西藏懸鉤子屬部分野生種與栽培品種花粉形態(tài)的觀察

張良英, 劉 林, 牛歆雨

(西藏農(nóng)牧學(xué)院 植物科學(xué)學(xué)院，西藏林芝 860000)

懸鉤子屬(RubusL.)植物，其栽培品種亦被稱為樹莓。果實(shí)柔軟多汁，富含多種人體所需維生素、礦質(zhì)元素及超氧化物歧化酶(SOD)、鞣花酸等抗癌、抗衰老物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)與保健價(jià)值[1-2]。該屬為薔薇科的一個(gè)大屬，分布于全世界，約750多種[2]。作為懸鉤子屬植物重要的分布中心，中國約有 200 多種[3]，種類繁多且具有豐富的遺傳多樣性。為了促進(jìn)中國懸鉤子植物資源的開發(fā)利用，已有許多學(xué)者從形態(tài)學(xué)[3]、孢粉學(xué)[4]、細(xì)胞學(xué)[5]和分子生物學(xué)[6-7]等多方面進(jìn)行研究。

花粉在漫長的進(jìn)化中形成獨(dú)有的形態(tài)特征，具有相對較強(qiáng)的遺傳保守性，其孢粉學(xué)特征可在一定程度上反映該屬植物的起源、演化、分類和親緣關(guān)系[8-9]。目前，已有一些中國懸鉤子屬植物孢粉學(xué)的研究報(bào)道[4,9-10]，但關(guān)于西藏懸鉤子屬植物的研究卻相對匱乏。李維林等[4]對懸鉤子屬103種植物觀察認(rèn)為，花粉的大小、形狀與外壁紋飾變異豐富。王小蓉等[9]比較該屬8個(gè)種及17個(gè)栽培品種的花粉特征，發(fā)現(xiàn)表面紋飾在種、品種間存在區(qū)別。

本研究擬在前人研究的基礎(chǔ)上，對西藏14份懸鉤子屬野生種或品種進(jìn)行花粉形態(tài)比較研究，以期為懸鉤子屬植物的孢粉學(xué)研究補(bǔ)充資料，為該屬的系統(tǒng)分類、資源保護(hù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

14個(gè)懸鉤子種及品種的花粉于2015年5月-2016年7月采集，共7個(gè)野生種、7個(gè)栽培品種。栽培品種于西藏農(nóng)牧學(xué)院實(shí)習(xí)農(nóng)場采樣，野生種分屬于空心莓組、木莓組、矮生莓組、匍匐莓組4個(gè)組，詳細(xì)信息見表1。每種或品種各選取4～5株典型植株采集含苞待放的花朵，濾紙包裹后置于裝有硅膠的密封袋。

1.2 試驗(yàn)方法

花粉處理方法參見文獻(xiàn)[11]。將供試花粉充分混合后，加入w=4%、pH 6.8的戊二醛溶液，4 ℃固定12 h；此后用pH 6.8、濃度0.1 mol/L 的磷酸緩沖液漂洗；經(jīng)乙醇逐級(jí)脫水后，乙酸異戊酯處理2次，每次20 min；隨后用CO2臨界點(diǎn)干燥儀進(jìn)行處理。

將處理后的花粉置于粘有雙面膠帶的樣品臺(tái)，噴金后，利用S-4800掃描電鏡對懸鉤子花粉進(jìn)行觀測和拍照。觀測不同材料花粉的極軸長(P)、赤道軸長(E)及萌發(fā)孔大小，樣本數(shù)為20粒?；ǚ鄞笮∮脴O軸長與赤道軸長(P×E)來表示，極軸長和赤道軸長比值(P/E)表示花粉粒的形狀，表面紋飾等花粉形態(tài)特征參考Erdfman[12]和王開發(fā)等[13]的方法進(jìn)行觀察描述。

表1 供試材料Table 1 Plant materials

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉類型及大小

觀察發(fā)現(xiàn)，所測樣品均為等極、輻射的對稱軸花粉，在NPC分類系統(tǒng)中屬N3P4C3型。不同種或品種間的花粉粒大小存在較大差異(圖1，表2)，其中栽培品種的花粉相對偏小，為(17.50～19.32 μm)×(18.19～20.21 μm)。野生種中，屬于木莓組的大花懸鉤子極軸最長(28.44 μm)，矮生莓組的齒萼懸鉤子則相對較小(18.54 μm)；赤道軸長以空心莓組的藏南懸鉤子相對較大，喜陰懸鉤子最小。

花粉形狀以P/E表示，P/E在1.14～2.00為長球形，0.88～1.14為近球形，0.50～0.88為扁球形[13]。供試材料花粉P/E值在0.85～1.07，形狀為扁球形及近圓球形。

2.2 花粉萌發(fā)溝

不同懸鉤子的萌發(fā)溝長度變化為14.88～23.37 μm，栽培品種相對較小，野生種以大花懸鉤子的萌發(fā)溝最長。14個(gè)懸鉤子種或品種的萌發(fā)溝寬度為1.98～4.98 μm。

2.3 花粉外壁紋飾

根據(jù)掃描電鏡觀察，除柔毛莓葉懸鉤子外，其余種或品種的花粉外壁均具稀疏或較密的條紋，條脊寬與條脊距也存在一定差異(圖1-D，表2)。大花懸鉤子的條脊最寬，其次為‘海爾特茲’、藏南懸鉤子與‘金克維’。由于藏南懸鉤子的條紋較寬而條脊距最小，該種的外壁紋飾表現(xiàn)為較粗且密的條紋。

根據(jù)花粉外壁的條紋寬度、距離及分布，結(jié)合穿孔狀況，將供試材料分為以下3類：

第一類為條紋穿孔狀：花粉外壁具條紋，穿孔明顯或穿孔數(shù)量較多，全部栽培品種及大部分野生種歸于該類。進(jìn)一步按照條紋明顯程度及其分布，又可分為2小類：

(1)條紋相對明顯，在花粉外壁的大部分區(qū)域均有分布。屬于該小類的最多，有‘秋萊斯’‘海爾特茲’‘秋紅’‘波拉娜’‘卡萊英’‘金維克’及直立懸鉤子與齒萼懸鉤子。

(2)條紋分布稀疏或局部分布：‘如貝’及美飾懸鉤子、喜陰懸鉤子。

第二類為條紋狀，一般穿孔數(shù)量較少或穿孔不明顯。包括藏南懸鉤子與大花懸鉤子，共同特點(diǎn)為條紋較寬而條紋距相對較小。

第三類為穿孔狀，無明顯條紋，僅有柔毛莓葉懸鉤子1種。

序號(hào)代表的種類見表1,下同 The numbers represent the different species shown in Table 1; A.極面觀 Pollen in polar view; B.赤道面觀 Equatorial view;C.萌發(fā)溝 Colporate;D.外壁紋飾 Exine ornamentation

圖114種或品種懸鉤子屬植物花粉形態(tài)
Fig.1Pollenmorphologyof14Rubusspeciesorcultivars

3 討 論

諸多研究表明，懸鉤子屬花粉通常為近球形、長球形等，具三孔萌發(fā)溝[4,9-10]，這與本研究的結(jié)論一致。但與其他地區(qū)的相關(guān)研究比較[4,9]，相同種類的懸鉤子屬植物在花粉大小等方面存在一定差異，這可能與花粉采集時(shí)間、樣品處理或生境等[8,14]有一定關(guān)系。

本研究中，不同懸鉤子花粉在大小及外壁紋飾等特征上存在一定差異，表明該屬植物具有較豐富的遺傳多樣性。7個(gè)栽培品種的花粉外壁紋飾均為條紋穿孔狀，而野生種的外壁紋飾類型則相對較豐富，包括條紋狀、條紋穿孔狀及穿孔狀等。而且，樹莓品種的花粉相對偏小，這與其他學(xué)者的研究結(jié)論相似[9]。

花粉是植物系統(tǒng)發(fā)育過程中相對保守的器官，其變異程度可在一定程度上代表進(jìn)化水平。大多數(shù)研究認(rèn)為，花粉形態(tài)的演化趨勢為由大到小[15]，原始的被子植物花粉體積一般較大。本研究中，若遵循此規(guī)律，則樹莓栽培品種(復(fù)葉)相對較先進(jìn)，而包括木莓組(單葉)在內(nèi)的野生種可能較原始，而這與陸玲娣[16]認(rèn)為“懸鉤子屬植物葉的演化趨勢為羽狀復(fù)葉向掌狀復(fù)葉直到單葉”的觀點(diǎn)相矛盾。

花粉表面紋飾是由原始類群的簡單平滑向進(jìn)化類群的復(fù)雜粗糙進(jìn)化[17]，大多認(rèn)為花粉演化趨勢為：由外壁光滑到穿孔、穴等紋飾的出現(xiàn)，再演化成網(wǎng)狀、條紋狀等相對復(fù)雜的紋飾[18]。供試的14份材料的表面紋飾包括3大類，均具穿孔、條紋等紋飾，應(yīng)屬于較進(jìn)化的種類或品種。本研究從孢粉學(xué)角度出發(fā)，探討系統(tǒng)演化上的多樣性，對懸鉤子屬植物資源的系統(tǒng)分類具有一定參考價(jià)值，但仍需從分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、形態(tài)學(xué)等進(jìn)行更深層次的研究。