5種鼠尾草屬觀賞植物的花粉形態(tài)特征

馮 琪，田 琳,趙藝璇，張家培，劉冬云

(河北農(nóng)業(yè)大學 園林與旅游學院，河北 保定 071000)

鼠尾草屬(SalviaL.)植物作為北方常用地被植物，具有花期長、花色艷麗、觀賞價值高等特點，在全國有多個種及品種，西南地區(qū)尤為突出[1]。鼠尾草具有“神奇的花園拯救者”的美名，可用于觀賞、入藥、烹飪等[2]。鼠尾草屬植物原產(chǎn)于熱帶，大多具有較強的耐熱性，易于栽培，花期很長，是園林應用中不可多得的好材料[3]。不同植物的花粉具有不同的形態(tài)，花粉是植物攜帶遺傳信息的雄性生殖細胞，根據(jù)植物種類的不同，花粉的活力和數(shù)量具有較大的變化[4]?；蚩梢钥刂评缧螤?、大小、極性等外部形態(tài)特征[5]和花粉的萌發(fā)器官及花粉外壁形成的雕紋(紋飾)特征[6]。其主要受內(nèi)環(huán)境影響，具有種的特異性。花粉的性狀表現(xiàn)相對穩(wěn)定[7]，不易受外界環(huán)境的影響，具有遺傳保守性[8]。通過花粉可以鑒別植物種，進而在一定程度上反映植物遺傳多樣性，作為研究種質(zhì)資源遺傳多樣性的參考內(nèi)容。因孢粉學標記具有簡單、易操作等優(yōu)點，在眾多開花植物親緣關系研究中得到廣泛應用。國內(nèi)外使用掃描電鏡研究了獼猴桃(Actinidia)[9]、玉蘭(Yulania)[10]、懸鉤子(Rubus)[11]等的花粉形態(tài)，并探討了其系統(tǒng)分類學意義。此外，孫淑范等[12]研究了毛地黃鼠尾草花部性狀的變異及其對傳粉昆蟲訪花偏好的影響。但是目前關于鼠尾草屬植物花粉形態(tài)及其種內(nèi)分類關系的研究報道較少。為了明確鼠尾草屬部分觀賞植物的花粉形態(tài)特征，找尋它們之間的相似性及差異性，探究其中的進化程度及親緣關系的遠近，收集了表現(xiàn)性狀良好、花期長的國內(nèi)外5種鼠尾草屬植物，通過掃描電鏡對這5份材料的花粉形態(tài)進行觀察，以期為鼠尾草屬植物系統(tǒng)演化研究提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料采自生長良好、有穩(wěn)定花期的5種鼠尾草屬植物成熟的雄花序樣株上。植物名稱詳見表1。

1.2 方法

1.2.1 花粉采集 在所選植物的盛花期收取成熟花粉，干燥處理，-20 ℃冰箱保存。

1.2.2 預處理 先用戊二醛固定液固定樣品(4 ℃)8 h以上，然后用去離子水對待測花粉進行3次浸泡，3次時長分別為6、7、8 min，再經(jīng)過不同純度的乙醇對花粉進行脫水處理，順序及時長：50%乙醇14 min→70%乙醇14 min→85%乙醇14 min→95%乙醇15 min→100%乙醇15 min。

表1 5種供試鼠尾草屬植物Tab.1 The name of the five tested species of Salvia L.

1.2.3 處理 將氣室制冷到10 ℃，放入樣品后，充滿液體CO2，靜置30 min后，放出CO2，重復3次。再次充入CO2，加熱45 min關閉總氣閥，慢慢放出氣體，取出樣品。

1.2.4 鏡檢 將花粉均勻彈撒在雙面導電膠上，用1%碳酸熏蒸后噴金。置于 HITACHI SU8010掃描電鏡上觀察。

1.2.5 觀察 選取有代表性的群體，對其赤道面、極面及紋飾隨機選取視野，進行不同倍數(shù)的拍照。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 統(tǒng)計供試材料的赤道軸長(E)、極軸長(P)、萌發(fā)溝寬，取平均值計算P/E值[4]。根據(jù)LAPIDOT等[13]對花粉形狀類型的劃分標準對其進行分類。使用Excel 2010、SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)分析處理。參考顧欣[14]、韓柏明等[15]的方法，以極軸長、赤道軸長、萌發(fā)溝寬為原始數(shù)據(jù)提取主成分，再根據(jù)5個品種鼠尾草的主成分得分進行聚類分析[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉外部形態(tài)特征

5種鼠尾草屬植物花粉均以單粒形式存在(圖1)。如表2所示，玫瑰鼠尾草花粉赤道面觀和極面觀形狀均為近橢圓形；花粉極軸長83.99 μm(78.4～87.1 μm)，變異系數(shù)為4.67%，赤道軸長72.97 μm(70.4～76.2 μm)，變異系數(shù)為3.29%；P/E值為1.15。墨西哥鼠尾草花粉赤道面觀和極面觀形狀均為近橢圓形；花粉極軸長65.70 μm(64.8～66.2 μm)，變異系數(shù)為0.98%，赤道軸長56.09 μm(54.6～58.1 μm)，變異系數(shù)為2.63%；P/E值為1.17。櫻桃鼠尾草花粉赤道面觀和極面觀形狀均為長橢圓形；花粉極軸長77.49 μm(72.7～82.1 μm)，變異系數(shù)為4.92%，赤道軸長67.09 μm(64.2～71.9 μm)，變異系數(shù)為5.16%；P/E值為1.16。鳳梨鼠尾草花粉赤道面觀和極面觀形狀均為長橢圓形；花粉極軸長82.26 μm(80.1～83.7 μm)，變異系數(shù)為1.90%，赤道軸長 69.03 μm(66.5～72.4 μm)，變異系數(shù)為3.58%；P/E值為1.19。一串紅展望薰衣草紫花粉赤道面觀形狀為近橢圓形或長圓形，極面觀形狀為長橢圓形；花粉極軸長120.71 μm(117.6～125.4 μm)，變異系數(shù)為2.78%，赤道軸長81.89 μm(78.6～84.0 μm)，變異系數(shù)為2.88%；P/E值為1.23。

綜上，花粉的極軸長在65.70～120.71 μm，跨度較大，花粉粒最大的為一串紅展望薰衣草紫，最小的為墨西哥鼠尾草；極軸長的變異系數(shù)在0.98%～4.92%?；ǚ鄣某嗟垒S長在56.09～81.89 μm，跨度較??；赤道軸長的變異系數(shù)在2.63%～5.16%。5種花粉的P/E值在1.15～1.23，均屬于長球形花粉。

A: 玫瑰鼠尾草； B：墨西哥鼠尾草； C：櫻桃鼠尾草; D：鳳梨鼠尾草； E：一串紅展望薰衣草紫

表2 5種鼠尾草屬植物花粉的主要形態(tài)特征Tab.2 Main characteristics of five pollens morphology of Salvia L.

2.2 萌發(fā)孔與外壁紋飾特征

由圖1和表3可知，玫瑰鼠尾草花粉具有6條萌發(fā)溝，溝不等寬，溝緣平滑，溝間有突起。萌發(fā)溝寬約7.08 μm(6.9～7.3 μm)，幾乎達極，變異系數(shù)為2.82%。外壁紋飾為大網(wǎng)套小網(wǎng)紋飾，外層略厚于內(nèi)層，網(wǎng)眼內(nèi)有10～20個網(wǎng)孔，形狀多為不規(guī)則多邊形。網(wǎng)脊較粗。

墨西哥鼠尾草具有6條萌發(fā)溝，溝不等寬，溝內(nèi)有突起，溝緣略有粗糙。萌發(fā)溝寬約5.98 μm(5.5～6.5 μm)，幾乎達極，變異系數(shù)為7.01%。外壁紋飾為大網(wǎng)套小網(wǎng)紋飾，外層略厚，網(wǎng)眼內(nèi)約有10～20個網(wǎng)孔，形狀多為橢圓形或不規(guī)則圓形。網(wǎng)脊較粗，略有雜亂。

櫻桃鼠尾草具有6條萌發(fā)溝，溝緣平滑，溝較其他幾種深，萌發(fā)溝寬約3.63 μm(3.4～4.0 μm)，幾乎達極，變異系數(shù)為7.83%。外壁紋飾為大網(wǎng)套小網(wǎng)紋飾，外層厚包裹內(nèi)層。網(wǎng)眼內(nèi)約有5～15個網(wǎng)孔，形狀多為橢圓形或不規(guī)則圓形。網(wǎng)脊較粗，網(wǎng)孔內(nèi)有突起，略有雜亂。

鳳梨鼠尾草具有6條萌發(fā)溝，溝緣粗糙，溝較淺，萌發(fā)溝寬約7.98 μm(7.3～8.5 μm)，變異系數(shù)為6.41%。外壁紋飾為大網(wǎng)套小網(wǎng)紋飾，外層厚包裹內(nèi)層。網(wǎng)眼較大，內(nèi)包裹較多網(wǎng)孔，形狀多為橢圓形或不規(guī)則圓形。網(wǎng)脊較粗，略有雜亂。

一串紅展望薰衣草紫具有6條萌發(fā)溝，溝緣粗糙，萌發(fā)溝寬約18.52 μm(16.3～20.4 μm)，溝較長，幾乎達極，變異系數(shù)為9.18%。外壁紋飾為3套網(wǎng)紋飾，網(wǎng)眼內(nèi)有2層網(wǎng)孔，多個小網(wǎng)孔圍繞一個大網(wǎng)孔，小網(wǎng)孔約有5～15個，形狀多為橢圓形或不規(guī)則圓形。網(wǎng)脊較粗，外層網(wǎng)包裹內(nèi)層。

表3 5種鼠尾草屬植物花粉的主要形態(tài)特征的多重比較Tab.3 Multiple comparison of main characteristics of five pollens morphology of Salvia L.

2.3 聚類分析

從圖2可以看出，在遺傳距離2.0處，鼠尾草的5個品種被劃分為3類，其中玫瑰鼠尾草、鳳梨鼠尾草、櫻桃鼠尾草聚為一類，墨西哥鼠尾草與一串紅展望薰衣草紫各自為一類；當遺傳距離為4.0時，墨西哥鼠尾草與玫瑰鼠尾草、鳳梨鼠尾草、櫻桃鼠尾草合為一類，一串紅展望薰衣草紫聚類情況不變。

圖2 5種鼠尾草屬植物花粉形態(tài)指標聚類分析Fig.2 The cluster of five species of Salvia L. based on pollen morphology indexes

3 結(jié)論與討論

花粉形狀、花粉粒大小、萌發(fā)溝寬[4]及數(shù)量[17]、條脊類群和條脊寬[18]等是花粉的超微形態(tài)特征。這些穩(wěn)定可靠的指標能夠?qū)χ参锏目啤?、種提供分析鑒別的依據(jù)[19]。本試驗結(jié)果表明，鼠尾草屬種(品種)的花粉在形狀、萌發(fā)溝位置、萌發(fā)孔位置、外壁紋飾等方面的相似性說明各種(品種)在屬的水平上高度統(tǒng)一：花粉形狀均為長球形，赤道面和極面觀均為長橢圓形或近圓形[20]，這與王開發(fā)等[21]的研究結(jié)果相一致。但在花粉超微形態(tài)方面，萌發(fā)溝寬變異最明顯，變異系數(shù)在2.82%～9.18%；赤道軸長較穩(wěn)定，變異系數(shù)在2.63%～5.16%，赤道軸長短及萌發(fā)溝寬等方面的差異說明鼠尾草屬種(品種)具有遺傳差異性。通過觀察，P/E值最穩(wěn)定，可作為區(qū)分不同品種的一項較為可靠的參數(shù)。經(jīng)顯著性分析，不同種(品種)間極軸長、赤道軸長、萌發(fā)溝寬存在極顯著差異(P<0.01)。由此可見，不同種鼠尾草屬植物花粉形態(tài)存在一定差異，可以鑒別植物種(品種)，進而一定程度上反映植物遺傳多樣性。

花粉能夠用來作為植物親緣關系鑒定及分類研究的依據(jù)，是因為它與其他器官不同，跟環(huán)境的關系不密切，具有遺傳穩(wěn)定性[22]。有關孢粉學在植物進化方面的研究具有多種觀點，WALKER[23]認為，被子植物的花粉是由大到小進化的，比較原始的被子植物的花粉體積較大；而周守標等[24]得出的花粉粒表面紋飾進化規(guī)律則與ERDTMAN[25]有關被子植物的研究相一致，根據(jù)植物遺傳進化規(guī)律，花粉形態(tài)上，外壁紋飾由光滑結(jié)構向穴狀、條紋狀發(fā)展演化[26]。同時，條紋大小、寬窄等花粉外壁紋飾特征也可以成為衡量被子植物進化程度的依據(jù)。本研究中，5種花粉粒大小排序：一串紅展望薰衣草紫>玫瑰鼠尾草>鳳梨鼠尾草>櫻桃鼠尾草>墨西哥鼠尾草。

花粉萌發(fā)孔的發(fā)育情況可以反映出植物進化程度，萌發(fā)孔越簡單，植物進化程度越低[27]，花粉萌發(fā)孔為復合萌發(fā)孔的植物進化程度較高[28]。本研究中，5種花粉除了一串紅展望薰衣草紫為3套網(wǎng)紋飾之外，其余外壁紋飾均為大網(wǎng)套小網(wǎng)紋飾；5種花粉均有6條萌發(fā)溝，一串紅展望薰衣草紫萌發(fā)溝最寬,為18.52 μm，變異系數(shù)最大，為9.18%。綜上所述，在這5種花粉中，一串紅展望薰衣草紫較為進化，根據(jù)聚類分析來看，一串紅展望薰衣草紫與其他4種親緣關系較遠，進化程度高，而墨西哥鼠尾草等為較為原始的種。

由此可見，鼠尾草屬不同種(品種)植物花粉的形狀、外壁紋飾類型、極軸的長度和P/E值可反映出種間的差異，也能反映出近緣物種間一定的進化和親緣關系，為其分類及進化研究提供一定的孢粉學依據(jù)。花粉外壁紋飾受基因控制，具有一定的穩(wěn)定性，但不同品種花粉形態(tài)具有一定相似性[29]，單憑孢粉學作為判斷品種間親緣關系及分類依據(jù)，還不夠全面，存在一定局限性，在今后研究中需要結(jié)合形態(tài)學標記、分子標記等多方面對其進行綜合分析。