不同品种蓝莓花器官超微结构差异

宋科，杨静慧，夏凯丽，刘艳军，梁发辉，张卫华



不同品种蓝莓花器官超微结构差异

宋科，杨静慧通信作者，夏凯丽，刘艳军，梁发辉，张卫华

（天津农学院 园艺园林学院，天津 300384）

为了解不同蓝莓品种间花器官的解剖学差异，本文以‘伯克利’、‘布里吉塔’、‘莱克西’、‘蓝丰’等4个蓝莓品种为试验材料，通过扫描电镜，比较了蓝莓花瓣、花丝、花药等花器官的解剖结构。结果显示：不同蓝莓品种花瓣内侧的细胞大小显著不同，最大的是‘蓝丰’（0.003 95 mm2），最小的是‘布里吉塔’（0.002 24 mm2）；花丝上的表皮毛‘莱克西’最密，‘蓝丰’最稀；成熟花药顶端的管状结构‘伯克利’的为局部交叉，‘布里吉塔’的为完全分开；花粉粒均为四合体复合花粉，具有孔沟、雕纹等结构；柱头形态不同，‘伯克利’相对平整，‘布里吉塔’孔壑多；胚珠的类型与数量不同，‘蓝丰’为倒生胚珠，其余的为直生胚珠，且胚珠数最多的是‘莱克西’（30个），最少的是‘布里吉塔’（10个）。表明蓝莓品种间的花器官结构存在差异，可作为品种分类指标。

蓝莓；花；超微结构

蓝莓（spp.）果实内富含花青素、叶酸及多酚类等物质，具有提高视力、改善睡眠、加固血管、抗衰老以及防癌等功效，被誉为“21 世纪功能性保健浆果”和“水果中的皇后”，并被国际粮农组织列为人类五大健康食品之一，成为当前国际市场下最具潜力的保健水果之一[1-3]。当前关于蓝莓的研究热点主要涉及两个方面，一是从已有蓝莓品种中选育出能够适应盐碱、寒冷等环境条件的新品种[4-5]，以增加蓝莓的适应性，从而扩大蓝莓种植范围；二是提高蓝莓果实产量及其品质。这两方面的大量研究，导致了大量的蓝莓种质资源得以开发利用，也加速了新品种的选育进程[6-7]，实现了蓝莓在我国南北地区的广泛栽植，促进了国家林果业经济的快速发展。但是，在蓝莓品种迅速增加的同时，出现了蓝莓品种类别划分混乱等现象。因此，进行蓝莓品种的分类研究十分必要。由于植物的生殖器官——花的结构能较好的反映品种间的差异。一些学者对不同品种间花结构的差异进行了研究。朱江华等在对蓝莓花冠直径、单花高、花柄长、花瓣长、花药长、花丝长等花器官研究中，发现各指标间存在一定差异[8]。曹倩研究了杏品种间的花瓣大小、花瓣形状、花冠直径、花柱长度等花器形态性状的累计贡献率[9]。 李京璟[10]、莫爱琼[11]、郭巧生等[12]研究发现，植物的胚珠、花柱、花药等花器官间存在的解剖结构差异，能有效区分各品种，有助于植物品种间的分类。本研究试图通过对‘伯克利’、‘布里吉塔’、‘莱克西’、‘蓝丰’等4个蓝莓品种的花瓣、花丝、花粉、柱头、胚珠等花器官解剖结构的差异分析，找到蓝莓品种特性指标，为蓝莓品种分类提供依据。

1 材料与方法

‘伯克利’（Berkeley）、‘布里吉塔’（Brigitta）、‘莱克西’（Lexie）、‘蓝丰’（Bluecrop）供试材料由天津市蓟州区马伸桥蓝莓基地提供。

该区年均温度11.4 ℃，年均降水量684.7 mm，年平均日照2 706 h。各蓝莓品种均为温室地栽，南北向栽植，株行距1.0 m×1.5 m，每个品种栽植10～15行。温室12月底开始加温，1月开始萌芽生长，2月初开花，4月中旬果实成熟。每667 m2施150 kg农家肥，生长季开花时追肥一次，为史丹利复合肥，果实膨大时施P、K肥。温室采用漫灌和滴灌相结合的方法，根据土壤熵情灌溉。试验地土壤是在蓝莓栽植前进行的改良和酸化处理（土壤加锯末和硫磺粉）。处理后的土壤pH值为6.0，土壤含盐量0.12%。

本试验于2017年春季蓝莓花期进行。在实验地中以对角线法选择供试样株，每个品种选择5株为样株，于14：00—16：00进行采集，分别从各试验植株的四面选择花序，均匀采集20朵即将绽放的花朵，即每个品种采集100朵花，带回实验室。将清洗后的花朵，放于体式显微镜下，分离成各试验的观察材料，利用导电胶将花丝、花粉、柱头等材料固定在电镜载物台上（载物台的加样高度介于测量尺的上下限之间），采用日立TM3030plus扫描电镜，于15 kV电压下，进行试验材料的低真空观察。

试验采用CAD计算细胞面积；花丝表皮毛的疏密为观察其单位面积内的表皮毛数量所得；胚珠数为观察到的平均值。用SPSS 18.0与Excel 汇总、处理数据。

2 结果与分析

2.1 不同蓝莓品种花瓣解剖结构比较

图1显示，蓝莓花瓣内、外侧的细胞均为长方形或多边形，花瓣外侧的细胞排列较疏松，细胞间隙较宽，细胞体积小于内侧细胞。其中，‘伯克利’、‘蓝丰’花瓣内侧的细胞排列比‘布里吉塔’、‘莱克西’更为紧密（图1：A-J），花瓣内细胞最大的为‘蓝丰’（0.003 95 mm2），其余依次为‘莱克西’（0.003 13 mm2）、‘伯克利’（0.002 89 mm2）、‘布里吉塔’（0.002 24 mm2）。方差分析得出，在＜0.05水平下，‘莱克西’、‘伯克利’两品种间的细胞大小无差异，而其他各品种间均存在显著差异；在＜0.01水平下，‘蓝丰’花瓣内的细胞大小与‘伯克利’、‘布里吉塔’存在极显著差异，‘莱克西’花瓣内细胞大小与‘布里吉塔’存在极显著差异，‘布里吉塔’花瓣内细胞大小与‘伯克利’无差异（图2）。

图1 不同蓝莓品种间花瓣的内、外细胞

注：A、B分别为‘蓝丰’花瓣的内、外细胞；C、D分别为‘布里吉塔’花瓣的内、外细胞；E、F分别为‘伯克利’花瓣的内、外细胞；H、J分别为‘莱克西’花瓣的内、外细胞

图2 不同蓝莓品种间花瓣内细胞大小的比较

2.2 不同蓝莓品种雄蕊和花粉粒解剖结构比较

不同蓝莓品种间雄蕊解剖结构如图3所示。

图3 不同蓝莓品种间雄蕊的解剖结构比较

注：A为‘伯克利’雄蕊；B为‘布里吉塔’雄蕊；C为‘莱克西’雄蕊；D为‘蓝丰’雄蕊；E为‘伯克利’花丝；F为‘莱克西’花丝；J为‘伯克利’花粉囊的管状结构；H为‘莱克西’花药表面

试验4个蓝莓品种的花丝为片状，花药基部为圆柱形，上部为中空的管状结构，花丝与花药的连接方式为背着药（图3D）。花丝表面具有单细胞分化形成的表皮毛，表皮毛疏密程度品种间有较大差异，其中分布最密的是‘莱克西’，‘伯克利’次之，‘蓝丰’密度最小，‘布里吉塔’的表皮毛最长（图3：A～D）。花药与花丝宽度相近，具有4个花粉囊，同侧2个花粉囊之间的药沟明显；花粉表面具有刺状突起（图3H）。成熟花药顶端产生2条具有条形纹理的管状结构，管口背腹面呈不对等伸长，致使管口呈斜向拉长，这可能是花药的孔裂散粉所致（图3：A～D）。

图4显示，蓝莓花粉粒为四合体复合花粉，即由顶部一个花粉分体与基部 3个花粉分体组成。花粉粒轮廓为准四面体形状，表面具有雕纹，有3条萌发沟（图4：A～C）。‘伯克利’、‘蓝丰’花粉粒部分形成以原生质为连接的花粉块（图4D）。

图4 不同蓝莓品种间花粉粒的比较

注：A为‘伯克利’花粉粒；B为‘蓝丰’花粉粒；C为‘莱克西’花粉粒；D为‘蓝丰’花粉块

2.3 不同蓝莓品种雌蕊解剖结构比较

不同蓝莓品种雌蕊结构如图5所示。

图5 不同蓝莓品种雌蕊的比较

注：A为‘伯克利’柱头；B为‘布里吉塔’柱头；C为‘莱克西’柱头；D为‘蓝丰’柱头；E、F：蓝莓花柱

图5显示，蓝莓各品种花柱表面均具有排列整齐的角质化丝状细胞（图5E，5F），柱头中部均凹入。其中，‘伯克利’柱头表面凹入较少，有与边缘平行的多条沟纹，并分布较多的乳突细胞，说明是湿柱头（图5A）；‘布里吉塔’柱头表面起伏变化较大，形成一些同心圆状的沟纹（图5B）；莱克西柱头中心凹入面较大、较深，有从中心辐射出了3条不等的沟纹（图5C）；‘蓝丰’柱头表面光滑，柱头中心形成凹入的小孔，从中心辐射出5条不等的沟纹（图5D）。

2.4 不同蓝莓品种胚珠解剖结构比较

图6显示，蓝莓胚珠外表皮细胞均为不规则状的多边形，并比胚座细胞大，表面形成不规则网状纹理。其中，‘伯克利’、‘布里吉塔’、‘莱克西’为直生胚珠，‘蓝丰’为倒生胚珠；胚珠数最多的是‘莱克西’（30），其余依次是‘蓝丰’（22）、‘伯克利’（15）、‘布里吉塔’（10）（图6：A～D）。李永泉等[13]研究发现植物种间胚珠数不同，毛秀红[14]、谢力行[15]等发现不同植物品种间胚珠数量也存在差异，与本研究一致。阿力同·其米克[16]等发现同种植物在不同生境条件下胚珠数量也不同。说明植物胚珠数量的差异存在于不同植物种间、不同品种间以及不同生境条件下。

图6 不同蓝莓品种胚珠的比较

注：A为‘伯克利’胚珠；B为‘布里吉塔’胚珠；C为‘莱克西’胚珠；D为‘蓝丰’胚珠

3 讨论

植物间的分类是根据植物茎、叶、花、果等器官的差异来进行的。因此，为了对植物进行较为完善的分类，就需要对植物间的差异进行系统的观察，以增加区分植物的有效指标，进而为植物间的品种分类提供理论基础。方大凤[17]、李融[18]、赵则海等[19]依据花瓣的形状、大小、结构等差异，对植物进行了分类，但试验中各植物间花瓣的整体性状差异并不明显，表现出当前分类方式的不足。试验发现，不同蓝莓品种间的花瓣内细胞大小存在显著差异，说明植物间花瓣细胞形态、结构的不同，也可以作为植物间分类的有效指标。

花粉的形态特征因其受到基因控制，具有极强的遗传保守性，致使其形态与纹饰极为稳定，故而是探讨植物起源、演化及亲缘关系的重要特征之一，也可用于种的鉴定以及品种群的划分[20]。试验发现蓝莓花粉粒为具孔沟的四合体——复合花粉，其花粉形态特征与李菊馨[21]、莫爱琼等[11]研究的基本一致。但在蓝莓柱头结构上有所不同。莫爱琼等发现，南高丛蓝莓夏普蓝的柱头为截平状，柱头表面具有以中心为连接的多条明显裂痕[11]，而此性状与本试验中的蓝莓品种柱头结构出入较大。这可能是由于南、北蓝莓品种群，在不同生长环境下、长期进化形成的结构变异。今后可以扩大研究的品种数量和范围，对两个品种群的花柱进行系统比较，为蓝莓品种群的鉴定提供依据。

4 结论

本研究发现，4个蓝莓品种间的花解剖结构存在较大差异，表现为花丝表皮毛疏密程度、柱头表面形态、胚珠类型与数量均不同，可以作为品种识别的依据。

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责任编辑：杨霞

Differences in ultrastructure of floral organs between different blueberry varieties

SONG Ke, YANG Jing-huiCorresponding Author, XIA Kai-li, LIU Yan-jun, LIANG Fa-hui, ZHANG Wei-hua

（College of Horticulture and Landscape, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

In order to understand the anatomical differences of floral organ among different blueberry’s cultivars，the anatomical structure of blueberry in petals, filaments, anthers and other flower organs were scanned and observed by electron microscopy with four blueberry cultivars, ‘Berkeley’, ‘Brigitta’, ‘Lexie’ and ‘Bluecrop’. The results showed that the cell sizes of inside petals of different blueberries’ cultivars were different with ‘Bluecrop’（0.003 95 mm2）largest one and ‘Brigitta’（0.002 24 mm2）the smallest one. The epidermal hair in ‘Lexie’ was the densest; that in ‘Bluecrop’ was the sparsest. The tubular structure on the top of mature anther of ‘Berkeley’ was a little crossed, and while it was clearly separated in Brigitte. The pollen grains were tetrad composite pollen with ditch and carving.The stigma morphology of different blueberries’ cultivars was different, relatively flat in ‘Berkeley’ and more gullies in Burguita. The types and numbers of ovules in different blueberries’ cultivars were different. The ovule of ‘Bluecrop’ was inverted ovules, but the others were straight ovules. ‘Lexie’ had the most ovules in all cultivars（30）, ‘Brigitta’ had the least（10）. Therefore, there were differences in flower structures of different blueberries’ cultivars, which could be used as a classification of varieties.

blueberry; flower; ultrastructure

S663.9

A

2017－11－17

天津市科委项目（16YFZCNC00750）；天津市重大农业技术推广项目（NGTGZD-2017-05）；大学生创新项目（201710061061）；天津农学院基因工程课程建设项目（2017YKC001）；天津市林果现代农业产业技术体系创新团队项目（ITTFPRS2018002）

宋科（1993-），男，硕士在读，主要从事园艺植物栽培生理研究。E-mail：13608047254@163.com。

杨静慧（1961-），女，教授，博士，主要从事园艺植物栽培和生理生化研究。E-mail：jinghuiyang2@aliyun.com。

1008-5394（2018）02-0020-04

10.19640/j.cnki.jtau.2018.02.006