金槐和米槐主流品种花粉形态研究

史艳财 韦宇静 邹蓉 唐健民 蒋运生 熊忠臣

摘 要：该研究以6个金槐品种和2个米槐品种的花粉为材料，采用美国卡尔蔡司EVO18扫描电镜对其极面、赤道面、外壁纹饰等形态特征进行了观察，并对金槐、米槐品种间的亲缘关系进行了分析。结果表明：（1）金槐和米槐花粉的共有特征有极面观为三裂圆形，极面光滑;具3孔沟，沟较窄且达两极;沟缘中部外凸，具颗粒状突起;沟在极面上没有交会，形成宽大的沟界极区。（2）金槐的花粉粒为长球形，金槐J6的极轴最长，金槐J2的极轴最短，极轴长/赤道轴长表现的规律与极轴长相一致;网眼直径最大的是金槐J2，最小的是金槐J5;网眼密度最大的是金槐J6，最小的是金槐J2。（3）米槐的花粉粒为近圆球形，极轴长和极轴长/赤道轴长明显小于金槐，但其赤道轴长大于金槐;双季米槐的赤道轴长、极轴长、极轴长/赤道轴长、网眼密度都小于单季米槐。（4）8个品种可分为3组，金槐J4、金槐J1和金槐J6 3个品种亲缘关系较近，金槐J5、金槐J3和金槐J2 3个品种亲缘关系较近，单季米槐和双季米槐2个品种亲缘关系较近。花粉形态是鉴别金槐和米槐两大类品种的重要根据，并可为进一步的品种划分提供重要依据。

关键词：金槐，米槐，花粉，扫描电镜，亲缘关系

中圖分类号：Q938文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2020）01-0024-07

Abstract：The pollen morphology of six Sophora japonica ‘Jinhuai and two  S. japonica ‘Mihuai varieties were observed by scanning electron microscopy （SEM），and the relationship was analyzed. The results were as follows：（1） The common characteristics of the pollen of Sophora japonica ‘Jinhuai and S. japonica ‘Mihuai included that the polar surface was three-lobed round and the polar surface was smooth; three narrow hole groove reached two poles; middle part of the groove edge was convex and granular protrusions; the groove did not meet on the polar surface，forming a wide trench boundary. （2） The pollen of S. japonica ‘Jinhuai were nearly spherical，the polar axis of Jinhuai J6 was the longest，and that of Jinhuai J2 was the shortest，the law of polar axis/equator axis was consistent with polar axis. The diameter of the mesh of Jinhuai J2 was the largest，and that of Jinhuai J5 was the the smallest; Mesh density of Jinhuai J6 was the largest，and that of Jinhuai J2 was the smallest. （3） The pollen grains of S. japonica ‘Mihuai were nearly spherical，and the polar axis/equator axis was significantly smaller than that of S. japonica ‘Jinhuai，but the equatorial axis was larger than that of S. japonica ‘Jinhuai; the equatorial axis，polar axis，polar axis/equator axis and mesh density of S. japonica ‘Shuangjimihuai were lower than those of S. japonica ‘Danjimihuai. （4） The eight varieties could be divided into three groups，Jinhuai J4，Jinhuai J1 and Jinhuai J6 were closely related to each other，Jinhuai J5，Jinhuai J3 and Jinhuai J2 were closely related to each other，Shuangjimihuai and Danjimihuai were closely related to each other. It can be concluded that pollen morphology was an important character for identifying S. japonica ‘Jinhuai and S. japonica ‘Mihuai，and it can be an important basis for further classification of varieties.

Key words：Sophora japonica ‘Jinhuai，S. japonica ‘Mihuai，pollen，SEM，relative relationships

豆科槐属植物槐树（Sophora japonica）的干燥花蕾被称为槐米，是一种富含芦丁、黄碱素等成分的特色中药材（杨娜等，2015）。目前，山西运城市和广西全州县是我国槐米的主产区，槐米产量占全国总产量的80%以上。广西全州县凭借其独特的土质、气候等自然条件孕育了独特的金槐种质资源，生产的槐米被称为金槐米（槐米呈金黄色而得名），其芦丁含量高达35%～40%，远高于山西槐米芦丁含量（15%～25%）和《中国药典》（2005年版）15%的标准限度（李锋等，2009;舒文将等，2017）。目前，科研人员已从野生金槐种质资源中选育出6个金槐良种在广西推广种植。相对而言，山西的品种较为单一，主要是单季米槐和双季米槐两个品种。近年来，商品性引种日益频繁，经常出现一个种植园中米槐、金槐混种的现象，而以上品种的划分主要是依据生物学性状、开花物候、产量等方面的细微差别，品种间的区分度较低，部分品种划分甚至还存在一定的争议。此外，不同品种长期混种，势必会产生种间杂交，加剧品种间鉴定的难度。因此，从孢粉学等其他角度对槐米主流品种的亲缘关系、起源和演化等进行研究具有非常重要的意义。

花粉在植物生长发育过程中出现的最晚，生活期较短，受环境因子影响较小，形态特征与其遗传特性高度相关，可为植物起源、分类、演化等研究提供有力证据，有助于解决植物在分类系统上的地位问题（刘鹏等，2015;唐艳等，2018a，2018b;史小花等，2018）。此外，花粉微观分析操作简单、周期短、可靠性强。因此，花粉形态分析已在植物品种和物种鉴定中广泛应用。国内已对槐属的花粉形态进行了初步研究，如赵燕等（2007）对国槐及其变种（龙爪槐）和变异（聊红槐、蝴蝶槐）类型的花粉形态进行了比较研究;杨德奎等（2005）对山东槐属3种1变型的花粉形态进行了研究;刘德光等（2007）对香花槐与刺槐的花粉形态进行了比较。但以上研究所涉及的仅是槐属的少数变种和变异类型，且都是观赏树种，而对槐米生产的主流品种金槐和米槐花粉形态的研究还未见报道。因此，本研究从花粉形态特征角度对金槐、米槐进行分析，旨在为不同品种的分类鉴定、遗传演化及亲缘关系研究提供參考依据。

1 材料与方法

1.1 材料和处理

本研究所用的金槐（6个品种）和米槐（2个品种）的花粉采自广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所种质资源圃和山西省运城市盐湖区双季米槐种植核心示范区，共计8份材料（表1）。

选择生长健壮、无病虫害的植株，于盛花期采集树冠外围中上部即将开放的花蕾，装于纸质样品袋中，置于装有硅胶的封口袋中常温保存。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 花粉扫描电镜观察 采用消毒的竹牙签挑取少量的花粉撒于粘有导电胶的样品台上，在离子溅射仪上进行真空喷金镀膜，然后在扫描电镜 1-4. 金槐J1; 5-8. 金槐J2; 9-12. 金槐J3; 13-16. 金槐J4。每个物种花粉扫描电镜结果依次为群体（×800），赤道面观（×3 000），极面观（×3 000），孔沟（×3 000）。下同。

1-4. Jinhuai J1; 5-8. Jinhuai J2; 9-12. Jinhuai J3; 13-16. Jinhuai J4. SEM observation results of pollen morphology every specie were pollen grain view（×800），equatorial view（×3 000），polar view（×3 000），colporate（×3 000）. The same below.

下进行观察。选择典型、清晰的视野进行观察、拍照。采用AxioVision Rel.4.8软件测量花粉的极轴长、赤道轴长、网眼直径以及网眼密度。

1.2.2 花粉定量特征统计 每份材料选取20粒代表性的花粉粒进行数据统计。采用SPSS20.0软件对极轴长、赤道轴长、网眼直径以及网眼密度4个定量特征数据进行标准化，并进行系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 花粉性状

金槐的花粉粒为长球形，米槐的花粉粒为近圆球形，两者的共有特征包括：极面观为三裂圆形，极面光滑;具3孔沟，沟较窄且达两极，沟缘中部外凸，具颗粒状突起;沟在极面上没有交会，形成宽大的沟界极区（图1，图2）。

2.2 花粉的大小

金槐花粉以单粉粒形式存在，花粉粒为长球形，金槐J6的极轴最长，为20.64 μm，金槐J2的极轴最短，为18.92 μm;极轴长/赤道轴长表现的规律与极轴相一致，都为金槐J6最大，金槐J2最小。

米槐花粉粒为圆球形，极轴长和极轴长/赤道轴长明显小于金槐品种，但其赤道轴长大于金槐花粉。此外，双季米槐的赤道轴长、极轴长、极轴长/赤道轴长都小于单季米槐（表1）。

2.3 花粉的外壁纹饰

金槐和米槐花粉的外壁纹饰都为网状纹饰，呈圆形或近圆形，由网眼和凸起的网脊组成。金槐的花粉中，网眼直径最大的是金槐J2，为0.45 μm，最小的是金槐J5，为0.24 μm;网眼密度最大的是金槐J6，为6.22个·μm-2，网眼最小的是金槐J2，为2.21个·μm-2。

米槐花粉网眼直径明显小于金槐，且单季米槐和双季米槐的花粉的网眼直径基本一致，都为0.21 μm;双季米槐的网眼密度小于单季米槐（表1）。

2.4 聚类结果分析

基于不同品种的花粉性状，采用SPSS软件对8个品种进行了系统聚类分析，结果如图3所示。8个品种可以分为3组，第一组包括金槐J4、金槐J1和金槐J6 3个品种;第二组包括金槐J5、金槐J3和金槐J2 3个品种;第三组包括单季米槐和双季米槐两个品种。

3 讨论与结论

研究表明，植物花粉具有科、属的共同特征。本研究显示，金槐、米槐花粉极面观为三裂圆形，极面光滑;具3孔沟，沟较窄且达两极，沟缘中部外凸，具颗粒状突起;沟在极面上没有交会，形成宽大的沟界极区，这些反映了其科内的共有属性，该结果与其他研究结果相一致（杨德奎等，2005;赵燕等，2007）。与此同时，各种植物花粉的性状千变万化，构造各不相同，因而花粉的形态特征是鉴定植物属、种的主要依据（罗乐等，2017）。本研究中，金槐的花粉全部为长球形，而米槐的花粉粒为近圆球形，除赤道轴长大于金槐花粉外，极轴长、极轴长/赤道轴长、网眼直径、网眼密度都明显小于金槐品种。因此，除生物学性状特征外，花粉性状也是区别金槐、米槐两类品种的主要特征。

花粉外壁纹饰是表征花粉进化程度的一个重要指标，一般是由简单平滑向复杂粗糙进化，常见的进化方向是龟裂状→孔穴或小沟→颗粒状突起→棒刺状→网状、皱波状及条纹状（Walker，1974）。花粉的进化途径通常是较原始的花粉为大型、网眼大，较进化的花粉为小型、网眼小。本研究结果显示，金槐和米槐花粉的外壁纹饰都为网状纹饰，呈圆形或近圆形，由网眼和凸起的网脊组成。因此，本研究中的8个品种属较为进化的类群。此外，8个品种中单季米槐和双季米槐的花粉最小;金槐J5、金槐J3和金槐J2 3个品种中等;金槐J4、金槐J1和金槐J6 3个品种最大，由此推测单季米槐和双季米槐最为进化（双季米槐较单季米槐进化）;金槐J5、金槐J3和金槐J2 3个品种较为进化;金槐J4、金槐J1和金槐J6 3个品种最为原始。一般而言，植物进化程度越高，其遗传多样性越丰富，越易通过遗传突变等方式形成新的物种。本研究中进化程度最高的米槐仅有两个品种，而相对较为原始的金槐则有6个品种，造成这种情况的主要原因可能是由于人为选择过程的不同。广西植物研究所金槐团队长期从事于金槐研究，本研究中所用的6个品种是该团队综合不同类型金槐的生物学性特、经济性状等方面的考量从丰富的金槐种质资源中选育而来。而米槐的研究相对较为缓慢，无专业的研究队伍对其种质资源进行系统的梳理、筛选，所用品种都是从以前种植园中直接采穗嫁接而成。由此可知，进化度高的米槐可能孕育有丰富资源，需在以后的研究中對其种质进行深入、系统的整理和挖掘。

花粉形态的相似性可为不同品种间亲缘关系的判断提供依据。基于花粉的极轴长、赤道轴长、极轴长/赤道轴长、网眼直径、网眼密度5个性状，金槐和米槐的8个品种可以分为3组：金槐J4、金槐J1和金槐J6 3个品种亲缘关系较近;金槐J5、金槐J3和金槐J2 3个品种亲缘关系较近;单季米槐和双季米槐亲缘关系较近。聚类结果表明，米槐与金槐品种的亲缘关系相对较远，两者间存在种质渗透的可能性较小。

不同金槐品种花粉表面的纹饰均为网状纹饰，但不同品种在网眼直径、网眼密度上差异明显，可以作为品种分类依据的重要补充。如，金槐J4、金槐J5和金槐J6 3个品种间植物学性状差异较小，不易区分。但根据花粉网眼密度却可以很好地区分：金槐J6花粉粒长、极轴长/赤道轴长、网眼密度最大，金槐J4次之，金槐J5最小。

本研究中花粉形态特征对金槐和米槐的分类及亲缘关系的鉴定提供了一定的依据，但需进一步结合细胞学、解剖学、基因组学等方面进行更加深入的研究。

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（责任编辑 何永艳）