5种鼠尾草属观赏植物的花粉形态特征

冯 琪，田 琳,赵艺璇，张家培，刘冬云

(河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000)

鼠尾草属(SalviaL.)植物作为北方常用地被植物，具有花期长、花色艳丽、观赏价值高等特点，在全国有多个种及品种，西南地区尤为突出[1]。鼠尾草具有“神奇的花园拯救者”的美名，可用于观赏、入药、烹饪等[2]。鼠尾草属植物原产于热带，大多具有较强的耐热性，易于栽培，花期很长，是园林应用中不可多得的好材料[3]。不同植物的花粉具有不同的形态，花粉是植物携带遗传信息的雄性生殖细胞，根据植物种类的不同，花粉的活力和数量具有较大的变化[4]。基因可以控制例如形状、大小、极性等外部形态特征[5]和花粉的萌发器官及花粉外壁形成的雕纹(纹饰)特征[6]。其主要受内环境影响，具有种的特异性。花粉的性状表现相对稳定[7]，不易受外界环境的影响，具有遗传保守性[8]。通过花粉可以鉴别植物种，进而在一定程度上反映植物遗传多样性，作为研究种质资源遗传多样性的参考内容。因孢粉学标记具有简单、易操作等优点，在众多开花植物亲缘关系研究中得到广泛应用。国内外使用扫描电镜研究了猕猴桃(Actinidia)[9]、玉兰(Yulania)[10]、悬钩子(Rubus)[11]等的花粉形态，并探讨了其系统分类学意义。此外，孙淑范等[12]研究了毛地黄鼠尾草花部性状的变异及其对传粉昆虫访花偏好的影响。但是目前关于鼠尾草属植物花粉形态及其种内分类关系的研究报道较少。为了明确鼠尾草属部分观赏植物的花粉形态特征，找寻它们之间的相似性及差异性，探究其中的进化程度及亲缘关系的远近，收集了表现性状良好、花期长的国内外5种鼠尾草属植物，通过扫描电镜对这5份材料的花粉形态进行观察，以期为鼠尾草属植物系统演化研究提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料采自生长良好、有稳定花期的5种鼠尾草属植物成熟的雄花序样株上。植物名称详见表1。

1.2 方法

1.2.1 花粉采集 在所选植物的盛花期收取成熟花粉，干燥处理，-20 ℃冰箱保存。

1.2.2 预处理 先用戊二醛固定液固定样品(4 ℃)8 h以上，然后用去离子水对待测花粉进行3次浸泡，3次时长分别为6、7、8 min，再经过不同纯度的乙醇对花粉进行脱水处理，顺序及时长：50%乙醇14 min→70%乙醇14 min→85%乙醇14 min→95%乙醇15 min→100%乙醇15 min。

表1 5种供试鼠尾草属植物Tab.1 The name of the five tested species of Salvia L.

1.2.3 处理 将气室制冷到10 ℃，放入样品后，充满液体CO2，静置30 min后，放出CO2，重复3次。再次充入CO2，加热45 min关闭总气阀，慢慢放出气体，取出样品。

1.2.4 镜检 将花粉均匀弹撒在双面导电胶上，用1%碳酸熏蒸后喷金。置于 HITACHI SU8010扫描电镜上观察。

1.2.5 观察 选取有代表性的群体，对其赤道面、极面及纹饰随机选取视野，进行不同倍数的拍照。

1.2.6 数据分析 统计供试材料的赤道轴长(E)、极轴长(P)、萌发沟宽，取平均值计算P/E值[4]。根据LAPIDOT等[13]对花粉形状类型的划分标准对其进行分类。使用Excel 2010、SPSS 22.0进行数据分析处理。参考顾欣[14]、韩柏明等[15]的方法，以极轴长、赤道轴长、萌发沟宽为原始数据提取主成分，再根据5个品种鼠尾草的主成分得分进行聚类分析[16]。

2 结果与分析

2.1 花粉外部形态特征

5种鼠尾草属植物花粉均以单粒形式存在(图1)。如表2所示，玫瑰鼠尾草花粉赤道面观和极面观形状均为近椭圆形；花粉极轴长83.99 μm(78.4～87.1 μm)，变异系数为4.67%，赤道轴长72.97 μm(70.4～76.2 μm)，变异系数为3.29%；P/E值为1.15。墨西哥鼠尾草花粉赤道面观和极面观形状均为近椭圆形；花粉极轴长65.70 μm(64.8～66.2 μm)，变异系数为0.98%，赤道轴长56.09 μm(54.6～58.1 μm)，变异系数为2.63%；P/E值为1.17。樱桃鼠尾草花粉赤道面观和极面观形状均为长椭圆形；花粉极轴长77.49 μm(72.7～82.1 μm)，变异系数为4.92%，赤道轴长67.09 μm(64.2～71.9 μm)，变异系数为5.16%；P/E值为1.16。凤梨鼠尾草花粉赤道面观和极面观形状均为长椭圆形；花粉极轴长82.26 μm(80.1～83.7 μm)，变异系数为1.90%，赤道轴长 69.03 μm(66.5～72.4 μm)，变异系数为3.58%；P/E值为1.19。一串红展望薰衣草紫花粉赤道面观形状为近椭圆形或长圆形，极面观形状为长椭圆形；花粉极轴长120.71 μm(117.6～125.4 μm)，变异系数为2.78%，赤道轴长81.89 μm(78.6～84.0 μm)，变异系数为2.88%；P/E值为1.23。

综上，花粉的极轴长在65.70～120.71 μm，跨度较大，花粉粒最大的为一串红展望薰衣草紫，最小的为墨西哥鼠尾草；极轴长的变异系数在0.98%～4.92%。花粉的赤道轴长在56.09～81.89 μm，跨度较小；赤道轴长的变异系数在2.63%～5.16%。5种花粉的P/E值在1.15～1.23，均属于长球形花粉。

A: 玫瑰鼠尾草； B：墨西哥鼠尾草； C：樱桃鼠尾草; D：凤梨鼠尾草； E：一串红展望薰衣草紫

表2 5种鼠尾草属植物花粉的主要形态特征Tab.2 Main characteristics of five pollens morphology of Salvia L.

2.2 萌发孔与外壁纹饰特征

由图1和表3可知，玫瑰鼠尾草花粉具有6条萌发沟，沟不等宽，沟缘平滑，沟间有突起。萌发沟宽约7.08 μm(6.9～7.3 μm)，几乎达极，变异系数为2.82%。外壁纹饰为大网套小网纹饰，外层略厚于内层，网眼内有10～20个网孔，形状多为不规则多边形。网脊较粗。

墨西哥鼠尾草具有6条萌发沟，沟不等宽，沟内有突起，沟缘略有粗糙。萌发沟宽约5.98 μm(5.5～6.5 μm)，几乎达极，变异系数为7.01%。外壁纹饰为大网套小网纹饰，外层略厚，网眼内约有10～20个网孔，形状多为椭圆形或不规则圆形。网脊较粗，略有杂乱。

樱桃鼠尾草具有6条萌发沟，沟缘平滑，沟较其他几种深，萌发沟宽约3.63 μm(3.4～4.0 μm)，几乎达极，变异系数为7.83%。外壁纹饰为大网套小网纹饰，外层厚包裹内层。网眼内约有5～15个网孔，形状多为椭圆形或不规则圆形。网脊较粗，网孔内有突起，略有杂乱。

凤梨鼠尾草具有6条萌发沟，沟缘粗糙，沟较浅，萌发沟宽约7.98 μm(7.3～8.5 μm)，变异系数为6.41%。外壁纹饰为大网套小网纹饰，外层厚包裹内层。网眼较大，内包裹较多网孔，形状多为椭圆形或不规则圆形。网脊较粗，略有杂乱。

一串红展望薰衣草紫具有6条萌发沟，沟缘粗糙，萌发沟宽约18.52 μm(16.3～20.4 μm)，沟较长，几乎达极，变异系数为9.18%。外壁纹饰为3套网纹饰，网眼内有2层网孔，多个小网孔围绕一个大网孔，小网孔约有5～15个，形状多为椭圆形或不规则圆形。网脊较粗，外层网包裹内层。

表3 5种鼠尾草属植物花粉的主要形态特征的多重比较Tab.3 Multiple comparison of main characteristics of five pollens morphology of Salvia L.

2.3 聚类分析

从图2可以看出，在遗传距离2.0处，鼠尾草的5个品种被划分为3类，其中玫瑰鼠尾草、凤梨鼠尾草、樱桃鼠尾草聚为一类，墨西哥鼠尾草与一串红展望薰衣草紫各自为一类；当遗传距离为4.0时，墨西哥鼠尾草与玫瑰鼠尾草、凤梨鼠尾草、樱桃鼠尾草合为一类，一串红展望薰衣草紫聚类情况不变。

图2 5种鼠尾草属植物花粉形态指标聚类分析Fig.2 The cluster of five species of Salvia L. based on pollen morphology indexes

3 结论与讨论

花粉形状、花粉粒大小、萌发沟宽[4]及数量[17]、条脊类群和条脊宽[18]等是花粉的超微形态特征。这些稳定可靠的指标能够对植物的科、属、种提供分析鉴别的依据[19]。本试验结果表明，鼠尾草属种(品种)的花粉在形状、萌发沟位置、萌发孔位置、外壁纹饰等方面的相似性说明各种(品种)在属的水平上高度统一：花粉形状均为长球形，赤道面和极面观均为长椭圆形或近圆形[20]，这与王开发等[21]的研究结果相一致。但在花粉超微形态方面，萌发沟宽变异最明显，变异系数在2.82%～9.18%；赤道轴长较稳定，变异系数在2.63%～5.16%，赤道轴长短及萌发沟宽等方面的差异说明鼠尾草属种(品种)具有遗传差异性。通过观察，P/E值最稳定，可作为区分不同品种的一项较为可靠的参数。经显著性分析，不同种(品种)间极轴长、赤道轴长、萌发沟宽存在极显著差异(P<0.01)。由此可见，不同种鼠尾草属植物花粉形态存在一定差异，可以鉴别植物种(品种)，进而一定程度上反映植物遗传多样性。

花粉能够用来作为植物亲缘关系鉴定及分类研究的依据，是因为它与其他器官不同，跟环境的关系不密切，具有遗传稳定性[22]。有关孢粉学在植物进化方面的研究具有多种观点，WALKER[23]认为，被子植物的花粉是由大到小进化的，比较原始的被子植物的花粉体积较大；而周守标等[24]得出的花粉粒表面纹饰进化规律则与ERDTMAN[25]有关被子植物的研究相一致，根据植物遗传进化规律，花粉形态上，外壁纹饰由光滑结构向穴状、条纹状发展演化[26]。同时，条纹大小、宽窄等花粉外壁纹饰特征也可以成为衡量被子植物进化程度的依据。本研究中，5种花粉粒大小排序：一串红展望薰衣草紫>玫瑰鼠尾草>凤梨鼠尾草>樱桃鼠尾草>墨西哥鼠尾草。

花粉萌发孔的发育情况可以反映出植物进化程度，萌发孔越简单，植物进化程度越低[27]，花粉萌发孔为复合萌发孔的植物进化程度较高[28]。本研究中，5种花粉除了一串红展望薰衣草紫为3套网纹饰之外，其余外壁纹饰均为大网套小网纹饰；5种花粉均有6条萌发沟，一串红展望薰衣草紫萌发沟最宽,为18.52 μm，变异系数最大，为9.18%。综上所述，在这5种花粉中，一串红展望薰衣草紫较为进化，根据聚类分析来看，一串红展望薰衣草紫与其他4种亲缘关系较远，进化程度高，而墨西哥鼠尾草等为较为原始的种。

由此可见，鼠尾草属不同种(品种)植物花粉的形状、外壁纹饰类型、极轴的长度和P/E值可反映出种间的差异，也能反映出近缘物种间一定的进化和亲缘关系，为其分类及进化研究提供一定的孢粉学依据。花粉外壁纹饰受基因控制，具有一定的稳定性，但不同品种花粉形态具有一定相似性[29]，单凭孢粉学作为判断品种间亲缘关系及分类依据，还不够全面，存在一定局限性，在今后研究中需要结合形态学标记、分子标记等多方面对其进行综合分析。