張少偉

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

賈文慶 張紅蘭

(河南科技學(xué)院)

孫振元

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所)

13個牡丹品種花粉形態(tài)及萌發(fā)率比較1)

張少偉

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

賈文慶 張紅蘭

(河南科技學(xué)院)

孫振元

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所)

采用掃描電子顯微鏡，比較了13個牡丹品種的花粉形狀、大小、外壁紋飾及萌發(fā)溝等。采用離體培養(yǎng)法，分析比較了13個品種的花粉萌發(fā)率。結(jié)果表明：13個牡丹品種的花粉有較明顯的多樣性，赤道面觀有近球形和長球形，極面觀有三裂圓形和三裂三角形。花粉均具三擬孔溝，外壁紋飾形態(tài)多樣，有小穴狀、穴狀、網(wǎng)狀、穴網(wǎng)狀?！倩▼伞ǚ勖劝l(fā)率最高( 67.70%)，‘洛陽紅’萌發(fā)率最差(19.43%)。

牡丹；花粉形態(tài)；萌發(fā)率；掃描電鏡

牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)原產(chǎn)于中國，是我國傳統(tǒng)的木本名貴花卉，有著悠久的栽培歷史。我國的牡丹資源特別豐富，且品種繁多，素有“國色天香”、“花中之王”的美稱。牡丹花大色艷、雍容華貴、富麗端莊、芳香濃郁。長期以來被人們當(dāng)作是富貴吉祥、繁榮興旺的象征[1]。牡丹的根有“丹皮”之稱，有重要的藥用價值[2]。如果從《神農(nóng)本草經(jīng)》記載來算，牡丹在我國作為藥材利用已有2 000多年的歷史，作為觀賞栽培至少1 500 a[3-5]。

中國是牡丹的原產(chǎn)地和多樣性中心。中國特有的野生牡丹，一直被外國視為珍貴的種質(zhì)資源，在系統(tǒng)演化、生物多樣性保護(hù)、品種培育和改良等一系列研究中具有十分重要的價值。有花植物的花粉形態(tài)特征與花色、花型等遺傳性狀間存在一定的相關(guān)性，并因其穩(wěn)定性、保守性和可靠性，而在植物分類、系統(tǒng)發(fā)育、起源與演化等方面研究中得到廣泛應(yīng)用[6-9]?；ǚ鄣男螒B(tài)特征具有特異性，所以在品種分類和品種親緣關(guān)系的分析方面具有重要的意義，而其外壁紋飾是花粉中最具有價值的分類依據(jù)之一，可用于植物種屬的細(xì)致分類[10-11]。目前對于牡丹花粉的研究主要集中在分類和起源上。1999年袁濤、王蓮英通過電鏡觀察，初步建立了牡丹花粉形態(tài)的量化指標(biāo)，花粉外壁紋飾可劃分為4個類型，其演化途徑是：小穴狀→穴狀→網(wǎng)狀→粗網(wǎng)狀，而且野生牡丹形態(tài)學(xué)性狀與外壁紋飾的演化規(guī)律基本是一致的[12-15]。

目前牡丹花粉的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展[16]，但是，對于認(rèn)識和了解品種起源及親緣關(guān)系，利用花粉形態(tài)進(jìn)行品種群的細(xì)致劃分還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本試驗對13個牡丹栽培品種的花粉形態(tài)在電鏡下進(jìn)行了比較研究，并在離體培養(yǎng)條件下比較了花粉的萌發(fā)率。旨在為牡丹的花粉研究提供量化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

試驗用花粉2016年4月采自新鄉(xiāng)古固寨牡丹資源圃，帶回實(shí)驗室后室溫下自然散粉，放入冰箱內(nèi)4 ℃保存，備用。

花粉形態(tài)比較觀察電鏡制樣與觀察測量：將采回的牡丹成熟花粉粒進(jìn)行干燥后，將花藥均勻涂布于粘有雙面膠的樣品臺上，用常規(guī)真空噴鍍法噴金處理后，在Quanta 200環(huán)境掃描電鏡觀測并拍照。取有代表性的赤道面和極軸面、群體及表面紋飾(取赤道中央?yún)^(qū))拍照，觀察花粉的赤道觀、極軸觀性狀及花粉外壁紋飾，測量花粉粒赤道軸、極軸長以及花粉萌發(fā)溝和網(wǎng)脊寬等相關(guān)數(shù)據(jù)。每種花粉粒的每一特征數(shù)據(jù)均測20粒，最后取平均值。

花粉萌發(fā)率試驗：在附加有9%蔗糖和0.004 5%硼酸的固體培養(yǎng)基(預(yù)備試驗得出)上對13個牡丹花粉進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng)，培養(yǎng)基中加10 g/L的瓊脂，配制好后pH值調(diào)至6.8左右。試驗選擇有凹槽的載玻片進(jìn)行花粉培養(yǎng)，把配制好的固體培養(yǎng)基滴在載玻片的凹槽內(nèi)，然后用毛筆或頭發(fā)絲均勻播撒適量花粉，再將載玻片放在有少量水的培養(yǎng)皿中(注意水不要灑到培養(yǎng)基上),加蓋后置于恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)25 ℃培養(yǎng)8～10 h后進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與分析

花粉形態(tài)比較：通過電鏡觀察比較13個牡丹品種的花粉均以單粒形式存在，有3條萌發(fā)溝，長度幾乎達(dá)到兩極，溝長在19.32～40.21 μm，其中萌發(fā)溝最長的為‘飛燕紅裝’40.21 μm，最短的為‘洛陽紅’19.32 μm。赤道面觀有近球形和長球形兩種形態(tài)，赤道軸長在18.97～24.68 μm之間，最長的是‘如花似玉’赤道軸長24.68 μm，最短的為‘佛門袈裟’18.97 μm。極面觀呈三裂圓形或三裂三角形，極軸在27.47～50.89 μm，極軸最長的為‘鳳丹白’50.89 μm，最短的為‘洛陽紅’27.47 μm。極軸長與赤道軸長比值在1.27～2.19,極軸長赤道軸長比值最小的為‘如花似玉’1.27，極軸長與赤道軸長比值最大的為‘鳳丹白’2.19，見表1。

花粉萌發(fā)結(jié)構(gòu)比較：13個牡丹品種的花粉均具有三擬孔溝，溝的長度幾乎到達(dá)兩極，長度在9.32～40.21 μm，萌發(fā)溝的兩端窄中間寬，邊緣明顯增厚，呈裂口狀，萌發(fā)溝均等距分布于花粉粒的表面。

表1 13個牡丹品種花粉形態(tài)觀察

花粉極面觀比較觀察：掃描電鏡的結(jié)果顯示供試的13個牡丹品種的極面觀有三裂圓形和三裂三角形2種形態(tài)(圖A-B)。其中三裂圓形的品種有10個，分別是‘凌花湛露’、‘如花似玉’、‘洛陽紅’、‘鳳丹白’、‘霓虹煥彩’、‘俊艷紅’、‘錦袍紅’、‘天然富貴’、‘丹砂’、‘春紅嬌艷’。三裂三角形的品種有3個，分別是‘飛燕紅裝’、‘佛門袈裟’和‘百花嬌’。極軸長在27.47～50.89 μm，最長的為‘鳳丹白’50.89 μm，最短的為‘洛陽紅’27.47 μm。

花粉的赤道面觀比較觀察：供試的13個牡丹品種的赤道面觀可以分為近球形和長球形2種(圖C-D)，其中近球形的有1個品種為‘如花似玉’；長球形的有12個品種，分別是‘鳳丹白’、‘凌花湛露’、‘霓虹煥彩’、‘洛陽紅’、‘俊艷紅’、‘錦袍紅’、‘佛門袈裟’、‘百花嬌’、‘天然富貴’、‘丹砂’、‘春紅嬌艷’、‘飛燕紅裝’。赤道軸長在18.97～24.68 μm之間，最長的是‘如花似玉’赤道軸長24.68 μm，最短的為‘佛門袈裟’18.97 μm。

花粉外壁紋飾：時珍國醫(yī)國藥牡花的花粉表面紋飾基本上有粗網(wǎng)狀、穴網(wǎng)狀、網(wǎng)狀、穴狀、小穴狀和腦紋狀[12]。供試的13個牡丹栽培品種中，外壁紋飾主要有網(wǎng)狀、穴網(wǎng)狀、小穴狀和穴狀(圖E-G)。外壁紋飾網(wǎng)眼形狀多為不規(guī)則多邊形和圓形，網(wǎng)眼的大小、均勻度、分布密度及形態(tài)特征在不同品種之間存在差異，同種品種也存在一定的差異。特別是小穴狀的‘如花似玉’其網(wǎng)眼分布密度較均勻，大小也及較一致。網(wǎng)狀紋飾其網(wǎng)脊一般較網(wǎng)孔直徑小，穴狀的則恰恰相反。

A.三裂圓形(天然富貴);B.三裂三角形(百花嬌);C.近球形(如花似玉);D.長球形(鳳丹白);E.穴網(wǎng)狀(鳳丹白);F.小穴狀(如花似玉);G.網(wǎng)狀(春紅嬌艷);H.穴狀(洛陽紅)。

圖1牡丹花粉的表觀形態(tài)

花粉萌發(fā)率:如表2所示，‘百花嬌’、‘錦袍紅’和‘春紅嬌艷’與‘飛燕紅裝’、‘佛門袈裟’、‘天然富貴’、‘洛陽紅’的萌發(fā)率存在差異。‘霓虹煥彩’、‘鳳丹白’、‘俊艷紅’、‘凌花湛露’、‘丹砂’、‘如花似玉’與‘佛門袈裟’、‘天然富貴’、‘洛陽紅’的花粉萌發(fā)率存在差異?！倩▼伞?、‘錦袍紅’、‘春紅嬌艷’、‘霓虹煥彩’、‘鳳丹白’與‘佛門袈裟’、‘天然富貴’、‘洛陽紅’的花粉萌發(fā)率存在極顯著差異?！∑G紅’、‘凌花湛露’、‘丹砂’、‘如花似玉’、‘飛燕紅裝’與‘天然富貴’、‘洛陽紅’的花粉萌發(fā)率存在極顯著差異。萌發(fā)率相近的說明其對培養(yǎng)基中蔗糖和硼酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求相近。存在顯著差異的說明其對蔗糖和硼酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求有明顯不同。

表2 13個牡丹品種花粉萌發(fā)率比較

3 結(jié)論與討論

供試的13種牡丹品種花粉形態(tài)具有種的共性，又具有品種間差異性。13個牡丹栽培品種的花粉，在形態(tài)特征上有許多方面表現(xiàn)出了共同的特征?；ǚ鄱际且詥瘟５男问酱嬖冢ǚ鄣男螒B(tài)多為長球形少數(shù)為近球形?；ǚ鄱季哂腥诇?，萌發(fā)溝較長，長度幾乎達(dá)到花粉的兩極，萌發(fā)溝均是中間寬兩極窄，溝的邊緣明顯較厚，呈裂開狀，溝內(nèi)覆蓋有細(xì)密的小顆粒，在花粉赤道處有較大的顆粒堆積呈突起等。花粉的極面觀分為三裂三角形和三裂圓形，供試的13個品種中以三裂圓形較多共10品種，三裂三角形有3個品種。網(wǎng)孔的直徑在近赤道面中部最大，向兩極分散逐步變小。網(wǎng)脊為條紋狀，其中穴狀的外壁紋飾上網(wǎng)脊較寬，網(wǎng)狀的外壁紋飾網(wǎng)脊較窄。從花粉的形態(tài)特征、萌發(fā)溝、極面觀和赤道面觀看，其特征較為一致，差別不大，以上的花粉共同特征說明牡丹的栽培品種是一個親緣關(guān)系較為接近的、自然的類群，所以本實(shí)驗再次證實(shí)了前人對牡丹花粉基本形態(tài)的結(jié)論。

牡丹的外壁紋飾、極軸長、赤道軸長、網(wǎng)脊寬度和網(wǎng)孔的均勻度不同栽培品種間存在一定的差異。供試的13個牡丹栽培品種中，牡丹花粉外壁紋飾分為穴狀、小穴狀、網(wǎng)狀和穴網(wǎng)狀，網(wǎng)孔的大小不一，有的圓形，有的不規(guī)則多邊形；在赤道附近網(wǎng)孔直徑相對較大，向兩極走逐漸較小，在萌發(fā)溝附近也較小；穴狀和小穴狀的外壁紋飾一般網(wǎng)孔多為圓形，網(wǎng)孔內(nèi)壁多光滑，無毛刺；極軸長在27.47～50.89 μm，極軸最長的是‘鳳丹白’50.89 μm，最短的是‘洛陽紅’27.47 μm；赤道軸長在18.97～24.68 μm，最長的是‘如花似玉’24.68 μm，最短的是‘佛門袈裟’18.97 μm；極軸長與赤道軸長比值在1.27～2.19，極軸長與赤道軸長比值最小的是‘如花似玉’1.27，極軸長與赤道軸長比值最大的為‘鳳丹白’2.19；網(wǎng)脊寬度在289～946 nm；網(wǎng)孔直徑在413～1 030 nm；網(wǎng)孔大小大多分布不均勻，少數(shù)較為均勻。

1.百花嬌；2.春紅嬌艷；3.佛門袈裟；4.飛燕紅裝；5.鳳丹白；6.丹砂；7.錦袍紅；8.俊艷紅；9.凌花湛露；10.洛陽紅；11.霓虹煥彩；12.如花似玉；13.天然富貴。

圖2牡丹花粉的的萌發(fā)

各種品種中表現(xiàn)出的差異性，尤其是在極軸長、赤道軸長、網(wǎng)脊寬、外壁紋飾和網(wǎng)孔的均勻度等方面，這些表明花粉形態(tài)特征有很重要的品種群分類價值。也說明牡丹栽培品種內(nèi)有豐富的遺傳多樣性，但是在品種分類和鑒定中還應(yīng)該結(jié)合其他性狀才能鑒定出更為正確可信的結(jié)果。

供試的13個牡丹品種，在相同的培養(yǎng)基中期萌發(fā)率有很大的區(qū)別?！倩▼伞?7.70%、‘霓虹煥彩’61.46%、‘天然富貴’24.35%、‘洛陽紅’19.43%、‘鳳丹白’62.67%、‘丹砂’54.26%、‘飛燕紅裝’46.67%、‘如花似玉’52.67%、‘佛門袈裟’34.96%、‘凌花湛露’56.25%、‘錦袍紅’66.67%、‘春紅嬌艷’23.04%、‘俊艷紅’57.53%。萌發(fā)率在19.43%～67.70%之間，說明不同的品種對蔗糖和硼酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)需求不一樣，所以相同培養(yǎng)條件下萌發(fā)率不一樣。

[1] 李嘉玨.中國牡丹與芍藥[M].北京:中國林業(yè)出版社,1999.

[2] 沈保安.中國芍藥屬牡丹組藥用植物資源與分類鑒定[J].時珍國醫(yī)國藥,2001,12(4):330-333.

[3] 洪德元,潘開玉,謝中穩(wěn).銀屏牡丹-花王牡丹的野生近親[J].植物分類學(xué)報,1998,36(6):515-520.

[4] 洪德元,潘開玉.芍藥屬牡丹組的分類歷史和分類處理[J].植物分類學(xué)報,1999,37(4)：351-368.

[5] 洪德元,張志憲,朱相石.芍藥屬的研究(1)：國產(chǎn)幾種野生種核型的報道[J].植物分類學(xué)報.1988,26(1):33-43.

[6] 馮國立,邵大偉,生利霞,等.野生玫瑰的花粉形態(tài)及其起源與演化的探討[J].林業(yè)科學(xué),2007,43(12):76-80.

[7] 王伏雄.中國植物花粉形態(tài)[M].北京:科學(xué)出版社,1995.

[8] 趙先貴,肖玲,毛富春.中國植物花粉形態(tài)的研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報,1999,19(5):92-95.

[9] 周蘭英,王永清,張麗.26種杜鵑屬植物花粉形態(tài)及分類學(xué)研究[J].林業(yè)科學(xué),2008,44(2):55-63.

[10] 王開發(fā),王憲曾.孢粉學(xué)概論[M].北京:北京大學(xué)出版社,1993.

[11] 汪祖華,周建濤.桃種質(zhì)的親緣演化關(guān)系研究:花粉形態(tài)分析[J].園藝學(xué)報,1990,17(8):161-168.

[12] 王蓮英,袁濤.中國牡丹與芍藥[M].北京:金盾出版社,1999.

[13] 王蓮英.中國牡丹品種圖鑒[M].北京:中國林業(yè)出版社,1997.

[14] 陳俊愉.中國花卉品種分類學(xué)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2001.

[15] 閉志強(qiáng),蔡炳華.幾種掃面電子顯微鏡植物樣品的制各技術(shù)[J].電子顯微學(xué)報,2002,21(2):213-214.

[16] 魏樂.牡丹種間花粉粒形態(tài)差異比較[J].青海大學(xué)學(xué)報,2007,25(6):52-54.

PollenMorphologyandGerminationRateof13PeonyVarieties

//Zhang Shaowei

(Research Institute of Forestry, CAF, Beijing 100091, P. R. China);

Jia Wenqing, Zhang Honglan

(Henan Institute of Science and Technology);

Sun Zhenyuan

(Research Institute of Forestry, CAF)

By using scanning electron microscopy, we observed the pollen morphology of 13 peony varieties, including the germination of pollen shape, pattern and size, and external organs, and studied the 13 peony pollen germination rate by in vitro culture method. The 13 varieties of peony pollen were more obvious, and the equator plane view was divided into nearly spherical and long ball. Polar view-crack was divided into three round and three crack triangle, the germination organ with three intended hole groove, external wall decoration patterns and diverse, which was divided into small foveolate, foveolate, reticulate, and foveolate-reticulate. Highest germination rate under the same conditions is ‘baihuajiao’ of 67.7%, and the worst is ‘luoyanghong’ of 19.43%.

Peony; Pollen morphology; Germination rate; Scanning electron microscopy

S685.11

孫振元，中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，研究員。E-mail:sunzy@263.net。

2017年6月14日。

責(zé)任編輯：潘 華。

//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(10)：20-23.