西藏野生光核桃花的多样性研究

摘 要：通过电镜扫描观测了5个西藏野生光核桃的花粉形态，其中4个花瓣变异材料的花粉具有明显的形态多样性，5个材料的花粉纹饰都具有原始性。并且对光核桃花的特征、花粉育性、授粉方式、颜色等进行了观测，结果表明，西藏光核桃有约1/4的花为雄性不育；花瓣、花药、花粉的颜色与高原的环境高度适应。

关键词：光核桃；花粉形态；超微结构；花的形态

中图分类号 S664.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）01-12-04

花粉形态是植物总体性状中较为重要的一部分，在进化上属于较为保守的性状，可作为鉴定种或品种的重要依据之一[1-2]。研究花粉的特征可以为品种起源、演化及种间亲缘关系提供孢粉学证据，为新品种选育提供一定的参考，众多学者如过国南[3]、汪祖华[4]等都对其进行了研究。本研究拟从资源评价的角度，对西藏光核桃桃花的多样性进行了评价。

1 材料与方法

1.1 材料 供试材料为西藏野生光核桃资源。考察地点包括西藏自治区拉萨市、林芝地区和昌都地区。

1.2 方法 于2010-2014年3～4月光核桃花期进行随机调查、取样和拍照，用GPS记录相关轨迹、经纬度和海拔高度等指标。

1.2.1 花粉采集和处理 对野外调查中发现的花瓣数量明显变异的7个材料收集了其中的4个花粉样品，另取1个典型光核桃花粉，一共5个测试样品进行了电镜扫描观测。参考曾秀丽[5]等的方法：从野外即将开放的花蕾上取下花药，收集干燥散开的花粉，密封贮于硅胶中4℃保存。常规扫描电镜制样，喷金镀膜后，在AMRAY-1000B扫描电镜下观察。观察时选取有代表性的视野，分别在500×、1 800×、2 000×、5 000×下观察群体、个体形态、极面观和局部的纹饰，并显微照相。随机选取20～25粒花粉分别测量其花粉极轴大小、花粉赤轴大小、萌发沟长、萌发沟宽、脊宽和条洼宽，计算其平均值。同时统计100粒花粉，调查花粉的畸形率。

1.2.2 花的形态特征 参考王力荣等[6]方法对桃花的形态特征进行描述和评价。

1.2.2.1 花型 采集花药刚开裂的花10朵为样本，与花型模式图进行比对。结合对比参照品种，分别记为铃型、蔷薇型和菊花型。

1.2.2.2 花瓣类型 以花型采集的材料为样本，采用目测法，观察花瓣的瓣数和花轮数，不足两轮者为单瓣，对比模式图，结合对比参照品种，分为单瓣、复瓣和重瓣。

1.2.2.3 花瓣颜色 以花型采集的材料为样本，采用目测法，与标准色卡的颜色进行比对，或对比参照品种。分为白、粉红、红、杂色。

1.2.2.4 雌雄蕊高度比 以花型采集的材料为样本，采用目测法，观察雌蕊和雄蕊的高度，分为低（雌蕊高度低于雄蕊高度）、等（雌蕊高度等于雄蕊高度）和高（雌蕊高度高于雄蕊高度）。

1.2.2.5 花粉育性 以花型采集的材料为样本，将手指在花朵的雄蕊上捻一下，手指上附有花粉即为花粉可育，反之即为不稔，分为不稔和可育。

1.2.2.6 萼筒内壁颜色 以花型采集的材料为样本，剥开萼筒观察颜色，结合对比参照品种，分为绿黄、橙黄等色。

1.2.2.7 花药颜色 取花朵刚刚开放，花药尚未开裂的花10朵，采用目测法，观察花药的颜色，结合对比参照品种，分为白、黄、浅褐和橘红。上述没有列出的其他花药颜色，另外给予详细的描述和说明。

2 结果与分析

2.1 花粉形态 从表1可见，4号花粉的极轴大小、花粉赤轴大小、萌发沟长、萌发沟宽、脊宽和条洼宽均显著小于其余3个变异材料。从电镜扫描结果可见（见图1～5），5个不同材料的光核桃花粉粒的形态为长圆球形，花粉外壁呈简单的平行直纹纹饰，没有穿孔现象；各试验材料均有不同数量的花粉形态畸形（如图版5）。花粉的纹饰犹以4号材料比较短而曲。但各材料之间也有明显的差异，1号花粉整体长圆，极面观圆形，花粉畸形率为（21/105）20%，花粉整体较好。2号，花粉整体长圆，极面观圆形，花粉畸形率为（22/117）11.8%，花粉整体较好。3号，花粉整体长圆，极面观圆形，花粉畸形率为（19/102）18.7%，花粉整体较好，均匀。4号，花粉整体长圆，极面观圆形，花粉畸形率为（51/127）40.2%，花粉形状特殊，花粉质量较差。以上5个材料的花粉均可育。造成本研究中光核桃不同材料花粉形态的多态性可能原因还不确定，但从表现出花瓣数量的变异情况来看，可能说明此几个研究材料处在不同的进化阶段，而光核桃地处高原环境，UV-B尤其能影响植物个体花瓣的进化历程；环境和营养条件是否也影响到其中4个变异材料的形态特征，还需做进一步的形态学、孢粉学和分子生物学上的研究。探讨光核桃在花瓣数量进化或变异的机制将为光核桃观赏桃的育种和进化提供参考。

2.2 花的形态特征

2.2.1 花型 随机观察记载了35个不同光核桃的花型，其中铃型4个，占11.42%，蔷薇型31个，占80.58%，可能表明光核桃的花以蔷薇型为主。另外有少量材料的花型类似于梅花型。

2.2.2 花瓣类型 通过目测观察了花瓣的瓣数和花轮数，共记载样本222个，其中单瓣215个，约为96.85%；复瓣和重瓣7个，约为3.15%。多次的野外调查表明，光核桃在自然状态下有少量复瓣和重瓣的变异。

2.2.3 花瓣颜色 野外共随机调查记载了57个样本，分别为白45.61%（26）、粉红43.86%（25）、红1.75%（1）、杂色8.78%（3）。说明在没有人为选择和干扰下，西藏光核桃的色系以白色和粉红为主，整体颜色较浅，红色为稀有颜色。

2.2.4 雌雄蕊高度比 雌雄蕊高度说明材料传粉和授粉的不同类型，共随机观测记载了79个样本，分别为低31.65%（25）、等10.13%（8）和高58.22%（46）。可能表明在青藏高原，50%以上的光核桃可以通过风来进行远距离花粉传播，而约1/3的光核桃可以通过昆虫为媒介进行传粉，另有10%是介于二者之间。可能与高原上早春风大，传粉昆虫总体数量不多有关。

2.2.5 花粉育性 本次观测共记载了223个样本，分别为不稔19.73%（44）和可育80.27%（179）。表明约有1/4的光核桃自身没有花粉或花粉很少。另外，在野外还发现了一株雌性不育即雌蕊不发育的材料。

2.2.6 萼筒内壁颜色 共观测记载了59个样本，分别为绿黄55.93%（33）、橙黄40.07%（26）。在栽培桃中，萼筒内壁颜色一般与果肉颜色有一定的相关性，前者果肉颜色较浅，后者较深。据此可以推断野生光核桃50%以上果肉为白色，对果实果肉颜色的分析表明光核桃的果肉颜色以白色和黄色为主，绿色和红色极少，（果实分析中白肉、黄肉、绿肉、红色的比率分别为：67.4%、3.4%、25.8%和3.4%）。但由于野外材料的选取不好控制，另一方面没有进行定点的记载和观察，还没有可靠的证据表明光核桃果实和栽培桃一样有类似的相关性。

2.2.7 花药颜色 采用目测的方法观察了65个样本的花药颜色，分别为白27.69%（18）、黄55.38%（36）和橘红16.93%（11），说明西藏光核桃花药约80%颜色较深。花药白色的多数属于没有花粉或者雄性不育的材料，此比例和观察到的花粉的育性较一致。

3 讨论

3.1 花粉 花粉是植物较为保守的器官之一，光核桃花粉的形态简单，花粉的外壁纹饰为简单的平行状条纹，又一次证明光核桃的原始性[7]。花粉的扫描结果的种内存在变异，花粉形态也存在不同居群的地理变异现象，可能与环境因素造成的变异的有关。在长期适应环境的过程中，在各种因素的作用下也有了花粉形态样的多样性，特别是初步结合花瓣数量变异而采集的花粉其形态有了明显的多样性，此不同在进化过程中的机制、阶段或者是否是形成新材料的前奏？是环境影响还是稳定的变异还不得而知，今后将对此进行深入的研究。

3.2 花的特征 对野生光核桃花的特征目前的结果还不能解释与之相关的现象。花瓣数量、花粉热症以及育性之间的关系，值得进一步探索。重瓣似乎是更进化的类型，自然界中具有复杂装饰性的花瓣似乎更有利于吸引昆虫授粉，颜色较深的花药是否对昆虫的活动具有相当的吸引力？新西兰学者在花粉研究过程中指出，黄色花粉对UV-b具有一定的防辐射作用，而UV-b是造成基因变异的主要因素，这可以解释热带地区、高山地区具有丰富生物多样性的原因。空间异质性较好的不同地理居群中，可能变异现象更明显。

野生植物一般育性会比较高，为何青藏高原的光核桃有如此大比例的雄性不育材料还不得而知。通常植物散发花粉是为繁衍后代的一种有效手段，但植物开花、散发花粉会消耗大量能量或者营养，雄性不育是否是为了适应高原严酷的环境而节约能量还不得而知。结合雌雄蕊高度的变化，50%以上的光核桃雌蕊高于雄蕊，可能说明即使大量光核桃没有花粉也可以接受风媒的花粉达到结实产生种子的目的；而且不同植株之间的异花授粉也增加了光核桃后代变异的可能，因此也表现出在自然群体中居群之间和居群内部遗传丰富的遗传多样性[8]。西藏野生的光核桃可能有一套适应高原环境的育性机制，因而才可能长期在青藏高原不同的生态类型适应、生存并变异。

参考文献

[1]宗学普，段玉春.光核桃的分布及类型初探.西藏作物品种资源考察文集[M].北京：中国农业科技出版社，1987：184-185.

[2]J W Walker.原始被子植物花粉外壁进化的意义.中国科学院植物研究所古植物研究室孢粉组译：孢粉学译丛：第一集[M].北京：科学出版社，1980：91-134.

[3]过国南，王力荣，阎振立，等.利用花粉粒形态分析法研究桃种质资源的进化关系[J].果树学报，2006，23（5）：664-669.

[4]汪祖华，周建涛.桃种质的亲缘关系研究——化分形态分析[J].园艺学报，1990，17（3）：161-108.

[5]曾秀丽等.部分牡丹花粉超微结构的研究初报[J].四川农业大学学报，2009（4）：466-470.

[6]王力荣，朱更瑞.桃种质资源描述规范和数据标准[M].北京：中国农业出版社，2005.

[7]俞明亮，马瑞娟，许建兰，等.桃种间亲缘关系的SSR鉴定[J].果树学报，2004，21（2）：106-11.

[8]谭江平，曾秀丽，廖明安.西藏光核桃自然居群遗传多样性的SRAP分析[J].草业学报，2012，21（6）：213-220.

（责编：张宏民）