烟属植物种子微形态扫描电镜观察

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(1.云南省烟草农业科学研究院， 昆明 650021; 2.云南农业大学， 昆明 650201)

烟属植物种子微形态扫描电镜观察

焦芳婵1，钟永丽2，兰建强2，张谊寒1，陈学军1

(1.云南省烟草农业科学研究院， 昆明 650021; 2.云南农业大学， 昆明 650201)

对烟属植物种子形态和种皮表面结构特征进行研究，以便探讨其系统分类特性，为揭示烟属植物种质资源的遗传多样性打基础。结果表明，49个种61份烟属植物种子长为0.43～0.98 mm，宽为0.32～0.70 mm，属于中型种子；所研究的烟草种子表面纹饰有5 种类型，其中一种类型，种子表面有明显的瘤状凸起，但凸起的微观特征不同种间有较为明显的差异。同一种不同来源的表面纹饰基本相似。本研究较全面地观察了烟属植物的种子表面微形态，为揭示烟属植物遗传多样性、并加以鉴别奠定了基础。

烟属植物； 种子； 微形态； 扫描电镜

种子作为繁殖器官具有相对稳定性。种子表皮细微结构的研究在分类学和系统学上的应用价值倍受关注，在植物系统学和进化领域的研究中发挥独特作用。种子微形态结构不仅有重要的分类学价值，而且决定着种子的对水分的吸收、活力及散布。

国内外许多学者对不同物种的种子形态进行了研究。Perez等[1]对野生向日葵种子进行形态特征分析。Hamilton等[2]通过扫描电镜对3种澳大利亚野生柑橘品种的种子形态特征进行了观察。Liu等[3]采用光学显微镜和扫描电镜对109种马先蒿种子进行了分类。de Queiroz等[4]利用扫描电镜对13种山毛豆(Tephrosia)的种子形态进行了研究。邵邻相等探讨了几种蔬菜种子表面微形态的差异，结果表明，熟悉种子表面微形态的差异较明显，可为蔬菜种及品种的鉴定提供一定的依据[5]。武季玲等利用扫描电镜观察了4种麻黄属植物种子表面特征，认为种子表面微形态特征在分种和植物分类上具有重要的鉴定价值[6]。

表1 烟属植物种子外形特征

种PI编号 极轴长(mm) 赤道长(mm) 最小值平均值最大值最小值平均值最大值极轴/赤道轴P/E千粒重(g)N．acuminataPI423340．860．910．990．590．700．871．310．13N．africianaPI5554720．570．660．750．440．490．611．330．086N．alataPI423340．570．680．820．490．540．611．250．108N．amplexicaulisPI2719890．550．660．750．420．500．591．310．071N．arentsiPI5554750．490．670．760．450．520．581．290．115N．attenuataPI5554760．660．760．820．620．670．721．130．124N．benavidesiiPI5554770．440．530．630．340．420．491．260．057N．benthamianaPI5554780．620．760．880．430．520．601．440．073N．bonariensisPI5554890．640．790．910．600．680．741．170．122N．cavicolaPI2719900．640．690．760．470．520．541．340．074N．clevelandiiPI5554910．640．680．730．490．550．611．230．112N．cordifoliaPI5554930．770．840．870．470．530．621．560．082N．corymbosaPI1148240．790．880．980．540．650．771．350．122N．debneyiPI5033200．660．690．720．430．520．601．320．077N．debneyiunassigned0．590．730．790．460．500．621．450．099N．excelsiorPI2240630．890．961．090．540．710．881．360．158N．forgetianaPI5555010．660．740．870．520．600．671．230．074N．glaucaPI5555040．510．560．610．380．440．471．280．038N．glutinosaPI5555070．460．570．620．350．380．431．500．041N．goodspeediiPI2410120．640．700．740．480．550．621．260．093N．gosseiPI2309530．670．800．930．440．490．581．610．085N．kawakamiiPI4591060．390．460．530．300．340．371．380．025N．knightianaPI5555270．410．500．570．320．370．461．330．036N．langsdorffiiPI423370．620．720．800．410．500．561．440．078N．linearisPI5555300．680．760．830．530．600．651．270．122N．longifloraPI5555310．490．530．550．390．420．451．280．057N．megalosiphonPI5555360．730．760．780．540．620．701．240．093N．megalosiphonPI5556880．690．750．840．430．480．571．540．076N．noctifloraPI4758320．630．690．730．410．460．501．510．067

注：极轴长和赤道长的平均值分别是指每份材料测量10次的平均数。

在烟草的研究中，张大鸣等[7]对45个烟草栽培品种的种子表面结构进行扫描电镜观察。陶涌等[8]应用环境扫描电镜研究了73种烟草种子的形态和种皮表面结果特征，其中仅有5份烟属植物种子开展了扫描电镜观察。迄今，在烟草的研究中，国内外尚未见有烟属植物种子微形态方面的专门研究，本研究对49种61份野生烟的种子进行扫描电镜观察，为烟属植物种子分类鉴别等基础研究方面提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为N.acuminata等49种61份烟属植物资源，由云南省烟草农业科学研究院从德国、巴西及美国等国家科研机构以种质互换共享的形式引进，供试材料PI编码等对应信息均可在美国农业部的种质资源信息网(http://www.ars-grin.gov/)查询到。

1.2 方 法

选取成熟饱满的种子，蒸馏水漂洗，超声波振荡清洗5 min，蒸馏水漂洗2～3次，自然干燥，用双面胶将种子粘在样品台上，喷金后移入FEI Quanta 200型扫描电子显微镜下观察、拍照。每份材料取10粒种子，进行赤道轴与极面轴等数据测定。

2 结果与分析

2.1 种子微形态特征鉴定

49种61份烟属植物种子扫描电镜观察结果(表1)表明，供试烟属植物种子极轴最小的是N.plumbaginifoliaPI 555548，仅有0.43 mm，最长的是N.rosulataPI 244635，为0.98 mm；赤道轴最小的也是N.plumbaginifoliaPI 555548，仅有0.32 mm，最长的是N.excelsiorPI 224063，为0.71 mm；P/E比值最小的是N.attenuataPI 555476，为1.13，P/E比值最大的分别是N.gosseiPI 230953和N.velutinaPI 244638，其比值均为1.61；N.otophoraPI 555542材料的种子千粒重最小，仅为0.021 g，而N.rusticaPI 243561材料的种子千粒重为0.202 g，为前者的近10倍。

续表1

N．noctifloraPI4179180．670．720．810．420．500．561．460．062N．obtusifoliaPI5555430．600．620．650．360．420．461．460．046N．obtusifoliaunassigned0．610．620．640．380．420．521．480．056N．occidentalisPI2719910．880．950．980．630．700．791．360．161N．occidentalisPI5555410．720．760．800．530．580．601．320．122N．occidentalisPI5556870．590．660．740．450．500．551．330．068N．otophoraPI5555420．410．450．480．320．330．341．360．021N．paniculataPI5555450．410．470．510．300．340．381．380．028N．paucifloraPI5555460．750．840．980．540．620．681．350．165N．petumioidesPI5555470．590．690．850．490．520．561．320．123N．plumbaginifoliaPI5555480．350．430．500．300．320．371．340．024N．quadrivalvisPI5554850．750．830．920．600．680．741．220．198N．raimondiiPI5555490．550．620．670．470．520．571．190．068N．repandaPI5555520．570．660．770．430．460．521．420．065N．rosulataPI2446240．560．660．740．450．510．591．300．076N．rosulataPI2446350．930．981．000．610．670．781．460．182N．rusticaPI2435610．670．740．850．510．550．581．340．202N．×sanderaePI5555760．690．750．820．550．580．661．280．105N．×sanderaePI5555780．600．680．770．470．530．611．260．071N．×sanderaePI5555790．640．710．810．480．530．591．330．096N．×sanderaePI5555810．700．750．820．550．600．711．260．114N．simulansPI2719920．640．770．900．460．540．631．410．091N．solanifoliaPI5555580．800．860．910．580．600．621．420．090N．stocktoniiPI5555380．440．480．560．350．390．431．230．039N．suaveolensPI2309600．920．971．020．600．700．791．390．189N．suaveolensPI5555000．550．600．630．400．500．571．200．067N．suaveolensPI5555650．870．941．020．620．700．871．340．157N．sylvestrisPI5555690．550．600．670．350．390．421．560．038N．umbraticaPI2719930．620．660．700．370．440．481．510．054N．undulataPI5555740．620．740．840．510．570．641．290．074N．velutinaPI2446380．710．750．830．440．470．491．610．093N．wigandioidesPI3024710．480．560．620．400．440．531．270．041

表2 种子表面纹饰类型

类型特征描述所属烟种序号图版示例Ⅰ网脊粗，轮廓清晰，网眼深且大小不一4、5、7、10、12、13、18、21、31、32、33、34、35、36、37、39、53、57、59、61图版Ⅰ1Ⅱ网脊粗，轮廓清晰，网眼浅且大小不一1、2、3、14、15、17、20、23、25、26、38、40、41、47、48、49、50、52、54、55、56、58图版Ⅰ2Ⅲ网脊粗，轮廓清晰，网眼深且大小不一有瘤状突起11、27、28、44、45、51、60、图版Ⅰ3⁃1～3⁃4Ⅳ网脊细，轮廓清晰，网眼深且大小不一6、9、16、22、40、图版Ⅰ4Ⅴ网脊细，网眼浅且大小不一8、19、24、29、30、42、43、46图版Ⅰ5

2.2 种子表面纹饰鉴定

供试烟属植物种子表面纹饰基本相似，为网纹状，由网眼和网脊组成，但网眼内有互不相同的形状和附属物，形状、大小、深浅以及网脊的粗细等有差别，大致可以分为5大类，其中，类型Ⅰ的微形态特征为网脊粗，轮廓清晰，网眼深且大小不一(图版Ⅰ)，包含N.amplexicaulis等16种18份烟属植物种子；类型Ⅱ的微形态特征为网脊粗，轮廓清晰，网眼浅且大小不一(图版2)，包含N.acuminata等15种21份烟属植物种子；类型Ⅲ微形态特征是网脊粗，轮廓清晰，网眼深且大小不一，有瘤状突起(图版Ⅰ3-1～3-5)，包含N.clevelandii等5种7份烟属植物种子，分析这7份烟属植物的来源，N.clevelandii起源于美国亚利桑那沙漠地带，N.megalosiphon、N.simulans及N.velutina起源于澳洲沙漠地带，种子表面瘤状凸起，极大的增加了种皮表面积，有利于水分吸收尽快萌芽；类型Ⅳ的微形态特征为网脊

图版 Ⅰ

图版说明：1为N.obtusifolia PI 555543；2为N.obtusifolia PI 555573；3为N.sanderae PI 555576；4为N.sanderae PI 555578；5为N.sanderae PI 555579；6为N.sanderae PI 555581。图版Ⅱ

细，轮廓清晰，网眼深且大小不一(图版Ⅰ4)，包含N.attenuata等5种烟属植物种子；类型Ⅴ的微形态特征为网脊细，网眼浅且大小不一(图版Ⅰ5)，包含N.benthamiana等8种10份烟属植物种子。同一种不同来源地种子的表面纹饰基本相似(图版Ⅱ)。

3 讨 论

对烟属植物种子扫描电镜研究，陶涌等[8]仅对5份烟属植物种子开展扫描电镜观察，而本研究对49个种61份野生烟种子进行系统的扫描电镜观察，为烟属植物种子分类鉴别等基础研究方面提供一定的依据。

本研究的61份野生烟草分别属于烟属植物的3个亚属，根据表面纹饰大致分为5类，其中类型Ⅲ包含了N.clevelandii等5种7份烟属植物，其微形态特征是网脊粗，轮廓清晰，网眼深且大小不一，有瘤状突起，栽培烟草中，未见到这类瘤状凸起。而且，瘤状凸起物细微特征也有差异，有的尖削状，有点圆润。另外，有意思的是上述7份烟属植物均源自于沙漠等干旱地带，种子表面瘤状凸起，极大地增加了种皮表面积，有利于水分吸收尽快萌芽。本研究结果表明，亚属之间种子的微形态有明显的差别，但也有一定的相似性，同一种不同来源的表面纹饰基本相似。种子表面微形态能在属级水平或属的次级水平上提供有价值的分类学信息，可被用来探讨和界定属的范围。

[1]Perez E.E.,Crapiste G.H.,Carelli A.A.Some Physical and Morphological Properties of Wild Sunflower Seeds[J].Biosystems Engineering,2007,96(1):41-45.

[2]Hamilton Kim N,Ashmore Sarah E,Drew Rod A.Morphological characterization of seeds of three Australian wild Citrus species (Rutaceae):Citrus australasica F.Muell.,C.inodora F.M.Bailey and C.garrawayi F.M.Bailey[J].Genet Resour Crop Evol,2008,55:683-693.

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SEM Observation on the Micromorphological Features ofSeed in GenusNicotiana

JIAOFangchan1，ZHONGYongli2，LANJianqiang2，ZHANGYihan1，CHENXuejun1

(1.Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences,Kunming 650021,China;2.Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Morphological features of seed of GenusNicotianawere investigated by scanning electron microscopy(SEM),in order to identify characters to distinguish them and elucidate the genetic diversity of the Genus.The results showed that the length of seed from 49 wild species 61 accessions ranged from 0.43 mm to 0.98 mm,and from 0.32 mm to 0.70 mm in wide,seed size of this Genus was distributed in a middle position in Solanacea family.Seed surface pattern of GenusNicotianawas divided into 5 types,The papillate bulge was obvious on seed surface in one of the five types,but the bulge features were different among them.Little difference for the seed surface patterns were observed among same species with different accessions.This is the first report of the comprehensive observation on the micromorphological features of seed in GenusNicotianain China,it helps to be used as a taxonomic traits and provide a basis of the works of conserving,utilizing the wild species of tobacco.

genus nicotiana； seed； micromorphological features； SEM

2016-09-22

中国烟草总公司科技项目(110201302005)和中国烟草总公司云南省公司科技项目资助。

焦芳婵(1975—)，女，山西人；副研究员，主要从事烟草育种研究；E-mail:jfc99002@163.com。

陈学军，E-mail:cxjkm@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.01.029

S 572

A

1001-4705(2017)01-0029-05