免费文献传递   相关文献

Observation and comparison on morphological characteristics of pollen of Salvia shandongensis and its relatives by SEM

扫描电镜下山东丹参与近缘种花粉形态特征比较观察



全 文 :广 西 植 物 Guihaia Jan.2013,33(1):20-24           http://journal.gxzw.gxib.cn 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2013.01.002
李晓娟,李建秀,孙经兴,等.扫描电镜下山东丹参与近缘种花粉形态特征比较观察[J].广西植物,2013,33(1):20-24
Li XJ,Li JX,Sun JX,et al.Observation and comparison on morphological characteristics of polen of Salvia shandongensis and its relatives by SEM[J].
Guihaia,2013,33(1):20-24
扫描电镜下山东丹参与近缘种
花粉形态特征比较观察
李晓娟1,李建秀1,2,孙经兴2,宋英杰2,张永清1*
(1.山东中医药大学 药学院,济南250355;2.山东力明科技职业学院,济南250116)
摘 要:采用光学显微镜和扫描电镜相结合,对山东丹参、丹参、南丹参发育良好成熟的花粉粒进行比较观
察。结果表明:花粉粒形态、大小和外壁网状雕纹特征均具有较显著区别,首次为山东丹参新种积累孢粉学资
料、确立其在植物分类学上的地位以及研究其种质,提供花粉形态的重要依据;丹参和南丹参花粉粒形态特征
及外壁网状雕纹与前人报道相一致,为揭示山东丹参与丹参、南丹参之间的亲缘关系及种间分类鉴定提供了
孢粉学依据;也为山东丹参药用植物新资源的开发提供科学依据。
关键词:山东丹参;丹参;南丹参;花粉形态;扫描电镜
中图分类号:Q944.571  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2013)01-0020-05
* Observation and comparison on morphological
characteristics of polen of Salvia
shandongensis and its relatives bySEM
LI Xiao-Juan1,LI Jian-Xiu1,2,SUN Jing-Xing2,
SONG Ying-Jie2,ZHANG Yong-Qing1*
(1.College of Chinese Medicine,Shandong University of Traditional Chinese Medicine,Jinan 250355,China;
2.Shandong Liming Polytechnic Vocational College,Jinan 250116,China)
Abstract:Wel-developed mature polen grains of Salvia shandongensis,S.miltiorrhizaand S.bowleyanaare exam-
ined by using light microscope and scanning electron microscope.The results indicated that there were clear distinc-
tions among the shape,size and exine sculpture of S.miltiorrhiza plants’polen.This study not only first provided
the important polen morphological basis for accumulating the palynology information for S.shandongensis new spe-
cies,establishing its position in plant taxonomy and researching its species quality;polen grains morphological fea-
tures and exine sculpture of S.miltiorrhizaand S.bowleyana were consistent with previous reports and provided the
palynology information for revealing their genetic relationships of S.shandongensis,S.miltiorrhizaand S.bowleyana
and distinguishing their species taxonomy,but also provided scientific basis for the development of new medicinal
plant resources of S.shandongensis.
Key words:Salvia shandongensis;S.miltiorrhiza;S.bowleyana;polen morphology;scanning electron microscope
* 收稿日期:2012-05-25  修回日期:2012-08-07
基金项目:山东省科技发展计划项目(2008GG2NS02022);山东省农业良种工程项目(2009LZ01-03)
作者简介:李晓娟(1986-),女,山东临沂市人,硕士研究生,从事中药资源学、质量控制的研究,(E-mail)Lixiaojuan124@163.com。
*通讯作者:张永清,教授,博士生导师,从事药用植物栽培与中药资源的教学、科研工作,(E-mail)zyq622003@126.com。
  山东丹参(Salvia shandongensis)是1993年发
表的一个新分类群(李建秀等,1993),在产地多年与
丹参一起入药。前人对山东丹参、丹参和南丹参研
究较多,如植物分类学(吴征镒等,1977;肖培根等,
2002)、药材性状(周凤琴等,1995;肖培根,2002)、化
学成分(肖培根,2002)、花粉孢粉学(徐任生,1990;
蔡继炯等,1987;杨德奎等,2003)、小坚果果实种类
学(孙群等,2004;王彩红等,2007)、叶表皮形态(张
利,2008)等,但对山东丹参发育良好的成熟花粉、小
坚果、叶表皮及其附属物、DNA遗传物质、有效成分
研究尚未见有文献报道。为开发山东丹参中药新资
源,本文采用光学显微镜和扫描电镜相结合,对山东
丹参及其近缘种丹参和南丹参花粉形态进行系统研
究,取得了创新性的成果:山东丹参花粉形态及外壁
网状雕纹与丹参和南丹参有明显区别,作首次报道;
丹参和南丹参花粉形态及外壁网状雕纹与前人(杨
德奎等,2003;徐任生,1990;蔡继炯等,1987;Hen-
derson et al.,1968)的研究报道一致。不仅为山东
丹参新种建立及其种质资源提供花粉形态依据,同
时也为揭示山东丹参、丹参和南丹参亲缘关系和种
间分类鉴别提供孢粉学资料,并为山东丹参药用植
物新资源的开发提供依据。
1 材料与方法
1.1材料
(1)山东丹参(S.shandongensis)采自野生植株
成熟花粉粒,凭证标本为李建秀2011034。(2)丹参
(S.miltiorrhiza)采自山东中医药大学药用植物园
成熟花粉粒,凭证标本为李晓娟2011029。(3)南丹
参(S.bowleyana)舒四燕引自江西龙虎山,栽培山
东力明科技职业学院,采自成熟花粉粒,凭证标本为
李晓娟2011032。凭证标本经山东中医药大学药学
院李建秀教授鉴定,藏于山东中医药大学药用植物
标本室(SDCM)。
1.2方法
选取山东丹参、丹参、南丹参凭证标本发育良好
成熟的花粉粒,做临时水装片,透化,观察及测量20
粒花粉极轴和赤道轴(王伏雄等,1997),按照统计学
处理。在此基础上,另从3种凭证标本上取成熟花
粉粒,分别均匀地散在标本托双面胶纸上,喷金后置
于德国蔡司SUPRATM55热场发射扫描电镜下,
并观察花粉的极面和赤道面,各10粒,挑选典型、有
代表性的花粉粒,放大倍数由高倍(×5 000)到低倍
(×1 500),待电压稳定,调整焦距,照相,使用Ado-
be Photoshop软件处理照片做图版。
2 观察结果
2.1山东丹参花粉形态
山东丹参发育良好成熟的花粉粒,赤道面观为
类圆形或椭圆形,大小为33.3(30.7~36.2)μm×
30.0(24.9~32.3)μm,具6沟,沟至近两极,沟宽
且深,沟膜密被颗粒状突起。外壁表面具网状雕纹,
网眼小,多角形,具大小不一的复穿孔或单穿孔,网
脊宽不平滑,具不规则疣块状突起,为首次报道。图
版Ⅰ:1-2。花粉粒极面观为椭圆形,大小为10.8
μm×6.6μm,其边缘具6沟。外壁表面具网状雕
纹,网眼小,类圆形,具大小不一单穿孔或复穿孔,网
脊不平滑(图版Ⅱ:1-2)。
2.2丹参花粉形态
丹参花粉粒赤道面观为长椭圆形,大小为54.4
(52.2~55.5)μm×33.6(31.5~38.2)μm,具6
沟,沟至近两极,沟窄且深,沟膜被颗粒状突起。外
壁表面具网状雕纹,网眼较大,类圆形,多具大小不
一的复穿孔,网脊较平滑,与前人(杨德奎等,2003;
徐任生,1990;蔡继炯等,1987;Henderson et al.,
1968)报道一致(图版Ⅰ:3-4)。花粉粒极面观为扁
球形,大小为12.5μm×8.3μm,其边缘具6沟。外
壁表面具网状雕纹,网眼较小,类圆形,多具大小不
一的单穿孔或复穿孔,网脊平滑,与蔡继炯等(1987)
报道一致(图版Ⅱ:3-4),而杨德奎等(2003)报道花
粉粒极面观为长串珠形。
2.3南丹参花粉形态
南丹参花粉粒赤道面观为椭圆形,大小为50.3
(49.5~54.0)μm×41.8(40.2~45.6)μm,具6
沟,沟至近两极,沟宽且深,沟膜密被颗粒状突起。
外壁表面具有网状雕纹,网眼大,类多边形,大多具
有大小不一的复穿孔,网脊平滑,为首次报道(图版
Ⅰ:5-6)。花粉粒极面观为扁球形、类球形,大小为
(11.5×6.1)μm~(11.7×6.3)μm,其边缘具6
沟。外壁表面具网状雕纹,网眼大,呈多边形,复穿
孔或单穿孔,网脊平滑,其类球形与徐任生(1990)报
道一致(图版Ⅱ:5-8)。
2.4山东丹参与丹参、南丹参花粉形态特征的比较
山东丹参是一新种,与丹参、南丹参为同属植
121期         李晓娟等:扫描电镜下山东丹参与近缘种花粉形态特征比较观察
图版 Ⅰ 扫描电镜下山东丹参、丹参、南丹参花粉粒赤道面观 1-2.山东丹参;3-4.丹参;5-6.南丹参。
PlateⅠ Equatorial view of the polen grains of Salvia shandongensis,S.miltiorrhizaand S.bowleyanaby scanning
electron microscope 1-2.S.shandongensis;3-4.S.miltiorrhiza;5-6.S.bowleyana;1,3,5.×1 500;2,4,6.×5 000.
物,在植物分类学上属于近缘种。山东丹参与丹参、
南丹参三种花粉粒均为六沟型,外壁为网状雕纹,这
些共同特征为它们的近缘关系提供了孢粉学依据。
三者的花粉形态特征又有明显区别:山东丹参花粉
粒赤道面观为类圆形,极面观为椭圆形,花粉粒小
(33.3μm×30.0μm),网状雕纹网眼小,呈多角形,
网脊不平滑(图版Ⅰ:1-2;图版Ⅱ:1-2),而丹参花粉
粒赤道面观为长椭圆形,极面观为扁球形或长串珠
形,花粉粒大(54.4μm×33.6μm),网状雕纹网眼
较大,类圆形,复穿孔,网脊平滑(图版Ⅰ:3-4;图版
Ⅱ:3-4),两者有明显区别;南丹参花粉粒赤道面观为
椭圆形,花粉粒较大(50.3×41.8μm),极面观为扁球
形,网状雕纹网眼大,类多边形,复穿孔,网脊平滑(图
版Ⅰ:5-6;图版Ⅱ:5-6),也与山东丹参有明显区别。
三种丹参花粉形态相同特征为其近缘种提供孢
粉学依据,而花粉粒形态特征的明显区别又为它们
22 广 西 植 物                  33卷
图版 Ⅱ 扫描电镜下山东丹参、丹参、南丹参花粉粒极面观 1-2.山东丹参;3-4.丹参;5-8.南丹参。
PlateⅡ Polar view of the polen grains of Salvia shandongensis,S.miltiorrhizaand S.bowleyanaby scanning
electron microscope 1-2.S.shandongensis;3-4.S.miltiorrhiza;5-8.S.bowleyana;1,3,5,7.×1 500;2,4,6,8.×5 000.
321期         李晓娟等:扫描电镜下山东丹参与近缘种花粉形态特征比较观察
表1 山东丹参、丹参、南丹参花粉粒主要形态特征
Table 1 Morphological characteristics of the polen grains of S.shandongensis,S.miltiorrhizaand S.bowleyana
种类
Species
形态
Shape
直径 (μm)
Diameter
赤道面观
Equatorial view
极面观
Polar view
图版Plate
山东丹参
S.shandongensis
类圆形 33.3×30.0 类圆形,网状雕纹,网眼
小,多角形,复穿孔或单
穿孔,网脊宽不平滑
椭圆形,网状雕纹,网眼
小,类圆形,单穿孔或复
穿孔,网脊不平滑
图版Ⅰ:1-2;PlateⅠ:1-2;
图版Ⅱ:1-2;PlateⅡ:1-2
丹参
S.miltiorrhiza
长椭圆形 54.4×33.6 长椭圆形,网状雕纹,网
眼较大,类圆形,复穿孔,
网脊较平滑
扁球形,网状雕纹,网眼
较小,类圆形,单穿孔或
复穿孔,网脊平滑
图版Ⅰ:3-4;PlateⅠ:3-4;
图版Ⅱ:3-4;PlateⅡ:3-4
南丹参
S.bowleyana
椭圆形 50.3×41.8 椭圆形,网状雕纹,网眼
大,类多边形,复穿孔,网
脊平滑
扁球形或类球形,网状雕
纹,网眼大,多边形,复穿
孔或单穿孔,网脊平滑
图版Ⅰ:5-6;PlateⅠ:5-6;
图版Ⅱ:5-6;PlateⅡ:5-6;
图版Ⅱ:7-8;PlateⅡ:7-8
种间分类鉴定提供了孢粉学依据(埃尔特曼,1969;
王伏雄等,1997),见表1。
3 结论与讨论
3.1山东丹参与近缘种花粉形态的共同特征
花粉粒是种子植物雄蕊花粉囊内的粉状体,属
雄配子体(托马斯L.罗斯特等,1981;P.D摩尔等,
1987),是有性生殖器官(严楚江,1964),遗传信息物
质的携带者,在植物系统发育中比其他性状更稳定、
更保守。花粉粒的形状、大小、颜色、外壁的构造与
纹饰及萌发孔(沟)等形态特征,可用以鉴别植物的
种类。花粉形态的研究在植物分类学上很重要(冯
德培,1983)。山东丹参是一个新分类群,Salvia属
的新成员,与丹参花粉粒赤道面观为椭圆形或类圆
形,六沟型,花粉粒外壁网状雕纹等共同特征,反映
了它们之间有较近的亲缘关系,花粉形态特征为丹
参是山东丹参的近缘种提供了孢粉学依据。
3.2山东丹参与近缘种花粉形态的主要区别特征
山东丹参发育良好成熟的花粉粒,赤道面观为
类圆形,其外壁为网状雕纹,网眼小且多边形,常为
复穿孔,网脊粗糙不光滑,有较明显的颗粒状突起
(图版Ⅰ:1-2)。与丹参花粉粒椭圆形,外壁网状雕
纹,网眼较大,具复合穿孔,网脊光滑(图版Ⅰ:3-4;
图版Ⅰ:5-6),易于区别。花粉形态特征在同属植物
种间的差异,可作为植物进行区分的依据(陈韦等,
2010);对花粉粒的描述在新种鉴定中,早已具有或
多或少强制的成分(埃尔特曼,1969);花粉形态的研
究有助于解决某些植物在分类系统上的地位问题,
新属或新种的发现有时也可以花粉的特征来证实
(王伏雄等,1997)。因此,山东丹参花粉形态外壁网
状雕纹,为其新分类群的建立及研究其种质,与近缘
种丹参种间分类鉴定提供了花粉形态重要资料。
3.3丹参和南丹参花粉形态均有“二形性”
丹参花粉粒赤道面观为长椭圆形(图版Ⅰ:3-4)
或扁球形(蔡继炯等,1987)两种类型;南丹参花粉粒
极面观为扁球形(图版Ⅱ:5-6)或类球形(图版Ⅱ:7-
8)两种类型,丹参和南丹参花粉粒均有二形性。在
同一种植物中,花粉粒具有两种不同的形状,但其外
壁网状雕纹是一致的,反映了花粉的二形性(埃尔特
曼,1969),这是遗传上固有特征的表现。
综上所述,山东丹参成熟发育良好的花粉粒及
其外壁网状雕纹特征,为山东丹参新种的建立首次
提供了花粉形态的重要依据,与其近缘种丹参在花
粉形态特征上显著区别,故花粉形态特征在山东丹
参植物分类学上具有重要的意义。
参考文献:
王伏雄,钱南芬,张玉龙,等.1997.中国植物花粉形态[M].第
2版.北京:科学出版社:2,236
冯德培.1983.简明生物学词典[M].上海:上海辞书出版社:
611-612
托马斯L.罗斯特,等.周经纶,等(译).1981.植物生物学[M].
北京:高等教育出版社:379
严楚江.1964.花果形态学[M].福州:福建人民出版社:3
吴征镒.1977.中国植物志(66卷)[M].北京:科学出版社:
145-150
肖培根.2002.新编中药志(第1卷)[M].北京:化学工业出版
社:212-229
埃尔特曼.1969.中国科学院植物研究所古生物研究室孢粉组
(译).1978.孢粉学手册[M].北京:科学出版社:69,87
徐任生.1990.丹参—生物学及其应用[M].北京:科学出版
社:60-62
蔡继炯,俞中仁.1987.蜜源植物花粉形态与成分[M].杭州:
浙江科学技术出版社:108-109
李建秀,李明,周凤琴,等.1993.山东鼠尾草属植物的研究[C]//
王伏雄.北方植物学研究.天津:南开大学出版社:242-243
周凤琴,彭学莲,李建秀.1995.山东产丹参原植物调查和生药
(下转第88页Continue on page 88)
42 广 西 植 物                  33卷
强抗寒砧木贝达及抗寒能力差的营养系赤霞珠品
种,从它们的基因组中分别克隆出CBF2 转录因子,
都包含由58个氨基酸组成的保守的 AP2DNA结
合域,以及 PKKPAGRKKFRFTRHP和 DSAWR
特异氨基酸序列,与在其他植物中发现的特征序列
一致(Liu et al.,2000),由此说明克隆的CBF2基
因具有转录激活活性。通过三种葡萄的CBF2基因
同源性及氨基酸序列理化性质和亲/疏水性的分析,
与GenBank上登录的原始序列(DQ517297)同源性
最低的是赤霞珠,而且其CBF2基因N-端的7个氨
基酸序列与山葡萄(北冰红)和贝达的不同,具有较
强的疏水性。而在实际的农业生产中贝达和山葡萄
(北冰红)能耐-20℃的低温,而赤霞珠则不能(许宏
等,2003)。那么,CBF2转录因子序列同源性较低
和N-端氨基酸及其亲/疏水性的差异是否可能与葡
萄品种间抗寒特性的不同有关?尚待于更多的试验
资料来证明。
参考文献:
Gilmour SJ,Stockinger EJ,Zarka DG,et al.1998.Low tempera-
ture regulation of the A rabidopsis CBF family of AP2transcrip-
tional activation as an early step cold-induced COR gene expres-
sion[J].Plant J,16(4):436
Liu Q,Kasuga M,Sakuma Y,et al.1998.Two transcription fac-
tors,DREB1and DREB2,with an EREBP AP2DNA binding
domain separate two celular signal transduction pathways in
drought and low temperature responsive gene expression,respec-
tively,in Arabidopsis[J].Plant Cell,10(8):1 391-1 406
Liu Q,Zhang GY,Chen SY.2000.Isolation and structural analy-
sis of DRE-Binding transcription factor from Maize[J].Chin Sci
Bull,45(14):1 465-1 474
Li XL(李新玲),Xu XL(徐香玲),Wang QW(王全伟).2010.
Study on desiccation tolerance of CBF2gene in Arabidopsis
thaliana(拟南芥CBF2基因的抗旱性研究)[J].Biotechnol
Bull(生物技术通报),10(1):97-103
Novilo F,Alonso JM,Ecker JR,et al.2004.CBF2/DREB1Cis a
negative regulator of CBF1/DREB1Band CBF3/DREB1Aex-
pression and plays a central role in stress tolerance in Arabidopsis
[J].ProcNatl Acad Sci USA,101(11):3 985
Niu JF(牛锦凤),Wang ZP(王振平).2005.Comparison of the
cold hardiness of five wine grape Varieties(宁夏地区酿酒葡萄
品种抗寒性的比较)[J].Sino-overseas Grapevine & Wine(中
外葡萄与葡萄酒),3:17-19
Schaffer AA,Aravind L,Madden TL.2001.Improving the Accu-
racy of PSI-BLAST protein database searches with composition-
based statistics and other refinements[J].Nucleic Acids Res,
29:2 994-3 005
Vogel JT,Van Buskirk HA,Zarka DG,et al.2005.Roles of the
CBF2and ZAT12transcription factors in configuring the low
temperature transcriptome of Arabidopsis[J].Plant J,41:200
Xu H(许宏),Wang XD(王孝娣),Zou YN(邹英宁)等.2003.
Study on the cold resistance of grape rootstocks and wine grape
cultivars(葡萄砧木及酿酒品种抗寒性比较)[J].Sino-Overseas
Grapevine & Wine(中外葡萄与葡萄酒),6:51-53
Zhang X,Fowler SG,Cheng H,et al.2004.Freezing sensitive to-
mato has a functional CBF cold response pathway,but a CBF
regulon that differs from that of freezing tolerant Arabidopsis
[J].Plant J,39(6):
欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍欍
905-919
(上接第24页Continue from page 24)
 鉴定[C]//李法曾等.山东植物研究.北京:科学技术出版
社:358-364
Chen W(陈韦),Shang HW(商晗武),Gao YS(高永生),et al.
2010.The flower and polen morphology of Solidago(一枝黄花属
植物的花及花粉形态)[J].Guihaia(广西植物),30(1):55-59
Henderson et al.1968.Polen Morphology of Salvia and Some Re-
lated Genera[J].Gran Palynol,8(1):70-85
P.D摩尔,J.A韦布.1987.花粉分析指南[M].李文漪,等
(译).广西:广西人民出版社:1
Sun Q(孙群),Liang ZS(梁宗锁),Li SJ(李绍军),et al.2004.
Study on configuration fabric and germinative conditions of Sal-
via miltiorrhizaseeds(丹参种子形态结构与吸水萌发特性)
[J].Chin J Chin Mat Med(中国中药杂志),29(10):934-937
Wang CH(王彩红),Wen XH(文雪花),Li LH(李连怀),et al.
2007.Identification of Salvia miltiorrhizae Bge.,S.przewal-
skii Maxim.and S.umbraticahance seeds by SEM(丹参、甘西
鼠尾、荫生鼠尾种子的扫描电镜鉴别)[J].J Hebei Med Univ
(河北医科大学学报),28(3):186-187
Yang DK(杨德奎),Sun JT(孙京田),Wang BQ(王丙全).2003.
Polen morphology and taxnomic significance of Salvia from
Shandong(山东鼠尾草属花粉形态的研究及其在分类上的意
义)[J].Shandong Sci(山东科学),16(1):15-16
Zhang L(张利),Yang ZJ(杨在君),Huang X(黄霞),et al.2008.
Study on the leaf epidermal structural characters of Salvia milti-
orrhiza and Salviafrom Sichuan(丹参及四川鼠尾草属植物叶
表皮微形态研究)[J].J Sichuan Univ:Nat Sci Edit(四川大
学学报·自然科学版),45(3):674-680
88 广 西 植 物                  33卷