粤西地区龙眼与荔枝叶表皮和花粉微形态特征

粤西地区龙眼与荔枝叶表皮和花粉微形态特征

龙眼龙眼和荔枝是无患子科的多年生果树。是中国著名的亚热带多年生果树。在世界上，中国是栽培面积最大、产量最高的省份。龙眼和荔枝来自中国，这在中国是如此。广东省是中国龙眼和荔枝种植面积最广的省份，种植历史悠久。在长期栽培过程中，广东气候形成了适应性强的资源。在长期的人工栽培过程中，他形成了许多品种，通过手动选择形成。其中，龙眼和荔枝的面积最大（包括广东省西、广东省、广东省和广东省）。关于龙眼和荔枝的叶表皮及花粉形态特征研究曾有过一些报道,如王心燕等对荔枝和龙眼各3个品种的叶片表皮的角质层、乳状突和气孔结构等研究表明,各品种表皮结构特征差异明显;温伟君等对5个龙眼品种的叶片气孔特征进行比较研究发现,不同品种龙眼叶片的气孔大小和气孔密度存在明显差异;袁长春等对粤西地区4个荔枝栽培品种的叶片形态及微形态进行了初步分析,探讨了荔枝品种在形态特征上的差异及其与荔枝产量的关系.但是针对更多品种的龙眼和荔枝叶表皮及花粉微形态结构的综合比较研究则少见报道.本研究以粤西地区广泛栽植的龙眼和荔枝品种作为试验材料,通过对其叶表皮、花粉的微形态特征进行观察和比较,旨在探讨龙眼和荔枝品种在形态特征上的差异,并分析其与环境适应的关系,为进一步研究龙眼和荔枝的生理功能以及在分类、早期鉴定上的应用提供参考.1材料和方法1.1材料来源及试验地以粤西地区广泛种植的6个龙眼品种和6个荔枝品种作为试验材料;选择茂名高州市、湛江坡头区和中国农业科学院南亚热带作物研究所试验地作为野外观察和采样地点,于晴天上午9:00—11:00选取树龄为10年的树木,剪取成熟度和叶龄一致的不同品种秋梢的第2~3片复叶的第2对小叶以及花(无虫害且未被污染).每种材料的具体名称及凭证标本号见表1.1.2测试方法1.2.1花粉的检测.1)样品的采集和处理.采集新鲜叶片,对不同品种叶片在相同位置切成5mm2的小块,并放入4%戊二醛固定液中固定48h,然后用磷酸缓冲液清洗3次,乙醇梯度脱水,随后用导电胶粘贴于扫描电子显微镜(PHILIPSXL30-EDAX型,荷兰)样品台上,粘台后用临界点干燥仪(HITACHIHCP-2型,日本)进行临界点干燥2h,最后用离子溅射仪(HITACHIE-1010型,日本)对材料进行镀金.花粉材料经硅胶干燥后粘贴于扫描电子显微镜样品台上,直接喷金进行观察.2)样品观察.调节扫描电子显微镜的工作电压至15kV,工作距离为6μm,对样品进行观察和拍照.1.2.2气孔大小及统计分析气孔密度测定是在放大500倍时随机选择10个视野统计气孔个数,并记录10个气孔大小,求平均值.每种花粉选取10粒,测量极轴和赤道轴,取平均值.应用DPSV3.01软件进行统计分析,采用邓肯新复极差检验法进行多重比较,在α=0.05水平上进行显著性检验.2结果与分析2.1叶表皮的微形态特征2.1.1气孔器的种类通过扫描电子显微镜观察可以发现:龙眼和荔枝叶片的气孔均分布于下表皮,且气孔器较稀少,2个肾形保卫细胞清晰可见.其中,龙眼6个品种叶片的气孔器全部为椭圆形(图1),在荔枝品种中除桂味的叶片气孔器为近圆形外,其他5个品种的气孔器均为椭圆形(图2).龙眼和荔枝叶片气孔的着生情况分为明显下陷、稍微下陷和不下陷3种类型,其中,古山二号、石硖龙眼以及黑叶荔枝表现为明显下陷;双孖木、大树鸡眼龙眼以及桂味、白糖罂荔枝表现为不下陷;其他品种均表现为稍微下陷(图1~2).2.1.2气孔密度和大小从表2可以看出,龙眼和荔枝叶片的下表皮气孔密度存在明显差异,且荔枝品种的气孔密度普遍比龙眼大.在供试的6个龙眼品种中古山二号和储良的气孔密度较大,分别为406.00个/mm2和398.10个/mm2,石硖、双孖木和广眼其次,最小的为大树鸡眼,仅为316.30个/mm2.在供试的6个荔枝品种中气孔密度较大的为桂味和黑叶,分别为655.20个/mm2和638.80个/mm2,其余的从大到小依次为白蜡、白糖罂、妃子笑、香荔.不同品种的龙眼和荔枝叶表皮气孔的大小也存在较明显的差异.在龙眼的6个品种中气孔长度最大的是大树鸡眼(21.33μm),最小的是储良(11.16μm);而气孔宽度最大的是石硖(4.84μm),最小的是广眼(3.21μm).在荔枝的6个品种中气孔长度最大的是白蜡(17.28μm),最小的是黑叶(10.38μm);而气孔宽度最大的是桂味(7.52μm),最小的是香荔(4.91μm).2.1.3立法上的缺陷龙眼和荔枝叶片的下表皮都有大量的乳状突,突起上有皱褶.其中,龙眼的乳状突呈长形,皱褶少,而荔枝乳状突的形状近半圆形,面包状,皱褶密而多(图1~2).2.1.4羊毛特征所有龙眼品种的叶片下表皮都有表皮毛,而荔枝中只有黑叶的下表皮有表皮毛,其他品种均光滑无毛(表2).2.2关于花粉微形态的观察2.2.1金抗氧分布供试龙眼和荔枝品种的花粉粒赤道面观多为圆形至宽椭圆形,极面观呈2种类型:三角形和三裂圆形.属于三角形的有储良和石硖龙眼,以及荔枝品种中的黑叶、白蜡和妃子笑,其他的都为三裂圆形.在三角形中,又分为孔膜不突,如储良、妃子笑;孔膜外突,如石硖、黑叶和白蜡(图3~4).2.2.2植物群落分类系统供试龙眼、荔枝品种都具有沿极轴方向走行的3孔沟,不具合沟,沟长且裂至两极,孔横长呈椭圆形,按照Erdtman的NPC分类系统,属于N3P4C5型花粉.按照沟的2端形态和孔膜的外突情况可分为2种类型:1)沟具尖端,孔膜外突,如龙眼的石硖品种和荔枝的黑叶、白蜡品种;2)沟2端变宽,孔膜不外突,如龙眼的储良、古山二号、双孖木、广眼和大树鸡眼品种以及荔枝的香荔、桂味、白糖罂和妃子笑品种(表3).2.2.3不同品种龙眼各品种发育的化学加从花粉外壁纹饰看,龙眼和荔枝的花粉外壁大多具有条嵴,属于条状纹饰,但是条嵴的形态和分布存在一定的差异(图5~6).在龙眼各品种中,储良和古山二号属于明显条状纹饰,条嵴隆起明显,分叉较多,走向不规则,呈放射线分布;双孖木和大树鸡眼属于模糊条状纹饰,条嵴稍隆起,走向稍显平行;石硖的外壁纹饰近平滑,条嵴隆起不明显;而广眼的外壁纹饰则呈现粗颗粒状纹饰,表面隆起类似颗粒状(图5).2.2.4广眼媒介9.65m24.33m龙眼大部分品种的花粉粒都比荔枝的大.在龙眼中花粉粒最大的为古山二号(19.85μm×24.33μm),最小的为广眼(18.31μm×21.36μm);在荔枝中花粉粒最大的为白蜡(18.07μm×21.47μm),最小的为香荔(16.19μm×19.22μm)(表3).3讨论3.1叶表皮及花粉微形态特征龙眼和荔枝的叶表皮和花粉微形态均表现出较丰富的多样性.6个龙眼品种在气孔着生情况、气孔密度、气孔大小方面表现出一定的差异性,而6个荔枝品种在气孔形状、气孔着生情况、气孔密度、气孔大小以及表皮毛等方面差异明显.在花粉微形态特征中,龙眼和荔枝在萌发孔形状、花粉外壁纹饰等方面都表现出较大的差异.这说明龙眼属和荔枝属植物在叶表皮、花粉微形态特征上的差异可能具有重要的分类价值以及在2个属植物之间的鉴别中有一定的参考价值;但是否可以作为2个属内植物分类、鉴定的重要依据尚不明确,此外,在遗传特性上是否也产生了一定的差异,均有待于进一步研究.3.2气孔运动特征龙眼和荔枝同属于无患子科,叶表皮微形态相似,气孔均分布于下表皮,气孔外都有大量的乳状突.但仍可分辨出龙眼和荔枝在叶表皮形态上的明显区别.龙眼和荔枝的乳状突性状明显不同,龙眼呈长形,荔枝近半圆形;龙眼所有品种的叶片下表皮都有表皮毛,而荔枝中只有黑叶有表皮毛,其他品种均光滑无毛;荔枝的气孔密度都比龙眼的大.这些特征可以作为属间分类和系统关系探讨的辅助依据.气孔在植物与外界进行气体和水分交换中起着重要的作用.与大多数果树一样,龙眼和荔枝的气孔都只分布在下表皮.龙眼和荔枝以及各品种间在气孔密度和气孔大小方面都存在一定的差异.植物叶片气孔的密度、大小、分布及运动规律与研究植物的适应性、抗逆性有密切关系.现有的研究认为,下表皮上的气孔密度大、每个气孔的长度小,抗旱性强.在调查的6个龙眼品种中,储良的气孔长度最小,气孔密度也相对较大,且储良也被普遍认为是耐旱性较强的龙眼品种之一;在荔枝的6个品种中,黑叶和桂味的气孔密度大,气孔长度小,这与黑叶和桂味的抗旱性较强基本一致.此外,黑叶是供试的6个荔枝品种中唯一具有表皮毛的品种,且其气孔呈现明显下陷的状态,可以推测黑叶的抗旱性还可能与其具有表皮毛和气孔下陷有一定的关系.植物叶表皮上的乳状突可以提高植物的隔水保水功能.龙眼和荔枝都具有一定的抗旱性,各品种的叶片下表皮都存在大量的乳状突,每个突起还形成许多皱褶,这与增大表面积、增加蒸腾作用的阻力、减少水分蒸腾和提升植物的保水功能相关.3.3花粉的形态特征植物花粉在遗传上具有较强的保守性和稳定性,既能够反映科、属的共同特性,也具有种的特异性.在花粉微形态特征上,供试龙眼和荔枝各品种都表现出一定的稳定性,如:花粉近扁球形,都具3孔沟、不具合沟等,但在部分外部形态、萌发器官和花粉粒大小等方面存在一定的差异.在外部形态方面,赤道面观为圆形至宽椭圆形,极面观均为3裂,但极面观又分为三角形和三裂圆形2大类,这可作为龙眼、荔枝品种间分类的重要依据.柯冠武等对龙眼花粉形态分析认为,可以花粉萌发孔性状和花粉外壁纹饰揭示品种间的亲缘关系.在本研究中萌发孔膜有外突和不外突2种,外突的花粉均为三角形,如龙眼的石硖品种和荔枝的黑叶、白蜡品种,且所占比例较小.在供试的龙眼品种中储良和古山二号属于明显条状纹饰,双孖木和大树鸡眼属于模糊条状纹饰;石硖的外壁纹饰近平滑,而广眼的外壁纹饰呈现粗颗粒状纹饰.在荔枝品种中香荔和桂味为明显条状纹饰,黑叶、白蜡、白糖罂和妃子笑4个品种为模糊条状纹饰.龙眼花粉粒大小比荔枝花粉粒偏大,但是按照花粉大小等级划分,龙眼和荔枝花粉都属于中小等级(10~25μm).龙眼和荔枝各品种间花粉的这些细微差异,能为研究者应用花粉形态特征来鉴别品种和揭示不同品种的亲缘关系提供重要的依据.3.4植物表面花粉微形态的演化一般认为,在花粉的演变趋势中沟的2端变宽,外壁纹饰越清晰,且沟越复杂,其演化水平越高;沟具尖端、纹饰模糊、简单,其演化水平越低.从本研究结果看:在龙眼品种中石硖花粉沟具尖端,孔膜外突,外壁纹饰近平滑,应属较原始的类型,这与柯冠武等的研究结果相似;而储良和古山二号的花粉沟2端变宽,外壁纹饰明显,可能是较进化的类型.在荔枝品种中黑叶和白蜡的花粉沟具尖端,孔膜外突,外壁纹饰较模糊,