蜘蛛抱蛋属Aspidistra,主要产于亚洲东部的热带和亚热带地区,在中国主要分布于广西、贵州等长江流域以南各省区。由于其叶终年青翠,国内外广泛栽培作常绿盆景[1],有20余种在民间药用,具有活血散瘀、泄热利尿、续伤接骨、祛风止痛及清热止咳等功效,化学成分主含甾体皂苷,现代药理具有抗菌消炎的作用[2]。其种间鉴别主要依赖于花,而其花小,生于地表面,易被它物掩盖,开花的植株较少,花期短,带花标本采集困难,加上自然因素的干扰,许多鉴别上的关键特征也会变化甚至消失,以及该属植物营养器官和繁殖器官(花)变异较大,给分类研究工作带来了很多困难。自20世纪80年代以来,该属植物的研究备受我国植物学工作者的重视,并对其进行了形态分类学、细胞学、孢粉学、分子生物学等系列卓有成就的研究,笔者所在课题组近20年对其分类鉴定做了进一步的研究。基于其鉴定上的特殊性,本文通过整理国内外学者对于其分类学的研究及结合本课题组的研究,从经典分类学研究、细胞学研究、微形态研究、分子生物学及近红外光谱研究等5个方面阐述该属植物的分类学研究进展,为该属分类学的进一步研究提供参考,为有效的开发利用该属植物打下坚实的基础。

1、经典分类学研究

蜘蛛抱蛋属录属于广义的百合科Liliaceae,系1822年由J.Ker-Gwal.建立。1978年《中国植物志》中将国产该属植物归纳为8种[1],2000年FloraofChina记载了55种[3],2008年Tillich记录全世界该属植物约93种,随着研究的深入10余年来发表了许多新种,目前全世界已经接近170种,其中中国就有100余种[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30]。李光照等[31,32]认为花的各部分尤其是柱头的特征和结构性状较稳定,是该属植物系统演化的主要依据,而果实及根茎叶等特征和构造虽与其演化有密切联系,但由于其性状变异较大,只能作为次要佐证。基于这一原则,将该属的分类群划分为3组20系54种:组Ⅰ.初生组Sect.Primihenae,2种;组Ⅱ.三线组Sect.Trilineares,该组含有11系31种:系1.长圆叶蜘蛛抱蛋系Ser.Oblogifoliae,1种,系2.洞生蜘蛛抱蛋系Ser.Cavicolae,8种,系3.伞柱蜘蛛抱蛋系Ser.Fungliformes,3种,系4.小花蜘蛛抱蛋系Ser.Minutiflorae,8种,系5.广西蜘蛛抱蛋系Ser.Retusae,2种,系6.黄花蜘蛛抱蛋系Ser.Flaviflorae,3种,系7.盈江蜘蛛抱蛋系Ser.Yingjiangenses,2种,系8.粽粑叶系Ser.Sexexcavatae,1种,系9.华南蜘蛛抱蛋系Ser.Austrosinenses,1种,系10.碟柱蜘蛛抱蛋系Ser.Acetabuliformes,1种,系11.环江蜘蛛抱蛋系Ser.Huanjiangenses(三线组Trilineares),1种;组Ⅲ.四线组Sect.Luridae,该组含有9系21种:系1.棕叶草系Ser.Oblanceifoliae,1种,系2.广东蜘蛛抱蛋系Ser.Luridae,3种,系3.十字蜘蛛抱蛋系Ser.Cruciformes,1种,系4.流苏蜘蛛抱蛋系Ser.Fimbriatae,7种,系5.乐业蜘蛛抱蛋系Ser.Leyeenses,1种,系6.柳江蜘蛛抱蛋系Ser.Patentilobae,2种,系7.罗甸蜘蛛抱蛋系Ser.Luodianensis,1种,系8.巨型蜘蛛抱蛋系Ser.Longilobae,4种,系9.裂柱蜘蛛抱蛋系Ser.Quadrpartitae,1种。

目前该属植物物种数量增加,且其物种界限比较模糊,特别是种下分类,Tillich等[33]建议将那些难以区分的种考虑为变种或为同种,建议营养性状以及一些花的次要性状不同的同地域的植株归为变种,当两种植株在花的性状上有差异,且相距约100公里或更远时(大约至少一个纬度)应归为亚种。以此为规则,将目前公认的11个种下分类群再分类,其中3个种可被细分为2个亚种,其余8个种包含17个变种。

综上所述,目前该属植物的分类鉴定依据是以花的各部分特征为主,如花被与裂片形状及其内部特征,雄蕊着生位置,柱头的结构特征等,而根茎叶等结构特征为辅助特征。

2、细胞分类学

细胞分类学是利用细胞学特征进行生物分类的学科。由于该学科的出现解决了传统形态分类难以解决的问题,目前它已成为现代综合分类的重要组成部分,在许多动、植物类群中,染色体数据(包括染色体数目、核型分析、染色体带型分析、染色体组分析等)已同形态特征一样成为标准分类的基本数据。

80年代就有学者对该属植物进行细胞分类学研究,目前约40余种有核型分析报道[34,35,36,37,38,39,40,41,42,43]。黄锦岭等[35]报道了13种的染色体核型。结果表明,该属植物染色体数目2n=38或2n=36,核型皆为二型性;核型具有稳定的随体特征;其染色体基数应为x=18,19。王任翔等[40]对8种进行核型研究,结果表明该属植物的染色体数目为2n=36和2n=38,各占一半。染色体数目为2n=36的种类中,其外部形态尤其是花部式样的形态和结构是较简单的,可能代表其原始性状。2n=38的类群中,其形态和结构较复杂和特化,可能代表其进化性状。因此可认为蜘蛛抱蛋属染色体的原始基数应为x=18,而x=19是次生基数。该属染色体数目进化的趋势为上升性变异。其物种形成主要在二倍体水平上进行。形态结构的复杂特化与m型染色体数目的增加似乎相关。该属的核型可能是向对称性增强的方向演化。笔者[44]根据报道的核型资料,对其形态特征进行了总结(表1),结果与王任翔等[40]一致。乔琴等[42]对其的染色体数目和核型进行研究分析,结果表明其核型似乎并没有向不对称性增强的方向演化。笔者[45]根据在贵州产的7个种进行了研究,结合外部形态特征,对属内核型进化的一些问题进行了探讨,结果表明,除伞柱蜘蛛抱蛋的染色体数目为2n=36外,其余种均为2n=38。该种的核型分析与王任翔等[37]的结论一致。该种的外部形态特征与其他种有明显差异,其特征多属于该属植物的原始性状。通过各种与其近缘种比较的结果表明,形态特征与其染色体数目、核型结构等特征具有一定的相关性,可以作为该属植物近缘种研究的佐证。

综上所述,该属植物的核型结构与其外部形态特征如根状茎的粗细、花梗长度、花被形状、花被裂片内侧附属物、雄蕊着生位置、雌蕊形态、柱头表面构造、果实等,均具有一定的相关性,而这些外部形态是该属植物起源进化研究以及自然分类鉴定的重要性状,因此,对该属植物进行细胞分类学研究可以为该属植物起源进化研究以及自然分类鉴定提供一定的依据。

表1染色体数目为2n=36和2n=38的植物形态特征比较

3、微形态研究

3.1营养器官与叶表皮形态

马黎明等[46]对广义铃兰族的7个属进行了叶表皮特征的研究,结果表明该属叶的气孔较少,气孔器为无规则型;叶上表面角质不均匀加厚,形成不规则的“脊”,其角质层的加厚方式在不同属中不同,或同一属中不同种之间也多少有差异。李凤英等[47]首次对该属9种植物的根、根状茎和叶进行了解剖学研究以及观察叶表皮特征,结果表明其解剖结构基本相同。根和根状茎都由表皮、皮层和微管柱组成。叶为等面叶,具有C4植物结构特征;气孔在上、下表皮均有分布,保卫细胞肾形,属四轮列型,该研究推翻了马黎明等[46]认为气孔器为无规则型的结果。该属植物的解剖结构与大多数湿生植物类似,与其生态环境相适应,体现了结构与功能的统一。

由于叶片受季节和气候的影响较小,叶表皮微形态特征(包括表皮细胞、气孔器、表皮毛等特征)具有较高的稳定性,具有种、属的特异性,因此在植物分类、形态鉴定上具有重要意义[48,49],叶表皮特征的微形态的多样性曾用在种间、属间甚至科的分类和系统演化关系方面的探讨,具有重要的分类价值[50,51]。唐赛春等[52]对5种该属植物的叶表皮和果皮的微观形态进行了研究,研究结果表明,微观特征与李光照等[31]报道的组系排列基本一致,表明微观特征对于疑难种的鉴定和合理进行属下分类有重要的分类学参考价值。王任翔等[53]观察9种该属植物的叶表皮微形态,结果表明其主要特征是相同的,气孔大小与染色体的倍性有一定的正相关关系,不同种间叶表皮特征表现出一定差异,对种的划分有一定的分类鉴定意义。

3.2孢粉学研究

孢粉学是研究植物的孢子、花粉的形态、分类的科学。花粉的形态受植物核基因的控制,是基因型的外在表现,又不受外界条件的影响,具有高度稳定性,因此为研究植物的系统发育、演化关系提供了可靠的依据[54]。不同孢粉的萌发器官的数目、位置、特征各不相同,是鉴定及分类的重要特征。对花粉形态和表面纹饰的研究,有助于解决种的分类问题。

马黎明等[46]对铃兰族的7个属进行了花粉形态的研究,结果表明蜘蛛抱蛋属为无萌发孔的球形花粉,外壁纹饰很复杂,常为各式的瘤状纹饰。其花粉形态显然不同于开口箭属和万年青属,这与Nakai[55]对这3个属形态研究的结论一致。在该属的部分种中,花的外部形态的演化与其花粉外壁纹饰的演化呈正相关性。

黄锦岭等[56]研究并报道了蜘蛛抱蛋亚族的花粉形态,结果表明,蜘蛛抱蛋亚族中最原始的花粉类型为单槽椭圆形,具孔状或网状外壁纹饰。其中蜘蛛抱蛋属为球形,无萌发孔,外壁具皱波状、瘤状或芽孢状纹饰的花粉为派生类型。蜘蛛抱蛋亚族种下花粉形状、萌发孔类型和外壁纹饰基本稳定,可作为分种特征。王任翔等[57]对14种该属植物的花粉形态进行了观察,该属植物的花粉形态有长球形和球形2种;外壁纹饰可分为3大类型:皱波状纹饰、小芽孢纹饰、瘤棒状纹饰;它们的演化趋势是:皱波状纹饰→芽孢状纹饰→瘤棒状纹饰。

笔者所在课题组高永跃等[58,59]对14种贵州产该属植物的花粉形态进行了研究,结果显示不同种的花粉形态几乎相似,说明花粉形态为该属植物的共同特征且比较稳定;小花蜘蛛抱蛋与长梗蜘蛛抱蛋的花粉表面纹饰与王任翔等[57]报道的相同。其花粉表面纹饰特征可以作为贵州产该属植物的鉴别依据。通过观察发现其花粉形态大多存在凹陷等不饱满问题,发育不完全或者中途就停止发育的花粉不能受精结果,解释了其为何只见开花而结果甚少的现象。研究还表明新种贵州蜘蛛抱蛋A.guizhouensis[22]的花粉特征与其近缘种区别较大,为其作为新种又提供了一个重大佐证。

综上所述,蜘蛛抱蛋属植物种间叶表皮主体特征相同,不同种间有其个性差异,气孔大小与染色体的倍性有一定的正相关关系,在该属植物分类和形态鉴定上具有重要意义;其花粉粒的形态特征较为稳定,其演化过程与花的外部形态的演化程度正相关,因此其既可为该属植物的鉴别与系统演化研究提供一个较为重要的依据,也具有一定的分类学意义。

4、分子生物学研究

生物的各种性状主要是由遗传物质DNA决定的,由于其不受外界因素、个体形态特征、发育阶段以及完整性的影响,可以从基因水平上提供鉴定的依据,准确地辨别传统分类学中难以区分的物种,甚至可以对种下等级进行鉴定。目前DNA分子鉴定在动植物分类、物种鉴别等领域备受关注。王川易等[60]把中药材DNA分子鉴定技术分为了3大类:基于序列分析的DNA鉴定技术(如DNA条形码技术等);基于PCR扩增的DNA指纹鉴定技术(如RAPD和ISSR等);基于分子杂交的DNA鉴定技术(如RFLP和DNA芯片技术等)。唐绍清等[61]首次采用克隆测序的方法,测定8种蜘蛛抱蛋属植物的核糖体DNA的内转录间隔区(ITS)序列,经对位排列后91个位点对于简约分析是有效的信息位点,对于蜘蛛抱蛋属的分子系统学研究,ITS区是段很有价值的DNA片段。黄海等[62]从不同地区采集的5株该属植物,采用克隆测序法对其ITS序列进行测定,截取ITS1进行比较,测序结果表明,在该区域有121个变化位点,说明该植物的ITS1区是一个碱基高变区域,这与唐绍清等[42]报道的结果相符。该植物在不同采集点之间的ITS序列存在差异,特别是在ITS1区域之间的变异引起序列碱基的差异,提示ITS1序列能够为该属植物的分类和鉴定提供较为丰富的信息位点,适用于种间系统发育分析。

DNA条形码技术是通过比较物种中的一条或少数几条通用的DNA片段对物种进行快速、准确鉴别的一项新技术。它是通过对所获得的一条或几条DNA片段进行大范围的扫描,构建DNA条形码标准数据库[63],从而鉴定某个未知的物种或发现新种,它能够提供简便、快速、可信的分类依据。笔者[44,64]通过评价该属11个种的6个分子标记的鉴定能力,结果显示,多序列组合matK+psbK-psbI的鉴定成功率达到100%,该组合可用于该属植物的鉴定。本课题组吕定豪等[65,66]增大样本量进一步对19种104批样品的matK、psbA-trnH、psbK-psbI和rbcL等候选序列进行鉴定效率评价,结果显示,matK+psbK-psbI组合的鉴定成功率为100%,基于该序列组合构建蜘蛛抱蛋属植物的系统发育树,结果显示同一物种的样品聚集度较好,多表现为单系。说明该序列组合可作为蜘蛛抱蛋植物种鉴定的最佳条形码序列。

黄丹妮等[67,68]对20种该属植物的RLCKⅦ基因进行了测序分析,结果表明,所构建的系统发育关系不支持先前基于形态证据所建立的分类系统;各物种都有各自独特的变异,故RLCKⅦ基因能够区分已知物种,RLCKⅦ基因可作为研究单子叶植物系统发育关系的备选基因。黄丹妮等[68]通过分析叶绿体基因trnL-F、rbcL、rpl16、trnK,核糖体基因ITS,核基因RLCKⅦ、MS、RPB2、GLO-like的序列变异,结果表明,基于叶绿体基因分子钟的推测,该属植物的分化时间应小于10个百万年,是一个快速产生大量物种的典型类群;其系统树虽然整体上呈辐射状结构,但仍有一些支持率较高的分支,可以用来探讨某些物种间的亲缘关系,如采自台湾的样品很可能来自蜘蛛抱蛋A.elatior;用二代测序法(NGS)测定了石山蜘蛛抱蛋A.saxicola的花部转录组,获得了大量的备选SSR位点,并开发了一套适用于不同该属植物的微卫星标记,有助于了解该属植物的谱系分布格局和现有类群间的系统发育关系。

综上所述,该属植物在分子生物学方面的研究初见成效,从分子层面对其进行研究,规避形态分类鉴定的缺陷,不仅能够鉴定疑难物种,还能为订立新种提供有力证据,其系统发育的研究将为物种的适应性和繁殖模式等提供关键信息,对该属植物野外种群的保护具有积极的意义。近年来该属植物的数量不断增加,因此尚需进一步对其进行分子生物学的研究,构建该属的分子鉴定系统,使得该方法更加成熟有效。

5、近红外光谱研究

近红外光谱(NIRS)技术是近年来发展迅速的操作简便、分析速度快、精确度高和绿色的分析技术。在药用植物鉴定领域越来越受到关注和应用,由于不同药用植物种或分类群所含化学成分的种类和含量存在综合性差异,必然表现出NIRS的差异性。高永跃等[59,69]首次对23批该属植物进行NIRS研究,结果表明其近红外图谱相似程度极高,具有一定的专属性,可以为其分类鉴定提供一种新方法。吕定豪等[66]增加样品量与扩大采样范围采用该技术对42批该属植物进行研究,结合外部形态、孢粉学及细胞分类学研究成果对分析结果进行探讨,验证了NIRS用于该属植物鉴定是合理的。这也为该属植物的鉴定研究提供了化学分类依据。

综上所述,目前从该属植物中提取得到的化学成分主要是甾体皂苷[70,71,72,73,74],而甾体类物质中含有C-H,N-H,O-H等物质,能产生近红外光谱,理论上该项技术是适用于该属植物的研究。而通过对该属植物的相关研究,结果具有专属性,说明该技术对于该属植物的分类鉴定是有意义的,为该属的分类建立了一种准确、快速、绿色的新方法。

6、结语与展望

中药鉴定是保证准确合理用药的关键环节,也是中药质量控制的首要环节,传统的鉴定方法由于常受到环境及自身生长发育的影响,鉴定时存在局限。近年来新种报道甚多,新种多依据传统分类方法,由于该属植物鉴定上的特殊性,没有其他分类鉴定方法的辅助研究,缺少了其作为新种的支撑依据,这也导致一些学者对于新种的质疑。通过本文综述表明,细胞分类学、叶表皮微形态、孢粉学、分子生物学及近红外光谱研究对该属植物均具有分类学意义,对于该属提供分种依据,能鉴别疑难物种和辅助种间甚至于种下鉴定,为研究其起源进化和系统发育为物种的适应性和繁殖模式等提供关键信息。蜘蛛抱蛋属植物喜生于茂密阴湿、土壤肥沃的常绿阔叶林,由于自然环境的因素及人为的破坏,部分种类已经濒临灭绝,加之该属植物是一个大类群,对该属植物的相关研究任重而道远,需要更进一步的研究,以求建立一套准确、快速、绿色的分类鉴定方法,为有效的开发利用该属植物与保护其野外种群打下坚实的基础。

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