4种国产狼尾属草种花粉形态的研究

张怀山，同文轩，舒 璞

（1.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，甘肃 730050；2.江苏省植物研究所）

花粉粒的形态，尤其是花粉粒外壁的纹饰是较为稳定的。在植物分类学研究中，对自然界植物花器的微观特征研究，已成为鉴定与区别植物属种最为重要的手段［1］。

狼尾草属（Pennisetum Rich）植物，全世界约有140种，亦说80余种［2］，我国迄今为止有文献记载的国产狼尾草属草种已达9种、3变种、若干个变形或变异［3］。多数狼尾草属草种是优良的饲用型牧草，也是水土保持、路边护坡、造纸、编织、燃烧发电的生态型牧草和能源型牧草。狼尾草野生种的引种驯化、栽培技术以及加工利用等研究也是成就斐然［4］。然而有关狼尾草属草种花粉形态的研究，至今却鲜有报道。开展这方面的研究，对于准确划分狼尾草属草种、变种以及高产优质多抗狼尾草新品种选育中亲本材料的选择，都可以在花粉微型结构信息方面提供有力佐证。

1 材料与方法

1.1 材料来源 ①乾宁狼尾草（P.qianningense S.L.Zhong），原种采自昆明东郊茶旺山一带；②长序狼尾草（P.longissimum S.L.Chen et Y.X.Jin），原种采自贵阳黔灵山公园内；③宝鸡狼尾草（P.baojiense Tong W.X sp.nov.），原种采自宝鸡以南川陕公路13 km处清水河北岸；④中型狼尾草83-48变型（P.longissimum var.ZHL 83-48 or Xiangyun），原种采自云南祥云，属中型狼尾草（P.longissimum）一变型，也叫“祥云变形”，草叶较柔软，穗形细长；⑤中型狼尾草84-39变型（P.longissimum var.ZHL 84-39），原种采自昆明东郊云南第一监狱附近的路边田坎，属中型狼尾草一变型，叶戟形，叶面、叶线较粗糙，穗形中长而小穗开散；⑥中型狼尾草87-02变型（P.longissimum var.ZHL 87-02），原种采自昆明东郊呼马山南坡土壤基质比较瘠薄地段，属中型狼尾草一变型，穗和叶片狭窄、短小。

1.2 测定方法 取3种、1变种的3个变形共6份材料盛花期相应花序上的成熟花粉颗粒，分别放置在光学显微镜和电子扫描镜下进行花粉粒形态与外壁纹饰的观察，测定极轴长（P）、赤道轴长（E）和P/E比例。光学显微镜观察时，花粉粒先经“醋酸酐分解法”处理；电子扫描镜观察则不经分解处理，金箔喷度后在S-450型电子扫描电镜（SEM）下进行观察照相制作图片。花粉粒形态图片按300倍放大制作，外壁纹饰图片按10 000倍放大制作。每种材料选择20粒花粉，测定结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 乾宁狼尾草 花粉粒近球形，远极孔，花粉壁薄而皱，明显分为两层。光学显微镜下花粉粒形态近球形（图1），扫描电镜下花粉粒形态有皱褶（图2），扫描电镜下花粉粒外壁为颗粒状纹饰，无裂隙（图3）。

图1 光学显微镜下乾宁狼尾草花粉粒形状

图2 扫描电镜下乾宁狼尾草花粉粒形状

2.2 长序狼尾草 花粉粒近球形，远极孔，孔盖未脱落，孔椭圆形。极轴长50 μm，赤道轴长 56.25 μm，P/E比例0.89。光学显微镜下花粉粒形态近球形（图4），扫描电镜下花粉粒形态饱满，有穿孔（图5），扫描电镜下花粉粒外壁为颗粒状纹饰，无裂隙（图6）。

图3 扫描电镜下乾宁狼尾草花粉粒外壁纹饰

图4 光学显微镜下长序狼尾草花粉粒形状

2.3 宝鸡狼尾草 花粉粒近球形——卵圆形，远极孔，孔盖未脱落，孔椭圆形。极轴长55μm，赤道轴长67.5μm，P/E比例0.8，花粉粒大小60.9μm，粒壁2层。光学显微镜下花粉粒形态近球形——卵圆形，中间有一道折痕（图7），扫描电镜下花粉粒形态皱褶较为明显（图8），扫描电镜下花粉粒外壁为细小颗粒状纹饰，由细小颗粒组成的块状纹饰形状不一，大小较为一致，块间裂隙明显，并伴有穿孔（图9）。

图5 扫描电镜下长序狼尾草花粉粒形状

图6 扫描电镜下长序狼尾草花粉粒外壁纹饰

图7 光学显微镜下宝鸡狼尾草花粉粒形状

图8 扫描电镜下宝鸡狼尾草花粉粒形状

2.4 中型狼尾草83-48变型 花粉粒近球形，多皱，单孔位在远极面，孔盖脱落，孔椭圆形。扫描电镜下花粉粒形态有皱褶（图10），扫描电镜下外壁为颗粒状纹饰，由多个颗粒组成的近似圆形块状纹饰鱼鳞状排列，明显有裂隙（图11）。

图9 扫描电镜下宝鸡狼尾草花粉粒外壁纹饰

图10 扫描电镜下中型狼尾草83-48变型花粉粒形状

2.5 中型狼尾草84-39变型 花粉粒近球形——卵圆形，多皱，远极孔，孔椭圆形，孔盖脱落。极轴长45μm，赤道轴长55μm，P/E比例0.8，花粉粒大小49.7μm，粒壁2层。

图11 扫描电镜下中型狼尾草83-48变型花粉粒外壁纹饰

图12 光学显微镜下中型狼尾草84-39变型花粉粒形状

光学显微镜下花粉粒形态近球形——卵圆形，上有多道折痕（图12），扫描电镜下花粉粒形态皱褶较为明显（图13），扫描电镜下花粉粒外壁为多个细小颗粒所组成的块状纹饰，无裂隙（图14）。

图13 扫描电镜下中型狼尾草84-39变型花粉形状

图14 扫描电镜下中型狼尾草84-39变型花粉粒外壁纹饰

2.6 中型狼尾草87-02变型 花粉粒近球形，远极孔，孔盖未脱落，孔圆形，孔周围明显加厚。极轴长45μm，赤道轴长47.5μm，P/E比例0.9，花粉粒大小46.2μm。光学显微镜下花粉粒形态近球形，中间有一圈折痕（图15），扫描电镜下花粉粒形态皱褶较为明显（图16），扫描电镜下花粉粒外壁为多个颗粒所组成的近似圆形块状纹饰，无裂隙（图17）。

图15 光学显微镜下中型狼尾草87-02变型花粉粒形状

图16 扫描电镜下中型狼尾草87-02变型花粉粒形状

3 讨论

观察结果表明，6份材料花粉粒形态为近球形或近球形——卵圆形，萌发孔为单孔，位于远极面一方，周围有明显加厚处，花粉壁薄而易皱，明显分为两层，外壁纹饰形状与颗粒大小不一，存在明显差异。这种花粉微观结构差异性与陈守良、金岳杏、钟世理等学者对狼尾草属草种、变种的划分是相一致的［5］。

图17 扫描电镜下中型狼尾草87-02变型花粉粒外壁纹饰

众所周知，多年生国产野生狼尾草属草种普遍存在结实率较低的问题，这与狼尾草花粉粒形态不够饱满、存在很多皱褶有一定关系。曾有学者从体细胞染色体进化的角度解释狼尾草属草种存在的孤雌生殖（专性无融合生殖与兼性无融合生殖兼而有之）现象［6］：狼尾草等禾本科植物在漫长而复杂的生存过程中，在其祖先二倍体基础上，通过累加杂交（包括四倍体与二倍体远缘杂交）、染色体加倍进化到今天，形成现代带有有性不育和高度杂合起源背景的四、六倍体草种或变种。上述6份材料中，体细胞染色体基数都是9（X=9），其中乾宁、宝鸡与中型狼尾草3个变型体细胞染色体检测结果为四倍体（2n=4X=36），长序狼尾草为六倍体（2n=6X=54）［7］。同时我们看到，乾宁、宝鸡与中型狼尾草3个变型的花粉粒存在明显皱褶，而长序狼尾草花粉粒较为饱满。由此发现，花粉粒多皱褶的四倍体狼尾草结实率较低，花粉粒相对饱满的六倍体狼尾草结实率稍高。染色体—花粉形态—结实率之间的这种惊人关联性，为我们结合地域特点和生产需求选择狼尾草属草种与育种亲本材料提供了科学依据。

［1］M温坎坡，郑卓.被子植物的花粉形态系列与系统发育［J］.植物分类学报，1990，28（2）：104-105.

［2］同文轩.中国狼尾草属牧草资源的发掘及其开发利用前景［J］.草业科学，1990，2（2）：25-26.

［3］李宝军，吴仁润.乾宁狼尾草和中序狼尾草的某些生物学特性初探与核型分析［J］.草业学报，1993，2（3）：18-32.

［4］张怀山，周学辉，乔国华，等.狼尾草属野生种及其利用价值研究［J］.中国草食动物，2010，30（1）：41-44.

［5］陈默君.中国饲用植物［M］.北京：中国农业出版社，2002：239-243.

［6］何咏松，同文轩，张林海.狼尾草属植物孤雌生殖研究及其应用［J］.草业科学，1990，7（3）：9-11.

［7］闫贵兴.中国草地饲用植物染色体研究［M］.呼和浩特：内蒙古人民出版社，2001：29-30.