42個三角梅品種的花粉形態(tài)比較分析

周 群，徐夙俠，王 振

（1廈門市園林植物園，福建廈門 361000；2福建省亞熱帶植物研究所福建省亞熱帶植物生理與生化重點實驗室，福建廈門 361006）

0 引言

三角梅屬（Bougainvillea，2n=34，少數(shù)2n=51）植物，屬石竹目 (Caryophyllales) 紫茉莉科(Nyctaginaceae)，包括18個種，主要分布于南美洲的巴西、秘魯、厄瓜多爾、阿根廷、哥倫比亞等[1]。常見的三角梅屬有3個自然種和3個雜交種，3個自然種為光葉三角梅(B.glabra)、三角梅(B.spectabilis)和秘魯三角梅(B.peruviana)，3個雜交種為巴特三角梅(B.×buttiana)、巴克三角梅(B.× spectoperuviana)和拉塔拉三角梅(B.×spectoglabra)。研究表明，該屬的幾個種不僅在園藝領域具有重要的價值，而且在醫(yī)藥、保健等方面顯現(xiàn)突出的價值[2-4]。然而，該屬的絕大多數(shù)物種高度不育，以無性繁殖為主，這也是三角梅屬植物的基因池趨向單一的主要原因之一[5-6]。三角梅在國內(nèi)自然結實率較低，研究三角梅的花粉形態(tài)，確定花粉形態(tài)和三角梅育性的內(nèi)在聯(lián)系，找到三角梅自然結實率較低的原因具有重要意義。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，光葉三角梅(B.glabra)、三角梅(B.spectabilis)和秘魯三角梅(B.peruviana)3個自然種可以結少量種子，3個雜交種（B.× buttiana、B.×spectoperuviana和B.×spectoglabra）結實率極低，其花苞多表現(xiàn)為重苞、混色、漸變，其葉多為花葉或斑葉[7,8]。Khoshoo和Zadoo[5]調(diào)查了60個品種的花粉活力，其中10個品種的花粉活力為50%～90%。López和Galleto[9]調(diào)查了三角梅屬植物的286 朵花，發(fā)現(xiàn)自交幾乎不結實，自然雜交條件下結實率約35%。無論從次生代謝生物學的角度，還是生殖發(fā)育學的角度，三角梅都是一個十分特別的物種，三角梅屬植物的高度不育十分普遍，但由于三角梅屬植物可通過無性繁殖的方式進行繁育，一方面彌補了不足，另一方面也導致其有性繁殖研究的空缺和滯后[10]。研究者試圖從各角度探討三角梅屬植物的不育機制，徐夙俠等[11]從類黃酮的代謝找出三角梅屬植物不育的可能機制。周群等[12]研究了18個三角梅品種的花粉育性與花粉形態(tài)的觀察，探索了適合花粉離體萌發(fā)的培養(yǎng)基，通過離體萌發(fā)培養(yǎng)法測定了花粉生活力，并按生活力大小進行了分級。同時利用顯微鏡觀察其中7 種三角梅的花粉形態(tài)，探討了不同三角梅品種間花粉形態(tài)與育性的相關性，為三角梅的雜交授粉及新品種培育提供了參考，同時通過人工雜交授粉試驗，摸索出三角梅雜交授粉技術，其中伊娃夫人與帝國喜悅的雜交結實率最高，可達8.3%。唐寧浩等[13]觀察3 個南方棗品種的花粉形態(tài)，對其花粉育性做了比較，提出顆粒飽滿的棗花粉具有較高的育性，而出現(xiàn)畸形的棗花粉出現(xiàn)極低的育性。花粉育性可能是三角梅屬植物不育的主要原因。筆者對三角梅屬的42個品種的花粉形態(tài)進行詳細的調(diào)查，統(tǒng)計花粉粒的大小、萌發(fā)溝的數(shù)量、芽突數(shù)量，參照前人研究的三角梅育性數(shù)據(jù)，兩者相互比較，探究三角梅花粉形態(tài)和育性之間的關系，并對花粉育性與之的相關性進行討論，旨在研究三角梅花粉的外部形態(tài)，對芽突數(shù)量、萌發(fā)溝等方面和花粉生活力進行關聯(lián)性分析，探究三角梅花粉在萌發(fā)前期形態(tài)與花粉活力的關系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

三角梅花粉于2017 年7—9 月收集于廈門市園林植物園三角梅研究基地，共42 個三角梅品種，由于三角梅不同品種花期不同，本試驗采樣分2次進行。

1.2 試驗方法

摘取三角梅初開的1～3 天內(nèi)的花蕾，此時花被管微裂。用解剖刀和鑷子取出花粉后，使用稱量紙包裹，置于培養(yǎng)皿中，將三角梅花粉樣品置于烘干箱內(nèi)36℃烘干72 h。用鑰匙背部將烘干后的花粉粒均勻的撒在粘有雙面導電膠的金屬臺上，進行抽真空和鍍膜噴鉑30 s，于Hitachi SU-70 分析超高分辨率肖特基熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡下觀察。單個個體主要放大倍數(shù)為3000倍，局部細節(jié)觀察放大倍數(shù)為10000倍[14-16]。以上試驗操作在廈門大學材料學院完成。

2 結果與分析

2.1 花粉粒形態(tài)

三角梅花粉顆粒是三軸形式(tricopate)的構建，外表面粗糙，網(wǎng)面紋路（表1）。每個網(wǎng)格寬度大約是2 μm左右，網(wǎng)格具有較好的亮度，視野中色調(diào)特別淺。網(wǎng)格間存在黃色顆粒狀粘滯性很高的物質(zhì)，因品種不同有差異。三角梅花粉呈現(xiàn)近極面中央凹陷，似血紅細胞形狀，一側(cè)凸起，一側(cè)凹陷的餅狀。42個三角梅品種花粉粒的極面觀是圓形或橢圓形，赤道面觀為傘形、蘑菇頭形或卵圓形。本研究中42個三角梅品種的花粉粒直徑在20.55～30.97 μm之間。雜交種三角梅的花粉粒長軸比原生種三角梅的花粉粒長軸小。光葉三角梅的多數(shù)品種的花粉粒赤道面觀多數(shù)是卵圓形，相對于雜交三角梅種的花粉粒形態(tài)的赤道面觀多數(shù)是蘑菇頭形。

2.2 花粉粒形態(tài)指標統(tǒng)計

分析花粉粒的掃描電鏡照片，統(tǒng)計花粉粒外形、花粉外壁紋飾、長短軸、凹陷表面直徑、表面芽突數(shù)量和萌發(fā)溝數(shù)目。通過對比發(fā)現(xiàn)，42個三角梅品種的花粉粒的形狀和外壁紋飾差異不明顯，但大小差異較大?；ǚ哿Ｖ睆皆?0.55～30.97 μm之間。其中毛葉三角梅花粉粒長軸平均值長度28.37 μm，光葉三角梅種的花粉粒長軸平均值是28.22 μm，秘魯三角梅的花粉粒長軸平均值是29.24 μm，巴特三角梅的花粉粒長軸平均值是27.90 μm，拉特拉三角梅的花粉粒長軸平均值是25.77 μm，前3個為原生種，后2個為雜交種，可見雜交種三角梅的花粉粒長軸比原生種三角梅的花粉粒長軸小。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2。42個品種花粉的萌發(fā)溝的數(shù)量差異較大，1～3 條不等（表2），只有少數(shù)品種有3條萌發(fā)溝，包括‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑葉麥克琳夫人’、‘粉紅小精靈’、‘瓶刷橙’、‘美國公主’、‘斑葉棗紅’、‘塔黃’、‘金龜葉紫’、‘中國麗人’、‘柔森卡’、‘巴克夫人’、‘銀邊細葉小花淺紫’。

表1 三角梅不同品種的花粉粒形態(tài)

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

3 結論與討論

3.1 三角梅花粉形態(tài)比較分析

本研究觀察了42 個三角梅品種，從外形上看，三角梅各品種花粉粒的表面都有網(wǎng)狀結構覆蓋，但在大小、凹陷程度、芽突數(shù)量及其密度上有明顯差異。這與川銀花花粉粒的電鏡觀察結果一致[17]，與無患子科的花粉形態(tài)相似[18]，這些特征可以作為品種鑒別的參考依據(jù)。雜交種三角梅的花粉粒長軸比原生種三角梅的花粉粒長軸小，這與趙娜研究的黃牡丹遠緣雜交后代的花粉粒變小結論一致[19]。不同品種之間的花粉粒形態(tài)指標數(shù)值不同，說明不同品種具有差異性，在同種之間又具有保守性，與多數(shù)植物的花粉形態(tài)具有的性質(zhì)一致[20]。

3.2 三角梅花粉形態(tài)與花粉育性

根據(jù)本研究觀察到的三角梅萌發(fā)溝數(shù)量可分為四類，一類為有3條萌發(fā)溝品種群，主要有‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑葉麥克琳夫人’等品種；一類為2 條萌發(fā)溝品種群，主要有‘黃金大獎’、‘蒙娜麗莎’、‘新河’等品種；一類為1 條萌發(fā)溝品種群，主要有‘黃色奇跡’、‘晚霞’、‘夢境’等品種；最后一類品種群花粉不具有萌發(fā)溝，主要有‘檸檬黃’、‘金發(fā)女郎’、‘紅腮女郎’等品種。Wodehouse[21]指出，花粉表面積與體積之比越大，則花粉越進化，育性相對也較高，據(jù)此推測出萌發(fā)溝數(shù)量越多越能提高花粉育性。

根據(jù)上述觀察，多數(shù)雜交品種的花粉粒單側(cè)凹陷程度高，呈現(xiàn)蘑菇頭形，花粉粒表面的芽突數(shù)量極少，造成體積與表面積的比值降低，影響了花粉育性，這與雜交品種的育性極低有一定聯(lián)系[22]。芽突數(shù)量無或極少的三角梅品種，該品種的花粉育性極低，如‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑葉麥克琳夫人’、‘粉紅小精靈’、‘瓶刷橙’、‘美國公主’、‘斑葉棗紅’、‘中國麗人’、‘柔森卡’、‘巴克夫人’、‘銀邊細葉小花淺紫’花粉萌發(fā)率證明無或極低，這與其花粉表面芽突數(shù)量極低有關。

周群等[23]曾對18 個品種的三角梅進行花粉生活力的離體萌發(fā)測定，并根據(jù)18個品種花粉萌發(fā)率的高低將花粉生活力分為高等、中等、較低等與極低等4級，其中‘新加坡麗人’、‘夢境’、‘斯普倫頓斯’為高等，‘茲納巴拉特’、‘戴維巴里’、‘黃金大獎’、‘斑葉伊麗莎白安格斯’為中等，‘晨曲’、‘椰子糖’、‘斑葉伊娃夫人白’、‘斑葉’、‘伊娃夫人斑葉’、‘伊麗莎白安格斯’為較低等，‘金色輝光’、‘馬尼拉小姐’、‘粉紅小精靈斑葉’、‘粉紅小精靈’、‘帝國喜悅’為極低等，這個分級結果與筆者花粉形態(tài)的測定觀察結果有相關性，其中‘新加坡麗人’的花粉生活力為高等，與筆者掃描電鏡的花粉形態(tài)分析結果不同，‘新加坡麗人’的花粉表面芽突數(shù)量少，萌發(fā)溝較少，這可能與新加坡花粉樣本的選取階段與選取數(shù)量太少有關；‘黃金大獎’的花粉生活力屬于中等，與筆者掃描電鏡的花粉形態(tài)分析結果一致；‘粉紅小精靈’的花粉生活力屬于極低等，與筆者掃描電鏡的花粉形態(tài)分析結果一致。

表2 42個三角梅品種的花粉粒形態(tài)特征比較

續(xù)表2

續(xù)表2

3.3 討論

綜上所述，三角梅花粉育性受多因素影響，其中花粉形態(tài)如萌花溝、芽突的數(shù)量對三角梅花粉育性的高低有一定關聯(lián)，但同時有待于花粉活力測定與雜交實驗進一步驗證。本次觀察并分析三角梅不同品種花粉粒及其外壁的特征分析與花粉活力測定出現(xiàn)不一致處，筆者認為，這與花朵的成熟度和選取的樣本數(shù)量較少有一定關系，以后應選取更多數(shù)量的樣本花粉進一步論證。同時，花粉也是作為遺傳物質(zhì)的重要載體，形態(tài)結構具有品種專一性，比如觀賞海棠[24]、杜鵑花[25]和百合[26]花粉可為三角梅不同品種的鑒定及其親緣關系提供依據(jù)，鑒于花粉形態(tài)與親緣關系的相關性，可建立三角梅品種花粉形態(tài)的數(shù)據(jù)庫，便于品種分類及鑒定。