野生蔥屬4個品種種子形態比較和種皮微結構觀察

包秀霞, 廉 勇, 田中興, 白音達來, 張 歡

(1.呼和浩特民族學院化學與環境學院, 呼和浩特 010051;2.內蒙古自治區農牧業科學院, 呼和浩特 010031)

多根蔥(Alliumpolyrhizum)、細葉韭(Alliumtenuissimum)、山韭(Alliumsenescens)、野韭(Alliumramosum)屬于百合科蔥屬強旱生、旱生、中旱生和旱生的多年生草本植物。近年來,特色香料行業不斷發展,野生韭菜花的毀滅式采挖較嚴重,再加上草原連續干旱少雨,導致野生蔥屬植物自然分布及群落面積日益減小[1]。在開展野生蔥屬植物萌發生理生化特性的研究中發現,多根蔥、蒙古韭和細葉韭等種子具有的休眠特性給人工播種帶來了出苗率低、出苗不齊的障礙[2-5]。但關于以上4種野生蔥屬植物種子形態和種皮微結構的對比研究仍未見報道。

種子表皮微結構的研究在分類學和鑒定學上的應用極其受關注,在植物系統學和進化領域的研究中發揮著獨特作用[6]。觀察種子形態結構的實驗中,掃描電鏡是觀察種子表面超微結構的最理想的設備之一[7]。目前,掃描電鏡廣泛應用于研究種子形態及分類[8]。Jordaan[9]對胡麻科鉤果草種皮發育、解剖及掃描電鏡研究;Mro等[10]對車前科香彩雀屬柳葉香彩雀種子發育前后掃描電鏡觀察研究;郭世陽等[11]比較研究6個品種谷子種子形態,采用掃描電鏡觀察種皮微結構;宛詣超等[12]利用掃描電鏡觀察冷蒿種皮結構微形態等研究。本研究應用體視顯微鏡和掃描電鏡對4個野生蔥屬植物種子形態及種皮微結構進行觀察比較,并探索野生蔥屬植物種子休眠的機制,為打破種子休眠、提高出苗率提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

儀器設備:KQ-300DE型數控超聲波,奧林巴斯體視顯微鏡(型號:SZX16),日立SU1510型掃描式電子顯微鏡。4種供試材料分別為多根蔥、細葉韭、山韭、野韭,均來自內蒙古四子王旗荒漠草原。

1.2 方 法

1.2.1外形觀察

選擇自然干燥的4個品種種子,使用數控超聲波清洗器(KQ-300DE型)對種粒進行清洗,去除種子表面灰塵和雜物;將不同品種30粒種子置于體視顯微鏡(型號:SZX16)下觀察種子形態、顏色并拍照,測量長度和寬度。

1.2.2種子的掃描電鏡觀察

隨機選取成熟、發育良好的種子各10粒,用等滲的生理鹽水清洗種子表面后分為2份,一份作為對照處理,另一份用98%濃硫酸浸泡5 min,再用流水沖洗24 h后置于烘干箱烘干,作為酸蝕處理。用鑷子將不同品種種子擺放于粘有導電膠帶的掃描電鏡載物臺上,噴金后放置于掃描式電子顯微鏡 (工作電壓15 kV)下,觀察種子外表皮紋飾并照相。

2 結果與分析

2.1 種子外形的觀察與比較

由圖1可見,4個品種種子均屬于瘦果,其中多根蔥和細葉韭種子外形呈倒卵形,背部隆起,腹部內凹,形成三棱,種皮黑色略帶光澤;山韭和野韭種子呈橢圓形和半圓形,背部稍隆起,腹部稍內凹,形成龜殼形。

注:1為多根蔥種子;2為細葉韭種子;3為山韭種子;4為野韭種子。圖1 4種蔥種子形態Fig.1 Seed morphology of 4 Allium varieties

多根蔥和細葉韭種子主要以三棱形為主,長寬比值較小;山韭和野韭種子主要為龜殼形,長寬比值較大。4個品種種子長度在1.3～3.6 mm之間,寬度在1.0～2.5 mm之間。野韭種子最長,平均為3.00 mm,細葉韭種子最短,平均為1.58 mm。野韭種子寬度最寬,為2.15 mm;多根蔥種子寬度最窄,為1.31 mm。利用 SPSS22.0軟件對 4個品種種子長度、寬度和千粒重進行ANOVA分析,結果(表1)顯示,除多根蔥與細葉韭種子長度間無顯著差異外,其余兩兩之間均差異顯著;除多根蔥與山韭種子寬度間無顯著差異外,其余兩兩之間均存在差異顯著;不同品種間種子千粒重差異顯著,野韭種子千粒重最重,為2.305 g;細葉韭種子最輕,為1.154 g。

表1 4個品種種子外形比較Table 1 Seed shape comparison of four varieties

2.2 種子表皮微結構

種子表皮的紋飾有顆粒狀紋飾、刺狀紋飾、網狀紋飾。網狀紋飾為最常見的紋飾,由多邊形網脊、網格組成。酸蝕處理后4個品種種子種皮出現不同程度的破損,種皮網狀結構間距離被拉長或部分網脈斷裂。

多根蔥種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊較清晰可見,網格間距較大,部分網脈已出現斷裂,說明酸蝕對種皮有一定的破壞(圖2中1～4)。

注:1～4為多根蔥種子(放大倍數40×,200×,400×,800×);5～8為細葉韭種子(放大倍數40×,200×,400×,800×);9～12為山韭種子(放大倍數40×,200×,400×,800×);13～16為野韭種子(放大倍數40×,200×,400×,800×) 。下同。圖2 4個品種酸蝕種子種皮微結構Fig.2 Seed coat microstructure of four varieties by acid etching

細葉韭種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊較清晰可見,網格間距較小,部分網脈已出現斷裂移動,說明酸蝕對種皮有明顯的破損(圖2中5～8)。

山韭種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊非常清晰可見,網格間距較大,而且有較厚的網脈和被酸蝕物,酸蝕對種皮有一定的影響(圖2中9～12)。

野韭種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊非常清晰可見,網格間距非常小,網格間未見網脈,酸蝕對種皮無明顯的干擾(圖2中13～16)。

對4個品種的完整種子種皮微結構掃描電鏡觀察后發現,4個品種種子種皮均為網狀結構,但網脊清晰程度有所不同。

多根蔥種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊基本清晰可見,網格間距較緊密,可見種皮較薄(圖3中1～4)。

圖3 4個品種完整種子種皮微結構Fig.3 Seed coat microstructure of intact seed in four varieties

細葉韭種子表皮微結構為不規則六邊形網狀紋飾,網脊較清晰可見,網格間連接緊密,種皮部分網格稍凸起(圖3中5～8)。

山韭種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊清晰可見,網格間距較大,網格間有多個較厚的網脈連接,種皮凸起(圖3中9～12)。

野韭種子表皮微結構有規則的網狀紋飾,網脊清晰可見,網格間距較小,網狀結構間連接緊密(圖3中13～16)。

3 結 論

4個野生蔥屬植物種子顏色基本相同,但形狀和大小在不同品種間有明顯的差異。通過體視顯微鏡對不同品種種子顏色、形態和大小觀察后發現,4個品種種子種皮均為黑色略帶光澤,多根蔥和細葉韭種子形狀為倒卵形,山韭種子為近橢圓形,野韭種子為近半圓形;多根蔥長度與細葉韭種子間,除寬度與山韭種子間無顯著差異外,其余差異顯著,山韭、野韭種子長寬比與其余兩個品種間差異顯著,種子千粒重在不同品種間也存在顯著差異。對兩個處理下4個品種種子表皮微結構觀察比較結果顯示,酸蝕種子種皮出現不同程度的破損,比完整種子表面變得平整,部分網脈已出現斷裂,說明酸蝕處理可在一定程度上打破種子休眠。4個品種的完整種子種皮微結構比較結果表明,細葉韭和山韭種子種皮凸起,山韭種子種皮網狀結構網格間網脈最厚,網格間距最大。多根蔥和野韭種子種皮網狀結構較平整、網格間較緊密,4個品種種子表面紋飾的樣式和網狀結構的不同。

4 討 論

本研究對4種野生蔥屬植物種子種皮進行了體視顯微鏡和掃描電鏡觀察和比較,發現4個品種種子外部形態和表面超微結構的差異性可以作為打破種子休眠的參考依據之一。種子表面微形態作為品種的鑒別依據具有一定的價值[13],本研究中種子表面微結構的變化反映了不同品種之間的差別,也為打破種子休眠機制提供了新依據。