6个品种谷子种子形态比较和种皮微结构的扫描电镜观察

(河北科技师范学院农学与生物科技学院， 河北 秦皇岛 066004)

谷子是起源于中国的古来农作物，具有悠久的栽培历史，是中国最古老的作物之一，谷子不仅创造了中国北方的农耕文明，更在今天的旱作生态农业建设和种植业结构调整中具有重要地位，是应对未来干旱温暖环境的重要战略储备作物[1]。谷子在我国北方是仅次于小麦、玉米的主要粮食作物，其营养价值丰富且平衡。谷子抗旱且对土质要求不高，在北方干旱的环境下能够保证稳定生产，水肥地可高产，是我国发展节水农业的重要作物。种子作为重要的繁殖器官，具有相当的稳定性[2]，因此其形态特征对于谷子的分类学和鉴定学具有极其重要的意义。众所周知，种子形态结构的观察历来是生物研究诸多学科的主要实践基础之一，在观察精细部分，特别是非常复杂的立体表面形态时，扫描电镜无疑是观察种子表面超微结构最为理想的工具之一[3]。近年来，应用扫描电镜对种子的形态研究及分类方面的鉴定已较为广泛[4]，比如：郭维等[5]对含油量差异较大的文冠种子与其显微结构的关系的研究，赵振华等[6]利用扫描电镜对瓦松种子及花粉的研究，以及刘鹏等[7]利用扫描电镜对16种野豌豆属植物花粉进行观察，探讨其系统分类学特性。目前，应用扫描电镜对于不同品种谷子种子表面微结构的观察比较还比较少。本研究应用扫描电镜对谷子种皮表面结构进行观察，为谷子品种的分类和鉴定等方面提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为豫谷18，保谷008，中谷7，冀谷42，泰谷003，沧谷619。以上材料均为2018年全国谷子品种区域适应性联合鉴定试验与河北省谷子品种区域适应性联合鉴定试验的参试品种(见表1)。

表1 供试品种及供种单位

编号供试品种供种单位1豫谷18安阳市农业科学院2保谷008保定市农业科学院 河北省农林科学院谷子研究所3中谷7中国农业科学院作物科学研究所4冀谷42河北省农林科学院谷子研究所5泰谷003泰安市农业科学研究院6沧谷619沧州市农林科学院 河北省农林科学院谷子研究所

1.2 方 法

1.2.1种子的外形观察

选择饱满、自然干燥的谷子种子；使用KQ-300 DE型数控超声波清洗器对谷子种粒进行清洗，除去种子表面灰尘、杂物；将不同品种谷子种子各30粒置于奥林巴斯体视显微镜(型号：SZX 16)下进行测量、拍照并观察种子形态及颜色。

1.2.2种子的扫描电镜观察

取不同品种谷子中发育良好的成熟种子各放置10粒，清洗后置于干燥器中进行干燥。用杂交镊将不同品种谷子种子进行品种分类并依次摆放于粘有导电胶带的扫描电镜载物台上，喷金后，放置于场发射扫描式电子显微镜(型号日立SU 8010型,工作电压15 kV)下观察、照相。着重观察种子外表皮纹饰[8]。

注：1为豫谷18种子，2为保谷008种子，3为中谷7种子，4为冀谷42种子，5为泰谷003种子，6为沧619种子。图1 6个品种谷子种子形态

2 结果与分析

2.1 6个谷子品种种子外形

利用体视显微镜对6个品种的谷子种子分别进行拍照观察，测量其直径。发现6个品种的谷子种子籽实饱满且形态均为卵圆形，直径大小基本为1.7 mm左右，颜色为浅黄色，其中保谷008与泰谷003的颜色相对其他品种略深。通过对颜色、形状的观察以及直径大小的方差分析，发现6个品种谷子种子之间无明显的种间差异。进一步利用扫描电镜对6个品种的谷种进行表皮微结构的观察。

表2 谷子各参试品种种子直径比较

参试品种均值标准差均值的95%置信区间下限上限豫谷181790.297535.117321760.93871819.6563保谷0081807.315025.181561786.26271828.3673中谷71796.853836.899621766.00491827.7026冀谷421735.1300113.285261640.42111829.8389泰谷0031738.618898.939861655.90301821.3345沧谷6191759.666361.915771707.90341811.4291总数1771.313572.402121750.29021792.3369

表3 谷子各参试品种种子直径方差分析

平方和df均方F显著性组间38581.24357716.2491.5600.192组内207794.894424947.521总数246377.13747

豫谷18种子的表皮微结构为网状纹饰，网脊较清晰可见，常有扭曲或倾斜交错现象，网脊较细长、间距较大(图2中1～4)

2.2 种子表皮微结构

常见的种子表皮纹饰有：①颗粒状纹饰，②刺状纹饰，③网状纹饰。由多边形不规则的网脊、网眼组成。此类网状纹饰在种子中最为常见[9]。

保谷008种子的表皮微结构为颗粒状纹饰，颗粒状突起大小均匀，其下有网脊略微突起形成的不规则网状脉(图2中5～8)。

中谷7种子的表皮微结构为网状纹饰，但其网脊极不明显，几乎没有突出，并且网脊极不规则(图2中9～12)。

冀谷42种子的表皮微结构为网状纹饰，网脊突起明显，分布较规则且网脊较粗，间距较小(图2中13～16)。

泰谷003种子的表皮微结构为网状纹饰，网脊较粗但突出不明显，不易观察(图2中17～20)。

沧谷619种子的表皮微结构为颗粒状纹饰，颗粒状突起明显且大小不一，排列不均匀。部分突起下方还具有略微突出(图2中21～24)。

注：1～4为豫谷18种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)，5～8为保谷008种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)，9～12为中谷7种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)，13～16为冀谷42种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)，17～20为泰谷003种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)，21～24为沧谷619种子(放大倍数40×，500×,800×,1500×)。图2 6个品种谷子种子种皮微结构

2.3 综合描述

通过比较可以看出，本试验的6个品种谷子材料的种子颜色、大小基本相同，但是谷子种子的表皮微结构存在明显差异。通过扫描电镜对不同品种谷子种子的表皮微结构进行观察比较发现：6个品种谷子种子表面均具有突起的纹饰，但纹饰的图案存在很大差异。其中：中谷7，泰谷003，冀谷42，豫谷18的表皮微结构纹饰相似，均为网状纹饰，但网脊及其排列存在区别：豫谷18的网脊较细长，排列交错扭曲；冀谷42的网脊较粗，排列规则；泰谷003网脊同样较粗，但突出不明显；中谷7的网脊突出极不明显，且排列错综复杂。保谷008以及沧谷619的表皮微结构纹饰相似，为颗粒状纹饰，但颗粒状突起的排列均匀程度不同。推测这些种子表面纹饰的异同是其表皮特征与其他特征的相关性导致。因此，谷子种子表面纹饰的样式很可能是反映了谷子分类中的一些特点，这些特点又为品种间的亲缘关系提供了一些佐证。

3 讨 论

对6个谷子品种进行外观形态观察发现均为黄色卵圆形且几乎无法分辨其品种，本研究利用扫描电镜分别在40×，500×，800×，1500×的放大倍数下对种皮微结构进行观察，根据扫描电镜图可以清楚看到，在40×的放大倍数下可以看到种子为籽实卵圆形且可以略微的看到其表面结构的不同。在500×的放大倍数下对于表皮结构的观察更为直观，可以对谷子种子的表皮微结构有一个系统性的观察，而放大倍数(800×,1500×)过大反而效果不理想，所以在500×的放大倍数下来观察谷子种子的表面微结构是最合适的。

本实验仅对6个品种谷子种子表面微结构进行研究，结果表明，不同品种谷子种子表面微结构的差异可以作为不同品种谷子间差异鉴定的依据之一。表面微结构的特征在直观的分类学上具有重要价值[10]，因此很可能6个品种谷子种子的表面微结构反映了不同谷子品种之间的差别。然而，单纯的依赖谷子种子微观形态结构在作为不同品种谷子种子的鉴定依据来讲，还存在一定的局限性，尤其是在鉴定品种间亲缘关系时需结合形态学、遗传学及分子生物学等方法进行综合鉴定。