全 文 ：禾本科三个物种花粉粒及叶片扫描电镜观察
张珊珊 1 ,周印富1＊ ,林小虎 1 ,秦素平 1 ,张 燕 1 ,张志雯 1 ,王秋涛 2　
(1.河北科技师范学院 ,河北秦皇岛 066004;2.河北省保定职业技术学院 ,河北保定 071000)
摘要　[目的 ]比较八倍体小黑麦、二倍体黑麦以及普通小麦的微形态特征 ,探讨它们的染色体组倍性及亲缘关系。 [方法]利用扫描电
子显微镜对二倍体黑麦、普通小麦和八倍体小黑麦的花粉粒和叶片表面形态与微结构进行观察与比较。 [结果 ]二倍体黑麦 、普通小麦
和八倍体小黑麦的花粉粒和叶片表面微观形态存在明显的差异 ,且八倍体小黑麦的一些微观形态特征介于二倍体黑麦和普通小麦之
间。通过对比发现 ,三者的花粉粒大都为近圆形 ,在萌发孔和表面饰纹上有明显的差异 ,萌发孔从大到小依次为普通小麦 、八倍体小黑
麦、二倍体黑麦;在叶片下表皮特征、气孔大小和特征以及刺毛等方面 ,八倍体小黑麦都要明显不同于普通小麦和二倍体黑麦。 [结论 ]
花粉粒和叶片表面形态与微结构可作为区分种属差异的一项指标 ,同时对鉴定利用染色体工程创造的不同倍性新的多倍体物种以及研
究物种的亲缘关系具有一定的参考价值。
关键词　禾本科植物;花粉;叶表皮;扫描电镜
中图分类号　S326　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)10-04471-03
ScanningElectronMicroscopeObservationofPolenGrainMorphologyandLeafEpidermShapeofThreeGramineaeTriticeaeSpe-
cies
ZHANGShan-shanetal　(HebeiNormalUniversityofScienceandTechnology, QinHuangdao, Hebei066004)
Abstract　[ Objective] Themicro-structureofrye, commonwheatandOctoploidTrititrigiawascomparedinordertoexploretheirploidyand
relation.[ Method] Thepolengrainmorphology, leafepidermshapeandmicro-structureofrye, commonwheatandOctoploidTrititrigiawere
observedwiththescanningelectronmicroscope(SEM).[ Results] Theresultsrevealedthatthereweregreatdiferencesinthemicrocosmic
morphologyofpolenandleafepidermamongthreespecies.SuchcharacteristicsofOctoploidTrititrigiawerebetweenthoseofCommonwheat
andrye.Mostofthreekindsofthepolengrainwerenearcircularapertureandtherewastheobviousdiferenceinthesizeofgerminationpore
andsurfacemicrohylaandtheorderofthesizeofgerminationporewasordinarywheat>octoploidtriticale>diploidrye.Therewasobviously
diferenceinthefeatureofleafepidermis, thesizeandfeatureofstomataandsetaofbetweenoctoploidTriticaleandordinarywheat, rye.
[ Conclusion] Themorphologyofpolengrainandleafepidermisshapecouldbeusedasanindexfortaxonomyforgeneraandspecies, andhad
somewhatscientificreferencestoidentifynewmulti-ploidyspeciescreatedwiththetechniqueofchromosomeengineering.
Keywords　GramineaeTriticeae;Polengrain;Leafepidermshape;SEM
基金项目　“十一·五 ”国家重大科技支撑计划项目(2006BAD02A08-
9);河北省科学技术研究与发展计划项目(06230105);河北
省教育厅科学研究计划项目(2006425);唐山市科学技术研
究与发展计划项目(08120201A-8)。
作者简介　张珊珊(1984-),女 ,河北保定人 , 硕士研究生 ,研究方向:
作物遗传育种。 ＊通讯作者。
收稿日期　 2009-01-04
　　以普通小麦(Triticumaestivum, 2n=6x=42)作母本 ,与
二倍体黑麦(Secalecereale, 2n=2x=14)进行杂交 ,并进行染
色体加倍 ,所获得的新物种就是八倍体小黑麦(Octoploidtrit-
ical, 2n=8x=56)[ 1] 。八倍体小黑麦的植物学形态介于双亲
之间 ,兼有两者的性状。
近十几年来有许多关于扫描电镜研究植物超微结构的
报道 [ 2-5] ,但有关麦类作物的研究报道还较少 。笔者利用扫
描电子显微镜对二倍体黑麦 、普通小麦 、八倍体小黑麦的花
粉粒形态特征和叶表皮结构进行观察 ,通过对 3者微形态特
征的比较 ,探讨它们的染色体组倍性及亲缘关系等 ,以期为
鉴定利用染色体工程创造的多倍体新物种以及研究物种的
亲缘关系提供参考。
1　材料与方法
供试二倍体黑麦 、普通小麦及八倍体小黑麦引自国家小
麦改良中心泰安分中心王洪刚课题组 ,种植于河北科技师范
学院分析测试中心实验地 。取各类型材料的叶片 ,剪成小
块 ,用 FAA固定 ,清洗 ,乙醇逐级梯度脱水 (30%、50%、
70%、85%、95%、100%),每次 10～ 15min,自然干燥后 ,粘于
双面胶上;干燥的花粉粒直接粘于双面胶上 ,用 KYKY-2800
型扫描电子显微镜配套的离子溅射仪喷金处理后 ,置扫描电
镜(工作电压 15 kV)下观察 ,观察图像直接进入扫描电镜连
机图像分析系统。 3种小麦各测定 5粒花粉 ,取平均值 ,并取
有代表性的花粉拍照。
2　结果与分析
2.1　花粉粒形态特征
2.1.1　花粉粒的大小及形状。从电镜扫描出的结果可以看
出 ,八倍体小黑麦花粉粒的大小介于普通小麦和二倍体黑麦
之间 ,二倍体黑麦的花粉粒最大 ,普通小麦的花粉粒最小;3
种小麦的花粉粒大都为近圆形 ,其中二倍体黑麦的花粉粒为
长椭圆形 ,而八倍体小黑麦与普通小麦的花粉粒相似 ,为椭
圆或近圆形。部分花粉粒有皱缩现象 ,呈瘪三角形或不规则
形 ,这可能与所采用的制片方法有关 [ 6-7] 。
2.1.2　花粉粒萌发孔的特征。花粉粒萌发孔的特征是鉴定
花粉粒的主要依据之一 [ 2] 。该试验观察到供试材料八倍体
黑麦 、普通小麦以及二倍体黑麦的花粉粒萌发孔共有的特征
是:萌发孔为近圆形 ,孔口周围隆起 ,孔口有萌发孔盖 ,但孔
口和孔盖的大小以及孔盖的形状特征(如裂缝 、凸凹)有一定
的差别 。普通小麦的萌发孔比二倍体黑麦和八倍体小黑麦
要大很多 ,且孔盖出现裂缝 ,萌发孔外凸明显;二倍体黑麦的
萌发孔比普通小麦和八倍体小黑麦的都要小 ,孔盖没有裂
缝;而八倍体小黑麦的萌发孔大小介于二倍体黑麦和普通小
麦之间 ,孔口的突起程度 、孔盖大小及裂缝在不同品种中也
不尽相同 ,没有一定的规律性(图 1)。
2.1.3　花粉粒表面特征。小麦花粉粒外壁雕纹为颗粒状雕
纹。雕纹颗粒有单个突起的称为单一颗粒型雕纹;具有 2个
或 2个以上突起的 ,并连成锯齿状或花瓣状排列 ,称为复合
颗粒型雕纹 [ 3] 。在所观察的 3种材料中 ,虽然花粉粒表面全
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(10):4471-4473 责任编辑　郑丹丹　责任校对　丁冬梅
部为颗粒雕纹 ,但雕纹之间却存在着显著的差异(大小 、类型
等)。八倍体小黑麦和二倍体黑麦多为单一颗粒型雕纹 ,排
列相对较疏松 ,颗粒较小 。但两者相比较 ,二倍体黑麦的颗
粒大小整齐 、均一 ,全部为单一颗粒;而在八倍体小黑麦的单
一颗粒中 ,却能看到间杂在其中的复合颗粒(图 1)。在八倍
体小黑麦中 ,也有个别品种的表面颗粒为复合型。普通小麦
为复合颗粒型雕纹 ,颗粒较大 ,排列较紧密(表 1)。
注:A.普通小麦;B.二倍体黑麦;C.八倍体小黑麦劲松 5号;D.八倍体小黑麦劲松 49号。
Note:A.Commonwheat;B.Diploidrye;C.Octoploidtriticale(Jinsong5);D.Octoploidtriticale(Jinsong49)).
图 1　普通小麦、二倍体黑麦和八倍体小黑麦的花粉粒扫描电镜观察
Fig.1　Electronmicroscopescanningobservationonpolengrainofcommonwheat, diploidryeandoctoploidtriticale
表 1　普通小麦、二倍体黑麦和八倍体小黑麦的花粉粒形态特征
Table1　Polengrainmorphologicalfeaturesofcommonwheat, diploidryeandoctoploidtriticale
材料
Material
萌发孔孔盖形状特征
Opercularshapefeatureofaperture
表面特征
Surfacefeatures
大小∥μm×μm
Size
普通小麦 Commonwheat 萌发孔外凸 ,孔盖有裂缝 粗糙 ,多为复合颗粒 ,颗粒较大 ,排列紧密 72.85×44.29
八倍体小黑麦 Octoploidtriticale 萌发孔外凸 ,孔盖有或无裂缝 为单颗粒或复合颗粒 ,颗粒大小不一 ,排列较松散 72.78×52.85
二倍体黑麦 Diploidrye 萌发孔外凸 ,孔盖有许多裂缝 单颗粒 ,颗粒较小,排列松散 61.42×51.43
2.2　叶表皮结构特征　该试验均对所有材料的下表皮进行
观察 ,总体来看 3种材料的共同特征是有气孔器 ,长细胞和
毛细胞 ,细胞排列与叶脉平行。普通小麦的表皮细胞排列较
为整齐且光滑;气孔排列也呈直线 ,可以看到哑铃状的保卫
细胞 ,但没有其他 2个材料明显;有刺毛但长短不一(图 2)。
八倍体小黑麦表皮细胞的排列相对于普通小麦和二倍体黑
麦来说很不整齐 ,可以明显地看到气孔周围有许多隆起的褶
皱 ,使气孔看起来呈长方形;气孔排列总体也呈直线型 ,保卫
细胞非常明显 ,有刺毛但极少且短;单个气孔很大 ,比其他 2
个材料要大近 1倍 ,这可能与其是八倍体有很大的缘故 [ 6] 。
二倍体黑麦与其他 2个材料相比 ,排列最为整齐且光滑 ,气
孔间间隔较大 ,保卫细胞也比较明显(表 2)。
注:A.普通小麦叶表皮;B.普通小麦气孔;C.八倍体小黑麦叶表皮;D.八倍体小黑麦气孔;E.二倍体黑麦叶表皮;F.二倍体黑麦气孔。
Note:A.Leafepidermisofcommonwheat;B.Stomaofcommonwheat;C.Leafepidermisofoctoploidtriticale;D.Stomaofoctoploidtriti-
cale;E.Leafepidermisofdiploidrye;F.Stomaofdiploidrye.
图 2　普通小麦、二倍体黑麦和八倍体小黑麦叶表皮的扫描电镜观察
Fig.2　Electronmicroscopescanningobservationonleafepidermisofcommonwheat, diploidryeandoctoploidtriticale
3　讨论
(1)该试验所观察到的花粉粒绝大部分为近圆形 ,但还
观察到一些呈皱缩或瘪三角状的花粉粒 ,推断可能与制备方
法有关 。蔡秀珍 [ 6] 、陈菁瑛 [ 7]以及徐柏森 [ 8]等分别使用不同
制样方法对扫描电镜下花粉的形态进行了报道 ,对于扫描电
镜下使用哪种方法处理花粉粒 ,得出的结论也不尽相同。因
4472 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年
此在使用扫描电镜观察花粉粒时最好先比较一下各种处理
方法的结果 ,选出最为适合的方法进行研究观察。
(2)通过对比发现 ,普通小麦 、二倍体黑麦和八倍体小黑
麦在萌发孔和表面雕纹上都有明显的差异。萌发孔从大到
小的顺序依次为普通小麦 、八倍体小黑麦 、二倍体黑麦。但
在观察表面雕纹在不同属间及同属不同品种间都存在较大
表 2　普通小麦、二倍体黑麦和八倍体小黑麦的叶表皮形态特征
Table2　Leafepidermismorphologicalfeaturesofcommonwheat, diploidryeandoctoploidtriticale
材料
Material
叶表皮特征
Leafepidermisfeature
气孔大小∥μm×μm
Stomasize
气孔特征
Stomatafeature
刺毛
Seta
普通小麦Commonwheat 有气孔器 , 长细胞、毛细胞排列整齐 ,较光滑 44.29×10.00
细长,椭圆形 ,直线排列,间隔较大 ,
保卫细胞明显 较少且长短不一
八倍体小黑麦 Octoploidtriticale有气孔器 ,长细胞 ,毛细胞排列不很整齐 ,不光滑 97.29×30.00
长方形 ,大体呈直线排列, 间隔大 ,
保卫细胞很明显 很少且短
二倍体黑麦 Diploidrye 有气孔器 ,长细胞排列整齐 ,光滑 45.71×17.14 椭圆形 ,间隔很大 ,呈直线排列 ,保卫细胞较明显 多而长
的差异。
(3)在观察叶表皮特征时 ,发现在叶片下表皮特征 、气孔
大小和特征以及刺毛等方面 ,八倍体小黑麦都要明显不同于
普通小麦和二倍体黑麦 。八倍体小黑麦的气孔周围可以看
到许多隆起的条纹 ,使每个气孔及其周围的保卫细胞看起来
都极为明显。而且 ,单个气孔的大小也比普通小麦和二倍体
黑麦大近 1倍。梁汉兴 [ 9] 、刘萍等 [ 10]人分别用气孔的大小
对不同倍性的小麦植株进行了鉴定 ,并得出气孔大小与小麦
植株的倍性存在相关 ,这与该试验中得出的结论是类似的。
(4)该研究结果表明 ,显微电子扫描技术可作为区分植
物种属差异的一种辅助方法 ,同时对鉴定利用染色体工程创
造的不同倍性新的多倍体物种以及研究物种的亲缘关系具
有一定的参考价值 ,但要明确物种的染色体组倍性 ,还是利
用细胞学技术鉴定比较准确。
参考文献
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(上接第 4450页)
植物园林用途广泛 ,并具有重要的经济和生态价值 ,如不加
以保护或采收不当 ,这些野生观赏植物资源很快便会枯竭 ,
甚至影响当地的生态环境 。因此 ,在开发利用这些野生观赏
植物时 ,一定不能为了获得最大的经济效益而采用杀鸡取卵
的方式 ,而应在保护其再生能力的前提下适度地开发利用 ,
并且在采挖(最好采种)时 ,不要或尽量减少对周围植物及环
境的破坏。
5.3　重视引种驯化和栽培工作　野生观赏植物资源虽可自
然更新 ,但更新能力有限 ,耗费时间也较长 ,日资源分散 、采
挖不便 、数量不多 、规格不一 、运输困难 ,不利于园林绿化建
设 。因此有必要对其中观赏价值较高 、园林用途较广 、经济
价值较高的观赏植物(尤其是中国植物红皮书中的珍稀濒危
植物 、国家重点保护野生植物)进行引种驯化 ,通过采种 、扦
插 、嫁接 、组培等技术措施 ,加强海南热带濒危珍稀野生植物
种质资源的保存 、选种育种 、快速繁殖 、人工栽培技术和综合
开发利用研究 ,促进这些观赏植物的大规模快速生产 ,从而
满足园林建设和林分改造的需要 ,为拯救海南野生植物作出
贡献 ,同时获取相应的经济回报。
5.4　采取多种途径促进野生观赏植物园林应用的普及推广
　为了改变人们对野生观赏植物的园林应用在认识上的偏
见 ,加快野生观赏植物的推广应用 ,可在一些有条件的的苗
木生产基地设置一定面积的野生观赏植物展示区 ,将丰富多
样的海南热带野生观赏植物进行科学的配置 ,向公众开放参
观 ,使之成为野生观赏植物保护 、科普教育和推广的重要窗
口。除日常的栽培研究及开发推广活动外 ,可办科普夏令
营 、科普野营 、植物科普游等活动 ,在不同季节举办不同的主
题展览 ,让人们在参观过程中学到珍稀野生植物保护 、栽培 、
利用等方面的知识 ,充分发挥其社会功能 ,促进野生观赏植
物的园林应用 ,达到集科研 、教育 、科普 、生态保护 、园林应用
于一体的海南野生观赏植物的综合开发目标 ,实现社会 、经
济和环境效益的统一。
参考文献
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4473　37卷 10期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　张珊珊等　禾本科三个物种花粉粒及叶片扫描电镜观察