中国沙棘花形态结构的扫描电镜观察

张雪娟，张欣，王小莉，刘庆华，郭海利，张小民*

(1.山西大学 生命科学学院，山西 太原 030006；2.太原市食品药品检验所，山西 太原 030006；3.山西金科海生物科技有限公司，山西 太原 030006)

中国沙棘(Hippophaerhamnoidessubsp.sinensisRousi)是沙棘(HippophaerhamnoidesL.)的一个亚种，占我国沙棘资源的85%[1,2]。沙棘为雌雄异株，先开花，后生叶，四月中上旬开花，花小，无花冠，为不完全花[3]。沙棘表皮毛是一个多细胞毛体，张吉科等[4,5]在对中国沙棘表皮毛的形态研究中，将沙棘表皮毛分为(螺状)盾毛、(螺状)星盾毛、(螺状)星毛，并对沙棘叶，叶芽，花，花芽，根蘖和果实进行过观察，但对沙棘花的观察较为粗略。研究者对沙棘花形态的研究并不多见，且主要集中在切片[6]、解剖学[7,8]、直接观察[9～11]等方面。本研究首次通过扫描电子显微镜的方法对中国沙棘雌花、雄花以及花粉的形态结构、表皮毛分布情况进行了系统的观察，在形态学方面对沙棘花的了解更为深入，目的是使沙棘花在形态学、沙棘表皮毛多样性研究方面更为丰富，旨在为沙棘的传粉受精、育种栽培提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

试验材料于2017年4月下旬采自山西省祁县来远镇唐河底村滩地(东经112°33′44.40″北纬37°10′12.63″)，选取花开旺盛、结构完整、位于枝条中段的中国沙棘雌花、雄花及花粉。

1.2 方法

将采集的材料清洗干净，5%戊二醛前固定，固定后的标本用PBS清洗3次，1%的锇酸后固定1 h，PBS冲洗3次，乙醇逐级脱水，叔丁醇置换，冰冻干燥，离子溅射仪(BAL-TESCCD005)镀金，扫描电镜(S-570(20KV))观察，拍照。

2 结果与分析

2.1 直接观察中国沙棘雄、雌花结构

中国沙棘雄花花序为短穗状花序[12]，由苞片、2个花萼及4个雄蕊组成。苞片背面为深棕色鳞片；花萼内为黄绿色，外披褐色鳞片；花丝极短，花药呈舟形，两枚与花萼互生，两枚与花萼对生。图1为花药成熟期，花萼纵向开裂，形成利于花粉传播的对流“风洞”(图1a)。

中国沙棘雌花花序为总状花序[12]，由苞片、花萼、柱头、花柱、子房组成。雌花开放晚于雄花，苞片外披褐色鳞片，单花萼包裹子房而不结合，子房上位，花柱伸出萼筒，呈细长捻状(图1b)。

图1 中国沙棘花花序结构Fig.1 Inflorescence structure of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom注：a：中国沙棘雄花花序及花的结构；b：中国沙棘雌花花序及花的结构。Note：a:The inflorescence of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom and the structure of bloom;b:The inflorescence of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi female bloom and the structure of bloom.

2.2 中国沙棘雄花扫描电镜观察

2.2.1 雄花苞片

雄花苞片形状为扁椭圆形，大小约为1 mm×2 mm(图1a)，结构坚硬，背面表皮毛约由4～6层的盾毛和星盾毛组成(图2a)。苞片基部为4～5层盾毛，层层叠叠，彼此紧密地靠在一起，盾毛直径为200～600 μm不等，游离端不足10%，其主体部分中心收缩，盾毛依靠位于中央的表皮毛柄与苞片相连，微隆起，盾毛尖端存在少量游离端(图2b,图2c)；苞片顶部为单层星盾毛，直径约为800 μm，星盾毛的游离程度较大，约占30%，游离端呈分散向上弯曲状(图2d)。基部到顶部，表皮毛层数不断减少，由4～5层逐渐变为单层，盾毛数量逐渐减少，星盾毛数量增多。

雄花苞片腹面为单层星盾毛(图2e)。星盾毛直径为400～600 μm不等，游离度高，体细胞游离部分长且细，游离臂约占星盾毛30%～70%。单层星盾毛平铺在苞片腹面，游离臂相互交错在一起，形成致密柔软的表皮毛结构(图2f)。

图2 雄花苞片扫描电镜观察Fig.2 SEM observation of male flower bud of male bloom注：a-d:中国沙棘雄花苞片背面4～6层盾毛、星盾毛；e,f:中国沙棘雄花苞片腹面单层星盾毛。Note：a-d:4～6 Layers of peltate downiness and stellate- peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom；e,f:Single-layered stellate- peltate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

2.2.2 雄花花萼

雄花花萼为阔卵圆形，大小约为2 mm×4 mm(图1a)。花萼背面表皮毛为单层盾毛，大小不一，直径由100～800 μm不等，盾毛几乎不卷曲，中央部分微凸起，中心收缩，整体呈平铺状态，盾毛间存在距离，较稀疏，部分花萼表皮裸露在外。从花萼基部到顶部，盾毛数量不断减少，面积不断增大，最大面积约为800 μm(图3a,图3b)花萼最尖端由3～4层大盾毛保护，大盾毛有微小游离端，呈包裹状，弯向雄蕊(图3c)。

雄花花萼腹面没有表皮毛，呈光滑结构，其上附着几颗花粉粒(图3 d)。花萼柄部叶芽处有单层小盾毛，直径约为200～500 μm(图3e)。

2.2.3 雄蕊

雄蕊长约1～2 mm(图1a)。雄蕊由花萼、苞片包裹(图4a)。雄蕊表面呈不规则条纹状纹理，未成熟的4个雄蕊彼此连合，每个雄蕊都具一个圆形花药裂口(图4b,图4c)。

2.2.4 花粉

中国沙棘花粉为三沟花粉，椭球形。花粉直径约为20～50 μm，上极面观为三裂圆形，3条沟交汇在一起，将花粉分为均匀3部分(图5b)；下极面不同于上极面，萌发沟并未交汇在一起；赤道面观为椭球型，3条萌发沟中间部分存在微小凸起(图5a)。花粉表面并不光滑，呈皱波状。

图3 雄花花萼扫描电镜观察Fig.3 SEM observation of male calyx of male bloom bud注：a,b,c:中国沙棘雄花花萼背面单层盾毛；d:中国沙棘雄花花萼光滑腹面；e:中国沙棘雄花花萼柄部单层盾毛。Note：a,b,c:Single-layered peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud；d:Smooth structure of ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom male bud；e:Single-layered stellate- peltate downiness on the flowerbed bottom of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

图4 雄蕊扫描电镜观察Fig.4 SEM observation of stamen注：a:中国沙棘雄蕊、花萼、苞片表皮毛；b,c：中国沙棘雄蕊表面形态。Note：a:Downiness of stamens,calyx,bracts of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom；b,c:Surface morphology of stamens of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom.

图5 中国沙棘花粉扫描电镜观察Fig.5 SEM observation of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom pollen注：a:下极面和赤道面；b:上极面。Note：a:below the polar and equatorial plane;b:lower polar surface.

2.3 中国沙棘雌花扫描电镜观察

2.3.1 雌花苞片

雌花苞片为椭圆形，大小约为1 mm×1.5 mm(图1b)。苞片背面具有3～6层盾毛。盾毛大小与所处苞片位置有关，基部盾毛小而密集，直径约为200 μm；靠近苞片顶端，直径较大，可达1 000 μm，苞片基部到顶部，盾毛面积不断增大(图6a,图6b)。盾毛中央主体部分略微凸起，边缘向外伸展并靠近苞片，尖端存在微小游离端，游离端向上卷曲，层层盾毛致密的重叠在一起(图6c,图6 d)。

雌花苞片腹面表皮毛由2～3层盾毛和星盾毛组成。盾毛直径约为400 μm，结构与苞片背面结构类似，游离端约占盾毛面积的10%(图6e)。星盾毛直径约为800 μm，游离程度约为30%，苞片腹面星盾毛数量多于盾毛(图6f)。

2.3.2 雌花花萼

雌花花萼为长卵圆形，大小约为1 mm×5 mm(图1b)。雌花花萼背面与雄花花萼背面不同，为单层星盾毛、星毛。基部为星盾毛，直径约为600 μm，表皮毛中央的柄与花萼相连，中心收缩，略微凸起，星盾毛游离端向外伸展，其游离端长度为50～200 μm不等，游离程度约为50%(图7a,图7b)。靠近花萼顶端，星毛数量逐渐增多，中间连合部分减少，直径约为300 μm，基部膨大，中央部分凸起收缩，游离程度不断增大，约占星毛的70%～90%(图7c)。花萼顶端表皮毛兼有星盾毛、星毛(图7d)。

图6 雌花苞片扫描电镜观察Fig.6 SEM observation of male flower bud of female bloom注：a-d:中国沙棘雌花苞片背面3～6层盾毛；e,f:中国沙棘雌花苞片腹面2～3层盾毛、星盾毛。Note：a-d:3～6 Layers of peltate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom；e,f:2～3 Layers of peltate downiness and stellate- peltate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi bloom.

雌花花萼腹面不同于雄花的光滑结构，具有单层星盾毛和星毛(图7e)。星盾毛直径约为400 μm，游离程度约为30%；星毛连合部直径约为200 μm，游离程度约为90%，游离臂向四周伸展，相互缠绕，拉近了星毛间的距离(图7f,图7g)。

图7 雌花花萼扫描电镜观察Fig.7 SEM observation of male calyx of female bloom bud注：a-c:中国沙棘雌花花萼背面单层星盾毛、星毛；d-g:中国沙棘雌花花萼腹面单层星盾毛、星毛。Note：a-c:Single-layered stellate- peltate downiness and stellate downiness on the back of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud；d-g:Single-layered stellate- peltate downiness and stellate downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud.

2.3.3 子房与花柱

子房呈小瓶状300 μm×900 μm，子房壁由2～3层大盾毛包裹，盾毛面积为300 ～600 μm，紧贴子房壁(图8a,图8c)。

花柱长约500 μm，表面为不规则圆斑状纹理，密布乳突，花柱表面有一沟壑，沟壑表皮为平滑纹理(图8a,图8b)。

3 讨论

沙棘著有“植物之最”：极耐干旱、极耐贫瘠、极耐冷热，也是学术界发现的唯一集经济、生态、社会效益于一身的农作物[13]。它自身有很多结构来适应这种严酷的环境[8]，沙棘表皮毛也是其中一个结构[5]。从沙棘表皮毛演化关系来看，是由低级简单的星毛向高级复杂的盾毛方向发展，且经过星盾毛等过渡级群。沙棘花表皮毛的种类与分布在沙棘生长过程中发挥着重要的作用。

扫描电镜法可直接观察沙棘花表皮毛的分布情况，是沙棘表皮毛研究的重要手段。李文钿等[14]人首次利用扫描电镜观察沙棘雄花结构观察：苞片较花萼肥厚，其上密生黄褐色鳞片，花萼也密生盾状鳞片，苞片随开花过程而脱落，而未对表皮毛的形态及分布进行详细观察。本研究发现，中国沙棘花表皮毛的种类及分布与沙棘花的雌、雄及结构有关。苞片背面：雄花表皮毛为4～6层盾毛和星盾毛，由基部盾毛逐渐过渡到顶部星盾毛，由结构致密的大盾毛逐渐转变为较密柔软的星盾毛；雌花苞片背面密披3～6层坚硬的大盾毛。苞片腹面：雄花具单层星盾毛；雌花苞片腹面为单层稀疏的盾毛和星盾毛。花萼背面：雄花花萼背面密生单层盾毛，越靠近顶部，盾毛覆盖面积越大，其保护功能也更高级和完善；雌花花萼背面具单层星盾毛和星毛。花萼腹面：雄花花萼腹面光滑无表皮毛；雌花具有单层游离臂相互缠绕的星盾毛和星毛。开花后，子房壁也具2～3层大盾毛。雌花柱头细长捻状，增大了授粉面积，花柱表面为圆斑状纹理，密布乳突，具黏液质，便于捕获花粉；雄蕊未成熟时，4个雄蕊紧密连接为一个柱体，待成熟时，2枚雄蕊与花萼对生，另2枚与花萼互生。风吹动时，花粉由圆形花药裂口散出并传粉。沙棘花粉的三沟孔结构，使其易于与花柱接触，这些结构都增加了沙棘花授粉机会，有益于风媒传粉。本文研究结果与张吉科等[4]在花萼方面的研究结果有所不同，其原因是因为样本采集时期的差别：本研究采于开花盛期，后者采于花开初期，说明开花后，为配合子房上位，雌花花萼与子房壁表皮毛开始生长，主要作用是保护胚胎期生殖器官发育及后期授粉。沙棘花各结构表皮毛层数与前人研究的差别，花芽期表皮毛层数多，用以冬季严寒的侵袭，确保花芽安全越冬，随天气回暖，沙棘开花盛期，各结构表皮毛层数减少，益于开花。

图8 子房与花柱扫描电镜观察Fig.8 SEM observation of ovary and style注：a:中国沙棘雌花花萼腹面表皮毛、子房壁表皮毛及花柱表面形态；b:中国沙棘花柱表面形态；c:中国沙棘子房外壁2～3层盾毛。Note：a:Downiness on the ventral surface of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom bud and Ovary wall,Surface morphology of column；b:Surface morphology of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi male bloom column；c:2～3 Layers of peltate downiness of Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi Ovary.

中国沙棘花期极短，研究较少，沙棘花序极小，没有花冠，花萼和苞片在保护生殖器官中起到了极其重要的作用，沙棘花各结构的表皮毛分布具有多样性，在保护幼花方面起到了至关重要的作用，本研究观察了雌、雄沙棘花不同结构表皮毛的种类及分布情况，并探讨其功能，丰富了沙棘花的形态学研究，为坐果育种提供了条件。