不同地理唐古特白刺家系花粉形态多样性研究.pdf

西 北 农 业 学 报 2 0 2 3,3 2(9):1 4 3 7-1 4 4 4A c t a A g r i c u l t u r a e B o r e a l i-o c c i d e n t a l i s S i n i c ad o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 2h t t p s:/d o i.o r g/1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 2不同地理唐古特白刺家系花粉形态多样性研究收稿日期:2 0 2 2-0 3-0 1 修回日期:2 0 2 2-0 4-0 8基金项目:中国对发展中国家常规性科技援助项目(KY 2 0 2 0 0 2 0 1 1);中央财政林业科技推广示范资金(2 0 2 0Z Y T G 1 5);甘肃省林业科技创新与国际合作资金(G L C 2 0 1 9-4 1 8-8)。第一作者:李超群,男,硕士研究生,研究方向为抗旱灌木良种选育。E-m a i l:2 4 1 4 5 1 9 1 9 8q q.c o m通信作者:李 毅,男,教授,研究方向为林木抗旱种质资源利用与保护。E-m a i l:l i y i g s a u.e d u.c n李超群1,李 毅1,张咏梅2,陈君婵1,李 蒙1,芦 倩1(1.甘肃农业大学 林学院,兰州 7 3 0 0 7 0;2.甘肃农业大学研究测试中心,兰州 7 3 0 0 7 0)摘 要 为了解唐古特白刺种内花粉形态的多样性,对不同地理的6个家系花粉形态进行研究。本研究材料来源于2 0 1 1年收集野外种子并种植在同一环境条件下。采集新鲜花粉并进行冷冻干燥处理,通过扫描电镜进行拍照、测量,对6个家系间的测量数据进行方差分析、主成分分析和聚类分析。结果表明:唐古特白刺花粉为单粒形式存在,中等大小花粉粒,长球形,具三孔沟,萌发沟宽,存在连接,萌发沟脊面为两极小,中间大,呈“凸”形增大,纹饰类型为条状、脑状,并没有构成图案;家系花粉在萌发沟特征、萌发沟脊面形状及纹饰类型等方面存在显著不同,其中武威民勤小坝口的萌发沟变异最复杂;张掖甘州龙渠的萌发沟脊面形状变异最大;张掖甘州老寺庙的纹饰类型最丰富;仅有张掖甘州龙渠与武威民勤小坝口的表面纹饰构成似“指纹”的图案。花粉性状变异系数为4.3 3%4 0.0 9%,其中花粉质量性状(2 7.9 7%)的遗传稳定性高于数量性状 (4.9 1%),主要受遗传因子影响。聚类分析发现,6个家系聚为4类,地理相近的张掖甘州龙渠与张掖甘州老寺庙聚为一类,酒泉瓜州槽沿子与酒泉金塔聚为一类。研究结果为唐古特白刺种质资源遗传多样性及育种研究提供了一定的依据。关键词 唐古特白刺;家系;花粉;遗传多样性 白刺是古老的第三纪孑遗植物1,由于在独立成科的问题上一直存在争论2,目前,分类学上普遍认同白刺属于蒺藜科白刺属(Z y g o p h y l l c e a e N i t r a r i a)。在世界范围内白刺属被划分为1 1种或1 3种,但绝大部分学者认为有1 2种3-6,在中国分布有8种,其 中,唐 古 特 白 刺 为 中 国 特 有种7。花粉是植物开启一生的关键因素之一,携带着大量的遗传信息。其表面纹饰精巧,形态特殊,构造奇特,在随着环境的变化发展中,具有稳定的遗传保留性和呈现性8-9。因此,植物花粉的外部特征是分类学的重要指标之一,对植物物种和品种的鉴定具有十分重要的意义1 0。潘晓玲等2依据果实和叶片性状对白刺属植物进行了分类,制作了分种检索表,却未考虑到花粉和种子等性状具有较高的遗传稳定性。目前,关于白刺花粉研究的文献较少。席以珍等1利用白刺属化石花粉与现代花粉进行了对比研究,明确了白刺花粉形态的进化方向;努尔巴衣阿布都沙力克等1 1利用腊叶标本对蒺藜科5属1 1种植物花粉的形态进行了研究,结果表明花粉表型性状是可以作为区分5个属之间的重要依据,并且支持白刺属升为白刺科;张晓明等1 2在内蒙古收集白刺属花粉,制作标本后进行观察研究,发现不同种之间存在差异,而且白刺属植物可能正处于进化过程中的分 化 阶 段。唐 古 特 白 刺(N i t r a r i a t a n g u t o-r u m)花粉的研究水平仍停留在白刺属或种间,而对这一特有种的花粉未见详细研究报道。相关文献1 0,1 3-1 5证明植物在种间与种内均有不同程度的遗传多样性,而同一植物个体产生不同的花粉形态有利于植物的进化,对此,研究唐古特白刺种内花粉多样性对于遗传育种具有重要意义。甘肃地处青藏高原、黄土高原、蒙新高原和西秦岭山地的交汇地带,境内地形地貌复杂、气候多变1 6,尤其是地处青藏高原向蒙新荒漠过渡的甘肃省河西走廊,大部分地区属于中国中度和重度生态环境脆弱区,白刺属植物资源分布非常充足,可以提供丰富多样的试验材料。前人的试验材料均来自标本,而标本花粉与自然状态下的花粉存在明显的差异1 7。本研究选用甘肃省不同地理的6个唐古特白刺家系花粉,采用冷冻干燥的方法,旨在发现唐古特白刺不同家系间花粉形态的变异,从种内角度研究其花粉的遗传多样性。1 材料与方法1.1 材料收集唐古特白刺试验林位于甘肃省兰州新区中川镇倒水塘村(3 6 3 0 N,1 0 3 3 7 E),黄土高原的西北部,海拔1 9 4 7.2 m,年降水量3 2 8 mm,1月平均气温为-6.9,7月平均气温为2 2.2,属于温带半干旱大陆性气候,土壤均为碱性砂壤。试验林由2 0 1 1年收集的来自甘肃省武威、张掖和酒泉等地区的唐古特白刺自然群落的种子,建植成林。2 0 2 0年6月2 0日选择处于盛花期的、生长健壮的唐古特白刺家系(表1),每个家系随机选择3个单株收集新鲜花粉,低温保存带回实验室。表1 唐古特白刺家系的概况T a b l e 1 O v e r v i e w o f p r o v e n a n c e o f N i t r a r i a t a n g u t o r u m编号N o.家系编号F a m i l y n u m b e r种源P r o v e n a n c e海拔/mA l t i t u d e纬度L a t i t u d e(N)经度L o n g i t u d e(E)1j 3-3 0酒泉金塔 J i n t a,J i u q u a n1 3 5 9 3 9 5 2 9 5 0 9 8 4 5 8 3 4 2j c-1 7酒泉瓜州槽沿子 C a o y a n z i,G u a z h o u,J i u q u a n1 3 1 34 0 4 7 8 8 6 9 6 0 4 9 0 8 3z g l q-1 4张掖甘州龙渠 L o n g q u,G a n z h o u,Z h a n g y e1 7 0 23 8 4 8 5 8 0 1 0 0 1 2 2 6 1 4z g l s m-2 9张掖甘州老寺庙 L a o s i m i a o,G a n z h o u i,Z h a n g y e1 5 3 03 8 5 3 3 4 5 1 0 0 9 2 7 5 0 5w 3-1武威民勤沙井子 S h a j i n g z i,M i n q i n g,W u w e i1 3 8 63 8 3 3 7 9 0 1 0 2 5 5 9 8 9 6w 2-2 8武威民勤小坝口 X i a o b a k o u,M i n q i n g,W u w e i1 3 8 43 8 3 1 7 2 9 1 0 2 5 6 4 1 3 1.2 预处理将采集的新鲜花粉放入5 m L离心管中,将离心管盖剪掉,用封口纸将管口封实,然后用小针在封口纸上留下46个小孔,冷冻干燥1 2 h。1.3 扫描电镜观察花粉形态取出预处理后的离心管于干燥器中恢复至室温,将花粉均匀粘贴在双面导电胶上。离子溅射仪进行喷金(P t)1.5 m i n。然后在扫描电子显微镜(H I T A CH I S-3 4 0 0 N,日本)下观察花粉的表面形态,镜下挑选3 0粒清晰花粉粒进行拍照,利用P h o t o s h o p测量花粉粒极轴长和赤道轴长等数据并记录。1.4 数据统计与分析利用E x c e l 2 0 1 9软件统计花粉测量数据,在此基础上利用S P S S 1 8.0软件对测量数据进行方差分析,统计各个家系间的异同,并计算变异系数(C V):C V=标准差/平均值1 0 0%;后进行主成分分析,得到不同家系间变异的主要性状,并将6个家系进行聚类分类。2 结果与分析2.1 唐古特白刺花粉的基本特征6个唐古特白刺家系花粉均以单粒形式存在,极 轴 长 为3 5.9 54 1.5 3 m,赤 道 轴 长 为 1 8.3 42 2.5 2 m,极轴长/赤道 轴 长(P/E)在 1.8 21.9 6,均为中等大小花粉,长球形,具三孔沟。家系z g l q-1 4的 花 粉 粒 最 大(4 1.5 3 m 2 2.5 2 m),萌发沟长(3 6.9 4 m0.5 3 m)占极轴长的9 1%,家系w 3-1的花粉粒最小(3 5.9 5 m1 8.3 4 m),萌发沟(3 0.2 1 m1.0 7 m)占极轴长的8 4%;家系w 3-1的萌发沟脊面最窄(1 1.9 0 m0.4 3 m),家系j 3-3 0的最宽(1 5.8 8 m0.2 0 m)。而花粉在萌发沟特征、萌发沟脊面形状及纹饰类型等方面存在显著差异(表2、图1)。萌发沟特征为(C G):窄,存在缝隙;宽,存在连接;窄,存在连接;窄,无连接;宽,无连接。脊面形状(垂直赤道轴观察)为(G S):两极小,中间大;变化不大;两极小,中间凹陷。萌发沟为赤道三孔沟,纹饰类型为(P T):条状,脑状;脑状;条状,负网状。由表面纹饰有无组成图案(P)分为:无;似“指纹”。孔穴的形状有(H S):条形;圆形(所有花粉粒上均有条形、圆形孔穴,以占比多的命名为条形孔穴和圆形孔穴)。家系j 3-3 0表现为:萌发沟窄,存在缝隙;萌发沟脊面表现为:两极小,中间较大;表面纹饰表现为条状、脑状混合与脑状等两种,不规则图案;孔穴形状有条形、圆形孔穴。家系j c-1 7表现为:萌发沟有宽有窄,有连接;8341西 北 农 业 学 报3 2卷萌发沟脊面表现为:两极小,中间较大;表面纹饰表现为条状、脑状混合与脑状等两种,不规则图案;孔穴形状为圆形孔穴。家系z g l q-1 4表现为:萌发沟宽,存在连接,萌发沟窄,无连接;萌发沟脊面表现为:两极小,中间大;变化不大;两极小,中间凹陷;表面纹饰为条状、脑状与条状、负网状混合等两种,并会构成似“指纹”般的图案;孔穴形状为圆形孔穴。家系z g l s m-2 9表现为:萌发沟宽,存在连接与无连接;萌发沟脊面表现为:两极小,中间大;变化不大;表面纹饰为:条状,脑状混合;脑状;条状,负网状混合,不规则图案;孔穴形状为条形、圆形孔穴。表2 6个家系唐古特白刺性状指标值(xs)T a b l e 2 I n d e x v a l u e s o f t r a i t s o f N i t r a r i a t a n g u t o r u m f r o m 6 p r o v e n a n c e s性状T r a i t s指标类型I n d i c a t o r t y p ej 3-3 0j c-1 7z g l q-1 4z g l s m-2 9w 3-1w 2-2 8极轴长/m P A数量性状Q C 4 0.6 01.2 1 3 8.3 91.4 5 4 1.5 34.2 1 4 1.2 31.1 1 3 5.9 50.5 8 3 9.4 14.5 7赤道轴长/m E A数量性状Q C 2 1.3 30.8 5 2 1.1 31.2 2 2 2.5 21.4 1 2 2.3 50.6