4種國(guó)產(chǎn)狼尾屬草種花粉形態(tài)的研究

張懷山，同文軒，舒 璞

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅 730050；2.江蘇省植物研究所）

花粉粒的形態(tài)，尤其是花粉粒外壁的紋飾是較為穩(wěn)定的。在植物分類學(xué)研究中，對(duì)自然界植物花器的微觀特征研究，已成為鑒定與區(qū)別植物屬種最為重要的手段［1］。

狼尾草屬（Pennisetum Rich）植物，全世界約有140種，亦說80余種［2］，我國(guó)迄今為止有文獻(xiàn)記載的國(guó)產(chǎn)狼尾草屬草種已達(dá)9種、3變種、若干個(gè)變形或變異［3］。多數(shù)狼尾草屬草種是優(yōu)良的飼用型牧草，也是水土保持、路邊護(hù)坡、造紙、編織、燃燒發(fā)電的生態(tài)型牧草和能源型牧草。狼尾草野生種的引種馴化、栽培技術(shù)以及加工利用等研究也是成就斐然［4］。然而有關(guān)狼尾草屬草種花粉形態(tài)的研究，至今卻鮮有報(bào)道。開展這方面的研究，對(duì)于準(zhǔn)確劃分狼尾草屬草種、變種以及高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗狼尾草新品種選育中親本材料的選擇，都可以在花粉微型結(jié)構(gòu)信息方面提供有力佐證。

1 材料與方法

1.1 材料來源 ①乾寧狼尾草（P.qianningense S.L.Zhong），原種采自昆明東郊茶旺山一帶；②長(zhǎng)序狼尾草（P.longissimum S.L.Chen et Y.X.Jin），原種采自貴陽黔靈山公園內(nèi)；③寶雞狼尾草（P.baojiense Tong W.X sp.nov.），原種采自寶雞以南川陜公路13 km處清水河北岸；④中型狼尾草83-48變型（P.longissimum var.ZHL 83-48 or Xiangyun），原種采自云南祥云，屬中型狼尾草（P.longissimum）一變型，也叫“祥云變形”，草葉較柔軟，穗形細(xì)長(zhǎng)；⑤中型狼尾草84-39變型（P.longissimum var.ZHL 84-39），原種采自昆明東郊云南第一監(jiān)獄附近的路邊田坎，屬中型狼尾草一變型，葉戟形，葉面、葉線較粗糙，穗形中長(zhǎng)而小穗開散；⑥中型狼尾草87-02變型（P.longissimum var.ZHL 87-02），原種采自昆明東郊呼馬山南坡土壤基質(zhì)比較瘠薄地段，屬中型狼尾草一變型，穗和葉片狹窄、短小。

1.2 測(cè)定方法 取3種、1變種的3個(gè)變形共6份材料盛花期相應(yīng)花序上的成熟花粉顆粒，分別放置在光學(xué)顯微鏡和電子掃描鏡下進(jìn)行花粉粒形態(tài)與外壁紋飾的觀察，測(cè)定極軸長(zhǎng)（P）、赤道軸長(zhǎng)（E）和P/E比例。光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)，花粉粒先經(jīng)“醋酸酐分解法”處理；電子掃描鏡觀察則不經(jīng)分解處理，金箔噴度后在S-450型電子掃描電鏡（SEM）下進(jìn)行觀察照相制作圖片。花粉粒形態(tài)圖片按300倍放大制作，外壁紋飾圖片按10 000倍放大制作。每種材料選擇20?；ǚ郏瑴y(cè)定結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 乾寧狼尾草 花粉粒近球形，遠(yuǎn)極孔，花粉壁薄而皺，明顯分為兩層。光學(xué)顯微鏡下花粉粒形態(tài)近球形（圖1），掃描電鏡下花粉粒形態(tài)有皺褶（圖2），掃描電鏡下花粉粒外壁為顆粒狀紋飾，無裂隙（圖3）。

圖1 光學(xué)顯微鏡下乾寧狼尾草花粉粒形狀

圖2 掃描電鏡下乾寧狼尾草花粉粒形狀

2.2 長(zhǎng)序狼尾草 花粉粒近球形，遠(yuǎn)極孔，孔蓋未脫落，孔橢圓形。極軸長(zhǎng)50 μm，赤道軸長(zhǎng) 56.25 μm，P/E比例0.89。光學(xué)顯微鏡下花粉粒形態(tài)近球形（圖4），掃描電鏡下花粉粒形態(tài)飽滿，有穿孔（圖5），掃描電鏡下花粉粒外壁為顆粒狀紋飾，無裂隙（圖6）。

圖3 掃描電鏡下乾寧狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖4 光學(xué)顯微鏡下長(zhǎng)序狼尾草花粉粒形狀

2.3 寶雞狼尾草 花粉粒近球形——卵圓形，遠(yuǎn)極孔，孔蓋未脫落，孔橢圓形。極軸長(zhǎng)55μm，赤道軸長(zhǎng)67.5μm，P/E比例0.8，花粉粒大小60.9μm，粒壁2層。光學(xué)顯微鏡下花粉粒形態(tài)近球形——卵圓形，中間有一道折痕（圖7），掃描電鏡下花粉粒形態(tài)皺褶較為明顯（圖8），掃描電鏡下花粉粒外壁為細(xì)小顆粒狀紋飾，由細(xì)小顆粒組成的塊狀紋飾形狀不一，大小較為一致，塊間裂隙明顯，并伴有穿孔（圖9）。

圖5 掃描電鏡下長(zhǎng)序狼尾草花粉粒形狀

圖6 掃描電鏡下長(zhǎng)序狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖7 光學(xué)顯微鏡下寶雞狼尾草花粉粒形狀

圖8 掃描電鏡下寶雞狼尾草花粉粒形狀

2.4 中型狼尾草83-48變型 花粉粒近球形，多皺，單孔位在遠(yuǎn)極面，孔蓋脫落，孔橢圓形。掃描電鏡下花粉粒形態(tài)有皺褶（圖10），掃描電鏡下外壁為顆粒狀紋飾，由多個(gè)顆粒組成的近似圓形塊狀紋飾魚鱗狀排列，明顯有裂隙（圖11）。

圖9 掃描電鏡下寶雞狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖10 掃描電鏡下中型狼尾草83-48變型花粉粒形狀

2.5 中型狼尾草84-39變型 花粉粒近球形——卵圓形，多皺，遠(yuǎn)極孔，孔橢圓形，孔蓋脫落。極軸長(zhǎng)45μm，赤道軸長(zhǎng)55μm，P/E比例0.8，花粉粒大小49.7μm，粒壁2層。

圖11 掃描電鏡下中型狼尾草83-48變型花粉粒外壁紋飾

圖12 光學(xué)顯微鏡下中型狼尾草84-39變型花粉粒形狀

光學(xué)顯微鏡下花粉粒形態(tài)近球形——卵圓形，上有多道折痕（圖12），掃描電鏡下花粉粒形態(tài)皺褶較為明顯（圖13），掃描電鏡下花粉粒外壁為多個(gè)細(xì)小顆粒所組成的塊狀紋飾，無裂隙（圖14）。

圖13 掃描電鏡下中型狼尾草84-39變型花粉形狀

圖14 掃描電鏡下中型狼尾草84-39變型花粉粒外壁紋飾

2.6 中型狼尾草87-02變型 花粉粒近球形，遠(yuǎn)極孔，孔蓋未脫落，孔圓形，孔周圍明顯加厚。極軸長(zhǎng)45μm，赤道軸長(zhǎng)47.5μm，P/E比例0.9，花粉粒大小46.2μm。光學(xué)顯微鏡下花粉粒形態(tài)近球形，中間有一圈折痕（圖15），掃描電鏡下花粉粒形態(tài)皺褶較為明顯（圖16），掃描電鏡下花粉粒外壁為多個(gè)顆粒所組成的近似圓形塊狀紋飾，無裂隙（圖17）。

圖15 光學(xué)顯微鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒形狀

圖16 掃描電鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒形狀

3 討論

觀察結(jié)果表明，6份材料花粉粒形態(tài)為近球形或近球形——卵圓形，萌發(fā)孔為單孔，位于遠(yuǎn)極面一方，周圍有明顯加厚處，花粉壁薄而易皺，明顯分為兩層，外壁紋飾形狀與顆粒大小不一，存在明顯差異。這種花粉微觀結(jié)構(gòu)差異性與陳守良、金岳杏、鐘世理等學(xué)者對(duì)狼尾草屬草種、變種的劃分是相一致的［5］。

圖17 掃描電鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒外壁紋飾

眾所周知，多年生國(guó)產(chǎn)野生狼尾草屬草種普遍存在結(jié)實(shí)率較低的問題，這與狼尾草花粉粒形態(tài)不夠飽滿、存在很多皺褶有一定關(guān)系。曾有學(xué)者從體細(xì)胞染色體進(jìn)化的角度解釋狼尾草屬草種存在的孤雌生殖（專性無融合生殖與兼性無融合生殖兼而有之）現(xiàn)象［6］：狼尾草等禾本科植物在漫長(zhǎng)而復(fù)雜的生存過程中，在其祖先二倍體基礎(chǔ)上，通過累加雜交（包括四倍體與二倍體遠(yuǎn)緣雜交）、染色體加倍進(jìn)化到今天，形成現(xiàn)代帶有有性不育和高度雜合起源背景的四、六倍體草種或變種。上述6份材料中，體細(xì)胞染色體基數(shù)都是9（X=9），其中乾寧、寶雞與中型狼尾草3個(gè)變型體細(xì)胞染色體檢測(cè)結(jié)果為四倍體（2n=4X=36），長(zhǎng)序狼尾草為六倍體（2n=6X=54）［7］。同時(shí)我們看到，乾寧、寶雞與中型狼尾草3個(gè)變型的花粉粒存在明顯皺褶，而長(zhǎng)序狼尾草花粉粒較為飽滿。由此發(fā)現(xiàn)，花粉粒多皺褶的四倍體狼尾草結(jié)實(shí)率較低，花粉粒相對(duì)飽滿的六倍體狼尾草結(jié)實(shí)率稍高。染色體—花粉形態(tài)—結(jié)實(shí)率之間的這種驚人關(guān)聯(lián)性，為我們結(jié)合地域特點(diǎn)和生產(chǎn)需求選擇狼尾草屬草種與育種親本材料提供了科學(xué)依據(jù)。

［1］M溫坎坡，鄭卓.被子植物的花粉形態(tài)系列與系統(tǒng)發(fā)育［J］.植物分類學(xué)報(bào)，1990，28（2）：104-105.

［2］同文軒.中國(guó)狼尾草屬牧草資源的發(fā)掘及其開發(fā)利用前景［J］.草業(yè)科學(xué)，1990，2（2）：25-26.

［3］李寶軍，吳仁潤(rùn).乾寧狼尾草和中序狼尾草的某些生物學(xué)特性初探與核型分析［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，1993，2（3）：18-32.

［4］張懷山，周學(xué)輝，喬國(guó)華，等.狼尾草屬野生種及其利用價(jià)值研究［J］.中國(guó)草食動(dòng)物，2010，30（1）：41-44.

［5］陳默君.中國(guó)飼用植物［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002：239-243.

［6］何詠松，同文軒，張林海.狼尾草屬植物孤雌生殖研究及其應(yīng)用［J］.草業(yè)科學(xué)，1990，7（3）：9-11.

［7］閆貴興.中國(guó)草地飼用植物染色體研究［M］.呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，2001：29-30.