紫杏（Prunus dasycarpa Ehrh.）及其近緣屬植物花粉形態特征研究

圖爾蓀古麗·吾拉伊木 黃 雪 郭 玲

（塔里木大學植物科學學院/南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

根據中國植物志（http://www.iplant.cn/info/Armeniaca）對杏屬植物的分類、分布記載，紫杏（P.dasycarpa）僅在新疆南部有少量分布，代表類型有‘葉城紫杏’（又稱‘紫杏’）和‘阿里瓦拉’。另外，中亞的克什米爾、烏克蘭、伊朗等地有許多栽培類型的紫杏[1]。有關紫杏的雜交起源前人做了一系列研究。Byrne[2]通過同功酶研究推測紫杏可能是櫻桃李（P.cerasifera）與杏的天然雜交種；何天明[3]通過人工雜交試驗認為，紫杏可能是杏和櫻桃李的天然雜交種；徐桂香[4]利用4條引物擴增的74個位點，認為‘紫杏’與櫻桃李有較近的親緣關系，與杏親緣關系較遠。另外，利用DNA條形碼技術，表明‘紫杏’和‘阿里瓦拉’均具有1長1短2條ITS序列，說明紫杏是1個雜交類型[5]。在此基礎上，又通過櫻桃李、紫杏、杏的多個單拷貝的葉綠體基因序列和核基因序列，確定紫杏的母本是櫻桃李[6]。有學者通過trnL-F序列片段，也得出櫻桃李（P.cerasifera）是紫杏的母本[7]。這些結果與涉及AFLP、SSR、ISSR和 SRAP[8-10]等分子標記研究中‘紫杏’單獨聚類的結果相吻合。綜上所述，基于紫杏雜交來源的分子證據，對紫杏及近緣屬的花粉顯微結構進行觀測，從孢粉學的角度解析其雜種特性。

植物花粉的形態特征受基因控制，具有固定的形態結構和極強的遺傳保守性，其中帶有大量的信息可為植物的系統分類、演化提供依據，花粉粒的大小、形態以及外壁紋飾可作為劃分種的依據[11]。并廣泛用于蘋果、梨，葡萄、桃、棗和杏[12-18]的研究，以探討果樹的分類、起源及親緣關系。有關紫杏與其近緣植物的花粉形態學特征尚不清楚，本研究通過對花粉形態特征進行比較研究，以期為紫杏的雜交起源提供孢粉學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材取自新疆農科院輪臺國家果樹資源圃。于3月下旬采集紫杏、櫻桃李和杏3個物種的6份材料的成熟花粉。

1.2 方法

分別采集6份材料的10朵大蕾期花，把所有花藥置于有硅膠的離心管進行干燥，將干燥的花粉輕彈于粘有雙面膠的樣品托上，經JFC-1 600離子濺射儀噴鍍80 s，在JSM-6390LV掃描電鏡（SEM）（公司，日本）下觀測、記錄。選擇有代表性的視野分別是200×（群體）、1 500×（極面觀、赤道面觀）和10 000×（外壁紋飾，即赤道面中央區）進行拍攝后保存圖片（圖1），照片通過掃描在電腦中觀察，用Screen Calipers 4.0軟件進行數量指標測量，其中定量指標2個，即極軸長（P）、赤軸長（E），每項指標測量數據30個。參照孢粉學術語和孢粉學手冊[19-20]，花粉大小用P表示，25 μm ＜ P ＜ 50 μm 為中型花粉，50 μm ＜ P ＜100 μm為大型花粉；其中花粉形狀以P/E表示，其中0.88＜P/E＜1.14為圓球形，1.33＜P/E＜2為長球形，P/E＞2為超長球形。另外，觀察赤面觀、極面觀、花粉形狀、外壁紋飾類型和萌發孔型。

1.3 數據分析

利用SPSS22.0軟件進行數據統計與分析。包括花粉極軸和赤道軸的長度、極大值、極小值、平均值、變異系數、標準差。

2 結果與分析

2.1 花粉形狀和大小

利用掃描電子顯微鏡觀察供試樣本的群體花粉形態。如圖1所示（圖版1A-6A），3個物種的6份試材花粉均為單粒花粉、等極、輻射對稱，有3個規則的孔溝等間距的分布在赤道位置，從赤道延伸至兩極但沒有聯合，赤面觀為長橢圓形（圖版1B-6B）。根據埃爾特曼[19]提出的P/E的比值確定花粉形狀，‘葉城紫杏’、‘紅櫻桃李’、‘黃櫻桃李’和‘輪臺小白杏’為超長球形，‘阿里瓦拉’和‘庫車小白杏’為長球形。由表1可知：供試的花粉大小為中型花粉（25 μm＜P＜50 μm）且種間存在顯著差異，種間材料極軸由大到小的順序是：杏＞櫻桃李＞紫杏；在種內的變異水平上‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的極軸變異系數和標準差都較大，櫻桃李種內的變異最小。其次，花粉的赤軸大小也存在顯著差異，種間材料的大到小的順序是：杏＞櫻桃李＞紫杏；在種內變異水平上：杏和櫻桃李的種內變異較小，紫杏的種內變異大。在表1中，P/E值最大的是‘葉城紫杏’為2.16，最小的是‘庫車小白杏’為1.87，2份櫻桃李材料分別為2.02和2.03。從紋飾類型來看：杏、櫻桃李、紫杏3個種里的5份材料均為條紋-有穿孔類型（圖1，圖版1C-6C），僅‘阿里瓦拉’為條紋-無穿孔類型。花粉的形狀和紋飾類型方面，紫杏的種內和種間變異均較大。

圖1 電鏡下花粉的照片

2.2 花粉的萌發孔

供試的6份花粉均具有3條萌發溝，均屬Erdtman NPC系統中的N3P4C5類型，即均有3孔溝環狀萌發孔，由內孔和溝組成，內孔塌陷，呈蓋狀結構，稱為孔蓋（圖版1B-6B），極面觀為長橢圓形，覆有不規則的網狀雕紋，并且獨立于外壁；赤道中部較寬，兩端漸窄（圖版1B-6B），沿極軸方向等間距環狀分布，延伸直至兩極。本研究中‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’均有一定數量的花粉萌發溝有塌陷、畸變（圖版1A和2A），這可能與種間雜交導致的花粉畸形有關。

2.3 花粉外壁紋飾

植物的花粉外壁紋飾存在著一定的演化規律，由圖1（圖版1C-6C）可知：紫杏和櫻桃李花粉外壁紋飾均為條紋狀，條紋不平直，有分支、有交叉，外壁紋飾較為復雜。其中‘阿里瓦拉’表面飾紋較為平整、無穿孔。2份杏花粉的穿孔密度居中，櫻桃李花粉外壁穿孔密度最大，‘葉城紫杏’與2份櫻桃李花粉穿孔密度、外壁紋飾較相近；杏的花粉外壁紋飾為條紋狀，不平直有分支，見圖1（圖版1C-6C）。

表1 花粉形態特征

3 討論

3.1 花粉微觀形態特征

植物花粉的形狀和大小在植物學分類中有著重要的參考價值。Arzani等[21]認為杏的花粉是中型花粉。Tong等[22]表明杏屬植物的花粉形狀為長橢圓形，花粉大小為（51.38～60.19 μm），屬于中型花粉。本研究測得杏花粉大小與前人研究測得的大小范圍一致，6份花粉均為中等大小。從花粉形態上看，所有花粉均具有3條萌發溝，均屬于N3P4C5類型。這一結果與劉有春[17]、劉明國[23]、孫慧瑛[24]及韓雪平[25]的研究結果一致。花粉外壁紋飾在花粉鑒定上具有重要意義，廖明康[18]認為紫杏的花粉紋飾復雜，這與我們所觀察到的‘葉城紫杏’花粉外壁有穿孔飾紋，而‘阿里瓦拉’無穿孔，它們在花粉大小、花粉外壁形態的差異均很大。綜上所述，紫杏的種間變異與種內變異均高于其它2個物種。這也從孢粉學的角度闡明紫杏是一個雜交種，與分子標記和DNA條形碼技術研究所得結論相吻合[6]。

3.2 紫杏與近緣物種的親緣關系

紫杏、櫻桃李和杏的親緣關系研究得出紫杏雜交母本來源是櫻桃李[6-7]。‘葉城紫杏’的花粉顯微形態、外壁紋飾特征與櫻桃李很相近，從另一方面表明，由于杏高度雜和[26]，紫杏的雜交后代受到胞質基因組的影響，與母本櫻桃李相近。‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’在花粉數量、花粉大小的變異幅度都較大，具有種內花粉特征各異的特點，說明紫杏不具有種的分類學特征。本研究從孢粉學的角度闡明了該種間雜交具有雄性敗育的特點。此外，‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的花期與櫻桃李的花期接近，比杏的花期推后1周左右[27]。從孢粉學特征和開花物候期方面均表明，紫杏具有種間雜種的特點，有關紫杏與近緣屬的系統發育關系有待進一步研究。

4 結論

花粉形態是植物分類學的重要依據，通過對紫杏及其近緣物種的6份材料的成熟花粉的超微結構觀察，這些花粉均為單粒花粉、輻射對稱、屬N3P4C5類型。其中‘葉城紫杏’、‘紅櫻桃李’、‘黃櫻桃李’和‘輪臺小白杏’為超長球形，而‘阿里瓦拉’和‘庫車小白杏’為長球形。‘葉城紫杏’和‘阿里瓦拉’的極軸長和赤軸長的變異系數和標準差都較大，且花粉少、畸形花粉多，具有雄性敗育的特征特性，為紫杏雜交來源提供了孢粉學依據。