基于花粉微观特征的5个杏品种孢粉学研究

韩雪平，薛晓敏，王金政，王贵平

(山东省果树研究所，山东泰安 271000)

杏属于蔷薇科(Rosaceae)杏属(ArmeniacaMill.)，原产于我国新疆，是一种营养价值较高的水果，果肉含有丰富的类黄酮、β-胡萝卜素和维生素B17等，杏仁含有多种维生素和无机盐类，是人们喜爱的水果之一，产量低是限制其产业发展的主要因素，因此研究杏的授粉生物学迫在眉睫。花粉是植物的雄性生殖细胞，携带大量遗传信息，具有较高的稳定性、可靠性和保守性，依据花粉的大小、形状和外壁纹饰等特征，可阐明植物的进化信息，进而解决植物的分类问题。许多研究均认为花粉形态可以作为品种分类和鉴定的依据[1-2]。本研究阴干花粉经喷金处理后再用扫描电镜(QUANTA-250型)进行观察，旨在为核果类的进化理论提供进一步的佐证。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的5个品种生长在山东省果树研究所泰东基地，其中欧洲杏品种为凯特、金凯特和金太阳，中国杏品种为金水杏和魁金。

1.2 方法

在山东省泰安地区于3月中下旬采集花粉，选择含苞待放的气球状花蕾，剥取花药，呈一薄层于硫酸纸盒中，室温下阴干使其自然散粉，收集散出的花粉。扫描时将花粉用双面胶粘于样品台，经离子溅射仪(SBC-12型)喷金处理后用扫描电镜(QUANTA-250型)进行观察。分别选取有代表性的视野观察花粉粒整体、花粉粒赤道面、花粉粒顶部位置的局部形态及纹饰特征，并进行拍摄。照片通过扫描在电脑中放大观察，选取有代表性的花粉粒，用Screen Compass V4.0测量极轴长(P)、赤轴长(E)、萌发沟长，计算P/E值、萌发沟长/极轴长，取平均值。观察赤面观、极面观、花粉形状、外壁纹饰类型、萌发孔类型和外壁附属物类型以及NPC分类系统地位。在SPSS 23.0软件中用平均连锁法根据欧氏距离进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 花粉微观形态特征观察

2.1.1 对称类型、极性及萌发器官 供试的5个品种无论是欧洲品种还是中国品种都属于单粒花粉，等极、辐射对称类型，从赤面观观察萌发器官是从赤道延伸至两极但不联合的萌发沟，在NPC分类系统上属于N3P4C5，在赤道位置等间距分布着3个规则的沟孔(表1、图1)。

2.1.2 形状及大小 依据王开发和王宪曾的《孢粉学概论》中的极轴/赤道轴的比例关系[3]，供试5个品种的P/E比值在1.87～2.04之间，均为长球形，金水杏的比值最高，为2.04，魁金的最低，为1.87，从高到低顺序依次为金水杏>金太阳>金凯特>凯特>魁金。极轴最短，为金凯特 (54.09 μm)，最长的为金水杏(57.60 μm)，从高到低的顺序依次为金水杏>凯特>魁金>金太阳>金凯特.赤道轴最短的为金太阳(27.43 μm)，最长的为凯特(29.66 μm)，从高到低的顺序依次为凯特>魁金>金水杏>金凯特>金太阳。花粉大小为54.09～57.60 μm(极轴)×27.43～29.66 μm(赤道轴)，属于中等大型花粉。极面观均为近圆形，赤面观为窄椭圆形(表1、图1)。

表1 花粉形态特征

2.1.3 花粉的萌发沟 供试的5个品种萌发沟长/极轴长<1，但是都在0.90以上，其中最大的金凯特为0.96，最小的金水杏为0.90，从大到小的顺序依次为金凯特>金太阳>凯特>魁金>金水杏，并且发现欧洲品种萌发沟长/极轴长的比值大于中国杏品种。

2.1.4 花粉表面纹饰和穿孔 供试的5个品种均有条纹组成，这与刘有春等的研究结果一致，即核果类果树花粉的外壁纹饰均属条纹纹饰[4]。在条纹间分布着不同密度的圆形或椭圆形的穿孔，孔径最大的为金凯特(0.28 μm)，最小的为魁金(0.21 μm)，孔频最大的为金水杏(1.11个/μm2)，其次为魁金(0.87个/μm2)，2个中国杏品种的孔频均高于3个欧洲杏品种。

2.2 花粉微观形态的显著性分析

从花粉微观形态的显著性分析中得出结论：7个指标中只有P/E值在5个品种之间0.05水平上差异显著；金水杏与其他4个品种之间在赤道轴长和萌发沟长没有显著性差异，而金水杏与除凯特外的其他3个品种的极轴长都具有显著性差异；金凯特与凯特只有在极轴长和P/E值有显著性差异，其他指标差异不明显；在孔径和孔频2项指标上，中国杏品种金水杏与魁金间差异不显著，欧洲杏品种凯特和金太阳间也差异不显著，有显著差异的基本上是欧洲杏品种和中国杏品种(图1、表2)。

表2 花粉微观形态的显著性分析(P值)

注：“*”表示在0.05水平差异显著。

2.3 5个杏品种的孔径和孔频的聚类分析

7个指标的变异系数中只有孔径和孔频达到20%以上，分别为29.17%、32.81%，以这2项指标做聚类分析可以发现在欧氏平方距离15的水平上，可以分为2组，引进的欧洲杏以及欧洲杏的实生种为一类，中国杏为一类；在10的水平上又可以分为3组，金凯特和凯特为Ⅰ组，金太阳为Ⅱ组，金水杏和魁金为Ⅲ组；金凯特与凯特遗传距离最小(0.095)，金水杏和金凯特遗传距离最大，为1.561；7个指标的贡献率中，P的贡献率为47.20%，E的贡献率为33.98%，两者贡献率可达到80%以上(图2至图4，表3、表4)。

3 讨论

本研究的5个品种在NPC分类系统上都属于N3P4C5，与刘明国等研究山杏的结果[5]一致。Muller研究表明，花粉越长，它的体积与表面积之比就越小，调节功能越强，也就越进化，所以长球形为较进化类型[6]，本研究的5个品种都属于长球形，因此属于较近化的类型。Walker认为，通常原始类型花粉表面纹饰简单，进化程度越高表面纹饰越复杂，其演化趋势表现是原始的花粉外壁无结构层(光滑)，然后在外壁上生出负雕纹(小穿孔、小穴等)，并进一步在外壁上产生突起(如粗糙的或颗粒状的)，再演化成棒状或刺状等，最后形成网状、皱纹状、条纹状纹[7]。就条纹纹饰而言，条脊相互交织是复杂纹饰，是进化的表现[8]；条脊平滑向脊洼深进化[9]；花粉大小的演化趋势为小型(<15 μm)→中等(20～40 μm)→大型(>40 μm)[10]。本研究的5个品种都具有条纹和穿孔，依此推断5个品种花粉超微形态结构，可以初步判断其进化进程属于较高等级。

变异系数大小则反映品种固有特征及品种间的个体差异，变异系数越大，说明该性状在品种之间的差异越大，利用该性状鉴别品种的可能性就越强，或该性状的选择潜力就大[11]。本研究的外壁纹饰孔径和孔频变异系数都大于20%，这与孙琪等研究的欧洲李外壁纹饰类型变异系数最大结果[12]一致。Arzani等发现伊朗的11个栽培杏品种花粉外壁纹饰，特别是条脊和孔穴特征明显，认为结合树形特征是鉴别不同杏品种的重要途径[13]。本研究依据孔频和孔径2项指标，也充分验证了以上理论，金凯特为凯特的实生种，两者之间的遗传距离是5个品种之间最小的，只有0.095，并且金凯特、凯特和金太阳3个品种同属于欧洲生态群或具有欧洲生态群的遗传背景，所以归为一组；魁金和金水杏则是具有中国杏的遗传背景，归为一组，而且金水杏与金凯特的遗传距离最大，为1.561。

表3 7个指标的总方差解释

注：提取方法为主成分分析法。

表4 5个杏品种欧氏平方距离近似值矩阵

注：这是非相似性矩阵。

表5 7个指标的变异系数值

花粉形态研究的结论不一致。周建涛等对核果类果树的新鲜花粉进行了扫描电镜观察，认为进化顺序依次为樱桃属(CerasusMill.)→李属→杏属(ArmeniacaMill.)→桃属(AmygdalusL.)[14]。近年基于核果类ITS序列分析的研究支持樱桃属是最原始种的观点[15]，认为核果类由共同的原始材料先分化成樱桃、李、杏，再由李进化产生桃，杏进化产生梅，王业遴等对自然干燥花粉形态研究结果[8]与程中平的分子生物学研究结果[16]一致，认为核果类果树进化程度由低向高的顺序为李属→樱桃属→杏梅属→桃属。本试验期望在以后的研究中涉及更多杏品种，甚至是更多核果类果树的品种，为核果类果树的进化理论与技术体系提供参考。