藏東南18種杜鵑屬植物花粉形態(tài)的比較

劉 林，梁春莉，孟凡麗，于立杰，程貴蘭，張良英

(遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 營口 115009)

杜鵑花為我國十大傳統(tǒng)名花之一，素有木本花卉之王的美譽(yù)。杜鵑屬(Rhododendron)植物不僅極富觀賞性，而且具有較高的藥用價(jià)值[1]。我國作為杜鵑花的多度中心和多樣性中心，杜鵑花種類繁多，約占全世界總數(shù)的 57%[2]。豐富的種質(zhì)資源是杜鵑花品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)。杜鵑屬植物分類復(fù)雜，變異較大，對(duì)該屬植物資源的研究已涉及分子標(biāo)記、花色、孢粉學(xué)等[3-7]諸多方面。

花粉的形態(tài)特征可以作為杜鵑花分類的依據(jù)之一。對(duì)杜鵑屬馬銀花亞屬20種植物的的研究表明，花粉形態(tài)在組間存在一定差異，可作為植物分類的輔助手段[5]。毛子軍等[6]對(duì)東北杜鵑屬植物的花粉形態(tài)進(jìn)行觀察，指出該屬在花粉形態(tài)上具有種的特性。周蘭英等[7]認(rèn)為在花粉形態(tài)特征可作為劃分組或亞組的輔助手段，但不宜單獨(dú)用于種的鑒定。

西藏為我國杜鵑屬植物的主要分布地之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，西藏約有杜鵑屬植物 170 余種[8]，其中不乏許多當(dāng)?shù)氐奶赜蟹N。尤其是藏東南地區(qū)，區(qū)內(nèi)山系縱橫交錯(cuò)，海拔落差大，形成了許多獨(dú)特、復(fù)雜的區(qū)域性小氣候[9]，孕育了豐富的杜鵑屬植物資源。目前，對(duì)該地區(qū)杜鵑屬植物資源尤其是孢粉學(xué)方面的研究尚少[4,10]。本研究利用掃描電子顯微鏡對(duì)藏東南 18 種杜鵑屬植物的花粉形態(tài)特征進(jìn)行觀測(cè)、比較，旨在為杜鵑屬植物分類提供一定的孢粉學(xué)依據(jù)，為種質(zhì)資源的研究利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

18種杜鵑屬植物的花粉于2016年4-6月在西藏林芝、米林縣及墨脫縣野外采集，分類參考《Flora of China》[2](表1)。每種杜鵑分別從4個(gè)單株采集含苞待放的花朵4～5個(gè)，干燥劑干燥保存,隨后送西北農(nóng)林科技大學(xué)電鏡室掃描拍照。

表1 試驗(yàn)材料基本信息

1.2 試驗(yàn)方法

供試杜鵑花粉充分混勻后，加入濃度4%、pH值6.8的戊二醛溶液2 mL，4℃固定12 h；再用pH值6.8、濃度0.1 mol/L的磷酸緩沖液常溫漂洗5次，每次10 min；不同濃度梯度乙醇依次脫水1次，每次時(shí)間15 min；100%濃度乙醇脫水3次，每次30 min；乙酸異戊酯置換2次，每次20 min。然后將花粉用濾紙包裹，CO2臨界點(diǎn)干燥儀(K850)干燥[11-13]。

用剪成5 mm×5 mm小塊的導(dǎo)電膠帶將處理后的花粉固定于樣品臺(tái)上，用離子濺射儀(E-1045)噴金，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(S-4800)進(jìn)行觀察和拍照。

對(duì)供試花粉進(jìn)行外觀、表面紋飾等方面的詳細(xì)觀察和描述，并測(cè)定四合體直徑和萌發(fā)孔長(zhǎng)寬，每種樣本數(shù)為20粒。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 花粉形態(tài)及大小

18種杜鵑屬植物的花粉均為四合體，單粒花粉為球形、近球形(圖1、表2)。

表2 18種杜鵑屬植物的花粉形態(tài)特征

注：1.三花杜鵑; 2.山育杜鵑; 3.草莓花杜鵑; 4.大萼杜鵑; 5.管花杜鵑; 6.雪層杜鵑; 7.鱗腺杜鵑; 8.林芝杜鵑; 9.柳條杜鵑；10.黃毛雪山杜鵑; 11.裂毛雪山杜鵑; 12.白毛杜鵑; 13.猴斑杜鵑; 14.櫻花杜鵑; 15.光柱杜鵑; 16.黃杯杜鵑; 17.腺房火紅杜鵑; 18.硬毛杜鵑。a.為花粉整體，大萼杜鵑(4)標(biāo)尺為30 μm，其余均為20 μm; b.外壁紋飾，標(biāo)尺均為5 μm。

在所有供試材料中，花粉四合體直徑存在較大差異，其最大值與最小值均出現(xiàn)在杜鵑亞屬，其中以林芝杜鵑的花粉相對(duì)較小，平均直徑為25.83 μm(22.93～27.87 μm)；而大萼杜鵑的花粉直徑最大，在44.35～54.70 μm，平均50.66 μm。常綠杜鵑亞屬的9種植物的四合體直徑平均值介于35.64～45.71 μm，差異相對(duì)略小。糙葉杜鵑亞屬的柳條杜鵑四合體直徑平均值為39.17 μm。

2.2 花粉萌發(fā)孔溝

供試花粉表面均或多或少具粘絲，單粒花粉一般為 3 萌發(fā)溝，具內(nèi)含物。在四合體花粉上，相鄰花粉粒的萌發(fā)孔溝相連，其長(zhǎng)度變化為10.89～17.38 μm，寬度為1.19～3.32 μm。黃杯杜鵑萌發(fā)孔的長(zhǎng)寬值為最高，達(dá)到17.38 μm×3.32 μm。而林芝杜鵑不僅花粉直徑相對(duì)較小，萌發(fā)孔的長(zhǎng)寬值亦是最低。

2.3 外壁紋飾

在掃描電鏡下，18種杜鵑屬植物的花粉四合體間縫深淺不一，外壁可見明顯或不明顯裂紋。一般認(rèn)為，杜鵑屬植物的花粉表面為粗糙、不明顯聚顆粒狀、致密聚顆粒狀等不同的紋飾[5-7]。本試驗(yàn)中，大部分杜鵑屬植物的花粉外壁紋飾由不規(guī)則或近圓形顆粒組成。而黃毛雪山杜鵑和白毛杜鵑同屬大理杜鵑亞組，其花粉外壁的顆粒形狀較為特殊，近似長(zhǎng)條狀，以黃毛雪山杜鵑尤為明顯(圖1a～圖10b)。同時(shí)，外壁顆粒的大小亦存在差異，大體可劃分為大、中、小3種類型(表2)。

3 討論

3.1 花粉的主要形態(tài)特征

通過對(duì)18種杜鵑屬植物的花粉形態(tài)特征進(jìn)行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，其四合體直徑存在一定差異。總體來看，供試材料涵蓋小灌木、灌木、小喬木等植株類型，其四合體直徑與植株或花冠的大小在一定程度上表現(xiàn)為正相關(guān)。除鱗腺杜鵑、柳條杜鵑外，四合體直徑>38 μm的種類一般植株相對(duì)高大。

四合體直徑的最大與最小值均出現(xiàn)在杜鵑亞屬，但9種常綠杜鵑亞屬植物的四合體直徑則相對(duì)較為集中，故從四合體直徑來看，亞屬間的差異不明顯，不宜作為亞屬劃分的依據(jù)。這與周蘭英等[7]對(duì)26種杜鵑屬植物的研究并不完全一致，可能是由于供試種類的局限性導(dǎo)致。從外壁紋飾看，黃毛雪山杜鵑和白毛杜鵑的外壁顆粒形狀較為特殊，其特殊的外壁紋飾在植物分類學(xué)上的意義還需要進(jìn)一步研究。

3.2 花粉形態(tài)與演化關(guān)系的探討

花粉的形態(tài)具有很強(qiáng)的遺傳保守性，其變異程度往往可為植物分類和推論演化趨勢(shì)提供依據(jù)[14]。一般認(rèn)為，花粉形態(tài)的演化趨勢(shì)為由大到小[15]。細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)從一端向另一端運(yùn)輸或擴(kuò)散與時(shí)間、空間相關(guān)，細(xì)胞體積過大會(huì)影響物質(zhì)傳遞與交流的速度，較原始的被子植物花粉體積一般較大。本研究中測(cè)得大萼杜鵑的花粉四合體直徑最大，而林芝杜鵑的花粉四合體直徑最小。單從花粉變異程度來看，林芝杜鵑是較為進(jìn)化的類型，準(zhǔn)確的系統(tǒng)進(jìn)化結(jié)論還需要進(jìn)一步研究其系統(tǒng)發(fā)育得出。

一般認(rèn)為，花粉表面紋飾由簡(jiǎn)單平滑向復(fù)雜類型進(jìn)化[16]。演化趨勢(shì)大致為從龜裂狀到平滑、小穴、小溝，然后到顆粒狀突起，再到棒狀、刺狀、鼓棰狀，最后演化成網(wǎng)狀、皺波狀、條紋狀[17]。本研究中的18種杜鵑屬植物，外壁紋飾由大小不一顆粒組成，有裂紋，這與杜鵑花屬的許多研究相似[7,18]。

4 結(jié)論

18種杜鵑屬植物的花粉均為四合體花粉。不同種間四合體花粉直徑差異較大，以大萼杜鵑最大，林芝杜鵑最小，且不同亞屬之間沒有明確的變化規(guī)律。

單粒花粉球形或近球形，表面均具粘絲，為3孔溝，具內(nèi)含物。其中黃杯杜鵑萌發(fā)孔的長(zhǎng)寬值最高，林芝杜鵑萌發(fā)孔的長(zhǎng)寬值最低。花粉外壁由大小、形狀不一的顆粒組成，其中黃毛雪山杜鵑和白毛杜鵑的顆粒形狀較為特殊，為長(zhǎng)顆粒狀，其他大部分杜鵑屬植物的花粉外壁紋飾由不規(guī)則或近圓形顆粒組成。外邊紋飾顆粒大小存在大、中、小差異。

綜合認(rèn)為，花粉形態(tài)特征在研究植物分類上具有積極的參考價(jià)值，可以作為植物分類研究及系統(tǒng)發(fā)育研究的輔助手段。