中國(guó)沙棘花形態(tài)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀察

張雪娟，張欣，王小莉，劉慶華，郭海利，張小民*

(1.山西大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006；2.太原市食品藥品檢驗(yàn)所，山西 太原 030006；3.山西金科海生物科技有限公司，山西 太原 030006)

中國(guó)沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.sinensisRousi)是沙棘(HippophaerhamnoidesL.)的一個(gè)亞種，占我國(guó)沙棘資源的85%[1,2]。沙棘為雌雄異株，先開(kāi)花，后生葉，四月中上旬開(kāi)花，花小，無(wú)花冠，為不完全花[3]。沙棘表皮毛是一個(gè)多細(xì)胞毛體，張吉科等[4,5]在對(duì)中國(guó)沙棘表皮毛的形態(tài)研究中，將沙棘表皮毛分為(螺狀)盾毛、(螺狀)星盾毛、(螺狀)星毛，并對(duì)沙棘葉，葉芽，花，花芽，根蘗和果實(shí)進(jìn)行過(guò)觀察，但對(duì)沙棘花的觀察較為粗略。研究者對(duì)沙棘花形態(tài)的研究并不多見(jiàn)，且主要集中在切片[6]、解剖學(xué)[7,8]、直接觀察[9～11]等方面。本研究首次通過(guò)掃描電子顯微鏡的方法對(duì)中國(guó)沙棘雌花、雄花以及花粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)、表皮毛分布情況進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察，在形態(tài)學(xué)方面對(duì)沙棘花的了解更為深入，目的是使沙棘花在形態(tài)學(xué)、沙棘表皮毛多樣性研究方面更為豐富，旨在為沙棘的傳粉受精、育種栽培提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料于2017年4月下旬采自山西省祁縣來(lái)遠(yuǎn)鎮(zhèn)唐河底村灘地(東經(jīng)112°33′44.40″北緯37°10′12.63″)，選取花開(kāi)旺盛、結(jié)構(gòu)完整、位于枝條中段的中國(guó)沙棘雌花、雄花及花粉。

1.2 方法

將采集的材料清洗干凈，5%戊二醛前固定，固定后的標(biāo)本用PBS清洗3次，1%的鋨酸后固定1 h，PBS沖洗3次，乙醇逐級(jí)脫水，叔丁醇置換，冰凍干燥，離子濺射儀(BAL-TESCCD005)鍍金，掃描電鏡(S-570(20KV))觀察，拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 直接觀察中國(guó)沙棘雄、雌花結(jié)構(gòu)

中國(guó)沙棘雄花花序?yàn)槎趟霠罨ㄐ騕12]，由苞片、2個(gè)花萼及4個(gè)雄蕊組成。苞片背面為深棕色鱗片；花萼內(nèi)為黃綠色，外披褐色鱗片；花絲極短，花藥呈舟形，兩枚與花萼互生，兩枚與花萼對(duì)生。圖1為花藥成熟期，花萼縱向開(kāi)裂，形成利于花粉傳播的對(duì)流“風(fēng)洞”(圖1a)。

中國(guó)沙棘雌花花序?yàn)榭偁罨ㄐ騕12]，由苞片、花萼、柱頭、花柱、子房組成。雌花開(kāi)放晚于雄花，苞片外披褐色鱗片，單花萼包裹子房而不結(jié)合，子房上位，花柱伸出萼筒，呈細(xì)長(zhǎng)捻狀(圖1b)。

圖1 中國(guó)沙棘花花序結(jié)構(gòu)Fig.1 Inflorescence structure of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom注：a：中國(guó)沙棘雄花花序及花的結(jié)構(gòu)；b：中國(guó)沙棘雌花花序及花的結(jié)構(gòu)。Note：a:The inflorescence of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom and the structure of bloom;b:The inflorescence of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi female bloom and the structure of bloom.

2.2 中國(guó)沙棘雄花掃描電鏡觀察

2.2.1 雄花苞片

雄花苞片形狀為扁橢圓形，大小約為1 mm×2 mm(圖1a)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，背面表皮毛約由4～6層的盾毛和星盾毛組成(圖2a)。苞片基部為4～5層盾毛，層層疊疊，彼此緊密地靠在一起，盾毛直徑為200～600 μm不等，游離端不足10%，其主體部分中心收縮，盾毛依靠位于中央的表皮毛柄與苞片相連，微隆起，盾毛尖端存在少量游離端(圖2b,圖2c)；苞片頂部為單層星盾毛，直徑約為800 μm，星盾毛的游離程度較大，約占30%，游離端呈分散向上彎曲狀(圖2d)。基部到頂部，表皮毛層數(shù)不斷減少，由4～5層逐漸變?yōu)閱螌?，盾毛?shù)量逐漸減少，星盾毛數(shù)量增多。

雄花苞片腹面為單層星盾毛(圖2e)。星盾毛直徑為400～600 μm不等，游離度高，體細(xì)胞游離部分長(zhǎng)且細(xì)，游離臂約占星盾毛30%～70%。單層星盾毛平鋪在苞片腹面，游離臂相互交錯(cuò)在一起，形成致密柔軟的表皮毛結(jié)構(gòu)(圖2f)。

圖2 雄花苞片掃描電鏡觀察Fig.2 SEM observation of male flower bud of male bloom注：a-d:中國(guó)沙棘雄花苞片背面4～6層盾毛、星盾毛；e,f:中國(guó)沙棘雄花苞片腹面單層星盾毛。Note：a-d:4～6 Layers of peltate downiness and stellate- peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom；e,f:Single-layered stellate- peltate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

2.2.2 雄花花萼

雄花花萼為闊卵圓形，大小約為2 mm×4 mm(圖1a)?；ㄝ啾趁姹砥っ珵閱螌佣苊?，大小不一，直徑由100～800 μm不等，盾毛幾乎不卷曲，中央部分微凸起，中心收縮，整體呈平鋪狀態(tài)，盾毛間存在距離，較稀疏，部分花萼表皮裸露在外。從花萼基部到頂部，盾毛數(shù)量不斷減少，面積不斷增大，最大面積約為800 μm(圖3a,圖3b)花萼最尖端由3～4層大盾毛保護(hù)，大盾毛有微小游離端，呈包裹狀，彎向雄蕊(圖3c)。

雄花花萼腹面沒(méi)有表皮毛，呈光滑結(jié)構(gòu)，其上附著幾顆花粉粒(圖3 d)?；ㄝ啾咳~芽處有單層小盾毛，直徑約為200～500 μm(圖3e)。

2.2.3 雄蕊

雄蕊長(zhǎng)約1～2 mm(圖1a)。雄蕊由花萼、苞片包裹(圖4a)。雄蕊表面呈不規(guī)則條紋狀紋理，未成熟的4個(gè)雄蕊彼此連合，每個(gè)雄蕊都具一個(gè)圓形花藥裂口(圖4b,圖4c)。

2.2.4 花粉

中國(guó)沙棘花粉為三溝花粉，橢球形?；ǚ壑睆郊s為20～50 μm，上極面觀為三裂圓形，3條溝交匯在一起，將花粉分為均勻3部分(圖5b)；下極面不同于上極面，萌發(fā)溝并未交匯在一起；赤道面觀為橢球型，3條萌發(fā)溝中間部分存在微小凸起(圖5a)。花粉表面并不光滑，呈皺波狀。

圖3 雄花花萼掃描電鏡觀察Fig.3 SEM observation of male calyx of male bloom bud注：a,b,c:中國(guó)沙棘雄花花萼背面單層盾毛；d:中國(guó)沙棘雄花花萼光滑腹面；e:中國(guó)沙棘雄花花萼柄部單層盾毛。Note：a,b,c:Single-layered peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud；d:Smooth structure of ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom male bud；e:Single-layered stellate- peltate downiness on the flowerbed bottom of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

圖4 雄蕊掃描電鏡觀察Fig.4 SEM observation of stamen注：a:中國(guó)沙棘雄蕊、花萼、苞片表皮毛；b,c：中國(guó)沙棘雄蕊表面形態(tài)。Note：a:Downiness of stamens,calyx,bracts of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom；b,c:Surface morphology of stamens of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

圖5 中國(guó)沙棘花粉掃描電鏡觀察Fig.5 SEM observation of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom pollen注：a:下極面和赤道面；b:上極面。Note：a:below the polar and equatorial plane;b:lower polar surface.

2.3 中國(guó)沙棘雌花掃描電鏡觀察

2.3.1 雌花苞片

雌花苞片為橢圓形，大小約為1 mm×1.5 mm(圖1b)。苞片背面具有3～6層盾毛。盾毛大小與所處苞片位置有關(guān)，基部盾毛小而密集，直徑約為200 μm；靠近苞片頂端，直徑較大，可達(dá)1 000 μm，苞片基部到頂部，盾毛面積不斷增大(圖6a,圖6b)。盾毛中央主體部分略微凸起，邊緣向外伸展并靠近苞片，尖端存在微小游離端，游離端向上卷曲，層層盾毛致密的重疊在一起(圖6c,圖6 d)。

雌花苞片腹面表皮毛由2～3層盾毛和星盾毛組成。盾毛直徑約為400 μm，結(jié)構(gòu)與苞片背面結(jié)構(gòu)類(lèi)似，游離端約占盾毛面積的10%(圖6e)。星盾毛直徑約為800 μm，游離程度約為30%，苞片腹面星盾毛數(shù)量多于盾毛(圖6f)。

2.3.2 雌花花萼

雌花花萼為長(zhǎng)卵圓形，大小約為1 mm×5 mm(圖1b)。雌花花萼背面與雄花花萼背面不同，為單層星盾毛、星毛。基部為星盾毛，直徑約為600 μm，表皮毛中央的柄與花萼相連，中心收縮，略微凸起，星盾毛游離端向外伸展，其游離端長(zhǎng)度為50～200 μm不等，游離程度約為50%(圖7a,圖7b)。靠近花萼頂端，星毛數(shù)量逐漸增多，中間連合部分減少，直徑約為300 μm，基部膨大，中央部分凸起收縮，游離程度不斷增大，約占星毛的70%～90%(圖7c)。花萼頂端表皮毛兼有星盾毛、星毛(圖7d)。

圖6 雌花苞片掃描電鏡觀察Fig.6 SEM observation of male flower bud of female bloom注：a-d:中國(guó)沙棘雌花苞片背面3～6層盾毛；e,f:中國(guó)沙棘雌花苞片腹面2～3層盾毛、星盾毛。Note：a-d:3～6 Layers of peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom；e,f:2～3 Layers of peltate downiness and stellate- peltate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom.

雌花花萼腹面不同于雄花的光滑結(jié)構(gòu)，具有單層星盾毛和星毛(圖7e)。星盾毛直徑約為400 μm，游離程度約為30%；星毛連合部直徑約為200 μm，游離程度約為90%，游離臂向四周伸展，相互纏繞，拉近了星毛間的距離(圖7f,圖7g)。

圖7 雌花花萼掃描電鏡觀察Fig.7 SEM observation of male calyx of female bloom bud注：a-c:中國(guó)沙棘雌花花萼背面單層星盾毛、星毛；d-g:中國(guó)沙棘雌花花萼腹面單層星盾毛、星毛。Note：a-c:Single-layered stellate- peltate downiness and stellate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud；d-g:Single-layered stellate- peltate downiness and stellate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud.

2.3.3 子房與花柱

子房呈小瓶狀300 μm×900 μm，子房壁由2～3層大盾毛包裹，盾毛面積為300 ～600 μm，緊貼子房壁(圖8a,圖8c)。

花柱長(zhǎng)約500 μm，表面為不規(guī)則圓斑狀紋理，密布乳突，花柱表面有一溝壑，溝壑表皮為平滑紋理(圖8a,圖8b)。

3 討論

沙棘著有“植物之最”：極耐干旱、極耐貧瘠、極耐冷熱，也是學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)的唯一集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益于一身的農(nóng)作物[13]。它自身有很多結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)這種嚴(yán)酷的環(huán)境[8]，沙棘表皮毛也是其中一個(gè)結(jié)構(gòu)[5]。從沙棘表皮毛演化關(guān)系來(lái)看，是由低級(jí)簡(jiǎn)單的星毛向高級(jí)復(fù)雜的盾毛方向發(fā)展，且經(jīng)過(guò)星盾毛等過(guò)渡級(jí)群。沙棘花表皮毛的種類(lèi)與分布在沙棘生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。

掃描電鏡法可直接觀察沙棘花表皮毛的分布情況，是沙棘表皮毛研究的重要手段。李文鈿等[14]人首次利用掃描電鏡觀察沙棘雄花結(jié)構(gòu)觀察：苞片較花萼肥厚，其上密生黃褐色鱗片，花萼也密生盾狀鱗片，苞片隨開(kāi)花過(guò)程而脫落，而未對(duì)表皮毛的形態(tài)及分布進(jìn)行詳細(xì)觀察。本研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)沙棘花表皮毛的種類(lèi)及分布與沙棘花的雌、雄及結(jié)構(gòu)有關(guān)。苞片背面：雄花表皮毛為4～6層盾毛和星盾毛，由基部盾毛逐漸過(guò)渡到頂部星盾毛，由結(jié)構(gòu)致密的大盾毛逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檩^密柔軟的星盾毛；雌花苞片背面密披3～6層堅(jiān)硬的大盾毛。苞片腹面：雄花具單層星盾毛；雌花苞片腹面為單層稀疏的盾毛和星盾毛?；ㄝ啾趁妫盒刍ɑㄝ啾趁婷苌鷨螌佣苊?，越靠近頂部，盾毛覆蓋面積越大，其保護(hù)功能也更高級(jí)和完善；雌花花萼背面具單層星盾毛和星毛?；ㄝ喔姑妫盒刍ɑㄝ喔姑婀饣瑹o(wú)表皮毛；雌花具有單層游離臂相互纏繞的星盾毛和星毛。開(kāi)花后，子房壁也具2～3層大盾毛。雌花柱頭細(xì)長(zhǎng)捻狀，增大了授粉面積，花柱表面為圓斑狀紋理，密布乳突，具黏液質(zhì)，便于捕獲花粉；雄蕊未成熟時(shí)，4個(gè)雄蕊緊密連接為一個(gè)柱體，待成熟時(shí)，2枚雄蕊與花萼對(duì)生，另2枚與花萼互生。風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，花粉由圓形花藥裂口散出并傳粉。沙棘花粉的三溝孔結(jié)構(gòu)，使其易于與花柱接觸，這些結(jié)構(gòu)都增加了沙棘花授粉機(jī)會(huì)，有益于風(fēng)媒傳粉。本文研究結(jié)果與張吉科等[4]在花萼方面的研究結(jié)果有所不同，其原因是因?yàn)闃颖静杉瘯r(shí)期的差別：本研究采于開(kāi)花盛期，后者采于花開(kāi)初期，說(shuō)明開(kāi)花后，為配合子房上位，雌花花萼與子房壁表皮毛開(kāi)始生長(zhǎng)，主要作用是保護(hù)胚胎期生殖器官發(fā)育及后期授粉。沙棘花各結(jié)構(gòu)表皮毛層數(shù)與前人研究的差別，花芽期表皮毛層數(shù)多，用以冬季嚴(yán)寒的侵襲，確?；ㄑ堪踩蕉?，隨天氣回暖，沙棘開(kāi)花盛期，各結(jié)構(gòu)表皮毛層數(shù)減少，益于開(kāi)花。

圖8 子房與花柱掃描電鏡觀察Fig.8 SEM observation of ovary and style注：a:中國(guó)沙棘雌花花萼腹面表皮毛、子房壁表皮毛及花柱表面形態(tài)；b:中國(guó)沙棘花柱表面形態(tài)；c:中國(guó)沙棘子房外壁2～3層盾毛。Note：a:Downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud and Ovary wall,Surface morphology of column；b:Surface morphology of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom column；c:2～3 Layers of peltate downiness of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi Ovary.

中國(guó)沙棘花期極短，研究較少，沙棘花序極小，沒(méi)有花冠，花萼和苞片在保護(hù)生殖器官中起到了極其重要的作用，沙棘花各結(jié)構(gòu)的表皮毛分布具有多樣性，在保護(hù)幼花方面起到了至關(guān)重要的作用，本研究觀察了雌、雄沙棘花不同結(jié)構(gòu)表皮毛的種類(lèi)及分布情況，并探討其功能，豐富了沙棘花的形態(tài)學(xué)研究，為坐果育種提供了條件。