貴州曼陀羅屬植物的花粉形態及計量分析

徐梅李政權張顯強

(1.貴州警察學院，貴州 貴陽 550005；2.貴州泰若數字科技有限公司，貴州 貴陽 550081)

曼陀羅，別名洋金花、狗核桃、楓茄花、萬桃花。不僅具有觀賞價值，而且可作為藥用，屬于茄科曼陀羅屬植物。多分布在熱帶和亞熱帶地區，常見于住宅旁、路邊、垃圾堆等旁。曼陀羅具有麻醉鎮痛和止咳平喘的功效，全株有毒，其毒性成分主要含阿托品、東茛菪堿和茛菪堿[1]。誤服可產生中毒反應甚至死亡，中毒癥狀表現為口干，吞咽困難，潮紅、心跳加快，血壓升高，發熱、躁動不安等。有關曼陀羅花粉的分類早在1985彭廣芳等就對其進行研究[2]，而后2003年周俊英對曼陀羅花粉形態、紋飾和大小上進行研究[3]，但在關于曼陀羅花粉的劃分上仍沒有一個統一的結論[4，5]?！吨袊参镏尽分杏涊d曼陀羅屬植物全世界約有16種，在曼陀羅的本草考證中，王凡一等通過考證將我國的曼陀羅共分為了12種，分別是曼陀羅、白花曼陀羅、毛曼陀羅、木本曼陀羅、大花曼陀羅、多刺曼陀羅、紫花曼陀羅、無刺曼陀羅、美麗曼陀羅、大白洋金花、重瓣白花曼陀羅、大紫曼陀羅，共6種，3個變種，3個栽培變種[6]。

有關曼陀羅花粉的研究目前較少，曼陀羅中毒事件時有發生[7]，具體由什么品種的曼陀羅花粉導致中毒需要有曼陀羅花粉分類的理論支撐，且關于曼陀羅花粉的劃分種類標準目前尚未統一。前人的研究多是從花粉的形態、外壁雕飾等定性上研究，并未對曼陀羅花粉各項指標定量分析。故此，本文對曼陀羅花粉進行研究，通過掃描電鏡觀測花粉形態，利用SPSS軟件對指標進行統計分析，從定性與定量的雙重角度研究曼陀羅屬植物資源分類的情況，進而用統計分析的方法佐證花粉形態特征在分類學上的實用性，為曼陀羅屬植物的分類學研究提供形態學、孢粉學證據。

1 材料與方法

1.1 材料處理

本文的實驗材料采摘于貴州省遵義農博園，凱里，貴陽藥用植物園，貴陽花溪，獨山，共采集5個不同地點的曼陀羅植物花粉，每個地點采集1份，每份采集1～2個樣本并編號分類。將花藥從樣本取出放至FAA固定液中固定16～20h，將固定好的花藥轉至不同濃度下的乙醇進行梯度脫水，具體脫水梯度為50%→65%→80%→95%→100%，各級脫水時間為1.5h。脫水后的花藥經自然陰干后用無菌刀對花藥切割分離出花粉，用鑷子夾取經過處理的花藥，輕輕置于粘有導電膠的樣品臺上蘸取少量花粉，后經離子濺射儀噴金(E-1010)、鍍膜處理，然后放置電子掃描電鏡(日立SU-3500)下觀測。

1.2 方法

利用電子掃描電鏡(日立SU-3500)對5個處理好后的花粉樣本進行觀測，每個樣本選取15?；ǚ?，對選出的花粉進行觀察，并將其在電鏡觀測下對不同倍數的花粉進行拍照保存。選出清晰品相好的花粉區域照片經Photoshop進行處理(處理花粉周圍細小雜質)，處理后的花粉照片使用Imagepro-plus測量，測出每種花粉的直徑、內徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長、赤道軸長、面積、周長、萌發孔長、萌發孔寬。通過SPSS軟件對直徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長、赤道軸長、面積、周長8個定量指標的平均值進行主成分分析和聚類分析，通過主成分分析法可以從多指標向少數綜合指標的轉換。聚類方法采用組間連接，聚類單元之間的遺傳距離以平方歐式距離計算，聚類圖選用譜系圖。

2 結果與分析

2.1 花粉形態特征

如圖1所示，不同種類的曼陀羅花粉形態各異，5個不同地點的曼陀羅分為3種。第1種為紫花曼陀羅，見圖1a～1c，在掃描電鏡的觀察下可以觀察到花粉形態呈近球形，無帽狀；圖1c可以看到花粉外壁雕飾具縐波，有細網狀的雕紋，花粉大小明顯大于第2種和第3種，具有明顯的萌發孔(三孔溝)；第2種為曼陀羅，見圖2a～2c，花粉形態呈近球形，呈帽狀；花粉內壁直徑大小為17.28～21.97μm；在掃描電鏡2000倍時觀察，花粉外壁雕飾呈現顆粒狀，由圖2c可以觀察到花粉外壁雕飾具有短粗網狀雕紋，條脊表面較粗糙且有稀疏的小顆粒，網眼較小，未見明顯萌發孔；第3種為木本曼陀羅，見圖3a～3c，在掃描電鏡的觀察下可以觀察到花粉形態呈近球形，呈帽狀；花粉內壁直徑大小為13.98～18.64μm；由圖3c可以觀察到花粉外壁紋飾具有平直的條狀雕紋，條脊表面具有明顯的小顆粒，條紋間距不一，未見明顯萌發孔。本文對花粉的描述性術語遵循G ERDTMAN等[8]的孢粉學手冊和王開發等[9]的孢粉學概論的專業術語。

注：1.紫花曼陀羅；2.曼陀羅；3.木本曼陀羅；a、b為不同角度的花粉整體，標尺均為20μm；c為外壁紋飾，標尺均為10μm。

圖2 旋轉后的空間成分分布圖

圖3 基于花粉形態特征的曼陀羅資源譜系圖

2.2 花粉大小特征

紫花曼陀羅的直徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長、赤道軸長、面積、周長、萌發孔長、萌發孔寬的平均值分別為35.71μm、19.24μm、16.81μm、35.42μm、36.86μm、928.38μm2、118.95μm、11.29μm、2.42μm，P/E為0.96。曼陀羅的直徑、內徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長、赤道軸長、面積、周長的平均值分別為30.94μm、18.70μm、17.45μm、13.69μm、31.51μm、33.02μm、763.82μm2、113.57μm，P/E為0.95。木本曼陀羅的直徑、內徑、半徑最大值、半徑最小值、極軸長、赤道軸長、面積、周長的平均值分別為30.37μm、17.00μm、16.88μm、13.95μm、30.67μm、32.35μm、692.31μm2、114.28μm，P/E為0.95。根據周俊英描述的各種曼陀羅花粉大小，紫花曼陀羅大小為30.5～44.5μm，曼陀羅大小為30.5～46.0μm，木本曼陀羅大小為26.5～39.0μm，本文3種曼陀羅大小均在此范圍內，與其研究的結果基本吻合。

表1 花粉形態特征

2.3 統計分析

2.3.1 相關性分析

8個定量指標之間的相關性分析結果見表2，從表2可以看出，直徑與赤道軸長和極軸長有極顯著或顯著的相關性，與其他指標之間無相關性。半徑最大值與極軸長和面積有顯著相關性，與其他5個指標無相關性，半徑最小值除了與周長指標有顯著的相關性，與其他各項指標均無相關性，極軸長與赤道軸長有顯著的相關性，與其他各項指標均無相關性。綜上所述，其中極軸長、赤道軸長、面積、周長是最能影響花粉形態的指標，軸比(P/E)指標對花粉形態無顯著影響。

表2 觀測指標之間的相關性

2.3.2 主成分分析

對8個定量指標進行主成分分析，旋轉方法為凱撒正態化最大方差法，分析結果見圖2。從圖2可以看出，提取的2個主成分累積的貢獻率為100%，即這2個主成分集中了8個原始指標100%的信息。此外，圖2顯示周長和半徑最小值組成的因子成分可替代以上8個指標，且貢獻率排名為周長、半徑最小值，表明周長在所有的指標中所起的作用是最大的。此目的是表示主成分與每個曼陀羅屬的關系，因此，可以從定量的角度通過主成分鑒別每一個孢粉屬。

2.3.3 聚類分析

花粉8個定量特征經SPSS聚類分析，在歐式距離25處，將所有的曼陀羅屬分為2個組群。紫花曼陀羅單獨為1組，曼陀羅和木本曼陀羅為1組。比較譜系圖分類結果與花粉形態特征周長、半徑最小值2個指標數據，單獨為1組的紫花曼陀羅周長、半徑最小值分別為118.95μm、16.81μm。在3種曼陀羅屬指標數據中最大。曼陀羅和木本曼陀羅為1組的周長、半徑最小值分別為113.57μm、13.69μm、114.28μm、13.95μm，在3種曼陀羅屬指標數據中最為相似。這與主成分分析的結果相對應，進一步印證周長、半徑最小值綜合因子成分從定量上作為鑒別每一個孢粉屬的有利依據。

3 討論與結論

3.1 花粉的形態特征

通過對3種曼陀羅屬植物的花粉形態特征進行掃描電鏡觀察發現，紫花曼陀羅無帽狀，而曼陀羅與木本曼陀羅均有帽狀，兩者的內徑分別為18.70μm、17.00μm，且3種曼陀羅外壁紋飾均不相同，紫花曼陀羅為細網狀雕紋，曼陀羅為短粗網狀雕紋，木本曼陀羅為條狀雕紋。3種曼陀羅中只有紫花曼陀羅有萌發孔，曼陀羅與木本曼陀羅均無萌發孔。對每種曼陀羅屬植物的各項指標測定，其具有不同程度的差異，其中曼陀羅與木本曼陀羅的各項指標差異不大，聚類分析出2種可歸為一類，而紫花曼陀羅的各項指標數據與兩者相比較大，與周俊英[3]描述的數據有差異。從測定的P/E值看出，3種曼陀羅的形狀為近球形，這與周俊英[3]研究的結果一致。

3.2 統計分析

選用8種定量指標對花粉粒進行了特性研究。對所研究指標進行統計分析，相關性分析顯示，有6個相關系數顯著，其中極軸長、赤道軸長、面積、周長是最能影響花粉形態的指標，軸比(P/E)指標對花粉形態無顯著影響。主成分分析顯示，周長和半徑最小值對應的散點在組內呈現相互聚集的情況，表現出相似性，而其他指標對應的散點較分散，表現出差異性。通過主成分分析法對8個指標進行降維，從而得到周長、半徑最小值成分指標來實現曼陀羅屬植物的區分。聚類分析顯示，在歐氏距離為25處，紫花曼陀羅與其他2種曼陀羅聚類不同，紫花曼陀羅為一類，與另2種曼陀羅表現出很大的差異類別，此結果與彭廣芳等[2]研究的結果不一，在彭廣芳的研究中提到，木本曼陀羅是否歸為一組仍是各植物分類學家爭議的問題。前人只從定性的角度去區分，沒有定量的數據為佐證。因而，本文從定量的角度可彌補此缺失，定性與定量相結合，可提高甄別、鑒定曼陀羅屬植物種屬的可靠程度。