野生蔥屬4個品種種子形態(tài)比較和種皮微結(jié)構(gòu)觀察

包秀霞, 廉 勇, 田中興, 白音達(dá)來, 張 歡

(1.呼和浩特民族學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院, 呼和浩特 010051;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院, 呼和浩特 010031)

多根蔥(Alliumpolyrhizum)、細(xì)葉韭(Alliumtenuissimum)、山韭(Alliumsenescens)、野韭(Alliumramosum)屬于百合科蔥屬強(qiáng)旱生、旱生、中旱生和旱生的多年生草本植物。近年來,特色香料行業(yè)不斷發(fā)展,野生韭菜花的毀滅式采挖較嚴(yán)重,再加上草原連續(xù)干旱少雨,導(dǎo)致野生蔥屬植物自然分布及群落面積日益減小[1]。在開展野生蔥屬植物萌發(fā)生理生化特性的研究中發(fā)現(xiàn),多根蔥、蒙古韭和細(xì)葉韭等種子具有的休眠特性給人工播種帶來了出苗率低、出苗不齊的障礙[2-5]。但關(guān)于以上4種野生蔥屬植物種子形態(tài)和種皮微結(jié)構(gòu)的對比研究仍未見報(bào)道。

種子表皮微結(jié)構(gòu)的研究在分類學(xué)和鑒定學(xué)上的應(yīng)用極其受關(guān)注,在植物系統(tǒng)學(xué)和進(jìn)化領(lǐng)域的研究中發(fā)揮著獨(dú)特作用[6]。觀察種子形態(tài)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)中,掃描電鏡是觀察種子表面超微結(jié)構(gòu)的最理想的設(shè)備之一[7]。目前,掃描電鏡廣泛應(yīng)用于研究種子形態(tài)及分類[8]。Jordaan[9]對胡麻科鉤果草種皮發(fā)育、解剖及掃描電鏡研究;Mro等[10]對車前科香彩雀屬柳葉香彩雀種子發(fā)育前后掃描電鏡觀察研究;郭世陽等[11]比較研究6個品種谷子種子形態(tài),采用掃描電鏡觀察種皮微結(jié)構(gòu);宛詣超等[12]利用掃描電鏡觀察冷蒿種皮結(jié)構(gòu)微形態(tài)等研究。本研究應(yīng)用體視顯微鏡和掃描電鏡對4個野生蔥屬植物種子形態(tài)及種皮微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察比較,并探索野生蔥屬植物種子休眠的機(jī)制,為打破種子休眠、提高出苗率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

儀器設(shè)備:KQ-300DE型數(shù)控超聲波,奧林巴斯體視顯微鏡(型號:SZX16),日立SU1510型掃描式電子顯微鏡。4種供試材料分別為多根蔥、細(xì)葉韭、山韭、野韭,均來自內(nèi)蒙古四子王旗荒漠草原。

1.2 方 法

1.2.1外形觀察

選擇自然干燥的4個品種種子,使用數(shù)控超聲波清洗器(KQ-300DE型)對種粒進(jìn)行清洗,去除種子表面灰塵和雜物;將不同品種30粒種子置于體視顯微鏡(型號:SZX16)下觀察種子形態(tài)、顏色并拍照,測量長度和寬度。

1.2.2種子的掃描電鏡觀察

隨機(jī)選取成熟、發(fā)育良好的種子各10粒,用等滲的生理鹽水清洗種子表面后分為2份,一份作為對照處理,另一份用98%濃硫酸浸泡5 min,再用流水沖洗24 h后置于烘干箱烘干,作為酸蝕處理。用鑷子將不同品種種子擺放于粘有導(dǎo)電膠帶的掃描電鏡載物臺上,噴金后放置于掃描式電子顯微鏡 (工作電壓15 kV)下,觀察種子外表皮紋飾并照相。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子外形的觀察與比較

由圖1可見,4個品種種子均屬于瘦果,其中多根蔥和細(xì)葉韭種子外形呈倒卵形,背部隆起,腹部內(nèi)凹,形成三棱,種皮黑色略帶光澤;山韭和野韭種子呈橢圓形和半圓形,背部稍隆起,腹部稍內(nèi)凹,形成龜殼形。

注:1為多根蔥種子;2為細(xì)葉韭種子;3為山韭種子;4為野韭種子。圖1 4種蔥種子形態(tài)Fig.1 Seed morphology of 4 Allium varieties

多根蔥和細(xì)葉韭種子主要以三棱形為主,長寬比值較小;山韭和野韭種子主要為龜殼形,長寬比值較大。4個品種種子長度在1.3～3.6 mm之間,寬度在1.0～2.5 mm之間。野韭種子最長,平均為3.00 mm,細(xì)葉韭種子最短,平均為1.58 mm。野韭種子寬度最寬,為2.15 mm;多根蔥種子寬度最窄,為1.31 mm。利用 SPSS22.0軟件對 4個品種種子長度、寬度和千粒重進(jìn)行ANOVA分析,結(jié)果(表1)顯示,除多根蔥與細(xì)葉韭種子長度間無顯著差異外,其余兩兩之間均差異顯著;除多根蔥與山韭種子寬度間無顯著差異外,其余兩兩之間均存在差異顯著;不同品種間種子千粒重差異顯著,野韭種子千粒重最重,為2.305 g;細(xì)葉韭種子最輕,為1.154 g。

表1 4個品種種子外形比較Table 1 Seed shape comparison of four varieties

2.2 種子表皮微結(jié)構(gòu)

種子表皮的紋飾有顆粒狀紋飾、刺狀紋飾、網(wǎng)狀紋飾。網(wǎng)狀紋飾為最常見的紋飾,由多邊形網(wǎng)脊、網(wǎng)格組成。酸蝕處理后4個品種種子種皮出現(xiàn)不同程度的破損,種皮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間距離被拉長或部分網(wǎng)脈斷裂。

多根蔥種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊較清晰可見,網(wǎng)格間距較大,部分網(wǎng)脈已出現(xiàn)斷裂,說明酸蝕對種皮有一定的破壞(圖2中1～4)。

注:1～4為多根蔥種子(放大倍數(shù)40×,200×,400×,800×);5～8為細(xì)葉韭種子(放大倍數(shù)40×,200×,400×,800×);9～12為山韭種子(放大倍數(shù)40×,200×,400×,800×);13～16為野韭種子(放大倍數(shù)40×,200×,400×,800×) 。下同。圖2 4個品種酸蝕種子種皮微結(jié)構(gòu)Fig.2 Seed coat microstructure of four varieties by acid etching

細(xì)葉韭種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊較清晰可見,網(wǎng)格間距較小,部分網(wǎng)脈已出現(xiàn)斷裂移動,說明酸蝕對種皮有明顯的破損(圖2中5～8)。

山韭種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊非常清晰可見,網(wǎng)格間距較大,而且有較厚的網(wǎng)脈和被酸蝕物,酸蝕對種皮有一定的影響(圖2中9～12)。

野韭種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊非常清晰可見,網(wǎng)格間距非常小,網(wǎng)格間未見網(wǎng)脈,酸蝕對種皮無明顯的干擾(圖2中13～16)。

對4個品種的完整種子種皮微結(jié)構(gòu)掃描電鏡觀察后發(fā)現(xiàn),4個品種種子種皮均為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),但網(wǎng)脊清晰程度有所不同。

多根蔥種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊基本清晰可見,網(wǎng)格間距較緊密,可見種皮較薄(圖3中1～4)。

圖3 4個品種完整種子種皮微結(jié)構(gòu)Fig.3 Seed coat microstructure of intact seed in four varieties

細(xì)葉韭種子表皮微結(jié)構(gòu)為不規(guī)則六邊形網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊較清晰可見,網(wǎng)格間連接緊密,種皮部分網(wǎng)格稍凸起(圖3中5～8)。

山韭種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊清晰可見,網(wǎng)格間距較大,網(wǎng)格間有多個較厚的網(wǎng)脈連接,種皮凸起(圖3中9～12)。

野韭種子表皮微結(jié)構(gòu)有規(guī)則的網(wǎng)狀紋飾,網(wǎng)脊清晰可見,網(wǎng)格間距較小,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)間連接緊密(圖3中13～16)。

3 結(jié) 論

4個野生蔥屬植物種子顏色基本相同,但形狀和大小在不同品種間有明顯的差異。通過體視顯微鏡對不同品種種子顏色、形態(tài)和大小觀察后發(fā)現(xiàn),4個品種種子種皮均為黑色略帶光澤,多根蔥和細(xì)葉韭種子形狀為倒卵形,山韭種子為近橢圓形,野韭種子為近半圓形;多根蔥長度與細(xì)葉韭種子間,除寬度與山韭種子間無顯著差異外,其余差異顯著,山韭、野韭種子長寬比與其余兩個品種間差異顯著,種子千粒重在不同品種間也存在顯著差異。對兩個處理下4個品種種子表皮微結(jié)構(gòu)觀察比較結(jié)果顯示,酸蝕種子種皮出現(xiàn)不同程度的破損,比完整種子表面變得平整,部分網(wǎng)脈已出現(xiàn)斷裂,說明酸蝕處理可在一定程度上打破種子休眠。4個品種的完整種子種皮微結(jié)構(gòu)比較結(jié)果表明,細(xì)葉韭和山韭種子種皮凸起,山韭種子種皮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)格間網(wǎng)脈最厚,網(wǎng)格間距最大。多根蔥和野韭種子種皮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較平整、網(wǎng)格間較緊密,4個品種種子表面紋飾的樣式和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不同。

4 討 論

本研究對4種野生蔥屬植物種子種皮進(jìn)行了體視顯微鏡和掃描電鏡觀察和比較,發(fā)現(xiàn)4個品種種子外部形態(tài)和表面超微結(jié)構(gòu)的差異性可以作為打破種子休眠的參考依據(jù)之一。種子表面微形態(tài)作為品種的鑒別依據(jù)具有一定的價值[13],本研究中種子表面微結(jié)構(gòu)的變化反映了不同品種之間的差別,也為打破種子休眠機(jī)制提供了新依據(jù)。