張家培，呂昊卓，王鑫，馮琪，趙藝璇，田琳，劉冬云

(1 河北農業(yè)大學 園林與旅游學院， 河北 保定 071000；2 西北農林科技大學 經濟管理學院，陜西 楊凌 712100)

美麗茼麻(Abutilon×hybridum)，別稱吊燈花、風鈴花等，錦葵科，茼麻屬[1]。美麗茼麻起源于美洲的巴西及巴拉圭等地，現(xiàn)分布于世界各地，主要集中在熱帶及亞熱帶[2]。

美麗茼麻為灌木，花朵鮮艷，顏色種類繁多，花萼類似鐘鈴，單花花期2～3 d，花期5-10月，主要花色有黃、紅、粉、白，花量較多[3]。因其花朵長相奇特艷麗，姿態(tài)優(yōu)美，種植方式多樣，不僅適合綠地栽植、種植于庭院與行道樹配植，還可以對其進行剪扎造型盆栽觀賞，在中國華南地區(qū)多采取盆栽形式或植于庭院[4]。但目前，國內對于美麗茼麻的研究主要集中在扦插繁育及花部形態(tài)結構上，關于美麗茼麻花粉形態(tài)及系統(tǒng)分類研究較少[3-5]。

有花植物雄蕊中的生殖細胞叫做花粉，花粉攜帶大量的遺傳信息。花粉的種類不盡相同，不同植物的花粉形態(tài)有著較大的差異性，數(shù)量和活力變化有著比較大的范圍[6]。在基因的控制下，使花粉的形態(tài)特征在進化的過程中具有保守、可靠和穩(wěn)定的特性。豐富的遺傳信息是研究植物的起源、系統(tǒng)分類、系統(tǒng)發(fā)育、品種演化、親緣關系等方面的重要依據(jù)[7]。花粉形態(tài)研究，可以用來鑒別植物種類。其中花粉粒的形態(tài)、大小，花粉萌發(fā)孔的數(shù)目、位置、形狀以及細尖峰狀結構等，在不同的植物中具有物種的特異性，這種特異性受遺傳因素的影響控制，解決植物分類系統(tǒng)中的植物物種在地位上問題[8]。 目前，國內外使用掃描電鏡觀察花粉形態(tài)已應用于小蒼蘭、柳葉馬鞭草等植物親緣關系分析[9-10]。因此，本研究選用5個美麗茼麻的栽培品種，通過觀察其花粉形態(tài)，比較極軸長、赤道軸長、P/E值、萌發(fā)孔的位置、大小、數(shù)量以及細尖峰狀結構，旨在探討美麗茼麻品種間的親緣關系，為將來對美麗茼麻的種質鑒定和利用雜交育種等手段開展種質創(chuàng)新等工作提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選取5個品種美麗茼麻成熟的雄花序為試驗材料。美麗茼麻品種名稱詳情見表1。

表1 供試美麗茼麻植物列表Table 1 List of Abutilon×hybridum varieties for test

1.2 方法

1.2.1 花粉采集 選擇生長健壯，沒有病蟲害的侵擾，均處于盛花期的植物樣本。采集新鮮花粉。

1.2.2 預處理 準備在電鏡掃描前，應先用戊二醛固定液固定樣品浸泡(4 ℃)8 h以上，經過去離子水浸泡3次，時長分別為6，7，8 min，再經過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進行脫水處理。

1.2.3 處理 打開二氧化碳臨界點干燥儀氣閥，制冷到10℃，放入試驗樣品，充入CO2液體，靜置27 min后放出CO2液體，這個步驟重復3次，然后再次充入CO2液體，加熱45 min后關閉總氣閥，等待氣體全部緩慢放出之后，取出處理后的試驗樣品。

1.2.4 電鏡觀察 把花粉均勻彈撒在雙面導電膠上，然后噴金處理。其后觀察儀器采用HITACHI SU8010掃描電鏡觀察。選取典型花粉粒進行拍照，在300×視野下拍攝花粉群體，在1 200×視野下拍攝花粉粒個體，在5 000×和8 000×下分別拍攝花粉局部圖片。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計其赤道軸長(E)、極軸長(P)、細尖峰狀結構，萌發(fā)孔等特征，計算極軸長/赤道軸長(P/E)。根據(jù)王開發(fā)等人的劃分花粉的標準(表2)對花粉形態(tài)進行分類[7-8]。使用EXCEL 2010和SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)的分析與處理。

表2 花粉狀的分類標準Table 2 Classification criteria of pollen

2 結果與分析

2.1 花粉的外部形態(tài)與特征

對5個品種美麗茼麻的花粉的形態(tài)的電鏡掃描結果進行分析。結果見圖1。根據(jù)王開發(fā)等人的劃分花粉的標準[7]進行測量統(tǒng)計，結果見表3。

表3 美麗茼麻花粉形態(tài)與大小
Table 3 Size ofAbutilon×hybridumpollen grains

品種Variety極軸長Polar axis length范圍/μmRange均值±標準差Average±SD變異系數(shù)/%CV赤道軸長Equatorial axis length范圍/μmRange均值±標準差Average±SD變異系數(shù)/%CVP/E‘櫻花’54.4～61.958.25±2.484.2654.3～60.957.46±2.203.831.01‘紅姬’56.4～61.858.67±2.073.5350.6～56.554.32±2.103.871.08‘伏姬’48.6～61.855.32±4.568.2447.4～58.352.85±4.678.841.04‘初戀’57.2～62.260.1±1.833.0453.5～61.157.48±2.975.161.04‘小矮人’57.5～61.360.14±1.833.0454.1～62.256.5±2.885.091.11

如圖1可知，5個品種美麗茼麻的花粉形態(tài)存在形式相同，為單粒。由表3可知，如下結果。

‘櫻花’花粉的赤道面與極面均呈現(xiàn)近圓形。極軸(P)長約58.25 μm(54.4～61.9 μm)，變異系數(shù)為4.26%?；ǚ鄢嗟垒S(E)長約57.46 μm(54.3～60.9 μm)，變異系數(shù)為1.01%?！畽鸦āǚ哿Ｉ系膹谋砻嫔斐龅募毤夥鍫罱Y構高度平均值為3.51 μm(3.2～3.9 μm)。細尖峰狀結構底部平均寬度約2.68 μm(2.3～3.1 μm)。萌發(fā)孔的大小范圍在0.1～1.9 μm之間?！t姬’花粉的赤道面與極面均呈現(xiàn)近圓形。極軸(P)長約58.67 μm(56.4～61.8 μm)，變異系數(shù)為3.53%?；ǚ鄢嗟垒S(E)長約54.32 μm(50.6～56.5 μm)，變異系數(shù)為1.08%?！t姬’花粉粒上從表面伸出的細尖峰狀結構平均高度約2.73 μm(2.1～3.1 μm)。細尖峰狀結構底部平均寬度約2.19 μm(1.5～2.5 μm)。萌發(fā)孔的大小范圍在0.1～0.5 μm之間?！Аǚ鄣某嗟烂媾c極面均呈現(xiàn)近圓形。極軸(P)長約55.32 μm(48.6～61.8 μm)，變異系數(shù)為8.24%。花粉赤道軸(E)長約52.85 μm(47.4～58.3 μm)，變異系數(shù)為1.04%。‘伏姬’花粉粒上從表面伸出的細尖峰狀結構平均高度約3.00 μm(2.7～3.5 μm)。細尖峰狀結構底部平均寬度約2.65 μm(2.2～3.5 μm)，最大值3.1 μm，最小值2.2 μm。萌發(fā)孔的大小范圍在0.1～1.6 μm之間。

‘初戀’花粉的赤道面與極面均呈現(xiàn)近圓形。極軸(P)長約60.10 μm(57.2～62.2 μm)，變異系數(shù)為3.04%?；ǚ鄢嗟垒S(E)長約57.48 μm(53.5～61.1 μm)，變異系數(shù)為1.04%?！鯌佟ǚ哿谋砻嫔斐龅募毤夥鍫罱Y構平均高度約3.63 μm(3.3～4.0 μm)細尖峰狀結構底部平均寬度約3.13 μm(2.2～3.6 μm)。萌發(fā)孔的大小范圍在0.1～0.7 μm之間。

‘小矮人’花粉均是呈現(xiàn)近圓形的赤道面與極面。極軸(P)長約60.14 μm(57.5～61.3 μm)，變異系數(shù)為3.04%?；ǚ鄢嗟垒S(E)長約56.50 μm(54.1～62.2 μm)，變異系數(shù)為1.11%。‘小矮人’花粉粒上從表面伸出的細尖峰狀結構平均高度約3.54 μm(3.2～3.9 μm)。細尖峰狀結構底部寬平均度約2.80 μm(2.5～3.4 μm)。萌發(fā)孔的大小范圍在0.1～0.7 μm之間。

以上數(shù)據(jù)表明，美麗茼麻花粉的極軸長度為47.4～62.2 μm，花粉粒極軸比較大的為‘初戀’和‘小矮人’，花粉粒極軸比較小的為‘紅姬’和‘伏姬’。試驗的5種花粉中的P/E值均在1.14～0.88之間，均屬于近球形花粉。

2.2 萌發(fā)孔與外壁紋飾特征

根據(jù)圖1及以上數(shù)據(jù)研究觀察分析可得，5種美麗茼麻屬植物的花粉顆粒形態(tài)特征相似，大小沒有明顯差異。外壁呈網(wǎng)狀，萌發(fā)孔附著在外壁上，均勻分布，大小不規(guī)則，大小各異。細尖峰狀結構均勻無規(guī)則分布于外壁上，上窄下寬，向外部延伸。

2.3 聚類分析

參考顧欣、韓柏明等的分析方法，以極軸長、赤道軸長、萌發(fā)孔、細尖峰狀結構為原始數(shù)據(jù)提取主成分，再以美麗茼麻的5個品種的主要成分得出聚類分析[11-12]，結果見圖2。

圖2 5個美麗茼麻品種的花粉形態(tài)聚類分析Figure 2 Cluster analysis of pollen morphology of 5 Abutilon×hybridum varieties

由圖2可知，在遺傳距離1.0處時，美麗茼麻的5個品種被劃為2類，其中‘初戀’、‘小矮人’聚為一類，‘櫻花’、‘紅姬’與‘伏姬’聚為一類；當遺傳距離為3.0時，‘櫻花’、‘小矮人’與‘初戀’合為一類，‘紅姬’、‘伏姬’各自為一類；當遺傳距離為9.0時，‘紅姬’、‘小矮人’、‘櫻花’與‘初戀’等合為一類，‘伏姬’獨自聚為一類。

3 結論與討論

美麗茼麻花粉的極軸長度為47.4～62.2 μm。試驗的5個品種花粉中的P/E值均在1.14～0.88之間，均屬于近球形花粉。美麗茼麻花粉外壁分布有大小不均形態(tài)各異的萌發(fā)孔。細尖峰狀結構均勻無規(guī)則分布于外壁上，上窄下寬，向外部延伸。5個品種花粉粒由大到小排序為：‘初戀’、‘小矮人’、‘櫻花’、‘紅姬’、‘伏姬’。根據(jù)聚類分析結果來看，‘伏姬’與其他4個品種有著比較遠的親緣關系，進化程度較高，而‘初戀’等為較原始的品種。

本試驗研究表明，5個美麗茼麻品種的花粉粒在形狀、萌發(fā)孔的位置、外壁紋飾等方面的相似性說明該種的高度統(tǒng)一：花粉粒形狀均為近球形，極軸面和赤道面均為近圓形。但在花粉極軸、赤道軸長度、極軸與赤道軸比值大小、萌發(fā)孔的大小以及從表面伸出的細尖峰狀結構形狀等方面的差異說明了不同品種間的遺傳差異性，其中極軸的變異系數(shù)在3.04～8.24之間；赤道軸的變異系數(shù)在3.83～8.84之間；最為穩(wěn)定的為P/E值，可作為區(qū)分不同的品種的一項比較可靠的參數(shù)。聚類分析結果表明在遺傳距離1.0時，美麗茼麻的5個品種被劃為2類，其中‘初戀’、‘小矮人’聚為一類，‘櫻花’、‘紅姬’、‘伏姬’各自為一類；當遺傳距離為3.0時，‘櫻花’、‘小矮人’與‘初戀’合為一類，‘紅姬’、‘伏姬’聚為一類；當遺傳距離為9.0時，‘紅姬’、‘小矮人’、‘櫻花’與‘初戀’等合為一類，‘伏姬’獨自聚為一類。

花粉與其他生殖器官同樣很少受到環(huán)境因素的影響，花粉的形態(tài)特征是物種親緣關系和分類研究的重要依據(jù)[13]。在有關孢粉學的研究中，在植物進化方面有多種不同觀點，周守標關于花粉粒外壁紋飾特征的進化規(guī)律則與Erdtman有關被子植物的研究相關一致性，被子植物的花粉粒大小是由大到小進化的，花粉粒體積較大的被子植物為比較原始的[14-15]。花粉外壁紋飾演化是由光滑表面結構向孔穴狀發(fā)展，再由孔穴狀向條紋狀演化[16-17]。條紋的大小、寬窄、深淺等特征可以反映花粉外壁紋飾的差異，也可以成為衡量被子植物進化程度的主要依據(jù)。綜上所述，美麗茼麻的花粉形態(tài)特征具有重要的分類學價值，可作為劃分種內品種間水平的劃分依據(jù)。