全 文 ：2010年 3月 防 护 林 科 技 Mar., 2010
第 2期(总 95期) ProtectionForestScienceandTechnology No.2(SumNo.95)
文章编号:1005-5215(2010)02-0018-03
收稿日期:2009-11-18
作者简介:张亚梅(1965 -), 女 , 大专 , 工程师 , 主要从
事营林生产和果树开发工作.
花粉形态数量化分析在梨属植物分类中的应用
张亚梅 1 ,岳玉红2
(1.吉林省洮南市林业局 ,吉林 洮南 137100;2.洮南市福顺林业站)
摘 要:根据植物花粉性状的稳定性和遗传保守性 , 对供试的梨属植物 4个种的代表品种以及苹果梨的花粉形态
进行观察研究 , 并采用数量化的分析方法 , 对花粉形态 7个性状进行了聚类分析。结果表明:梨属植物花粉形态有
其共同特征 , 而不同种和品种间在花粉粒的形状 、大小和纹饰等方面存在着程度不同的差异;根据花粉数量性状进
行的系统聚类分析 , 能将起源于欧洲的西洋梨与起源于中国的 3个种明显区分开;从花粉粒大小及纹饰特征来看 ,
苹果梨性状独特 , 有些性状与东方梨相似 , 有些性状又与西洋梨相近。
关键词:梨属;品种;花粉形态;聚类分析
中图分类号:S661.2 文献标识码:A
ApplicationofQuantitativeofPolenMorphologyonClassificationofPyrusL.
ZHANGYa-mei1 , YUEYu-hong2
(1.TaonanBureauofForestryinJilinProvince, Taonan137100, Jilin, China;2.FushunStationofForestryinTaonanCity)
Abstract:FourrepresentativecultivarsofPyrusspp.andpolenmorphologyofapple-pearwerestudiedaccordingtostabili-
ty＆hereditaryconservationofpollencharactersofplant.Adoptednumericaltaxonomymethod, 7charactersofpolenmor-
phologywasconductedclusteranalysis.ResultshowsthatthereweresamecharacteristicinpolenformofPyrus, butthere
weresomediferencesinpollengrain sshape, sizeandlinesofdiferentspeciesandcultivars;basedontheclusteranaly-
siswithpolenquantitycharacteristics, P.communisoriginatedfromEuropecouldbedistinguishedobviouslyfrom3 spe-
cieswhichwereoriginatedfromChina;insomecases, suchassize＆linescharactersofpollengranule, apple-pear schar-
acterswereunique, somecharactersaresimilarwithorientalpear, whileothersaresimilarwithP.communis.
Keywords:PyrusL.;cultivars;pollenform;clusteranalysis
孢粉学是一门新兴的科学 ,是探讨植物起源 、演
化 、分类亲缘关系基础学科之一。电子显微镜的研
制及其应用 ,使果树品种花粉的超微形态学研究成
为可能 ,并已成为果树种(品种)鉴定及分类的手段
之一。果树品种花粉超微形态特征主要包括:花粉
的形状 、长宽比 、萌发孔的数量和大小 、脊的类群 、壁
型 、壁厚等。这些项目都是较为稳定的信息 ,为不同
品种的鉴别提供了依据[ 1-4] 。自从 Fogle[ 5, 6]利用扫
描电镜观察了几种花粉形态的差异 ,孢粉学在果树
上逐步得到了广泛的应用 ,有关方面的研究报道越
来越多 ,国内在 20世纪 70年代末开始有关这方面
的报道 , 90年代后形成了一股 “花粉研究热 ”。迄今
已在葡萄属[ 7] 、李 [ 8] 等果树上进行了孢粉学研究 。
本研究对秋子梨 、沙梨 、白梨和西洋梨 4个系统的代
表品种进行花粉的电镜扫描技术分析 ,探讨品种间
的亲缘关系以及苹果梨在梨属四大系统中所处的位
置 ,为梨属种质资源的进一步研究 、开发利用提供科
学依据。
1 试验材料
选取梨属植物 4个主要栽培种的代表品种 17
个 ,包括白梨(PyrusbretschneideriRehd)的鸭梨 、金
花梨及砀山酥梨;沙梨(P.pyrifoliaNakai)的博多
青 、长寿 、黄花梨 、长十郎;秋子梨 (P.ussuriensis
maxim)的山梨 、延边谢花甜 、软把梨;西洋梨 (P.
communisLinn)的三季梨 、伏茄梨 、日面红;来源不详
的品种有苹果梨 、车头梨(朝鲜洋梨)、身不知(客发
梨)、南果梨 。除苹果梨采自延边地区的苹果梨母
树外 ,其余 16个品种均采自中国农业科学院果树研
究所的梨种质资源圃 。花粉在 -20 ℃冰箱中保存
备用 。
2 试验方法
采样时间为 2009年 4— 5月份。选含苞待放的
DOI :10.13601/j.issn.1005-5215.2010.02.009
花蕾取其花药 ,经室温风干后收集花粉 ,在 -20 ℃
冰柜中保存备用 。扫描电镜观察的材料全部为整体
花粉。花粉均匀撒在粘有导电胶带的样品台上 ,用
E-1010离子溅射仪喷金处理 ,然后置于日立 S-
3500N扫描电子显微镜下进行观察 ,取有代表性的
视野显微摄影 。放大 180倍观察花粉粒的群体形
态 、1 200倍观察个体形态 、5 000倍观察花粉粒表面
纹饰 ,取赤道面中部摄影 。每个品种测量花粉粒的
极轴 、赤道轴 、条脊宽 、条脊距 、穿孔径 、穿孔频度 ,均
取 30个视野的平均值 。
每个种是以所属具有代表性品种所测数据的平
均值。测定结果的实验数据用 Spssforwindows10.0
中的 SquaredEuclideandistance进行矩阵分析和 Be-
tween-groupslinkage进行聚类分析 。按计算结果
画出聚类分析树状图 。
平方欧氏距离 dij2 =∑mk=1(xik-xjk)2
其中:dij表示品种 i和品种 j之间的距离;xik表
示第 i个品种在第 k个变量上的值;xjk表示第 j个
品种在第 k个变量上的值。
3 结果与分析
3.1 梨属主要栽培种的花粉粒形态特征及其亲缘
关系
3.1.1 梨属主要栽培种的花粉粒形态特征 供试
的梨属主要栽培种的正常花粉粒的赤道面观呈长椭
球形 ,极面观为钝三角形或近圆形 ,但有些花粉群体
中出现了程度不同的大小粒不均匀现象。具有 3条
几乎延伸到整个花粉长度的萌发沟 ,根据沟的数目 ,
梨属植物花粉均为三孔沟状 。极轴平均长度为
47.20μm,花粉的极轴最长的是白梨 ,长度为 47.84
μm,最短的是西洋梨 ,长度为 46.52 μm;赤道轴平
均长度为 22.68 μm,最长的是白梨 ,长度为 23.09
μm,最短的是秋子梨 ,长度为 22.65 μm;极轴与赤
道轴比(P/ E)平均值为 2.06,极轴与赤道轴比(P/
E)均大于 2,最大的沙梨为 2.09,最小的西洋梨为
2.01。在高倍扫描电镜下 ,供试梨属植物花粉粒表
面的纹饰为条纹状间有穴状类型 ,即由凸脊 、沟渠 、
孔穴组成。条脊的走向 ,有纵向平行 、交叉分支或回
旋状等类型 。孔穴有圆形 、椭圆形和不规则形等 。
在花粉的赤道附近较平的部位穿孔较稀 ,而在近萌
发沟处和极区等部位穿孔较密。条脊平均宽为
0.23μm,最大的为沙梨 ,最小的为秋子梨;条脊距
平均值为 0.22 μm,最大的为西洋梨 ,最小的为秋子
梨;孔径平均值为 0.22 μm,最大的为西洋梨 ,最小
的为白梨;穿孔频率为 1.36个 · μm-2 ,孔频最高的
为西洋梨 ,孔频最低的为白梨(表 1、2)。
表 1 梨属植物花粉粒大小
种别 极轴 (μm) 赤道轴(μm) 极轴 /赤道轴 P/E
白梨 47.84 23.09 2.07
沙梨 47.75 22.89 2.09
秋子梨 46.68 22.65 2.06
西洋梨 46.52 23.08 2.01
平均 47.20 22.68 2.06
表 2 梨属植物花粉粒外壁纹饰
种 别 条脊宽(μm)
条脊距
(μm)
穿孔径
(μm)
穿孔频率
(个· μm-2)
白梨 0.22 0.21 0.18 1.21
沙梨 0.24 0.22 0.21 1.22
秋子梨 0.21 0.20 0.19 1.45
西洋梨 0.23 0.23 0.27 1.56
平均 0.23 0.22 0.21 1.36
根据花粉形状 、大小以及外壁纹饰结构的分
析 ,不同种 、品种间的花粉粒形状 、大小及表面纹饰
的宽窄 、深浅 、穿孔的大小 、多少等性状 ,有程度不同
的差异 。其中 ,白梨 、沙梨 、秋子梨等东方梨的花粉
形态特征差异较小 ,而西洋梨与东方梨之间差异较
大。
西洋梨的花粉粒形态特征:花粉短粗 ,表面纹饰
以及孔穴大而密为明显的特征 ,与东方梨有明显区
别 ,这说明西洋梨与东方梨的亲缘关系甚远 。
东方梨的花粉粒形态特征:白梨 、沙梨 、秋子梨
这 3个种的花粉粒大小 、形状及条脊 、孔径 、穿孔形
状和穿孔频率等细微结构上较为相似 ,其中白梨与
沙梨的有些性状更相似 。
3.1.2 梨属主要栽培种的亲缘关系 先将梨属植
物花粉电镜扫描分析所得的原始数据进行相似性比
较 ,用 Spssforwindows10.0软件中的 SquaredEu-
clideanDistance进行距离系数的计算 ,得到相似距
离系数矩阵(表 3)。对梨属 4个种进行聚类分析获
得树状图(图 1)。从图 1中可以看出:首先 ,白梨系
统和沙梨系统聚合在一起 ,然后白梨系统和沙梨系
统与秋子梨系统聚合在一起 ,最后上述 3个系统与
西洋梨系统聚合在一起 。这进一步证明了白梨系统
和沙梨系统亲缘关系最近 ,其次是秋子梨系统 ,而与
西洋梨系统间的亲缘关系最远。
表 3 梨树主要栽培种间的距离系数矩阵
白梨 PyrusbretschneideriRehd 1.000
沙梨 P.pyrifoliaNakai 4.494 1.000
秋子梨 P.ussuriensismaxim 8.191 13.533 1.000
西洋梨 P.communisLinn 18.900 13.948 18.094 1.000
0 5 10 15 20 25
白梨 1
沙梨 2
秋子梨 3
西洋梨 4
图 1 梨属植物 4个种花粉形态聚类分析树状图
19 第 2期 张亚梅 等 花粉形态数量化分析在梨属植物分类中的应用
3.2 不同品种的花粉形态特征及其分类地位
3.2.1 不同品种间花粉粒大小及形态的差异 据
对白梨 、沙梨 、秋子梨及西洋梨的 13个代表品种花
粉粒的观察和测定结果表明 ,品种间不仅在花粉粒
大小方面存在差异 ,在条脊粗细 、深浅 、走向以及孔
径大小 、形状和穿孔频率等方面也有较大的差异。
以沙梨的博多青 、长寿 、黄花梨和长十郎 4个品
种为例 , 在花粉粒大小方面 , 长寿的极轴最大
(49.95μm),黄花梨最小 (46.06μm);赤道轴以博
多青最大(23.92 μm),长十郎最小(21.36 μm);极
轴与赤道轴比值(P/E),长十郎最大(2.18 μm),黄
花梨最小(2.01μm)。
在花粉粒纹饰结构上 ,种内各品种间也存在着
一定的差异 ,如长十郎的条脊(0.26 μm)最宽 ,且突
出明显 ,而博多青较窄(0.23 μm),且较平坦;孔径
以黄花梨最小(0.19μm),长寿和博多青最大(0.22
μm);穿孔频率以长十郎最大(1.48个 · μm-2),长
寿最小(1.03个 · μm-2);条脊走向品种间也有一
定的差异。
3.2.2 苹果梨及其他特殊品种的花粉形态特征
(1)苹果梨的花粉 。苹果梨的花粉粒极轴较短
(45.76 μm), 与秋子梨相近 , 而赤道轴却较长
(23.41 μm),与白梨接近;极轴与赤道轴比值(P/
E)较小(1.96),低于 2;条脊宽 0.21 μm,条纹较清
晰 ,分枝多 ,纵 、斜走向 ,且多处出现回旋状纹饰;条
脊距 0.22 μm;穿孔径 0.23 μm,分布在条纹之间 ,
近圆形 ,大小不一;穿孔频率 1.32个· μm-2。
(2)南果梨的花粉。南果梨的花粉粒大小和形
状与秋子梨和西洋梨相近 ,极轴长 44.0 μm,赤道轴
长 22.19 μm, P/E=1.98,低于 2;南果梨表面纹饰
比较顺直 ,条脊较深 ,虽有孔但都被条脊遮住 ,这不
同于一般的秋子梨 ,而与西洋梨的某些品种相似 ,说
明可能是秋子梨和西洋梨类的种间杂种。
(3)砀山酥梨的花粉。砀山酥的花粉大小和形
状不同于一般的白梨 ,花粉粒最大 ,极轴长 51.03
μm,赤道轴长 23.49 μm, P/E=2.17;纹饰结构特点
与苹果梨相似 ,纹路清晰而紊乱 ,条脊特别宽(0.28
μm);条脊距较宽(0.25 μm);穿孔径 0.19 μm;穿
孔频率 1.09个· μm-2。
(4)朝鲜洋梨的花粉。朝鲜洋梨花粉粒的极轴
长 47.48 μm,赤道轴长 23.39μm, P/E=2.03,属东
方梨类型;条脊宽 0.22 μm,纵向走向 ,隆起部明显;
条脊距特别宽(0.30 μm);穿孔径 0.26 μm,穿孔近
圆形 ,大小较一致;穿孔较密 ,穿孔频率 1.22个 ·
μm-2。
(5)身不知的花粉。身不知的花粉粒大小 、形状
与西洋梨相近 ,极轴长 46.84 μm,赤道轴长 22.36
μm, P/E=2.09;纹饰结构特殊 ,斜向走向 ,有回旋
交叉 ,条脊纹路特别清晰 ,隆起明显 ,几乎看不见有
穿孔 。条脊宽 0.23μm;条脊距 0.24μm。
4 结论
4.1 梨属植物花粉形态有其共同特征 ,而不同种和
品种间在花粉粒的形状 、大小和纹饰等方面存在着
程度不同的差异。西洋梨花粉粗大 ,表面纹饰以孔
穴大而密 ,纹路多回旋状 ,穿孔的形状除圆形和椭圆
形外 ,还有多种形状 。东方梨型的白梨 、沙梨 、秋子
梨的花粉表面纹饰较相近 ,即纹路较顺直 、流畅 ,条
脊较窄 ,穿孔较小等 。根据花粉数量性状进行的系
统聚类分析 ,能将起源于欧洲的西洋梨与起源于中
国的 3个种明显区分开 ,因此 ,孢粉学可以作为鉴别
共试种和品种的参考。
4.2 花粉粒大小及纹饰特征来看 ,苹果梨性状独
特 ,有些性状相似东方梨系统 ,有些性状又与西洋梨
相近 。
4.3 通过花粉的电镜扫描分析 ,观察到大香水梨和
小香水梨花药中无花粉 ,这说明大香水梨和小香水
梨不宜作梨的授粉品种 。
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