南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2024, Vol. 48 ›› Issue (4): 37-45.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202406025
所属专题: 专题报道Ⅰ:郑万钧先生诞辰120周年纪念专题Ⅱ
• 专题报道Ⅰ:郑万钧先生诞辰120周年纪念专题Ⅱ(执行主编 曹福亮、尹佟明、李维林、方升佐) • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2024-06-17
修回日期:
2024-07-10
出版日期:
2024-07-30
发布日期:
2024-08-05
通讯作者:
*张鑫(xin.zhang@nwafu.edu.cn),讲师,博士。作者简介:
陈芷涵(13657974778@163.com)。
基金资助:
CHEN Zhihan1,3(), SHANG Xin1,2, XIE Zin2, ZHANG Xin1,*()
Received:
2024-06-17
Revised:
2024-07-10
Online:
2024-07-30
Published:
2024-08-05
摘要:
【目的】对铁杉属(Tsuga)现存所有10种植物花粉形态特征进行观察比较,结合花粉化石分析铁杉属系统发育关系及花粉形态的演化过程。【方法】通过扫描电子显微镜(SEM)观察铁杉属的花粉形态特征,并利用7个定量指标和1个定性指标进行系统聚类分析(HCA)。【结果】铁杉属花粉为N1P3C1型花粉,远极面具薄壁区,赤道轴长度为21.20~58.00 μm,多无气囊,稀有气囊;花粉粒表面多疣状,稀微疣状,表面有棘突或无。系统聚类分析显示铁杉属花粉可以分类为3类:①有气囊,无棘突类:山地铁杉(T. mertensiana)与长苞铁杉(Nothotsuga longibracteata);②无气囊,无棘突类:卡罗莱纳铁杉(T. caroliniana)、加拿大铁杉(T. canadensis)与化石种2 (T. sp.2);③无气囊,有棘突类: 异叶铁杉(T. heterophylla)、郁林铁杉(T. ulleungensis)、米铁杉(T. diversifolia)、丽江铁杉(T. forrestii)、日本铁杉(T. sieboldii)、云南铁杉(T. dumosa)、铁杉(T. chinensis)、化石种1(T. sp.1 )和化石种3 (T. sp.3 )。【结论】铁杉属花粉是从有气囊向无气囊,无棘突向有棘突演化的,且花粉特征与分布地有密切关系,同一地区分布的花粉形态相似。基于花粉形态的聚类分析结果与分子系统发育树大体符合,可以通过花粉形态对铁杉属植物及化石进行物种鉴定,并为其系统发育研究提供参考。
中图分类号:
陈芷涵,尚鑫,谢淦,等. 铁杉属花粉形态及其聚类分析研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(4): 37-45.
CHEN Zhihan, SHANG Xin, XIE Zin, ZHANG Xin. Phylogenetic relationship and evolutionary patterns of Tsuga pollen morphology: a cluster analysis-based study[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2024, 48(4): 37-45.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202406025.
表1
样品信息"
序号 No. | 种 species | 标本号 specimen barcode | 采集号 collection number | 采集地 collecting site |
---|---|---|---|---|
1 | 长苞铁杉N. longibracteata | NWFC 0047265 | 余恩萍00125 | 中国华南国家植物园 |
2 | 加拿大铁杉T. canadensis | MO 6400215 | Gerrit Davidse 38706 | 美国密苏里植物园 |
3 | 卡罗莱纳铁杉T. caroliniana[ | — | B. K. Boom 39279 | 美国北卡罗莱纳州阿什维尔 |
4 | 铁杉T. chinensis | NWFC 0047266 | 尚鑫 00085 | 中国陕西宁陕火地塘 |
5 | 米铁杉T. diversifolia | PE 00145720 | Debreczy,Biro,Racz 22618 | 美国哈佛大学阿诺德植物园 |
6 | 云南铁杉T. dumosa | MO 6061137 | Gaoligong Shan Biodiversity Surevey 29176 | 中国云南腾冲明光镇 |
7 | 丽江铁杉T. forrestii | PYU 02000384 | 64250 | 中国云南昆明禄劝 |
8 | 异叶铁杉T. heterophylla | MO 6065231 | A. D. E. Elmet 2482 | 美国华盛顿州克拉勒姆湾 |
9 | 山地铁杉T. mertensiana | MO 1255214 | J. William Thompson 15036 | 美国斯诺夸尔米国家森林公园艾克斯山 |
10 | 日本铁杉T. sieboldii | MO 05089273 | S. Tsugaru, Gen Murata &T. Takahashi 22360 | 日本京都府船井郡日吉町 |
11 | 郁陵铁杉T. ulleungensis | NWFC 0047268 | Taewon Kim 231124 | 韩国郁陵岛 |
12 | 化石种1 T. sp.1[ | — | — | 奥地利卡林西亚州拉万塔尔盆地 |
13 | 化石种2 T. sp.2[ | — | — | 奥地利卡林西亚州拉万塔尔盆地 |
14 | 化石种3 T. sp.3 | — | JH-0801 | 中国浙江宁海县 |
表2
性状及编码"
性状 character | 编码类型 code type | 详细编码情况 code details |
---|---|---|
极轴长度(P) polar length | N | 测量数据 |
赤道轴长度(E) equatorial length | N | 测量数据 |
气囊长(L) length of saccus | N | 测量数据 |
气囊宽(W) width of saccus | N | 测量数据 |
气囊高(H) height of saccus | N | 测量数据 |
气囊体积(V) volume of saccus | I | V= |
棘突长(Ls) length of spine | N | 测量数据 |
棘突宽(Ws) width of spine | N | 测量数据 |
棘突长宽比(Rs) aspect ratio of spine | I | Rs=Ls/Ws |
棘突密度(Ns) density of spine | N | Ns为单位面积(μm2)的棘突个数 |
外壁纹饰赋值(S) value of sexine sculpture | D | 微疣状,疣状:0、1 无棘、具棘:0、1 |
图1
铁杉属及长苞铁杉花粉形态 每种花粉展示其形态(1.比例尺50 μm)和外壁纹饰(2.比例尺5 μm)。Pollen of each species showing its morphology (1. scale bar 50 μm) and sexine sculpture (2. scale bar 5 μm). a. 铁杉T. chinensis; b.郁陵铁杉T. ulleugensis; c. 日本铁杉T. sieboldii; d. 卡罗莱纳铁杉T. caroliniana; e. 云南铁杉T. dumosa; f.加拿大铁杉T. candensis; g. 丽江铁杉T. forrestii; h.米铁杉T. diversifolia; i. 异叶铁杉T. heterophylla; j. 化石种1 T. sp. 1; k.化石种2 T. sp.2: l. 化石种3 T. sp.3; m. 山地铁杉T. mertensiana; n. 长苞铁杉N. longibracteata。 卡罗莱纳铁杉(d)花粉粒放大倍数为1 000,外壁纹饰放大倍数为5 000[2]。 Image of T. caroliniana pollen grain(d) magnified ×1 000, sexine sculpture magnified ×5 000[2]."
表3
铁杉属及长苞铁杉花粉形态数据"
种 species | P/μm | E/μm | L/ μm | W/ μm | H/μm | V/μm3 | Ls/μm | Ws/μm | Rs | Ns/ (个·μm-2) | 外壁纹 饰类型 style of sexine sculpture | S |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
长苞铁杉 N. longibracteata | 35.61±8.06 | 76.64±6.29 | 56.25±8.18 | 42.04±5.35 | 28.12±5.47 | 278541.02 | — | — | — | — | 微疣状、无棘 | 0 |
加拿大铁杉 T. canadensis | 21.20±7.17 | 42.74±8.04 | — | — | — | 0 | — | — | — | — | 疣状、无棘 | 1 |
卡罗莱纳铁杉 T. caroliniana[ | 58 | 95.3 | — | — | — | 0 | — | — | — | — | 疣状、无棘 | 1 |
铁杉 T. chinensis | 33.64±10.92 | 60.31±6 | — | — | — | 0 | 1.17±0.41 | 0.49±0.15 | 2.39 | 0.36±0.09 | 疣状、具棘 | 2 |
米铁杉 T. diversifolia | 28.6±8.01 | 61.71±10.69 | — | — | — | 0 | 1.32±0.40 | 0.48±0.13 | 2.75 | 0.20±0.09 | 疣状、具棘 | 2 |
云南铁杉 T. dumosa | 23.17±6.28 | 57.43±9.79 | — | — | — | 0 | 1.16±0.34 | 0.54±0.12 | 2.15 | 0.39±0.13 | 疣状、具棘 | 2 |
丽江铁杉 T. forrestii | 26.04±7.90 | 53.82±12.14 | — | — | — | 0 | 1.09±0.39 | 0.57±0.24 | 1.91 | 0.24±0.09 | 疣状、具棘 | 2 |
异叶铁杉 T. heterophylla | 34.19±6.69 | 69.07±5.84 | — | — | — | 0 | 0.83±0.26 | 0.60±0.14 | 1.38 | 0.13±0.05 | 疣状、具棘 | 2 |
山地铁杉 T. mertensiana | 25.27±5.62 | 53.23±8.52 | 30.37±7.60 | 22.19±2.34 | 26.98±10.80 | 76 161.00 | — | — | — | — | 微疣状、无棘 | 0 |
日本铁杉 T. sieboldii | 49.50[ | 65.30 | — | — | — | 0 | 1.25±0.55 | 0.58±0.31 | 2.16 | 0.40 | 疣状、具棘 | 2 |
郁陵铁杉 T. ulleungensis | 23.48 | 69.74 | — | — | — | 0 | 1.12±0.34 | 0.61±0.17 | 1.84 | 0.18±0.05 | 疣状、具棘 | 2 |
化石种1 T. sp.1[ | 47.2±6.97 | 70.98±1.88 | — | — | — | 0 | 0.86±0.31 | 0.48±0.2 | 1.79 | 0.25±0.12 | 疣状、具棘 | 2 |
化石种2 T. sp.2[ | 42.26±0.91 | 63.43±13.76 | — | — | — | 0 | — | — | — | — | 疣状、具棘 | 2 |
化石种3 T. sp.3 | — | 66.81 | — | — | — | 0 | 1.67±0.64 | 0.66±0.19 | 2.53 | 0.31±0.06 | 疣状、具棘 | 2 |
表4
主成分特征值、贡献率及累计贡献率"
性状 character | 主成分 principal component | ||
---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | |
赤道轴长度 equatorial length | -0.042 | 0.040 | 0.982 |
气囊长 length of saccus | -0.330 | 0.370 | -0.018 |
气囊宽 width of saccus | -0.330 | 0.371 | -0.013 |
气囊高 height of saccus | -0.329 | 0.317 | -0.138 |
气囊体积 volume of saccus | -0.310 | 0.390 | 0.083 |
棘突长 length of spine | 0.331 | 0.351 | -0.010 |
棘突宽 wdth of spine | 0.333 | 0.320 | 0.023 |
棘突长宽比 aspect ratio of spine | 0.335 | 0.349 | -0.022 |
棘突密度 density of spine | 0.317 | 0.348 | -0.049 |
纹饰赋值 value of sexine sculpture | 0.377 | 0.056 | 0.080 |
特征值 latent root | 6.726 | 1.941 | 1.018 |
贡献率/% contributor ratio | 67.259 | 19.415 | 10.176 |
累计贡献率/% accumulative contributor ratio | 67.259 | 86.674 | 96.850 |
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