大興安嶺16個地區篤斯越桔花粉形態觀察

（北京林業大學 林學院，北京 100083）

篤斯越桔Vaccinium uliginosumLinn為杜鵑花科Ericaceae越桔屬Vacciniumspp.多年生落葉或常綠灌木型果樹[1]，是一種具有極大發展前景的經濟樹種，其果實富含能清除含有氧化性物質的酚類化合物[2]，具有很高的營養價值。篤斯越桔在中國主要分布于黑龍江、吉林、內蒙古、遼寧等省區[3]，尤其是大小興安嶺地區有著十分豐富的篤斯越桔資源[4]。野生資源是種質創新培育新品種的物質基礎，因此大興安嶺豐富的野生篤斯越桔資源是其育種的重要種質資源。花粉形態特征遺傳比較穩定，在植物演化和發展過程中，花粉形狀、花粉壁紋飾、萌發孔的數目及位置等特征沒有明顯的變化，環境條件的改變對花粉形態特征的影響較小[5]，能客觀反映物種間的關系，研究花粉形態特征對于了解植物的演化、親緣關系及植物分類都有重要意義。篤斯越桔花粉的生物學特性，不僅是其雜交育種的物質基礎，也是其種質鑒定的重要依據之一。

國內外有關杜鵑花科花粉特征的研究主要集中在杜鵑屬內，周蘭英等[6]和毛加寧等[7]對中國西南地區的杜鵑屬花粉進行了觀察和比較研究，結果表明，花粉形態特征不宜單獨用于種的鑒定，但結合組或亞組的劃分、孢粉學特征對種的確定具有一定的指導意義；楊瑞林等[8]對杜鵑花屬植物照山白的花粉形態進行了觀察，結果表明，照山白不同居群間在花粉形態上存在著差異；Sarwar等[9]研究了40種杜鵑屬及其相關屬的植物花粉形態，結果表明，孢粉學特征在杜鵑花屬的遺傳分類中幾乎沒有作用。然而，有關杜鵑花科越桔屬植物的花粉形態的研究報道較少，僅有毛子軍等[10]對其作了初步的研究，結果表明，越桔的花粉為四合花粉，外壁紋飾為細網紋狀。大興安嶺地區有著十分豐富的篤斯越桔種質資源，然而對于其花粉形態的研究卻鮮有報道，因此，本研究對大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉形態進行了觀察，對不同地區花粉形態的差異進行分析，對其花粉外壁紋飾的多樣化進行了探討，確定了花粉之間的親緣關系，以期為其野生種質資源的開發利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料來源

大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉于2013年6月采集自黑龍江大興安嶺地區，南從加格達奇（N50°17′25.29″、E124°07′10.31″），北至漠河（N53°19′39.37″、E122°09′29.81″）一帶的篤斯越桔分布區，途經新林林業局、阿木爾林業局、圖強林業局、塔河縣等地。該地區年平均降水量458 mm，年均溫-2～5 ℃，海拔400～1 000 m；土壤濕潤，腐殖質豐富，強酸性，pH值為4.5～5.5。

于篤斯越桔初花期，分別采集16個地區中將要開放或剛剛開放的花30朵，用保溫盒低溫保存帶回實驗室，剝出花藥，在無風陰涼處干燥，保存于干凈的玻璃瓶內，用于花粉形態特征的觀測。材料來源信息詳見表1。

表1 野生材料來源信息Table 1 The sources of wild materials

1.2 試驗方法

采用掃描電鏡法[11]進行觀察，用雙面膠帶紙將經自然干燥后的花粉固定于樣品臺上，經過噴金鍍膜后，在掃描電鏡下進行觀測并拍照。每個樣本花粉選取20粒，測定花粉四合體直徑和萌發溝長，觀察花粉形狀、極面觀、外壁紋飾等。3次重復。一般而言，花粉直徑越大，萌發溝也越長，為了避免四合體直徑對萌發溝長的影響，同時對萌發溝的相對長度進行了分析檢驗，相對長度為萌發溝長與其四合體直徑之比[12]。

采用SPSS19.0對16個地區花粉的5個性狀指標進行了聚類分析，以判斷16個地區篤斯越桔之間的大致親緣關系。其中，定量性狀指標有3個，即萌發溝長、花粉直徑、溝長與直徑之比，直接取其數值；定性多態性狀指標有2個，即花粉壁紋飾、極面觀。以不同形態編號為 1，2，……，n，二元性狀指標編號為 0，1，采用歐式距離和類平均法進行聚類分析。還對花粉形態和環境條件進行了相關性分析。

2 結果與分析

2.1 大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉的形態特征

大興安嶺16個地區的篤斯越桔的花粉形態特征如圖1所示。從圖1中可以看出，其花粉均為四合花粉，均呈正四面體排列。極面觀1粒在上而3粒在下（圖1A）或3粒在上而1粒在下（圖1B），赤道面觀為2粒在上2粒在下[13]（圖1C）。在四合花粉上，相鄰花粉粒的孔溝相連，形成6條萌發溝，位于四面體的6條邊上，部分孔溝內有清晰的內含物。從極面觀正面（圖1A）來看，有3條具有內含物的萌發溝；從極面觀背面（圖1B）來看，有3條無內含物而凹陷的萌發溝。花粉主要為近球形。花粉直徑在24.12～39.12 μm之間，溝長在13.86～26.76 μm之間。極面觀主要為圓形和三角形。外壁紋飾（圖1D）主要有疣狀紋飾、顆粒狀紋飾、波紋狀紋飾等。

大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉形態特征的觀測結果見表2。從表2中可以看出，各地區的花粉直徑和萌發溝長間均有顯著差異，萌發溝的相對長度最大為0.750 6、最小為0.567 2，不同樣地花粉的極面觀和花粉壁紋飾也不相同。

圖1 大興安嶺不同地區篤斯越桔的花粉形態Fig.1 Pollen morphology of Vaccinium uliginosum from different areas of Daxing’anling

表2 16個地區的篤斯越桔花粉形態特征的比較結果?Table 2 The pollen morphology of 16 Vaccinium uliginosum L.

2.2 聚類分析與類群劃分

16個地區篤斯越桔的花粉形態特征的聚類分析結果見圖2。

在圖2中的等級結合線L1處，可將大興安嶺16個不同地區的篤斯越桔花粉形態分為2類：第1類包括樣地編號分別為15、16、4、14、3、6這6個地區，第2類包括樣地編號分別為11、12、7、8、5、9、10、2、1、13這10個地區。兩類的明顯區別是，第1類地區的花粉直徑（26.62～29.89 μm）平均值均小于30 μm，萌發溝長（16.54～19.98 μm）平均值均小于20 μm；第2類地區的花粉直徑（30.74～36.06 μm）平均值均大于30 μm，萌發溝長（20.24～23.63 μm）平均值均大于20 μm。

在圖2中的等級結合線L2處，可將大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉形態分為3類：第1類包括樣地編號分別為15、16、4、14、3、6這6個地區，第2類包括樣地編號分別為11、12這2個地區，第3類包括樣地編號分別為7、8、5、9、10、2、1、13這8個地區。這3類地區的劃分依據主要是花粉直徑和萌發溝長的差異。花粉直徑的數據顯示：第1類地區的花粉直徑范圍為26.62～29.89 μm，其平均值是28.56 μm；第2類地區的花粉直徑范圍為33.70～36.06 μm，其平均值是34.88 μm；第3類地區的花粉直徑范圍為30.74～34.13 μm，其平均值是32.70 μm。萌發溝長的數據顯示：第1類地區的萌發溝長的范圍為16.54～19.98 μm，其平均值是17.76 μm；第2類地區的萌發溝長的范圍為23.43～23.63 μm，其平均值是23.53 μm；第3類地區的萌發溝長的范圍為20.24～21.37 μm，其平均值是20.91 μm。由以上數據比較分析可得，不同類別地區花粉直徑的大小順序為第1類＜第3類＜第2類；不同類別地區花粉萌發溝長的大小順序為第1類＜第3類＜第2類。花粉直徑與萌發溝長的比較分析結果一致，即不同類別地區花粉直徑和萌發溝長的大小順序均為第1類＜第3類＜第2類。

圖2 大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉形態特征的聚類分析結果Fig.2 Dendrogram of the Vaccinium uliginosum L by clustering analysis according to the pollen morphology characteristics from 16 areas of Daxing’anling

從圖2中的距離系數還可以看出，樣地編號分別為15和16的花粉其親緣關系最近，花粉壁紋飾均為波紋狀紋飾，極面觀均為圓形；樣地編號分別為4和14的花粉其親緣關系最近，其極面觀相同，均為圓形，兩者溝長平均值很接近，為18.14（±0.12）μm；樣地編號分別為7、8和5的花粉其親緣關系最近，花粉壁紋飾均為顆粒狀紋飾，三者直徑平均值很接近31.06（±0.41）μm；樣地編號分別為9、10和2的花粉其親緣關系最近，花粉壁紋飾均為疣狀紋飾，極面觀均為三角形。

2.3 花粉形態和環境條件的相關性分析

花粉形態指標與生態環境因子的相關性分析結果見表3。從表3中可以看出，篤斯越桔的花粉直徑與緯度、海拔、立地類型間有顯著或極顯著相關性；萌發溝長與經度、立地類型有極顯著相關性；相對長度（萌發溝長與花粉直徑之比值）與經、緯度間有極顯著相關性；花粉壁紋飾與海拔、株高、地徑、立地類型間有顯著或極顯著相關性；極面觀與緯度、株高、立地類型間有顯著或極顯著相關性。綜上所述，立地類型是影響花粉形態的主要因素，而株高、地徑等苗木形態指標對花粉形態（除了花粉壁紋飾）卻無顯著影響。

表3 花粉形態指標與生態環境因子的相關性分析結果?Table 3 Correlation coefficients between pollen morphology and ecological factor

3 討 論

篤斯越桔是杜鵑花科越桔屬植物，其花粉為四合花粉，呈正四面體排列、圓角三角形，單粒花粉呈球形或近球形，這一觀察結果與前人對杜鵑花科其它屬植物花粉形態的研究結果[12-18]較為一致。杜鵑花科的很多種植物其花粉都具有3條孔溝，且花粉表面具有粘絲[14-17]。而沈玉英等[18]的研究結果表明，兔眼越桔的花粉有3對（即6條）孔溝，但花粉表面不具有粘絲，這與本研究觀察到的篤斯越桔花粉有6條萌發溝但花粉表面沒有粘絲的結果相似。因此推測，花粉表面沒有粘絲和6條萌發溝，這是杜鵑花科越桔屬植物的特有屬性，這一特有屬性可以作為鑒別杜鵑花科越桔屬植物的一個重要依據。在大興安嶺采集篤斯越桔花粉的地理位置不同，篤斯越桔的花粉在花粉大小、萌發溝長、花粉壁紋飾等方面均有顯著差異。一般認為，花粉外壁紋飾結構越復雜，表明其演化水平越高；相反，紋飾越簡單，表明其演化水平越低[19]。根據電鏡觀察發現，部分地區的花粉具有明顯的疣狀次生紋飾，說明大興安嶺部分地區的篤斯越桔的演化程度高。杜鵑花科植物種類繁多，而已觀測的花粉種類極少，本研究得出的越桔屬植物花粉形態的特有屬性，僅僅是針對目前已經觀測了花粉的杜鵑花科植物而言的，因此這一結論還存在一定的局限性，故對篤斯越桔花粉的這一特有屬性尚待進一步的研究。

由于花粉性狀穩定，不易受到環境因子的影響，在一定程度上能反映出種內親緣關系的遠近[20]，因此，可以從花粉形態的演化規律來探討篤斯越桔的起源和演化[21]。本文對大興安嶺地區篤斯越桔花粉的聚類分析結果顯示：在等級結合線L2處，可將大興安嶺16個不同地理位置的篤斯越桔花粉形態分為3類：第1類包括樣地編號分別為15、16、4、14、3、6這6個地區，第2類包括樣地編號分別為11、12這2個地區，第3類包括樣地編號分別為7、8、5、9、10、2、1、13這8個地區。這3類地區的劃分依據主要是花粉直徑和萌發溝長的差異。花粉直徑與萌發溝長的比較分析結果一致，各類地區花粉直徑和萌發溝長平均值的大小順序均為第1類＜第3類＜第2類。關于花粉大小的演化順序，目前公認的是，比較原始的被子植物花粉體積都是比較大的，由大到小進化[22]，因此，篤斯越桔花粉演化趨勢是第2類地區→第3類地區→第1類地區，同時可以推知，萌發溝的演化趨勢是由大到小進化的。從極面觀的角度來分類，第1類地區的花粉均是圓形，第2類與第3類的幾乎都是三角形；根據極面觀可以將16個地區分的花粉分為兩類，這一結果與聚類分析結果相同。然而，從花粉壁紋飾演化趨勢的角度來進行總體分類，其結果與聚類分析結果卻有差異；但是，從兩個地區花粉的親緣關系來看，分析結果與聚類分析結果又一致，親緣關系最接近的兩個地區的花粉壁紋飾相同，因此，根據花粉壁紋飾可以判斷其親緣關系的遠近。雖然花粉性狀是研究植物分類及品種鑒定的重要依據，但對其花粉還應該結合外觀形態學、遺傳學、分子生物學等方面的研究結果進行全面的分析。

花粉形態特征的遺傳比較穩定[23]，環境條件的改變對花粉形態特征的影響較小，文中的相關性分析結果表明，篤斯越桔苗木的株高、地徑等形態指標對花粉形態均無顯著影響。立地環境條件是植物生存所需營養物質的直接供給源，決定了植物的生長狀況[24]。文中的相關性分析結果還表明，立地類型是影響花粉形態的主要因素。花粉形態特征是由基因控制并在長期進化過程中不斷演化而形成的[25]，具有很強的遺傳穩定性和保守性，能客觀反映物種之間的關系，研究花粉形態特征對于了解植物演化、親緣關系及對植物分類均有重要意義。

4 小 結

對大興安嶺16個地區的篤斯越桔花粉形態進行了觀察研究，結果表明，大興安嶺各地區篤斯越桔花粉在其部分形態特征上保持了一致性，均為四合花粉、具6條萌發溝、呈近球形等。然而，供試樣品在花粉的部分形態特征上也表現出了品種的特異性，如花粉大小、萌發溝長、極面觀及花粉壁紋飾等，說明大興安嶺地區篤斯越桔種內具有豐富的遺傳多樣性，可根據花粉形態來區別不同種間的差異及親緣關系，這可為其遺傳育種和引種栽培提供參考依據。

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