42个三角梅品种的花粉形态比较分析

周 群，徐夙侠，王 振

（1厦门市园林植物园，福建厦门 361000；2福建省亚热带植物研究所福建省亚热带植物生理与生化重点实验室，福建厦门 361006）

0 引言

三角梅属（Bougainvillea，2n=34，少数2n=51）植物，属石竹目 (Caryophyllales) 紫茉莉科(Nyctaginaceae)，包括18个种，主要分布于南美洲的巴西、秘鲁、厄瓜多尔、阿根廷、哥伦比亚等[1]。常见的三角梅属有3个自然种和3个杂交种，3个自然种为光叶三角梅(B.glabra)、三角梅(B.spectabilis)和秘鲁三角梅(B.peruviana)，3个杂交种为巴特三角梅(B.×buttiana)、巴克三角梅(B.× spectoperuviana)和拉塔拉三角梅(B.×spectoglabra)。研究表明，该属的几个种不仅在园艺领域具有重要的价值，而且在医药、保健等方面显现突出的价值[2-4]。然而，该属的绝大多数物种高度不育，以无性繁殖为主，这也是三角梅属植物的基因池趋向单一的主要原因之一[5-6]。三角梅在国内自然结实率较低，研究三角梅的花粉形态，确定花粉形态和三角梅育性的内在联系，找到三角梅自然结实率较低的原因具有重要意义。调查发现，光叶三角梅(B.glabra)、三角梅(B.spectabilis)和秘鲁三角梅(B.peruviana)3个自然种可以结少量种子，3个杂交种（B.× buttiana、B.×spectoperuviana和B.×spectoglabra）结实率极低，其花苞多表现为重苞、混色、渐变，其叶多为花叶或斑叶[7,8]。Khoshoo和Zadoo[5]调查了60个品种的花粉活力，其中10个品种的花粉活力为50%～90%。López和Galleto[9]调查了三角梅属植物的286 朵花，发现自交几乎不结实，自然杂交条件下结实率约35%。无论从次生代谢生物学的角度，还是生殖发育学的角度，三角梅都是一个十分特别的物种，三角梅属植物的高度不育十分普遍，但由于三角梅属植物可通过无性繁殖的方式进行繁育，一方面弥补了不足，另一方面也导致其有性繁殖研究的空缺和滞后[10]。研究者试图从各角度探讨三角梅属植物的不育机制，徐夙侠等[11]从类黄酮的代谢找出三角梅属植物不育的可能机制。周群等[12]研究了18个三角梅品种的花粉育性与花粉形态的观察，探索了适合花粉离体萌发的培养基，通过离体萌发培养法测定了花粉生活力，并按生活力大小进行了分级。同时利用显微镜观察其中7 种三角梅的花粉形态，探讨了不同三角梅品种间花粉形态与育性的相关性，为三角梅的杂交授粉及新品种培育提供了参考，同时通过人工杂交授粉试验，摸索出三角梅杂交授粉技术，其中伊娃夫人与帝国喜悦的杂交结实率最高，可达8.3%。唐宁浩等[13]观察3 个南方枣品种的花粉形态，对其花粉育性做了比较，提出颗粒饱满的枣花粉具有较高的育性，而出现畸形的枣花粉出现极低的育性。花粉育性可能是三角梅属植物不育的主要原因。笔者对三角梅属的42个品种的花粉形态进行详细的调查，统计花粉粒的大小、萌发沟的数量、芽突数量，参照前人研究的三角梅育性数据，两者相互比较，探究三角梅花粉形态和育性之间的关系，并对花粉育性与之的相关性进行讨论，旨在研究三角梅花粉的外部形态，对芽突数量、萌发沟等方面和花粉生活力进行关联性分析，探究三角梅花粉在萌发前期形态与花粉活力的关系。

1 材料与方法

1.1 试验材料

三角梅花粉于2017 年7—9 月收集于厦门市园林植物园三角梅研究基地，共42 个三角梅品种，由于三角梅不同品种花期不同，本试验采样分2次进行。

1.2 试验方法

摘取三角梅初开的1～3 天内的花蕾，此时花被管微裂。用解剖刀和镊子取出花粉后，使用称量纸包裹，置于培养皿中，将三角梅花粉样品置于烘干箱内36℃烘干72 h。用钥匙背部将烘干后的花粉粒均匀的撒在粘有双面导电胶的金属台上，进行抽真空和镀膜喷铂30 s，于Hitachi SU-70 分析超高分辨率肖特基热场发射扫描电子显微镜下观察。单个个体主要放大倍数为3000倍，局部细节观察放大倍数为10000倍[14-16]。以上试验操作在厦门大学材料学院完成。

2 结果与分析

2.1 花粉粒形态

三角梅花粉颗粒是三轴形式(tricopate)的构建，外表面粗糙，网面纹路（表1）。每个网格宽度大约是2 μm左右，网格具有较好的亮度，视野中色调特别浅。网格间存在黄色颗粒状粘滞性很高的物质，因品种不同有差异。三角梅花粉呈现近极面中央凹陷，似血红细胞形状，一侧凸起，一侧凹陷的饼状。42个三角梅品种花粉粒的极面观是圆形或椭圆形，赤道面观为伞形、蘑菇头形或卵圆形。本研究中42个三角梅品种的花粉粒直径在20.55～30.97 μm之间。杂交种三角梅的花粉粒长轴比原生种三角梅的花粉粒长轴小。光叶三角梅的多数品种的花粉粒赤道面观多数是卵圆形，相对于杂交三角梅种的花粉粒形态的赤道面观多数是蘑菇头形。

2.2 花粉粒形态指标统计

分析花粉粒的扫描电镜照片，统计花粉粒外形、花粉外壁纹饰、长短轴、凹陷表面直径、表面芽突数量和萌发沟数目。通过对比发现，42个三角梅品种的花粉粒的形状和外壁纹饰差异不明显，但大小差异较大。花粉粒直径在20.55～30.97 μm之间。其中毛叶三角梅花粉粒长轴平均值长度28.37 μm，光叶三角梅种的花粉粒长轴平均值是28.22 μm，秘鲁三角梅的花粉粒长轴平均值是29.24 μm，巴特三角梅的花粉粒长轴平均值是27.90 μm，拉特拉三角梅的花粉粒长轴平均值是25.77 μm，前3个为原生种，后2个为杂交种，可见杂交种三角梅的花粉粒长轴比原生种三角梅的花粉粒长轴小。具体数据统计如表2。42个品种花粉的萌发沟的数量差异较大，1～3 条不等（表2），只有少数品种有3条萌发沟，包括‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑叶麦克琳夫人’、‘粉红小精灵’、‘瓶刷橙’、‘美国公主’、‘斑叶枣红’、‘塔黄’、‘金龟叶紫’、‘中国丽人’、‘柔森卡’、‘巴克夫人’、‘银边细叶小花浅紫’。

表1 三角梅不同品种的花粉粒形态

续表1

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3 结论与讨论

3.1 三角梅花粉形态比较分析

本研究观察了42 个三角梅品种，从外形上看，三角梅各品种花粉粒的表面都有网状结构覆盖，但在大小、凹陷程度、芽突数量及其密度上有明显差异。这与川银花花粉粒的电镜观察结果一致[17]，与无患子科的花粉形态相似[18]，这些特征可以作为品种鉴别的参考依据。杂交种三角梅的花粉粒长轴比原生种三角梅的花粉粒长轴小，这与赵娜研究的黄牡丹远缘杂交后代的花粉粒变小结论一致[19]。不同品种之间的花粉粒形态指标数值不同，说明不同品种具有差异性，在同种之间又具有保守性，与多数植物的花粉形态具有的性质一致[20]。

3.2 三角梅花粉形态与花粉育性

根据本研究观察到的三角梅萌发沟数量可分为四类，一类为有3条萌发沟品种群，主要有‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑叶麦克琳夫人’等品种；一类为2 条萌发沟品种群，主要有‘黄金大奖’、‘蒙娜丽莎’、‘新河’等品种；一类为1 条萌发沟品种群，主要有‘黄色奇迹’、‘晚霞’、‘梦境’等品种；最后一类品种群花粉不具有萌发沟，主要有‘柠檬黄’、‘金发女郎’、‘红腮女郎’等品种。Wodehouse[21]指出，花粉表面积与体积之比越大，则花粉越进化，育性相对也较高，据此推测出萌发沟数量越多越能提高花粉育性。

根据上述观察，多数杂交品种的花粉粒单侧凹陷程度高，呈现蘑菇头形，花粉粒表面的芽突数量极少，造成体积与表面积的比值降低，影响了花粉育性，这与杂交品种的育性极低有一定联系[22]。芽突数量无或极少的三角梅品种，该品种的花粉育性极低，如‘彩虹橙’、‘拉塔拉粉’、‘斑叶麦克琳夫人’、‘粉红小精灵’、‘瓶刷橙’、‘美国公主’、‘斑叶枣红’、‘中国丽人’、‘柔森卡’、‘巴克夫人’、‘银边细叶小花浅紫’花粉萌发率证明无或极低，这与其花粉表面芽突数量极低有关。

周群等[23]曾对18 个品种的三角梅进行花粉生活力的离体萌发测定，并根据18个品种花粉萌发率的高低将花粉生活力分为高等、中等、较低等与极低等4级，其中‘新加坡丽人’、‘梦境’、‘斯普伦顿斯’为高等，‘兹纳巴拉特’、‘戴维巴里’、‘黄金大奖’、‘斑叶伊丽莎白安格斯’为中等，‘晨曲’、‘椰子糖’、‘斑叶伊娃夫人白’、‘斑叶’、‘伊娃夫人斑叶’、‘伊丽莎白安格斯’为较低等，‘金色辉光’、‘马尼拉小姐’、‘粉红小精灵斑叶’、‘粉红小精灵’、‘帝国喜悦’为极低等，这个分级结果与笔者花粉形态的测定观察结果有相关性，其中‘新加坡丽人’的花粉生活力为高等，与笔者扫描电镜的花粉形态分析结果不同，‘新加坡丽人’的花粉表面芽突数量少，萌发沟较少，这可能与新加坡花粉样本的选取阶段与选取数量太少有关；‘黄金大奖’的花粉生活力属于中等，与笔者扫描电镜的花粉形态分析结果一致；‘粉红小精灵’的花粉生活力属于极低等，与笔者扫描电镜的花粉形态分析结果一致。

表2 42个三角梅品种的花粉粒形态特征比较

续表2

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3.3 讨论

综上所述，三角梅花粉育性受多因素影响，其中花粉形态如萌花沟、芽突的数量对三角梅花粉育性的高低有一定关联，但同时有待于花粉活力测定与杂交实验进一步验证。本次观察并分析三角梅不同品种花粉粒及其外壁的特征分析与花粉活力测定出现不一致处，笔者认为，这与花朵的成熟度和选取的样本数量较少有一定关系，以后应选取更多数量的样本花粉进一步论证。同时，花粉也是作为遗传物质的重要载体，形态结构具有品种专一性，比如观赏海棠[24]、杜鹃花[25]和百合[26]花粉可为三角梅不同品种的鉴定及其亲缘关系提供依据，鉴于花粉形态与亲缘关系的相关性，可建立三角梅品种花粉形态的数据库，便于品种分类及鉴定。