2种金合欢属植物雄雌蕊特征1)

黄猛 宁昭然 李安琪 丁国昌 连勇机 王新兴 蔡纯纯 翁斌

(福建农林大学,福州，350002) (福建省泉州市罗溪国有林场)

金合欢属是Mill于1754年提出来的[1]，隶属含羞草科(Mimosaceae),主要分布于热带和亚热带地区[1-3]。全世界共有本属植物1 350多种[4]，其中，引入我国的100多种几乎皆来自澳大利亚[5-6]，而我国拥有本属植物较少，约16种，3变种，其中包括2个新纪录种，2个新变种，仅台湾相思为高大乔木[2，6]。黑木相思于20世纪80年代引入我国，材性良好，具固氮根瘤，生态适应性强，是桉树采伐迹地理想的替代与轮作树种。

被子植物的有性生殖是一个复杂的过程，雄、雌蕊是其重要的生殖器官。花粉是雄蕊所含的生殖细胞，具有较高的遗传稳定性和保守性,其外壁的纹饰、形状大小、萌发孔的数目和位置等具有种的特异性[7-8],而许多微观特征能够明显体现出种间的差异性,现已广泛利用其形态特征作为植物分类、系统发育、起源与演化等研究的辅助指标[9]。柱头是雌蕊顶端接受花粉的部分，在受精过程中具有重要作用[10]，其性状比较稳定,成为植物类群划分和演化趋势研究的重要对象[11]。研究金合欢属植物的雌雄蕊形态特征，有助于对本属植物的系统演化和分类研究有更深层次的认识。因此，本研究通过对外来种(黑木相思AcaciamelanoxylonR.Br.)和本土种(台湾相思AcaciaconfusaMerr.)的微观特征观察对比，以期为金合欢属的分类和系统学研究提供新的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑木相思无性系的花序来源于福建省泉州罗溪国有林场黑木相思无性系一代种子园；台湾相思的花序来源于福建农林大学金山水土保持科教园内。

1.2 扫描电镜观察

采取盛开的花序，在解剖镜显下分离出雄蕊和雌蕊，分别置于EP管中并用体积分数2.5%的戊二醛溶液固定，在冰箱中4 ℃保存备用。观察时，倒掉固定液,用0.1 mol·L-1,pH值7.2的磷酸缓冲液漂洗样品3次,每次15 min,之后用体积分数1%的锇酸溶液固定样品1～2 h,再用蒸馏水漂洗样品3次,每次15 min；用体积分数分别为30%、50%、70%、80%、90%、95%的乙醇溶液对样品进行逐级脱水处理，每种处理15 min,再用体积分数为100%的乙醇处理两次，每次20 min，接下来再用环氧丙烷处理两次；经处理后的样品用HCP-2型临界点干燥器干燥，经干燥的样品黏附于铜台上，再用IB-5型离子溅射仪喷金镀膜，最后将处理好的样品置于JSM-6380LV型扫描电子显微镜下观察，并选有代表性的视野观察雌雄蕊的形态特征拍照记录。

2 结果与分析

2.1 2种金合欢属植物的雄蕊形态特征

依花药在花丝上的着生方式来看，2种金合欢属植物的花药皆为底着药，呈翼瓣状(图1a、e)，左右对称分布，中间由药隔相连；黑木相思的花药内壁较为光滑(图1b)，而台湾相思的花药内壁有明显的球状突起(图1f)；两者的表皮表面均具丰富的角质脊和波状褶纹(图1d、f)；其花药开裂方式均为两侧纵裂(图1b、e)，开裂程度恰好仅容1粒复合花粉散出(图1c、e)，每侧可同时上下并列散出2粒复合花粉，整个花药最大限度可同时散出4粒复合花粉。花粉囊壁因绒毡层的解体而仅存痕迹，裂口处只剩有表皮及纤维层(图1b、f)。

2种相思的复合花粉形状均为圆饼状或椭圆饼状，由16个块状花粉粒排列成球形，即复合花粉中心分上下2层，每层4个单花粉，边缘围绕着8个花粉粒(图1g～i)。而观察中发现，台湾相思除16合花粉外，还存在15合花粉(图1j)和14合花粉(图1k)，该原因可能是在小孢子细胞期未进行有丝分裂；2种相思的花粉粒呈多边形块状或不规则，其形状和大小存在显著差异。黑木相思的花粉粒中心表面具覆盖层纹饰，而台湾相思的花粉粒表面密布浅坑(图1i～k)。就其花粉粒块状特征而言，黑木相思的花粉粒四角要比台湾相思稍微突起，但两者复合花粉的组合排列方式较为整齐。

黑木相思复合花粉的平均直径(30.75±2.58)μm，台湾相思复合花粉的平均直径(32.24±2.82)μm。这2种金合欢属植物的花粉萌发孔类型均为孔状，单花粉萌发孔为3～4个，其位置于各个角隅(图1g～k)。败育花粉粒的形态特征表现为不充实凹陷，以至于严重变形(图1h、k)，而台湾相思的复合花粉甚至以独粒皱缩的形式出现(图1l)，即16个花粉粒融于一体,至于这些败育成因及败育机理尚不清楚，有待进一步研究。

2.2 2种金合欢属植物的雌蕊形态特征

2种相思的雌蕊都是由1个心皮卷合而成，即单雌蕊(图2a、g)。黑木相思的子房中上部表面密被象牙状绒毛(图2b)，下部表面密布球状腺体(图2c);而台湾相思的子房平整光滑，能明显看到心皮卷合后的腹缝线(图2g)。这2种相思的柱头大小相当，约39 μm，而柱头和花柱分化不明显，并不像其他高等植物那样具有细长的花柱且柱头明显的分布在其上端。从花柱截面来看，为闭合型花柱(实心)，具引导组织(图2d、h)。柱头凹陷呈浅杯状(图2e、i)，无乳突，仅容纳1粒复合花粉(图2f)。

3 结论与讨论

金合欢属植物的复合花粉呈现多样化，有4合、8合、12合、16合、32合，甚至达64合，而多常见的为16合花粉[12-14]。Knox et al.[15]表明，澳大利亚90%的金合欢属植物为16复合花粉。在本研究中，这2种相思树的花粉为16复合花粉，具有本属大多数植物花粉的基本特征，即在数量上均以复合花粉的形式存在，花粉粒排列组合为圆饼状或近圆饼状，萌发孔类型为孔状，位于各个角隅，其数量3～4个。而单从16合花粉来看，其表观特征、外壁结构、萌发孔类型、直径长度及外壁纹饰等方面均存在差异[16]。黄烈健等[6]归纳表明，花粉外壁结构和萌发孔类型是本属花粉的2个重要特征，其位置和数目也有差异。

2种金合欢属植物的雌蕊通常只有1枚，柱头和花柱分化不明显。在自然授粉时，柱头仅含1粒复合花粉。据现有的资料显示，柱头仅含1粒复合花粉的比例非常高，82%的树胶相思[15]、83%的马大杂交相思[14]以及92%[17]的阿拉伯胶树柱头仅含1粒复合花粉。这似乎是所有金合欢植物特有的共性[14，17-20]。

电镜扫描发现，2种金合欢属植物的柱头凹陷呈浅杯状，柱头与复合花粉的大小几乎接近，且每一柱头仅容1粒复合花粉，这种结构特征为花粉能够安稳着落于柱头之上提供了保障，也不至于着落过多的花粉而造成浪费，从而保证了复合花粉在落入柱头的同时，免因外界因素而散失，也使复合花粉在最大限度上萌发出花粉管，从而完成受精使命。Kenrick[21]认为，金合欢属植物的柱头在形态特征上有很高的相似性，即中间凹陷，周缘环围，如同浅杯状。而且，这种结构能够容纳1～2粒复合花粉[22-23]。

在具16合花粉的金合欢属植物中，复合花粉所含的花粉粒数(16粒)与子房所含的胚珠数(12～16个)存在一定相关性，即复合花粉所含的花粉粒数与子房胚珠数多以16/12或16/14的形式出现[15]。综上可知，这2种金合欢属植物的1粒复合花粉(16个单粒花粉)已具备了让所有胚珠受精的能力，可在一次授粉完成后获得较大的种子数目。

Newman[24-25]认为，贝利荆的16合花粉是由一个造孢细胞经过两次有丝分裂形成4个小孢子母细胞。然后再由小孢子母细胞经过减数分裂形成四分体，4个四分体呈四面体的方式排列于囊腔内，最终形成复合花粉。Knox et al.[15]也同样认为，16合花粉由4个小孢子母细胞发育而来。复合花粉的数量是由小孢子母细胞的数目决定的。即4合花粉由1个小孢子母细胞发育而来，8合花粉由2个小孢子母细胞发育而来，12合花粉由3个小孢子母细胞发育而来。而台湾相思15合及14合花粉的出现，可能是由1或2个小孢子母细胞未经减数分裂而形成的。“独粒”的出现可能是自始至终未进行有丝分裂和减数分裂。