6個品種谷子種子形態(tài)比較和種皮微結構的掃描電鏡觀察

(河北科技師范學院農學與生物科技學院， 河北 秦皇島 066004)

谷子是起源于中國的古來農作物，具有悠久的栽培歷史，是中國最古老的作物之一，谷子不僅創(chuàng)造了中國北方的農耕文明，更在今天的旱作生態(tài)農業(yè)建設和種植業(yè)結構調整中具有重要地位，是應對未來干旱溫暖環(huán)境的重要戰(zhàn)略儲備作物[1]。谷子在我國北方是僅次于小麥、玉米的主要糧食作物，其營養(yǎng)價值豐富且平衡。谷子抗旱且對土質要求不高，在北方干旱的環(huán)境下能夠保證穩(wěn)定生產，水肥地可高產，是我國發(fā)展節(jié)水農業(yè)的重要作物。種子作為重要的繁殖器官，具有相當的穩(wěn)定性[2]，因此其形態(tài)特征對于谷子的分類學和鑒定學具有極其重要的意義。眾所周知，種子形態(tài)結構的觀察歷來是生物研究諸多學科的主要實踐基礎之一，在觀察精細部分，特別是非常復雜的立體表面形態(tài)時，掃描電鏡無疑是觀察種子表面超微結構最為理想的工具之一[3]。近年來，應用掃描電鏡對種子的形態(tài)研究及分類方面的鑒定已較為廣泛[4]，比如：郭維等[5]對含油量差異較大的文冠種子與其顯微結構的關系的研究，趙振華等[6]利用掃描電鏡對瓦松種子及花粉的研究，以及劉鵬等[7]利用掃描電鏡對16種野豌豆屬植物花粉進行觀察，探討其系統(tǒng)分類學特性。目前，應用掃描電鏡對于不同品種谷子種子表面微結構的觀察比較還比較少。本研究應用掃描電鏡對谷子種皮表面結構進行觀察，為谷子品種的分類和鑒定等方面提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為豫谷18，保谷008，中谷7，冀谷42，泰谷003，滄谷619。以上材料均為2018年全國谷子品種區(qū)域適應性聯(lián)合鑒定試驗與河北省谷子品種區(qū)域適應性聯(lián)合鑒定試驗的參試品種(見表1)。

表1 供試品種及供種單位

編號供試品種供種單位1豫谷18安陽市農業(yè)科學院2保谷008保定市農業(yè)科學院 河北省農林科學院谷子研究所3中谷7中國農業(yè)科學院作物科學研究所4冀谷42河北省農林科學院谷子研究所5泰谷003泰安市農業(yè)科學研究院6滄谷619滄州市農林科學院 河北省農林科學院谷子研究所

1.2 方 法

1.2.1種子的外形觀察

選擇飽滿、自然干燥的谷子種子；使用KQ-300 DE型數控超聲波清洗器對谷子種粒進行清洗，除去種子表面灰塵、雜物；將不同品種谷子種子各30粒置于奧林巴斯體視顯微鏡(型號：SZX 16)下進行測量、拍照并觀察種子形態(tài)及顏色。

1.2.2種子的掃描電鏡觀察

取不同品種谷子中發(fā)育良好的成熟種子各放置10粒，清洗后置于干燥器中進行干燥。用雜交鑷將不同品種谷子種子進行品種分類并依次擺放于粘有導電膠帶的掃描電鏡載物臺上，噴金后，放置于場發(fā)射掃描式電子顯微鏡(型號日立SU 8010型,工作電壓15 kV)下觀察、照相。著重觀察種子外表皮紋飾[8]。

注：1為豫谷18種子，2為保谷008種子，3為中谷7種子，4為冀谷42種子，5為泰谷003種子，6為滄619種子。圖1 6個品種谷子種子形態(tài)

2 結果與分析

2.1 6個谷子品種種子外形

利用體視顯微鏡對6個品種的谷子種子分別進行拍照觀察，測量其直徑。發(fā)現(xiàn)6個品種的谷子種子籽實飽滿且形態(tài)均為卵圓形，直徑大小基本為1.7 mm左右，顏色為淺黃色，其中保谷008與泰谷003的顏色相對其他品種略深。通過對顏色、形狀的觀察以及直徑大小的方差分析，發(fā)現(xiàn)6個品種谷子種子之間無明顯的種間差異。進一步利用掃描電鏡對6個品種的谷種進行表皮微結構的觀察。

表2 谷子各參試品種種子直徑比較

參試品種均值標準差均值的95%置信區(qū)間下限上限豫谷181790.297535.117321760.93871819.6563保谷0081807.315025.181561786.26271828.3673中谷71796.853836.899621766.00491827.7026冀谷421735.1300113.285261640.42111829.8389泰谷0031738.618898.939861655.90301821.3345滄谷6191759.666361.915771707.90341811.4291總數1771.313572.402121750.29021792.3369

表3 谷子各參試品種種子直徑方差分析

平方和df均方F顯著性組間38581.24357716.2491.5600.192組內207794.894424947.521總數246377.13747

豫谷18種子的表皮微結構為網狀紋飾，網脊較清晰可見，常有扭曲或傾斜交錯現(xiàn)象，網脊較細長、間距較大(圖2中1～4)

2.2 種子表皮微結構

常見的種子表皮紋飾有：①顆粒狀紋飾，②刺狀紋飾，③網狀紋飾。由多邊形不規(guī)則的網脊、網眼組成。此類網狀紋飾在種子中最為常見[9]。

保谷008種子的表皮微結構為顆粒狀紋飾，顆粒狀突起大小均勻，其下有網脊略微突起形成的不規(guī)則網狀脈(圖2中5～8)。

中谷7種子的表皮微結構為網狀紋飾，但其網脊極不明顯，幾乎沒有突出，并且網脊極不規(guī)則(圖2中9～12)。

冀谷42種子的表皮微結構為網狀紋飾，網脊突起明顯，分布較規(guī)則且網脊較粗，間距較小(圖2中13～16)。

泰谷003種子的表皮微結構為網狀紋飾，網脊較粗但突出不明顯，不易觀察(圖2中17～20)。

滄谷619種子的表皮微結構為顆粒狀紋飾，顆粒狀突起明顯且大小不一，排列不均勻。部分突起下方還具有略微突出(圖2中21～24)。

注：1～4為豫谷18種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)，5～8為保谷008種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)，9～12為中谷7種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)，13～16為冀谷42種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)，17～20為泰谷003種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)，21～24為滄谷619種子(放大倍數40×，500×,800×,1500×)。圖2 6個品種谷子種子種皮微結構

2.3 綜合描述

通過比較可以看出，本試驗的6個品種谷子材料的種子顏色、大小基本相同，但是谷子種子的表皮微結構存在明顯差異。通過掃描電鏡對不同品種谷子種子的表皮微結構進行觀察比較發(fā)現(xiàn)：6個品種谷子種子表面均具有突起的紋飾，但紋飾的圖案存在很大差異。其中：中谷7，泰谷003，冀谷42，豫谷18的表皮微結構紋飾相似，均為網狀紋飾，但網脊及其排列存在區(qū)別：豫谷18的網脊較細長，排列交錯扭曲；冀谷42的網脊較粗，排列規(guī)則；泰谷003網脊同樣較粗，但突出不明顯；中谷7的網脊突出極不明顯，且排列錯綜復雜。保谷008以及滄谷619的表皮微結構紋飾相似，為顆粒狀紋飾，但顆粒狀突起的排列均勻程度不同。推測這些種子表面紋飾的異同是其表皮特征與其他特征的相關性導致。因此，谷子種子表面紋飾的樣式很可能是反映了谷子分類中的一些特點，這些特點又為品種間的親緣關系提供了一些佐證。

3 討 論

對6個谷子品種進行外觀形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)均為黃色卵圓形且?guī)缀鯚o法分辨其品種，本研究利用掃描電鏡分別在40×，500×，800×，1500×的放大倍數下對種皮微結構進行觀察，根據掃描電鏡圖可以清楚看到，在40×的放大倍數下可以看到種子為籽實卵圓形且可以略微的看到其表面結構的不同。在500×的放大倍數下對于表皮結構的觀察更為直觀，可以對谷子種子的表皮微結構有一個系統(tǒng)性的觀察，而放大倍數(800×,1500×)過大反而效果不理想，所以在500×的放大倍數下來觀察谷子種子的表面微結構是最合適的。

本實驗僅對6個品種谷子種子表面微結構進行研究，結果表明，不同品種谷子種子表面微結構的差異可以作為不同品種谷子間差異鑒定的依據之一。表面微結構的特征在直觀的分類學上具有重要價值[10]，因此很可能6個品種谷子種子的表面微結構反映了不同谷子品種之間的差別。然而，單純的依賴谷子種子微觀形態(tài)結構在作為不同品種谷子種子的鑒定依據來講，還存在一定的局限性，尤其是在鑒定品種間親緣關系時需結合形態(tài)學、遺傳學及分子生物學等方法進行綜合鑒定。