紫杏（Prunus dasycarpa Ehrh.）及其近緣屬植物花粉形態(tài)特征研究

圖爾蓀古麗·吾拉伊木 黃 雪 郭 玲

（塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院/南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

根據(jù)中國植物志（http://www.iplant.cn/info/Armeniaca）對杏屬植物的分類、分布記載，紫杏（P.dasycarpa）僅在新疆南部有少量分布，代表類型有‘葉城紫杏’（又稱‘紫杏’）和‘阿里瓦拉’。另外，中亞的克什米爾、烏克蘭、伊朗等地有許多栽培類型的紫杏[1]。有關(guān)紫杏的雜交起源前人做了一系列研究。Byrne[2]通過同功酶研究推測紫杏可能是櫻桃李（P.cerasifera）與杏的天然雜交種；何天明[3]通過人工雜交試驗(yàn)認(rèn)為，紫杏可能是杏和櫻桃李的天然雜交種；徐桂香[4]利用4條引物擴(kuò)增的74個(gè)位點(diǎn)，認(rèn)為‘紫杏’與櫻桃李有較近的親緣關(guān)系，與杏親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。另外，利用DNA條形碼技術(shù)，表明‘紫杏’和‘阿里瓦拉’均具有1長1短2條ITS序列，說明紫杏是1個(gè)雜交類型[5]。在此基礎(chǔ)上，又通過櫻桃李、紫杏、杏的多個(gè)單拷貝的葉綠體基因序列和核基因序列，確定紫杏的母本是櫻桃李[6]。有學(xué)者通過trnL-F序列片段，也得出櫻桃李（P.cerasifera）是紫杏的母本[7]。這些結(jié)果與涉及AFLP、SSR、ISSR和 SRAP[8-10]等分子標(biāo)記研究中‘紫杏’單獨(dú)聚類的結(jié)果相吻合。綜上所述，基于紫杏雜交來源的分子證據(jù)，對紫杏及近緣屬的花粉顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測，從孢粉學(xué)的角度解析其雜種特性。

植物花粉的形態(tài)特征受基因控制，具有固定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和極強(qiáng)的遺傳保守性，其中帶有大量的信息可為植物的系統(tǒng)分類、演化提供依據(jù)，花粉粒的大小、形態(tài)以及外壁紋飾可作為劃分種的依據(jù)[11]。并廣泛用于蘋果、梨，葡萄、桃、棗和杏[12-18]的研究，以探討果樹的分類、起源及親緣關(guān)系。有關(guān)紫杏與其近緣植物的花粉形態(tài)學(xué)特征尚不清楚，本研究通過對花粉形態(tài)特征進(jìn)行比較研究，以期為紫杏的雜交起源提供孢粉學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材取自新疆農(nóng)科院輪臺(tái)國家果樹資源圃。于3月下旬采集紫杏、櫻桃李和杏3個(gè)物種的6份材料的成熟花粉。

1.2 方法

分別采集6份材料的10朵大蕾期花，把所有花藥置于有硅膠的離心管進(jìn)行干燥，將干燥的花粉輕彈于粘有雙面膠的樣品托上，經(jīng)JFC-1 600離子濺射儀噴鍍80 s，在JSM-6390LV掃描電鏡（SEM）（公司，日本）下觀測、記錄。選擇有代表性的視野分別是200×（群體）、1 500×（極面觀、赤道面觀）和10 000×（外壁紋飾，即赤道面中央?yún)^(qū)）進(jìn)行拍攝后保存圖片（圖1），照片通過掃描在電腦中觀察，用Screen Calipers 4.0軟件進(jìn)行數(shù)量指標(biāo)測量，其中定量指標(biāo)2個(gè)，即極軸長（P）、赤軸長（E），每項(xiàng)指標(biāo)測量數(shù)據(jù)30個(gè)。參照孢粉學(xué)術(shù)語和孢粉學(xué)手冊[19-20]，花粉大小用P表示，25 μm ＜ P ＜ 50 μm 為中型花粉，50 μm ＜ P ＜100 μm為大型花粉；其中花粉形狀以P/E表示，其中0.88＜P/E＜1.14為圓球形，1.33＜P/E＜2為長球形，P/E＞2為超長球形。另外，觀察赤面觀、極面觀、花粉形狀、外壁紋飾類型和萌發(fā)孔型。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。包括花粉極軸和赤道軸的長度、極大值、極小值、平均值、變異系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉形狀和大小

利用掃描電子顯微鏡觀察供試樣本的群體花粉形態(tài)。如圖1所示（圖版1A-6A），3個(gè)物種的6份試材花粉均為單?；ǚ?、等極、輻射對稱，有3個(gè)規(guī)則的孔溝等間距的分布在赤道位置，從赤道延伸至兩極但沒有聯(lián)合，赤面觀為長橢圓形（圖版1B-6B）。根據(jù)埃爾特曼[19]提出的P/E的比值確定花粉形狀，‘葉城紫杏’、‘紅櫻桃李’、‘黃櫻桃李’和‘輪臺(tái)小白杏’為超長球形，‘阿里瓦拉’和‘庫車小白杏’為長球形。由表1可知：供試的花粉大小為中型花粉（25 μm＜P＜50 μm）且種間存在顯著差異，種間材料極軸由大到小的順序是：杏＞櫻桃李＞紫杏；在種內(nèi)的變異水平上‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的極軸變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差都較大，櫻桃李種內(nèi)的變異最小。其次，花粉的赤軸大小也存在顯著差異，種間材料的大到小的順序是：杏＞櫻桃李＞紫杏；在種內(nèi)變異水平上：杏和櫻桃李的種內(nèi)變異較小，紫杏的種內(nèi)變異大。在表1中，P/E值最大的是‘葉城紫杏’為2.16，最小的是‘庫車小白杏’為1.87，2份櫻桃李材料分別為2.02和2.03。從紋飾類型來看：杏、櫻桃李、紫杏3個(gè)種里的5份材料均為條紋-有穿孔類型（圖1，圖版1C-6C），僅‘阿里瓦拉’為條紋-無穿孔類型。花粉的形狀和紋飾類型方面，紫杏的種內(nèi)和種間變異均較大。

圖1 電鏡下花粉的照片

2.2 花粉的萌發(fā)孔

供試的6份花粉均具有3條萌發(fā)溝，均屬Erdtman NPC系統(tǒng)中的N3P4C5類型，即均有3孔溝環(huán)狀萌發(fā)孔，由內(nèi)孔和溝組成，內(nèi)孔塌陷，呈蓋狀結(jié)構(gòu)，稱為孔蓋（圖版1B-6B），極面觀為長橢圓形，覆有不規(guī)則的網(wǎng)狀雕紋，并且獨(dú)立于外壁；赤道中部較寬，兩端漸窄（圖版1B-6B），沿極軸方向等間距環(huán)狀分布，延伸直至兩極。本研究中‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’均有一定數(shù)量的花粉萌發(fā)溝有塌陷、畸變（圖版1A和2A），這可能與種間雜交導(dǎo)致的花粉畸形有關(guān)。

2.3 花粉外壁紋飾

植物的花粉外壁紋飾存在著一定的演化規(guī)律，由圖1（圖版1C-6C）可知：紫杏和櫻桃李花粉外壁紋飾均為條紋狀，條紋不平直，有分支、有交叉，外壁紋飾較為復(fù)雜。其中‘阿里瓦拉’表面飾紋較為平整、無穿孔。2份杏花粉的穿孔密度居中，櫻桃李花粉外壁穿孔密度最大，‘葉城紫杏’與2份櫻桃李花粉穿孔密度、外壁紋飾較相近；杏的花粉外壁紋飾為條紋狀，不平直有分支，見圖1（圖版1C-6C）。

表1 花粉形態(tài)特征

3 討論

3.1 花粉微觀形態(tài)特征

植物花粉的形狀和大小在植物學(xué)分類中有著重要的參考價(jià)值。Arzani等[21]認(rèn)為杏的花粉是中型花粉。Tong等[22]表明杏屬植物的花粉形狀為長橢圓形，花粉大小為（51.38～60.19 μm），屬于中型花粉。本研究測得杏花粉大小與前人研究測得的大小范圍一致，6份花粉均為中等大小。從花粉形態(tài)上看，所有花粉均具有3條萌發(fā)溝，均屬于N3P4C5類型。這一結(jié)果與劉有春[17]、劉明國[23]、孫慧瑛[24]及韓雪平[25]的研究結(jié)果一致。花粉外壁紋飾在花粉鑒定上具有重要意義，廖明康[18]認(rèn)為紫杏的花粉紋飾復(fù)雜，這與我們所觀察到的‘葉城紫杏’花粉外壁有穿孔飾紋，而‘阿里瓦拉’無穿孔，它們在花粉大小、花粉外壁形態(tài)的差異均很大。綜上所述，紫杏的種間變異與種內(nèi)變異均高于其它2個(gè)物種。這也從孢粉學(xué)的角度闡明紫杏是一個(gè)雜交種，與分子標(biāo)記和DNA條形碼技術(shù)研究所得結(jié)論相吻合[6]。

3.2 紫杏與近緣物種的親緣關(guān)系

紫杏、櫻桃李和杏的親緣關(guān)系研究得出紫杏雜交母本來源是櫻桃李[6-7]?！~城紫杏’的花粉顯微形態(tài)、外壁紋飾特征與櫻桃李很相近，從另一方面表明，由于杏高度雜和[26]，紫杏的雜交后代受到胞質(zhì)基因組的影響，與母本櫻桃李相近?！~城紫杏’和‘阿里瓦拉’在花粉數(shù)量、花粉大小的變異幅度都較大，具有種內(nèi)花粉特征各異的特點(diǎn)，說明紫杏不具有種的分類學(xué)特征。本研究從孢粉學(xué)的角度闡明了該種間雜交具有雄性敗育的特點(diǎn)。此外，‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的花期與櫻桃李的花期接近，比杏的花期推后1周左右[27]。從孢粉學(xué)特征和開花物候期方面均表明，紫杏具有種間雜種的特點(diǎn)，有關(guān)紫杏與近緣屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

花粉形態(tài)是植物分類學(xué)的重要依據(jù)，通過對紫杏及其近緣物種的6份材料的成熟花粉的超微結(jié)構(gòu)觀察，這些花粉均為單?；ǚ邸⑤椛鋵ΨQ、屬N3P4C5類型。其中‘葉城紫杏’、‘紅櫻桃李’、‘黃櫻桃李’和‘輪臺(tái)小白杏’為超長球形，而‘阿里瓦拉’和‘庫車小白杏’為長球形。‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的極軸長和赤軸長的變異系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差都較大，且花粉少、畸形花粉多，具有雄性敗育的特征特性，為紫杏雜交來源提供了孢粉學(xué)依據(jù)。