2種金合歡屬植物雄雌蕊特征1)

黃猛 寧昭然 李安琪 丁國昌 連勇機(jī) 王新興 蔡純純 翁斌

(福建農(nóng)林大學(xué),福州，350002) (福建省泉州市羅溪國有林場)

金合歡屬是Mill于1754年提出來的[1]，隸屬含羞草科(Mimosaceae),主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)[1-3]。全世界共有本屬植物1 350多種[4]，其中，引入我國的100多種幾乎皆來自澳大利亞[5-6]，而我國擁有本屬植物較少，約16種，3變種，其中包括2個(gè)新紀(jì)錄種，2個(gè)新變種，僅臺(tái)灣相思為高大喬木[2，6]。黑木相思于20世紀(jì)80年代引入我國，材性良好，具固氮根瘤，生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，是桉樹采伐跡地理想的替代與輪作樹種。

被子植物的有性生殖是一個(gè)復(fù)雜的過程，雄、雌蕊是其重要的生殖器官?；ǚ凼切廴锼纳臣?xì)胞，具有較高的遺傳穩(wěn)定性和保守性,其外壁的紋飾、形狀大小、萌發(fā)孔的數(shù)目和位置等具有種的特異性[7-8],而許多微觀特征能夠明顯體現(xiàn)出種間的差異性,現(xiàn)已廣泛利用其形態(tài)特征作為植物分類、系統(tǒng)發(fā)育、起源與演化等研究的輔助指標(biāo)[9]。柱頭是雌蕊頂端接受花粉的部分，在受精過程中具有重要作用[10]，其性狀比較穩(wěn)定,成為植物類群劃分和演化趨勢研究的重要對(duì)象[11]。研究金合歡屬植物的雌雄蕊形態(tài)特征，有助于對(duì)本屬植物的系統(tǒng)演化和分類研究有更深層次的認(rèn)識(shí)。因此，本研究通過對(duì)外來種(黑木相思AcaciamelanoxylonR.Br.)和本土種(臺(tái)灣相思AcaciaconfusaMerr.)的微觀特征觀察對(duì)比，以期為金合歡屬的分類和系統(tǒng)學(xué)研究提供新的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黑木相思無性系的花序來源于福建省泉州羅溪國有林場黑木相思無性系一代種子園；臺(tái)灣相思的花序來源于福建農(nóng)林大學(xué)金山水土保持科教園內(nèi)。

1.2 掃描電鏡觀察

采取盛開的花序，在解剖鏡顯下分離出雄蕊和雌蕊，分別置于EP管中并用體積分?jǐn)?shù)2.5%的戊二醛溶液固定，在冰箱中4 ℃保存?zhèn)溆谩Ｓ^察時(shí)，倒掉固定液,用0.1 mol·L-1,pH值7.2的磷酸緩沖液漂洗樣品3次,每次15 min,之后用體積分?jǐn)?shù)1%的鋨酸溶液固定樣品1～2 h,再用蒸餾水漂洗樣品3次,每次15 min；用體積分?jǐn)?shù)分別為30%、50%、70%、80%、90%、95%的乙醇溶液對(duì)樣品進(jìn)行逐級(jí)脫水處理，每種處理15 min,再用體積分?jǐn)?shù)為100%的乙醇處理兩次，每次20 min，接下來再用環(huán)氧丙烷處理兩次；經(jīng)處理后的樣品用HCP-2型臨界點(diǎn)干燥器干燥，經(jīng)干燥的樣品黏附于銅臺(tái)上，再用IB-5型離子濺射儀噴金鍍膜，最后將處理好的樣品置于JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡下觀察，并選有代表性的視野觀察雌雄蕊的形態(tài)特征拍照記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種金合歡屬植物的雄蕊形態(tài)特征

依花藥在花絲上的著生方式來看，2種金合歡屬植物的花藥皆為底著藥，呈翼瓣?duì)?圖1a、e)，左右對(duì)稱分布，中間由藥隔相連；黑木相思的花藥內(nèi)壁較為光滑(圖1b)，而臺(tái)灣相思的花藥內(nèi)壁有明顯的球狀突起(圖1f)；兩者的表皮表面均具豐富的角質(zhì)脊和波狀褶紋(圖1d、f)；其花藥開裂方式均為兩側(cè)縱裂(圖1b、e)，開裂程度恰好僅容1粒復(fù)合花粉散出(圖1c、e)，每側(cè)可同時(shí)上下并列散出2粒復(fù)合花粉，整個(gè)花藥最大限度可同時(shí)散出4粒復(fù)合花粉。花粉囊壁因絨氈層的解體而僅存痕跡，裂口處只剩有表皮及纖維層(圖1b、f)。

2種相思的復(fù)合花粉形狀均為圓餅狀或橢圓餅狀，由16個(gè)塊狀花粉粒排列成球形，即復(fù)合花粉中心分上下2層，每層4個(gè)單花粉，邊緣圍繞著8個(gè)花粉粒(圖1g～i)。而觀察中發(fā)現(xiàn)，臺(tái)灣相思除16合花粉外，還存在15合花粉(圖1j)和14合花粉(圖1k)，該原因可能是在小孢子細(xì)胞期未進(jìn)行有絲分裂；2種相思的花粉粒呈多邊形塊狀或不規(guī)則，其形狀和大小存在顯著差異。黑木相思的花粉粒中心表面具覆蓋層紋飾，而臺(tái)灣相思的花粉粒表面密布淺坑(圖1i～k)。就其花粉粒塊狀特征而言，黑木相思的花粉粒四角要比臺(tái)灣相思稍微突起，但兩者復(fù)合花粉的組合排列方式較為整齊。

黑木相思復(fù)合花粉的平均直徑(30.75±2.58)μm，臺(tái)灣相思復(fù)合花粉的平均直徑(32.24±2.82)μm。這2種金合歡屬植物的花粉萌發(fā)孔類型均為孔狀，單花粉萌發(fā)孔為3～4個(gè)，其位置于各個(gè)角隅(圖1g～k)。敗育花粉粒的形態(tài)特征表現(xiàn)為不充實(shí)凹陷，以至于嚴(yán)重變形(圖1h、k)，而臺(tái)灣相思的復(fù)合花粉甚至以獨(dú)粒皺縮的形式出現(xiàn)(圖1l)，即16個(gè)花粉粒融于一體,至于這些敗育成因及敗育機(jī)理尚不清楚，有待進(jìn)一步研究。

2.2 2種金合歡屬植物的雌蕊形態(tài)特征

2種相思的雌蕊都是由1個(gè)心皮卷合而成，即單雌蕊(圖2a、g)。黑木相思的子房中上部表面密被象牙狀絨毛(圖2b)，下部表面密布球狀腺體(圖2c);而臺(tái)灣相思的子房平整光滑，能明顯看到心皮卷合后的腹縫線(圖2g)。這2種相思的柱頭大小相當(dāng)，約39 μm，而柱頭和花柱分化不明顯，并不像其他高等植物那樣具有細(xì)長的花柱且柱頭明顯的分布在其上端。從花柱截面來看，為閉合型花柱(實(shí)心)，具引導(dǎo)組織(圖2d、h)。柱頭凹陷呈淺杯狀(圖2e、i)，無乳突，僅容納1粒復(fù)合花粉(圖2f)。

3 結(jié)論與討論

金合歡屬植物的復(fù)合花粉呈現(xiàn)多樣化，有4合、8合、12合、16合、32合，甚至達(dá)64合，而多常見的為16合花粉[12-14]。Knox et al.[15]表明，澳大利亞90%的金合歡屬植物為16復(fù)合花粉。在本研究中，這2種相思樹的花粉為16復(fù)合花粉，具有本屬大多數(shù)植物花粉的基本特征，即在數(shù)量上均以復(fù)合花粉的形式存在，花粉粒排列組合為圓餅狀或近圓餅狀，萌發(fā)孔類型為孔狀，位于各個(gè)角隅，其數(shù)量3～4個(gè)。而單從16合花粉來看，其表觀特征、外壁結(jié)構(gòu)、萌發(fā)孔類型、直徑長度及外壁紋飾等方面均存在差異[16]。黃烈健等[6]歸納表明，花粉外壁結(jié)構(gòu)和萌發(fā)孔類型是本屬花粉的2個(gè)重要特征，其位置和數(shù)目也有差異。

2種金合歡屬植物的雌蕊通常只有1枚，柱頭和花柱分化不明顯。在自然授粉時(shí)，柱頭僅含1粒復(fù)合花粉。據(jù)現(xiàn)有的資料顯示，柱頭僅含1粒復(fù)合花粉的比例非常高，82%的樹膠相思[15]、83%的馬大雜交相思[14]以及92%[17]的阿拉伯膠樹柱頭僅含1粒復(fù)合花粉。這似乎是所有金合歡植物特有的共性[14，17-20]。

電鏡掃描發(fā)現(xiàn)，2種金合歡屬植物的柱頭凹陷呈淺杯狀，柱頭與復(fù)合花粉的大小幾乎接近，且每一柱頭僅容1粒復(fù)合花粉，這種結(jié)構(gòu)特征為花粉能夠安穩(wěn)著落于柱頭之上提供了保障，也不至于著落過多的花粉而造成浪費(fèi)，從而保證了復(fù)合花粉在落入柱頭的同時(shí)，免因外界因素而散失，也使復(fù)合花粉在最大限度上萌發(fā)出花粉管，從而完成受精使命。Kenrick[21]認(rèn)為，金合歡屬植物的柱頭在形態(tài)特征上有很高的相似性，即中間凹陷，周緣環(huán)圍，如同淺杯狀。而且，這種結(jié)構(gòu)能夠容納1～2粒復(fù)合花粉[22-23]。

在具16合花粉的金合歡屬植物中，復(fù)合花粉所含的花粉粒數(shù)(16粒)與子房所含的胚珠數(shù)(12～16個(gè))存在一定相關(guān)性，即復(fù)合花粉所含的花粉粒數(shù)與子房胚珠數(shù)多以16/12或16/14的形式出現(xiàn)[15]。綜上可知，這2種金合歡屬植物的1粒復(fù)合花粉(16個(gè)單粒花粉)已具備了讓所有胚珠受精的能力，可在一次授粉完成后獲得較大的種子數(shù)目。

Newman[24-25]認(rèn)為，貝利荊的16合花粉是由一個(gè)造孢細(xì)胞經(jīng)過兩次有絲分裂形成4個(gè)小孢子母細(xì)胞。然后再由小孢子母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成四分體，4個(gè)四分體呈四面體的方式排列于囊腔內(nèi)，最終形成復(fù)合花粉。Knox et al.[15]也同樣認(rèn)為，16合花粉由4個(gè)小孢子母細(xì)胞發(fā)育而來。復(fù)合花粉的數(shù)量是由小孢子母細(xì)胞的數(shù)目決定的。即4合花粉由1個(gè)小孢子母細(xì)胞發(fā)育而來，8合花粉由2個(gè)小孢子母細(xì)胞發(fā)育而來，12合花粉由3個(gè)小孢子母細(xì)胞發(fā)育而來。而臺(tái)灣相思15合及14合花粉的出現(xiàn)，可能是由1或2個(gè)小孢子母細(xì)胞未經(jīng)減數(shù)分裂而形成的?！蔼?dú)?！钡某霈F(xiàn)可能是自始至終未進(jìn)行有絲分裂和減數(shù)分裂。