睡蓮5個(gè)亞屬花、葉、塊莖和基因組大小比較

余翠薇，陳煜初，余東北，何圣米

(1.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.浙江人文園林有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

睡蓮5個(gè)亞屬花、葉、塊莖和基因組大小比較

余翠薇1，陳煜初2，余東北2，何圣米3

(1.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.浙江人文園林有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021)

比較睡蓮屬各亞屬之間花、葉、塊莖和基因組大小，探討各特征的異同，可為睡蓮研究提供參考依據(jù)。通過(guò)觀察睡蓮屬各亞屬花、葉、塊莖外部形態(tài)特征指標(biāo)，用流式細(xì)胞儀法比較基因組大小。結(jié)果表明，睡蓮屬各亞屬之間葉與花外部特征差異明顯，塊莖分株方式不同，5個(gè)亞屬的5個(gè)原種之間基因組大小差異顯著。研究結(jié)果可以為睡蓮屬植物分類鑒別和繁殖方式提供參考。

睡蓮； 花； 葉； 塊莖； 基因組； 流式細(xì)胞儀

睡蓮屬是多年生水生草本植物，共有5個(gè)亞屬，分別為廣熱帶睡蓮亞屬(Brachyceras)、澳大利亞睡蓮亞屬(Anecphya)、廣溫帶睡蓮亞屬(Nymphaea)、新熱帶睡蓮亞屬(Hydrocallis)和古熱帶睡蓮亞屬(Lotus)。區(qū)分這5個(gè)亞屬一直都是睡蓮研究者首先需要解決的問(wèn)題，目前系統(tǒng)的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本文從5個(gè)亞屬的花、葉、塊莖和基因組大小4個(gè)方面來(lái)分析，希望可以為睡蓮研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

睡蓮5個(gè)亞屬的花、葉于2016年9月采集觀察，塊莖于2017年2月采集觀察，材料均采自浙江人文園林有限公司睡蓮基地。

1.2 方法

1.2.1 花的形態(tài)特征

肉眼觀察5個(gè)亞屬的花色、萼片顏色、花柄是否有毛、花柄是否伸出水面、雄蕊附屬物、雌蕊、花是否能胎生。用刀把子房橫切后，觀察心皮合生還是離生。

1.2.2 葉的形態(tài)特征

肉眼觀察5個(gè)亞屬的葉色、葉緣、葉脈、葉彎缺部分、葉表面是否有毛、葉片是否胎生。

1.2.3 塊莖形態(tài)特征和分株方式

采集5個(gè)亞屬的原種和品種的塊莖，用肉眼觀察塊莖的形態(tài)特征和分株方式。采集的5個(gè)亞屬的原種和品種分別為廣熱帶睡蓮亞屬品種N.Terri Dunn；澳大利亞睡蓮亞屬原種N.gigantea；廣溫帶睡蓮亞屬品種N. Gold Medal，品種N. Hermine，原種N.mexicana，原種N.odorata，原種N.tetragonaGeorgi；新熱帶睡蓮亞屬原種N.prolifera；古熱帶睡蓮亞屬原種N.lotus。

1.2.4 基因組大小

用流式細(xì)胞儀BD Accuri C6 Flow Cytometer檢測(cè)基因組大小。實(shí)驗(yàn)樣品是5個(gè)亞屬的原種，并用擬南芥作為對(duì)照，廣熱帶睡蓮亞屬N.colorata，澳大利亞睡蓮亞屬N.gigantea，廣溫帶睡蓮亞屬N.candida，新熱帶睡蓮亞屬N.prolifera，古熱帶睡蓮亞屬N.lotus。采集5個(gè)亞屬原種的嫩葉指甲蓋大小，置于培養(yǎng)皿中，滴入1 mL裂解液，用刀片將葉片在裂解液中搗碎，用40 μm細(xì)胞篩網(wǎng)過(guò)濾后，獲得睡蓮細(xì)胞懸液，加入碘化乙錠染色，用流式細(xì)胞儀測(cè)量各個(gè)亞屬睡蓮的2C值，并用SPSS分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 睡蓮屬不同亞屬花的形態(tài)特征

2.1.1 睡蓮胎座

從圖1可以看出，睡蓮是多室復(fù)子房，胚珠著生于隔膜的各面，是一種古老的胎座類型——片狀胎座。

圖1 睡蓮的胎座

2.1.2 睡蓮屬不同亞屬花形態(tài)特征

由表1和圖2～5可知，5個(gè)亞屬的花區(qū)別較明顯。花瓣顏色：廣熱帶睡蓮亞屬的花色最豐富，有些種類花瓣上有條紋和灑金；澳大利亞睡蓮亞屬花色也豐富，但是沒(méi)有條紋和灑金類型；廣溫帶睡蓮亞屬有紅、白、黃三色；古熱帶睡蓮亞屬有白、紅兩色；新熱帶睡蓮亞屬只有白色。萼片：5個(gè)亞屬中，只有廣熱帶睡蓮亞屬的萼片有斑點(diǎn)?；ū簭V溫帶睡蓮亞屬和古熱帶睡蓮亞屬花柄上有毛；廣熱帶睡蓮亞屬、澳大利亞睡蓮亞屬和古熱帶睡蓮亞屬花柄伸出水面。雄蕊附屬物：只有廣熱帶睡蓮亞屬有雄蕊附屬物。雌蕊附屬物：新熱帶睡蓮亞屬較長(zhǎng)，廣熱帶和廣溫帶睡蓮亞屬較短，古熱帶睡蓮亞屬中長(zhǎng)，而澳洲睡蓮亞屬則沒(méi)有。心皮：廣熱帶睡蓮亞屬和澳大利亞睡蓮亞屬心皮是離生的，其他是合生的。胎生現(xiàn)象：廣溫帶睡蓮亞屬個(gè)別品種偶爾有花胎生現(xiàn)象，而新熱帶睡蓮亞屬的原種N.prolifera在生長(zhǎng)期，每朵花都可進(jìn)行無(wú)性繁殖。

表1 睡蓮屬不同亞屬花形態(tài)特征

圖2 5個(gè)亞屬花的比較

圖3 5個(gè)亞屬雄蕊的比較

圖4 5個(gè)亞屬雌蕊的比較

圖5 新熱帶睡蓮亞屬N.prolifera花胎生

2.2 睡蓮屬不同亞屬葉的形態(tài)特征

由表2和圖6、圖7可知，睡蓮屬5個(gè)亞屬之間葉的形態(tài)特征也有很大區(qū)別。葉色：澳大利亞睡蓮亞屬都為綠色，廣熱帶睡蓮亞屬除有綠色外，有些品種葉片上有各種類型的斑點(diǎn)和斑塊，而其他3個(gè)亞屬的葉片既有紅色也有綠色。葉緣：廣溫帶睡蓮亞屬和新熱帶睡蓮亞屬葉緣為全緣，其他3個(gè)亞屬葉緣為鋸齒狀。葉脈：只有古熱帶睡蓮亞屬的葉脈向外突出非常清晰。胎生現(xiàn)象：只有廣熱帶睡蓮亞屬部分品種葉臍能無(wú)性繁殖。葉柄：廣溫帶睡蓮亞屬和古熱帶睡蓮亞屬的葉柄有毛。

表2 睡蓮屬不同亞屬葉的形態(tài)特征

圖6 5個(gè)亞屬葉的比較

圖7 廣熱帶睡蓮亞屬葉胎生

2.3 睡蓮屬不同亞屬塊莖的形態(tài)特征

從圖8～10可知，廣熱帶睡蓮亞屬、澳大利亞睡蓮亞屬、新熱帶睡蓮亞屬、古熱帶睡蓮亞屬的塊莖都是菠蘿型，且不能在溫帶地區(qū)露地越冬，分株能力也不強(qiáng)。廣熱帶睡蓮亞屬有些品種在杭州多年不分株。古熱帶睡蓮亞屬和部分廣熱帶睡蓮亞屬的種和品種能在受到脅迫(如低溫和限制性栽培)時(shí)，在塊莖底部或側(cè)部長(zhǎng)出一個(gè)塊狀物，稱為休眠球。休眠球當(dāng)年不發(fā)芽，等來(lái)年外部環(huán)境適宜時(shí)，休眠球重新發(fā)芽生長(zhǎng)。

圖8 廣熱帶睡蓮亞屬(N.colorata)菠蘿型塊莖和休眠球

圖9 澳大利亞睡蓮亞屬(N.gigantea)菠蘿型塊莖

圖10 古熱帶睡蓮亞屬(N.lotus)塊莖和休眠球

廣溫帶睡蓮亞屬的塊莖有5個(gè)類型，分別為Marliac型、Tuberosa型、Odorata型、地下根狀莖和指型，都能在杭州地區(qū)露地越冬。Marliac型：此類塊莖較硬，不易腐爛，可以長(zhǎng)途運(yùn)輸；塊莖水平生長(zhǎng)，長(zhǎng)出側(cè)芽，分株能力較強(qiáng)(圖11)。Odorata型：此類塊莖較軟，容易腐爛，生長(zhǎng)方式類似Marliac型，但比Marliac型塊莖顏色淺，生長(zhǎng)速度快，節(jié)間更長(zhǎng)(圖12)。Tuberosa型：此類塊莖水平生長(zhǎng)，可生長(zhǎng)出很多的側(cè)芽，但側(cè)芽的生長(zhǎng)速度緩慢，塊莖上可看到很多的芽球，繁殖系數(shù)大(圖13)。地下根狀莖：此類塊莖僅限于N.mexican和其衍生的品種。它在主莖上長(zhǎng)出地下根狀莖，并且在每個(gè)節(jié)間都會(huì)長(zhǎng)出一個(gè)新的植株，新的植株又會(huì)長(zhǎng)出地下根狀莖，繁殖系數(shù)較高；冬天，地下根狀莖會(huì)長(zhǎng)出一個(gè)休眠體過(guò)冬，等來(lái)年春天休眠體又長(zhǎng)出新的植株(圖14)。指型：此類塊莖僅限于N.tetragona等少數(shù)種或其衍生品種，個(gè)頭較小，形狀和菠蘿型類似(圖15)。

圖11 廣溫帶睡蓮亞屬M(fèi)arliac型(N.Hermine)的塊莖和塊莖橫截面

圖12 廣溫帶睡蓮亞屬Odorata型(N.odorata)的塊莖和塊莖橫截面

2.4 5個(gè)亞屬流式細(xì)胞儀結(jié)果

由表3可知，5個(gè)亞屬的5個(gè)原種基因組均大于擬南芥，這5個(gè)原種之間基因組大小依次為澳大利亞睡蓮亞屬N.gigantea>古熱帶睡蓮亞屬N.lotus>廣溫帶睡蓮亞屬N.candida>新熱帶睡蓮亞屬N.prolifera>廣熱帶睡蓮亞屬N.colorata，在α=0.05水平上達(dá)到顯著水平。

圖13 廣溫帶睡蓮亞屬Tuberosa型(N.Gold Medal)的塊莖和芽球特寫

圖14 廣溫帶睡蓮亞屬地下根狀莖型(N.mexican)的塊莖和休眠體

圖15 廣溫帶睡蓮亞屬指型(N.tetragona)塊莖

表3 5個(gè)亞屬5個(gè)原種2C值

3 小結(jié)與討論

黃國(guó)振認(rèn)為，睡蓮是側(cè)膜胎座，側(cè)膜胎座的胚珠著生在腹縫線上。本研究中，睡蓮的胚珠著生在隔膜的各個(gè)面上，因此，睡蓮不是側(cè)膜胎座而是片狀胎座。通過(guò)比較不同亞屬花和葉的13個(gè)形態(tài)特征，為睡蓮研究、生產(chǎn)者準(zhǔn)確鑒別睡蓮提供了科學(xué)依據(jù)。通過(guò)比較睡蓮不同亞屬的塊莖類型，不僅可用于鑒別睡蓮，也可根據(jù)塊莖的類別為無(wú)性繁殖提供方式方法。5個(gè)亞屬的5個(gè)原種之間基因組大小差異顯著。但是由于筆者并沒(méi)有收集到全部的原種，所以這個(gè)指標(biāo)僅做參考，后續(xù)需要做進(jìn)一步研究。

[1] SLOCUM P D, ROBINSON P, PERRY F. Water gardening: water lilies and lotuses [M]. Portland: Timber Press, 1996.

[2] 黃國(guó)振. 睡蓮[M]. 北京: 中國(guó)林業(yè)出版社, 2009.

[3] 李尚志．荷花、睡蓮、王蓮栽培與應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)林業(yè)出版社出版, 2002.

[4] 張?zhí)K芳, 張真, 王鴻斌, 等. 我國(guó)幾種重要松毛蟲基因組大小測(cè)定[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2014, 27(5): 583-589.

(責(zé)任編輯：侯春曉)

2017-03-15

余翠薇(1988—)，女，浙江淳安人，助理工程師，學(xué)士，從事睡蓮遺傳育種研究工作，E-mial: 597578740@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170820

S682.32

A

0528-9017(2017)08-1353-04

文獻(xiàn)著錄格式：余翠薇，陳煜初，余東北，等. 睡蓮5個(gè)亞屬花、葉、塊莖和基因組大小比較[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(8)：1353-1356，1361.