紫杏（Prunus dasycarpa Ehrh.）及其近缘属植物花粉形态特征研究

图尔荪古丽·吾拉伊木 黄 雪 郭 玲

（塔里木大学植物科学学院/南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆 阿拉尔 843300）

根据中国植物志（http://www.iplant.cn/info/Armeniaca）对杏属植物的分类、分布记载，紫杏（P.dasycarpa）仅在新疆南部有少量分布，代表类型有‘叶城紫杏’（又称‘紫杏’）和‘阿里瓦拉’。另外，中亚的克什米尔、乌克兰、伊朗等地有许多栽培类型的紫杏[1]。有关紫杏的杂交起源前人做了一系列研究。Byrne[2]通过同功酶研究推测紫杏可能是樱桃李（P.cerasifera）与杏的天然杂交种；何天明[3]通过人工杂交试验认为，紫杏可能是杏和樱桃李的天然杂交种；徐桂香[4]利用4条引物扩增的74个位点，认为‘紫杏’与樱桃李有较近的亲缘关系，与杏亲缘关系较远。另外，利用DNA条形码技术，表明‘紫杏’和‘阿里瓦拉’均具有1长1短2条ITS序列，说明紫杏是1个杂交类型[5]。在此基础上，又通过樱桃李、紫杏、杏的多个单拷贝的叶绿体基因序列和核基因序列，确定紫杏的母本是樱桃李[6]。有学者通过trnL-F序列片段，也得出樱桃李（P.cerasifera）是紫杏的母本[7]。这些结果与涉及AFLP、SSR、ISSR和 SRAP[8-10]等分子标记研究中‘紫杏’单独聚类的结果相吻合。综上所述，基于紫杏杂交来源的分子证据，对紫杏及近缘属的花粉显微结构进行观测，从孢粉学的角度解析其杂种特性。

植物花粉的形态特征受基因控制，具有固定的形态结构和极强的遗传保守性，其中带有大量的信息可为植物的系统分类、演化提供依据，花粉粒的大小、形态以及外壁纹饰可作为划分种的依据[11]。并广泛用于苹果、梨，葡萄、桃、枣和杏[12-18]的研究，以探讨果树的分类、起源及亲缘关系。有关紫杏与其近缘植物的花粉形态学特征尚不清楚，本研究通过对花粉形态特征进行比较研究，以期为紫杏的杂交起源提供孢粉学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材取自新疆农科院轮台国家果树资源圃。于3月下旬采集紫杏、樱桃李和杏3个物种的6份材料的成熟花粉。

1.2 方法

分别采集6份材料的10朵大蕾期花，把所有花药置于有硅胶的离心管进行干燥，将干燥的花粉轻弹于粘有双面胶的样品托上，经JFC-1 600离子溅射仪喷镀80 s，在JSM-6390LV扫描电镜（SEM）（公司，日本）下观测、记录。选择有代表性的视野分别是200×（群体）、1 500×（极面观、赤道面观）和10 000×（外壁纹饰，即赤道面中央区）进行拍摄后保存图片（图1），照片通过扫描在电脑中观察，用Screen Calipers 4.0软件进行数量指标测量，其中定量指标2个，即极轴长（P）、赤轴长（E），每项指标测量数据30个。参照孢粉学术语和孢粉学手册[19-20]，花粉大小用P表示，25 μm ＜ P ＜ 50 μm 为中型花粉，50 μm ＜ P ＜100 μm为大型花粉；其中花粉形状以P/E表示，其中0.88＜P/E＜1.14为圆球形，1.33＜P/E＜2为长球形，P/E＞2为超长球形。另外，观察赤面观、极面观、花粉形状、外壁纹饰类型和萌发孔型。

1.3 数据分析

利用SPSS22.0软件进行数据统计与分析。包括花粉极轴和赤道轴的长度、极大值、极小值、平均值、变异系数、标准差。

2 结果与分析

2.1 花粉形状和大小

利用扫描电子显微镜观察供试样本的群体花粉形态。如图1所示（图版1A-6A），3个物种的6份试材花粉均为单粒花粉、等极、辐射对称，有3个规则的孔沟等间距的分布在赤道位置，从赤道延伸至两极但没有联合，赤面观为长椭圆形（图版1B-6B）。根据埃尔特曼[19]提出的P/E的比值确定花粉形状，‘叶城紫杏’、‘红樱桃李’、‘黄樱桃李’和‘轮台小白杏’为超长球形，‘阿里瓦拉’和‘库车小白杏’为长球形。由表1可知：供试的花粉大小为中型花粉（25 μm＜P＜50 μm）且种间存在显著差异，种间材料极轴由大到小的顺序是：杏＞樱桃李＞紫杏；在种内的变异水平上‘叶城紫杏’和‘阿里瓦拉’的极轴变异系数和标准差都较大，樱桃李种内的变异最小。其次，花粉的赤轴大小也存在显著差异，种间材料的大到小的顺序是：杏＞樱桃李＞紫杏；在种内变异水平上：杏和樱桃李的种内变异较小，紫杏的种内变异大。在表1中，P/E值最大的是‘叶城紫杏’为2.16，最小的是‘库车小白杏’为1.87，2份樱桃李材料分别为2.02和2.03。从纹饰类型来看：杏、樱桃李、紫杏3个种里的5份材料均为条纹-有穿孔类型（图1，图版1C-6C），仅‘阿里瓦拉’为条纹-无穿孔类型。花粉的形状和纹饰类型方面，紫杏的种内和种间变异均较大。

图1 电镜下花粉的照片

2.2 花粉的萌发孔

供试的6份花粉均具有3条萌发沟，均属Erdtman NPC系统中的N3P4C5类型，即均有3孔沟环状萌发孔，由内孔和沟组成，内孔塌陷，呈盖状结构，称为孔盖（图版1B-6B），极面观为长椭圆形，覆有不规则的网状雕纹，并且独立于外壁；赤道中部较宽，两端渐窄（图版1B-6B），沿极轴方向等间距环状分布，延伸直至两极。本研究中‘叶城紫杏’和‘阿里瓦拉’均有一定数量的花粉萌发沟有塌陷、畸变（图版1A和2A），这可能与种间杂交导致的花粉畸形有关。

2.3 花粉外壁纹饰

植物的花粉外壁纹饰存在着一定的演化规律，由图1（图版1C-6C）可知：紫杏和樱桃李花粉外壁纹饰均为条纹状，条纹不平直，有分支、有交叉，外壁纹饰较为复杂。其中‘阿里瓦拉’表面饰纹较为平整、无穿孔。2份杏花粉的穿孔密度居中，樱桃李花粉外壁穿孔密度最大，‘叶城紫杏’与2份樱桃李花粉穿孔密度、外壁纹饰较相近；杏的花粉外壁纹饰为条纹状，不平直有分支，见图1（图版1C-6C）。

表1 花粉形态特征

3 讨论

3.1 花粉微观形态特征

植物花粉的形状和大小在植物学分类中有着重要的参考价值。Arzani等[21]认为杏的花粉是中型花粉。Tong等[22]表明杏属植物的花粉形状为长椭圆形，花粉大小为（51.38～60.19 μm），属于中型花粉。本研究测得杏花粉大小与前人研究测得的大小范围一致，6份花粉均为中等大小。从花粉形态上看，所有花粉均具有3条萌发沟，均属于N3P4C5类型。这一结果与刘有春[17]、刘明国[23]、孙慧瑛[24]及韩雪平[25]的研究结果一致。花粉外壁纹饰在花粉鉴定上具有重要意义，廖明康[18]认为紫杏的花粉纹饰复杂，这与我们所观察到的‘叶城紫杏’花粉外壁有穿孔饰纹，而‘阿里瓦拉’无穿孔，它们在花粉大小、花粉外壁形态的差异均很大。综上所述，紫杏的种间变异与种内变异均高于其它2个物种。这也从孢粉学的角度阐明紫杏是一个杂交种，与分子标记和DNA条形码技术研究所得结论相吻合[6]。

3.2 紫杏与近缘物种的亲缘关系

紫杏、樱桃李和杏的亲缘关系研究得出紫杏杂交母本来源是樱桃李[6-7]。‘叶城紫杏’的花粉显微形态、外壁纹饰特征与樱桃李很相近，从另一方面表明，由于杏高度杂和[26]，紫杏的杂交后代受到胞质基因组的影响，与母本樱桃李相近。‘叶城紫杏’和‘阿里瓦拉’在花粉数量、花粉大小的变异幅度都较大，具有种内花粉特征各异的特点，说明紫杏不具有种的分类学特征。本研究从孢粉学的角度阐明了该种间杂交具有雄性败育的特点。此外，‘叶城紫杏’和‘阿里瓦拉’的花期与樱桃李的花期接近，比杏的花期推后1周左右[27]。从孢粉学特征和开花物候期方面均表明，紫杏具有种间杂种的特点，有关紫杏与近缘属的系统发育关系有待进一步研究。

4 结论

花粉形态是植物分类学的重要依据，通过对紫杏及其近缘物种的6份材料的成熟花粉的超微结构观察，这些花粉均为单粒花粉、辐射对称、属N3P4C5类型。其中‘叶城紫杏’、‘红樱桃李’、‘黄樱桃李’和‘轮台小白杏’为超长球形，而‘阿里瓦拉’和‘库车小白杏’为长球形。‘叶城紫杏’和‘阿里瓦拉’的极轴长和赤轴长的变异系数和标准差都较大，且花粉少、畸形花粉多，具有雄性败育的特征特性，为紫杏杂交来源提供了孢粉学依据。