14个茶树品种的花粉微形态观察

谢微微　于文涛　杨国一　陈静　 潘玉华　叶乃兴

摘要：【目的】观察分析茶树花粉的微形态，为茶树种质鉴定和资源利用提供参考依据。【方法】用冷场发射扫描电镜观察我国10个省份14个茶树品种的花粉形态并进行拍照，测量各品种花粉的极轴长、赤道轴长和萌发沟长，并对花粉形态特征进行相关描述。【结果】供试茶树品种花粉粒大小为941.09～1644.05 μm2；极面观均呈三裂近三角形，极轴长为32.83～47.81 μm；赤道面观有近圆形和长椭圆形两种类型，赤道轴长为24.78～40.34 μm；萌发孔有三孔沟和拟三孔沟两种类型，萌发沟内有块状纹饰或颗粒状突起物质；花粉外壁纹饰主要为疣状和拟网状两种纹饰。【结论】不同茶树品种的花粉形态特征具有一定共性和特异性，花粉外壁纹饰可作为茶树品种分类的重要依据之一；茶树花粉形态具有很强的保守性和遗传稳定性，可作为茶树品种鉴别的重要依据。

关键词： 茶树；花粉形态；亲缘关系；扫描电镜

中图分類号： S571.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2018）09-1698-07

0 引言

【研究意义】花粉是植物携带遗传信息的雄性生殖细胞，环境因素对其形态特征影响较小，具有很强的保守性和遗传稳定性，可反映科和属的共同特性及种的特异性（王伟铭，2009），其外壁结构和形态各具特色，可为研究植物种类间的亲缘关系、系统发育和分类提供可靠依据（陈常颂等，2012）。花粉外壁能抵抗多种化学物质腐蚀，具有特异性，对植物演化关系的研究具有重要参考价值（王伏雄等，1995）。茶树品种分类和鉴别是茶树种质资源保存及开发利用的基础性工作，以我国10个省份14个茶树品种为代表，分析其花粉微形态，对我国茶树种质鉴定和资源利用具有重要意义。【前人研究进展】魏兆兆等（2012）研究发现，3种类型浙江红山茶的花粉大小和外壁纹饰存在一定差异，可作为浙江红山茶的分类依据之一。陈丽飞等（2013）通过扫描电镜观察，发现5个种10个不同类型杓兰的花粉在大小和纹饰等形态特征方面既有相似性也存在一定差异，因而花粉微形态特征可作为其分类鉴别依据。刘锴栋等（2013）研究发现，龙眼和荔枝的花粉微形态特征差异明显，可作为种间分类参考依据。刘燕等（2013）通过扫描电镜观察云雾贡茶的花粉形态，探明了云雾贡茶新变种的分类地位。王虹等（2013）观察发现，新疆顶冰花属植物中5种顶冰花在形态和纹饰等方面存在一定差异，有利于种间分类。杨瑞林和魏学智（2015）利用扫描电镜观察发现，我国的4种扁核木属花粉形态特征可作为国产扁核木属孢粉学研究及其引种栽培的参考依据。周洁等（2016）观察7个不同品系忍冬花粉粒的微形态特征，为忍冬品系间亲缘关系探讨提供了重要的参考价值。曾心美等（2017）观察研究4种丫蕊花属植物的微形态特征和表面纹饰，为丫蕊花属植物物种间的分类学鉴定提供了参考依据。【本研究切入点】目前，关于茶树品种花粉微形态电镜观察的研究较少，尤其针对茶树花粉萌发沟微形态的研究未见报道。【拟解决的关键问题】以扫描电镜观察原产于我国10个省份的14个茶树品种花粉微粒形态，定性和定量分析其形态特征，以期为茶树的系统发育及种质鉴定、保存和资源利用提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

14个供试茶树品种原产于我国10个省份（表1），种植于福建省宁德职业技术学院茶树品种资源圃，2017年11—12月采摘各品种花朵经处理后分别取其花粉为电镜观察材料。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 镜检花粉准备 在大蕾期采摘各品种茶树的花数朵，置于牛皮纸袋中，用DHG-9240A型可编程电热烘箱（上海一恒科学仪器有限公司）于35 ℃下进行干燥处理，将干燥处理后的花粉洒落在双面导电胶带上，置于E-1010型离子溅射镀膜仪（日本HITACHI公司）中表面镀膜80 s。

1. 2. 2 测定指标及方法 用SU-8010型冷场发射扫描电镜对花粉外壁纹饰进行观察并拍照，在25000倍下对萌发沟进行观察并拍照；参照戴志聪等（2009）的方法，采用Image J对花粉的极轴长（P）、赤道轴长（E）、萌发沟长（L）进行测量，计算P×E、P/E和L/P，10个重复；观测花粉形态并参照许清海（2015）的方法对赤道面观、极面观、外壁纹饰和有无穿孔等特征进行描述。

1. 3 统计分析

定量指标直接以所测得值进行赋值，定性多元性性状按不同形态进行编号1、2、…、n，取供试茶树品种的花粉作运算单位，直接在Excel 2010中输入各运算单位数值进行计算，共得到10个性状，即6个定量性状（赤道轴长E、极轴长P、P×E、P/E、萌发沟长L和L/P）和4个定性性状（赤道面观、极面观、外壁纹饰和有无穿孔），以SPSS 19.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2. 1 茶树花粉的极性及大小

由表2可知，14个茶树品种的花粉极轴长为32.83～47.81 μm，其中，宁州种的极轴最长（47.81 μm），显著长于其他品种（P<0.05，下同），湘波绿的极轴最短（32.83 μm），其他品种间也存在一定差异；赤道轴长为24.78～40.34 μm，其中，紫阳种的赤道轴最长（40.34 μm），显著长于其他品种，白云1号的赤道轴最短（24.78 μm），显著短于其他品种，其他品种间也存在一定差异；花粉大小（P×E）为941.09～1644.05 μm2，其中，紫阳种的花粉粒最大（1644.05 μm2），且显著大于其他品种，白云1号的花粉粒最小（941.09 μm2），显著小于除湘波绿外的其他品种，其他品种间也存在一定差异；极轴长与赤道轴长的比值（P/E）为0.95～1.61，其中，宁州种的P/E最大，为1.61，显著大于除白云1号外的其他品种，祁门种的P/E最小，为0.95，其他品种间也存在一定差异；萌发沟长为17.38～35.26 μm，其中，宁州种的萌发沟最长，为35.26 μm，显著长于除湄潭苔茶、龙井种和古蔺牛皮茶外的其他品种，凤庆大叶茶的萌发沟最短，为17.38 μm，其他品种间也存在一定差异；萌发沟长与极轴长的比值（L/P）为0.63～1.00，其中，凤庆大叶茶的L/P最大，为1.00，且显著大于其他品种，龙井43的L/P最小，为0.63，其他品种间也存在一定差异。按照王开发和王宪曾（1983）提出的最长轴分类标准，14个茶树品种花粉的极轴长均值介于25.00～50.00 μm，属于中等长度花粉。综上所述，14个茶树品种花粉粒的极轴长、赤道轴长和花粉粒大小均存在差异，呈种内多样性和异质性，花粉具有丰富的遗传多样性。

2. 2 茶树花粉的形状

从图1可看出，14个茶树品种花粉粒的极面观均为三裂近三角形，赤道面观为近圆形和长椭圆形。其中，祁门种、白叶1号、紫阳种、金萱、龙井43、湘波绿、古蔺牛皮茶和福鼎大白茶的赤道面为近圆形；龙井种、湄潭苔茶、凤庆大叶茶、白云1号、宁州种和福安大白茶的赤道面为长椭圆形。按照埃尔特曼（1978）以P/E确定茶树花粉形状为近球体和长球体两种类型的分类方法，祁门种、白叶1号、紫阳种、金萱、龙井43、湘波绿、古蔺牛皮茶和福鼎大白茶的花粉形状为近球体；龙井种、湄潭苔茶、凤庆大叶茶、白云1号、宁州种和福安大白茶的花粉形状为长球体。说明14个茶树花粉的形状存在明显的种内多样性。

2. 3 茶树花粉的萌发器官

从图1可看出，茶树品种花粉粒的萌发孔有三孔沟和拟三孔沟两种类型，其中，湄潭苔茶、祁门种、白叶1号、紫阳种、龙井43、湘波绿、古蔺牛皮茶、宁州种、福鼎大白茶和福安大白茶10个品种花粉粒的萌发孔为三孔沟类型，其余4个品种花粉粒的萌发孔为拟三孔沟类型；14个茶树品种花粉粒的萌发孔在赤道上均呈等间距环状分布，赤道中段较宽，两端逐渐趋尖；内孔形状不规则，在赤道部位有突起。依据埃尔特曼（1978）的NPC分类系统进行划分，萌发孔属N3P4C5型（N为萌发孔的数目、P为萌发孔的位置、C为萌发孔的特征）。说明14个茶树品种花粉的萌发器官呈种内多样性特点。

2. 4 茶树花粉的外壁纹饰

从图2可看出，茶树花粉的外壁纹饰主要有疣状和拟网状两种特征。其中，疣状纹饰形似疣，是一种表面不规则的块状凸起，可依据杨尚尚（2013）对疣状纹饰的描述分为光滑疣状（湄潭苔茶和白云1号）、粗糙疣状（湘波绿和金萱）和微小疣状（龙井种）；拟网状纹饰似网状，褶皱较稀疏、略扁平，均有穿孔（福鼎大白茶、祁门种、白叶1号、紫阳种、龙井43、凤庆大叶茶、宁州种、古蔺牛皮茶和福安大白茶）。说明茶树花粉外壁纹饰细微结构各具特点，呈种内多样性和异质性，可作为茶树品种分类的重要依据。根据茶树花粉外壁有无穿孔，白叶1号、紫阳种、龙井43、古蔺牛皮茶、凤庆大叶茶和宁州种6个茶树品种为有穿孔类型，其余8个品种为无穿孔类型。

2. 5 茶树的花粉微形态特征

由表3可知，花粉为近球体的8个茶树品种其萌发孔多为三孔沟，赤道面观均为近圆形，外壁纹饰多为拟网状，萌发沟宽且浅，沟内均有块状纹饰或颗粒状突起；花粉为长球体的6个茶树品种其萌发孔类型包括三孔沟和拟三孔沟两种类型，赤道面观为长椭圆形，外壁纹饰包含疣状和拟网状两种类型，萌发沟内多为明显的块状纹饰和颗粒状突起。说明不同茶树品种花粉的微形态特征具有明显的种内异质性和多样性，也具有稳定的遗传特性。

3 讨论

本研究结果表明，14个茶树品种花粉的微形态特征具有明显的种内异质性和多样性，其形状和外壁纹饰的细微结构和萌发器官均呈种内多样性，说明茶树种内遗传较丰富；不同茶树品种花粉粒的极轴长、赤道轴长和花粉粒大小均存在差異，按照王开发和王宪曾（1983）提出的最长轴分类标准，14个茶树品种花粉的长度均值介于25.00～50.00 μm，属于中等花粉，其中，紫阳种的花粉粒最大，白云1号的花粉粒最小。

王伟铭（2009）研究认为，具有相似形态特征的茶树品种因其花粉较强的保守性和遗传稳定性，有利于茶树品种的鉴定和分类。本研究结果与其相似，供试茶树品种的花粉可分为近球体和长球体两种形状，既有共性又存在差异。共性体现在近球体和长球体茶树花粉的极面观均为近三角形，差异性体现在近球体的赤道面观为近圆形，长球体的赤道面观为长椭圆形；花粉形状为近球体的茶树品种包括福鼎大白茶、祁门种、白叶1号、龙井43、紫阳种、湘波绿、古蔺牛皮茶和金萱，花粉形状为长球体的茶树品种包括福安大白茶、白云1号、凤庆大叶茶、湄潭苔茶、龙井种和宁州种。

茶树花粉在长期进化中形成独特的花粉形态，带有大量与演化相关的信息（埃尔特曼，1978），花粉外壁纹饰作为植物精细分类的重要依据之一，被形象地称作品种的“指纹”（朱岭仁和孙京田，1995），如本研究中湘波绿和金萱的外壁纹饰为粗糙疣状，白云1号和湄潭苔茶为光滑疣状，不同种质茶树的花粉外壁纹饰呈现出明显的种内异质性，因此可作为茶树品种分类的参考依据之一。14个茶树品种的花粉形态特征具有一定的共性，如外壁具拟网状纹饰和网脊成波纹状等，可支持传统分类中的种级分类单位（陈常颂等，2012）。

茶树花粉具有很强的保守性和遗传稳定性，在品种鉴定中具有重要参考价值（束际林等，2000；蔡秀珍等，2008；高亚尹等，2011）。本研究中，茶树品种花粉形状和外壁纹饰的细微结构与萌发器官均呈种内多样性和异质性，表明茶树种内的遗传性较丰富，可作为品种鉴别的重要依据；花粉的萌发沟宽且浅，萌发沟内多为块状纹饰和颗粒状突起，具有明显的种内异质性和多样性，也可为茶树的系统发育及种质鉴定、保存和资源利用提供理论依据。

4 结论

不同茶树品种的花粉外壁纹饰各具特色，呈明显的种内多样性和异质性，可作为茶树品种分类的重要依据；花粉形态特征具有一定的共性和特异性，且具有很强的保守性和遗传稳定性，环境因素对其形态特征影响较小，其形状和外壁纹饰的细微结构及萌发器官均呈种内多样性，可作为品种鉴别的重要依据。

参考文献：

戴志聪，杜道林，司春灿，林英，郝建良，孙凤. 2009. 用扫描仪及Image J软件精确测量叶片形态数量特征的方法[J]. 广西植物，29（3）：342-347. [Dai Z C，Du D L，Si C C，Lin Y，He J L，Sun F. 2009. A method to exactly measure the morphological quantity of leaf using scanner and Image J software[J]. Guihaia，29（3）：342-347.]

埃尔特曼. 1978. 孢粉学手册[M]. 北京：科学出版社. [Erdtman. 1978. Palynology Handbook[M]. Beijing：Science Press.]

蔡秀珍，刘克明，朱晓文，田淑珍. 2008. 凤仙花属部分植物的花粉形态[J]. 园艺学报，35（3）：389-394. [Cai X Z，Liu K M，Zhu X W，Tian S Z. 2008. Pollen morphology of some species of Impatiens L.（Balsam inaceae）[J]. Acta Horticulturae Sinica，35（3）：389-394.]

陈常颂，彭艾，钟秋生，王秋萍，陈荣. 2012. 34份茶树种质的花粉形态特征研究[J]. 福建农业学报，27（11）：1219-1226. [Chen C S，Peng A，Zhong Q S，Wang Q P，Chen R. 2012. Pollen morphological characteristics of 34 tea germplasms[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences，27（11）：1219-1226.]

陈丽飞，赵和祥，顾德峰，刘树英，孙叶迎，刘洪章. 2013. 5种杓兰属植物花粉的微形态扫描电镜观察[J]. 江苏农业科学，41（9）：161-163. [Chen L F，Zhao H X，Gu D F，Liu S Y，Sun Y Y，Liu H Z. 2013. SEM observation on micro-morphology characteristics of pollen from 5 kinds of Cypripedium L. plants[J]. Jiangsu Agricultural Sciences，41（9）：161-163.]

高亞尹，戴攀峰，姬志峰，韩夏，王祎玲. 2011. 太行菊属植物花粉形态研究[J]. 西北植物学报，31（12）：2464-2472. [Gao Y Y，Dai P F，Ji Z F，Han X，Wang W L. 2011. Studies on pollen morphology of Opisthopappus shih[J]. Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica，31（12）：2464-2472.]

刘锴栋，袁长春，陈燕，肖政权，刘柱. 2013. 粤西龙眼与荔枝叶表皮和花粉微形态的比较[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），39（6）：645-654. [Liu K D，Yuan C C，Chen Y，Xiao Z Q，Liu Z. 2013. Comparison of leaf epidermis and pollen micromorphology among Dimocarpus longana and Litchi chinensis cultivars in Western Guangdong[J]. Journal of Zhejiang University（Agriculture & Life Sciences），39（6）：645-654.]

刘燕，祁翔，林昌虎，王济红. 2013. 基于扫描电镜观察的云雾贡茶新变种的花粉形态特征[J]. 西南农业学报，26（5）：1787-1794. [Liu Y，Q X，Lin C H，Wang J H. 2013. SEM observation on pollen morphology of a new variant Camellia sinensis var. niaowangensis[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences，26（5）：1787-1794.]

束际林，陈亮，虞富莲，杨亚军. 2000. 茶树优质资源花粉的遗传稳定性[J]. 茶叶科学，20（1）：12-18. [Shu J L，Chen L，Yu F L，Yang Y J. 2000. Pollen genetic stability of excellent tea（Camellia sinensis） Germplasms[J]. Journal of Tea Science，20（1）：12-18.]

王伏雄，钱南芬，张玉龙，杨惠秋. 1995. 中国植物花粉形态[M]. 北京：科学出版社. [Wang F X，Qian N F，Zhang Y L，Yang H Q. 1995. Chinese Plant Pollen Morphology[M]. Beijing：Science Press.]

王虹，袁祯燕，逯永满，杨凡，张卫红. 2013. 新疆顶冰花属5种植物花粉微形态的比较[J]. 安徽农业科学，41（5）：1891-1893. [Wang H，Yuan Z Y，Lu Y M，Yang F，Zhang W H. 2013. Comparative study on pollen micro-morphology of 5 gagea species from Xinjiang[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，41（5）：1891-1893.]

王开发，王宪曾. 1983. 孢粉学概论[M]. 北京：北京大学出版社. [Wang K F，Wang X C. 1983. Introduction to Palynology[M]. Beijing：Peking University Press.]

王伟铭. 2009. 中国孢粉学的研究进展与展望[J]. 古生物学报，48（3）：338-346. [Wang W M. 2009. Research progress and prospect of palynology in China[J]. Acta Palaeon-tologica Sinica，48（3）：338-346.]

魏兆兆，谢云，孟辉，郑玉梅，吴窈窈. 2012. 3种类型浙江红山茶的花粉形态学研究[J]. 浙江农林大学学报，29（4）：634-638. [Wei Z Z，Xie Y，Meng H，Zheng Y M，Wu Y Y. 2012. Pollen morphology for three types of Camellia chekiangoleosa[J]. Journal of Zhejiang A & F University，29（4）：634-638.]

许清海. 2015. 中国常见栽培植物花粉形态[M]. 北京：科学出版社. [Xu Q H. 2015. Chinese Common Plant Pollen Morphology[M]. Beijing：Science Press.]

杨瑞林，魏学智. 2015. 中国扁核木属植物花粉和叶表皮微形态研究[J]. 植物研究，35（2）：172-178. [Yang R L，Wei X Z. 2015. Micromorphological observations on leaf epidermis and pollen of Prinsepia royle in China[J]. Bulletin of Botanical Research，35（2）：172-178.]

杨尚尚. 2013. 石榴花粉亚微形态结构与萌发特性研究[D]. 泰安：山东农业大学. [Yang S S. 2013. Study on the ultrastructural morphology and germination characteristic of pomegranate pollen abstract[D]. Taian：Shandong Agricultural University.]

曾心美，童芬，刘艳梅，周颂东，何兴金. 2017. 丫蕊花属植物花粉和种子微形态特征比较及其分类学意义[J]. 西北植物学报，37（4）：695-704. [Zeng X M，Tong F，Liu Y M，Zhou S D，He X J. 2017. Pollen and seed micro-morphology characteristics and taxonomic significance of genus Ypsilandra[J]. Acta Botanica Boreali-occidentalia Sinica，37（4）：695-704.]

周洁，边丽华，邹琳，邹廷伟，李圣波，王晓. 2016. 不同品系忍冬花粉粒微形态特征比较[J]. 中华中医药杂志，31（2）：484-486. [Zhou J，Bian L H，Zou L，Zou T W，Li S B，Wang X. 2016. Micro-morphology characteristics of po-llen from different strains of Lonicera japonica Thunb[J]. China Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy，31（2）：484-486.]

朱岭仁，孙京田. 1995. 山东蔷薇科植物花粉亚显微形态研究[J]. 山东师范大学学报（自然科学版），10（2）：192-196. [Zhu L R，Sun J T. 1995. Pollen sub-micronmorphology of the family Rosaceae in Shandong observed by scanning electron microscope[J]. Journal of Shandong Normal University（Natural Science），10（2）：192-196.]

（責任编辑 思利华）