剖特征的85.36%的信息反映出来，见表4。11种鼠尾草叶片和叶柄解剖特征相关矩阵的特征向量，见表5，每一列代表一个主成分作为原来变量线性组合的系数，相关系数(的绝对值)越大则该变量对主成分的影响越大[12]。在每一个主成分中选取相关系数最大的前3个解剖特征，即上表皮厚度和比例、栅栏组织厚度和比例、海绵组织比例、栅海比、叶柄导管直径、叶柄木质部厚度和叶柄韧皮部厚度共9个解剖特征数据，见表5。然后进行以鼠尾草种类为变量的主成分分析，11种鼠尾草属植物主成分分析得分图见图4，样品明显集中在2个区域内，每个区域内鼠尾草均来自于同一个亚属。
为了得到更加明确的亚属间和种间关系，利用上述选取的9个解剖特征数据进行聚类分析。11种鼠尾草属植物在聚类图中被明显划分为2支：支1均属于弧隔鼠尾草亚属。其中栗色鼠尾草和黄花鼠尾草亲缘关系较近，均属于栗色鼠尾草系；毛地黄鼠尾草和甘西鼠尾草聚在一起也符合形态学的划分[13]，二者均属于毛地黄鼠尾草系。支2 均属于荔枝草亚属。其中云南鼠尾草、丹参和三叶鼠尾草聚为一类，符合《中国植物志》[13]将其划分到丹参系中，见图5。, 百拇医药(王涛 刘世勇 王龙 王红玉 张利)
[关键词]鼠尾草属；叶；主成分分析；解剖学；分类学
鼠尾草属Salvia L.隶属于唇形科Lamiaceae，广布于热带、亚热带和温带地区，中国有84种，分布于全国各地，以西南地区最多[1]。中国鼠尾草属植物多作为中草药或民族药应用于临床[2]，据记载鼠尾草属药用植物约33种，其中弧隔鼠尾草亚属Subg. Salvia和荔枝草亚属Subg. Sclarea的全部25种药用植物都作为中药“丹参”应用[3]。此外，近年来对于鼠尾草属植物观赏价值的研究也越来越受到重视，部分野生种类已经成功引种[4-5]。
, 百拇医药
笔者调查发现各地药材市场上中药“丹参”来源混杂，药农种植和采集也十分混乱，这都给丹参的质量控制和用药安全带来了隐患。此外由于鼠尾草属植物分布广、种类多、形态变异大，造成了植物来源不清，也为该属分类学研究与药材鉴定带来了很大的困难。研究表明，植物叶部解剖学特征常作为植物鉴定和分类学研究的重要手段而得到广泛应用[6-11]，但目前关于鼠尾草属植物叶部解剖学研究未见报道。本研究通过对来自于弧隔鼠尾草亚属和荔枝草亚属的11种鼠尾草属植物叶部解剖学特征进行比较研究，运用主成分分析和系统聚类探讨适用于该2个亚属的特征分类性状，也为该属植物鉴定和分类学研究提供有力依据。
1材料
实验材料的编号和来源见表1，所有供试样品由四川农业大学周永红教授鉴定，凭证玻片存于四川农业大学生命科学与理学院标本室(SAU)。
2方法
, 百拇医药
样品采集后用流水小心冲洗干净，吸水纸吸去多余水分，将叶片和叶柄分别切成长0.5～1 cm的小段，FAA固定液固定，常规石蜡制片法制片，切片厚度为8～12 μm，番红-固绿染色，Olympus BX51显微镜观察，选取结构完整、染色效果好、图像清晰的切片进行拍照。每个样品分别观察叶片主脉部、叶柄部横切面各15个切片。用Olympus显微成像系统测量各部分解剖结构，平均值表示。利用SPSS 19.0软件进行主成分分析和构建聚类树。
3结果与分析
3.1叶片解剖学研究 通过对11种鼠尾草属植物叶片横切面的观察，发现鼠尾草叶片表面均覆有毛被，见表2，图1。叶片上下表皮均为1层细胞构成无角质层；上表皮细胞排列紧密、厚度差异较大，占叶片厚度的8.10%～16.67%；下表皮明显薄于上表皮且细胞排列较为疏松，占叶片厚度的3.89%～12.18%。从叶肉结构上看，鼠尾草属植物栅栏组织和海绵组织分化明显，为典型的异面叶。样品中毛地黄鼠尾草、橙色鼠尾草和圆苞鼠尾草为1层栅栏组织，其余样品均为2层栅栏组织，厚度为36.77～92.77 μm，占整个叶片厚度的16.96%～46.49%；除三叶鼠尾草海绵组织薄于栅栏组织外，其余鼠尾草海绵组织均厚于栅栏组织，厚度为53.20～159.90 μm，占整个叶片厚度的35.19%～60.07%。样品栅海比为0.30～1.29，主脉导管直径为5.67～25.90 μm。
, http://www.100md.com
通过对11种鼠尾草属植物叶片中脉横切面的观察，发现鼠尾草叶片正面叶脉处均有不同程度下陷，背面叶脉处全面突起，此外叶脉在叶片背面构成的网络也比较清晰。对于解剖结构而言11种鼠尾草叶片中脉处均由大量的薄壁细胞构成，维管束位于中央位置，见图2。
3.2叶柄解剖学研究 通过对样品叶柄横切面的观察，发现不同鼠尾草属植物叶柄表面与叶片类似也都覆有绒毛，但是在内部结构上鼠尾草种间表现出了较大的差异，见表3，图3。其中丹参和血盆草中央维管束数量最多为2个，其余鼠尾草样品为1个。在叶柄研究中，位于叶柄两侧的小型维管束也是重要的解剖特征，本研究发现不同样品小型维管束总量和左右两侧的数量都不尽相同，其中黄花鼠尾草小型维管束总量最多为9个，血盆草最少为2个。不同鼠尾草导管直径不尽相同，范围为16.53～31.90 μm。样品木质部厚度为60.97～196.93 μm，占维管束总厚度的39.17%～72.57%；由于木质部和韧皮部中间所夹的1层形成层很薄，在本研究中忽略不计；不同鼠尾草韧皮部厚度为48.07～152.47 μm，占维管束总厚度的27.43%～60.83%。样品木韧比 0.64～2.65。
, 百拇医药
3.3主成分和聚类分析 将11种鼠尾草叶片和叶柄所有解剖学数据进行主成分分析，前4个主成分特征值都大于1，累积方差贡献率达到83.36%，表明前4个主成分已经把11种鼠尾草的20个叶部解剖特征的85.36%的信息反映出来，见表4。11种鼠尾草叶片和叶柄解剖特征相关矩阵的特征向量，见表5，每一列代表一个主成分作为原来变量线性组合的系数，相关系数(的绝对值)越大则该变量对主成分的影响越大[12]。在每一个主成分中选取相关系数最大的前3个解剖特征，即上表皮厚度和比例、栅栏组织厚度和比例、海绵组织比例、栅海比、叶柄导管直径、叶柄木质部厚度和叶柄韧皮部厚度共9个解剖特征数据，见表5。然后进行以鼠尾草种类为变量的主成分分析，11种鼠尾草属植物主成分分析得分图见图4，样品明显集中在2个区域内，每个区域内鼠尾草均来自于同一个亚属。
为了得到更加明确的亚属间和种间关系，利用上述选取的9个解剖特征数据进行聚类分析。11种鼠尾草属植物在聚类图中被明显划分为2支：支1均属于弧隔鼠尾草亚属。其中栗色鼠尾草和黄花鼠尾草亲缘关系较近，均属于栗色鼠尾草系；毛地黄鼠尾草和甘西鼠尾草聚在一起也符合形态学的划分[13]，二者均属于毛地黄鼠尾草系。支2 均属于荔枝草亚属。其中云南鼠尾草、丹参和三叶鼠尾草聚为一类，符合《中国植物志》[13]将其划分到丹参系中，见图5。, 百拇医药(王涛 刘世勇 王龙 王红玉 张利)