4種國產狼尾屬草種花粉形態的研究

張懷山，同文軒，舒 璞

（1.中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅 730050；2.江蘇省植物研究所）

花粉粒的形態，尤其是花粉粒外壁的紋飾是較為穩定的。在植物分類學研究中，對自然界植物花器的微觀特征研究，已成為鑒定與區別植物屬種最為重要的手段［1］。

狼尾草屬（Pennisetum Rich）植物，全世界約有140種，亦說80余種［2］，我國迄今為止有文獻記載的國產狼尾草屬草種已達9種、3變種、若干個變形或變異［3］。多數狼尾草屬草種是優良的飼用型牧草，也是水土保持、路邊護坡、造紙、編織、燃燒發電的生態型牧草和能源型牧草。狼尾草野生種的引種馴化、栽培技術以及加工利用等研究也是成就斐然［4］。然而有關狼尾草屬草種花粉形態的研究，至今卻鮮有報道。開展這方面的研究，對于準確劃分狼尾草屬草種、變種以及高產優質多抗狼尾草新品種選育中親本材料的選擇，都可以在花粉微型結構信息方面提供有力佐證。

1 材料與方法

1.1 材料來源 ①乾寧狼尾草（P.qianningense S.L.Zhong），原種采自昆明東郊茶旺山一帶；②長序狼尾草（P.longissimum S.L.Chen et Y.X.Jin），原種采自貴陽黔靈山公園內；③寶雞狼尾草（P.baojiense Tong W.X sp.nov.），原種采自寶雞以南川陜公路13 km處清水河北岸；④中型狼尾草83-48變型（P.longissimum var.ZHL 83-48 or Xiangyun），原種采自云南祥云，屬中型狼尾草（P.longissimum）一變型，也叫“祥云變形”，草葉較柔軟，穗形細長；⑤中型狼尾草84-39變型（P.longissimum var.ZHL 84-39），原種采自昆明東郊云南第一監獄附近的路邊田坎，屬中型狼尾草一變型，葉戟形，葉面、葉線較粗糙，穗形中長而小穗開散；⑥中型狼尾草87-02變型（P.longissimum var.ZHL 87-02），原種采自昆明東郊呼馬山南坡土壤基質比較瘠薄地段，屬中型狼尾草一變型，穗和葉片狹窄、短小。

1.2 測定方法 取3種、1變種的3個變形共6份材料盛花期相應花序上的成熟花粉顆粒，分別放置在光學顯微鏡和電子掃描鏡下進行花粉粒形態與外壁紋飾的觀察，測定極軸長（P）、赤道軸長（E）和P/E比例。光學顯微鏡觀察時，花粉粒先經“醋酸酐分解法”處理；電子掃描鏡觀察則不經分解處理，金箔噴度后在S-450型電子掃描電鏡（SEM）下進行觀察照相制作圖片。花粉粒形態圖片按300倍放大制作，外壁紋飾圖片按10 000倍放大制作。每種材料選擇20粒花粉，測定結果取平均值。

2 結果與分析

2.1 乾寧狼尾草 花粉粒近球形，遠極孔，花粉壁薄而皺，明顯分為兩層。光學顯微鏡下花粉粒形態近球形（圖1），掃描電鏡下花粉粒形態有皺褶（圖2），掃描電鏡下花粉粒外壁為顆粒狀紋飾，無裂隙（圖3）。

圖1 光學顯微鏡下乾寧狼尾草花粉粒形狀

圖2 掃描電鏡下乾寧狼尾草花粉粒形狀

2.2 長序狼尾草 花粉粒近球形，遠極孔，孔蓋未脫落，孔橢圓形。極軸長50 μm，赤道軸長 56.25 μm，P/E比例0.89。光學顯微鏡下花粉粒形態近球形（圖4），掃描電鏡下花粉粒形態飽滿，有穿孔（圖5），掃描電鏡下花粉粒外壁為顆粒狀紋飾，無裂隙（圖6）。

圖3 掃描電鏡下乾寧狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖4 光學顯微鏡下長序狼尾草花粉粒形狀

2.3 寶雞狼尾草 花粉粒近球形——卵圓形，遠極孔，孔蓋未脫落，孔橢圓形。極軸長55μm，赤道軸長67.5μm，P/E比例0.8，花粉粒大小60.9μm，粒壁2層。光學顯微鏡下花粉粒形態近球形——卵圓形，中間有一道折痕（圖7），掃描電鏡下花粉粒形態皺褶較為明顯（圖8），掃描電鏡下花粉粒外壁為細小顆粒狀紋飾，由細小顆粒組成的塊狀紋飾形狀不一，大小較為一致，塊間裂隙明顯，并伴有穿孔（圖9）。

圖5 掃描電鏡下長序狼尾草花粉粒形狀

圖6 掃描電鏡下長序狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖7 光學顯微鏡下寶雞狼尾草花粉粒形狀

圖8 掃描電鏡下寶雞狼尾草花粉粒形狀

2.4 中型狼尾草83-48變型 花粉粒近球形，多皺，單孔位在遠極面，孔蓋脫落，孔橢圓形。掃描電鏡下花粉粒形態有皺褶（圖10），掃描電鏡下外壁為顆粒狀紋飾，由多個顆粒組成的近似圓形塊狀紋飾魚鱗狀排列，明顯有裂隙（圖11）。

圖9 掃描電鏡下寶雞狼尾草花粉粒外壁紋飾

圖10 掃描電鏡下中型狼尾草83-48變型花粉粒形狀

2.5 中型狼尾草84-39變型 花粉粒近球形——卵圓形，多皺，遠極孔，孔橢圓形，孔蓋脫落。極軸長45μm，赤道軸長55μm，P/E比例0.8，花粉粒大小49.7μm，粒壁2層。

圖11 掃描電鏡下中型狼尾草83-48變型花粉粒外壁紋飾

圖12 光學顯微鏡下中型狼尾草84-39變型花粉粒形狀

光學顯微鏡下花粉粒形態近球形——卵圓形，上有多道折痕（圖12），掃描電鏡下花粉粒形態皺褶較為明顯（圖13），掃描電鏡下花粉粒外壁為多個細小顆粒所組成的塊狀紋飾，無裂隙（圖14）。

圖13 掃描電鏡下中型狼尾草84-39變型花粉形狀

圖14 掃描電鏡下中型狼尾草84-39變型花粉粒外壁紋飾

2.6 中型狼尾草87-02變型 花粉粒近球形，遠極孔，孔蓋未脫落，孔圓形，孔周圍明顯加厚。極軸長45μm，赤道軸長47.5μm，P/E比例0.9，花粉粒大小46.2μm。光學顯微鏡下花粉粒形態近球形，中間有一圈折痕（圖15），掃描電鏡下花粉粒形態皺褶較為明顯（圖16），掃描電鏡下花粉粒外壁為多個顆粒所組成的近似圓形塊狀紋飾，無裂隙（圖17）。

圖15 光學顯微鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒形狀

圖16 掃描電鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒形狀

3 討論

觀察結果表明，6份材料花粉粒形態為近球形或近球形——卵圓形，萌發孔為單孔，位于遠極面一方，周圍有明顯加厚處，花粉壁薄而易皺，明顯分為兩層，外壁紋飾形狀與顆粒大小不一，存在明顯差異。這種花粉微觀結構差異性與陳守良、金岳杏、鐘世理等學者對狼尾草屬草種、變種的劃分是相一致的［5］。

圖17 掃描電鏡下中型狼尾草87-02變型花粉粒外壁紋飾

眾所周知，多年生國產野生狼尾草屬草種普遍存在結實率較低的問題，這與狼尾草花粉粒形態不夠飽滿、存在很多皺褶有一定關系。曾有學者從體細胞染色體進化的角度解釋狼尾草屬草種存在的孤雌生殖（專性無融合生殖與兼性無融合生殖兼而有之）現象［6］：狼尾草等禾本科植物在漫長而復雜的生存過程中，在其祖先二倍體基礎上，通過累加雜交（包括四倍體與二倍體遠緣雜交）、染色體加倍進化到今天，形成現代帶有有性不育和高度雜合起源背景的四、六倍體草種或變種。上述6份材料中，體細胞染色體基數都是9（X=9），其中乾寧、寶雞與中型狼尾草3個變型體細胞染色體檢測結果為四倍體（2n=4X=36），長序狼尾草為六倍體（2n=6X=54）［7］。同時我們看到，乾寧、寶雞與中型狼尾草3個變型的花粉粒存在明顯皺褶，而長序狼尾草花粉粒較為飽滿。由此發現，花粉粒多皺褶的四倍體狼尾草結實率較低，花粉粒相對飽滿的六倍體狼尾草結實率稍高。染色體—花粉形態—結實率之間的這種驚人關聯性，為我們結合地域特點和生產需求選擇狼尾草屬草種與育種親本材料提供了科學依據。

［1］M溫坎坡，鄭卓.被子植物的花粉形態系列與系統發育［J］.植物分類學報，1990，28（2）：104-105.

［2］同文軒.中國狼尾草屬牧草資源的發掘及其開發利用前景［J］.草業科學，1990，2（2）：25-26.

［3］李寶軍，吳仁潤.乾寧狼尾草和中序狼尾草的某些生物學特性初探與核型分析［J］.草業學報，1993，2（3）：18-32.

［4］張懷山，周學輝，喬國華，等.狼尾草屬野生種及其利用價值研究［J］.中國草食動物，2010，30（1）：41-44.

［5］陳默君.中國飼用植物［M］.北京：中國農業出版社，2002：239-243.

［6］何詠松，同文軒，張林海.狼尾草屬植物孤雌生殖研究及其應用［J］.草業科學，1990，7（3）：9-11.

［7］閆貴興.中國草地飼用植物染色體研究［M］.呼和浩特：內蒙古人民出版社，2001：29-30.