野生葱属4个品种种子形态比较和种皮微结构观察

包秀霞, 廉 勇, 田中兴, 白音达来, 张 欢

(1.呼和浩特民族学院化学与环境学院, 呼和浩特 010051;2.内蒙古自治区农牧业科学院, 呼和浩特 010031)

多根葱(Alliumpolyrhizum)、细叶韭(Alliumtenuissimum)、山韭(Alliumsenescens)、野韭(Alliumramosum)属于百合科葱属强旱生、旱生、中旱生和旱生的多年生草本植物。近年来,特色香料行业不断发展,野生韭菜花的毁灭式采挖较严重,再加上草原连续干旱少雨,导致野生葱属植物自然分布及群落面积日益减小[1]。在开展野生葱属植物萌发生理生化特性的研究中发现,多根葱、蒙古韭和细叶韭等种子具有的休眠特性给人工播种带来了出苗率低、出苗不齐的障碍[2-5]。但关于以上4种野生葱属植物种子形态和种皮微结构的对比研究仍未见报道。

种子表皮微结构的研究在分类学和鉴定学上的应用极其受关注,在植物系统学和进化领域的研究中发挥着独特作用[6]。观察种子形态结构的实验中,扫描电镜是观察种子表面超微结构的最理想的设备之一[7]。目前,扫描电镜广泛应用于研究种子形态及分类[8]。Jordaan[9]对胡麻科钩果草种皮发育、解剖及扫描电镜研究;Mro等[10]对车前科香彩雀属柳叶香彩雀种子发育前后扫描电镜观察研究;郭世阳等[11]比较研究6个品种谷子种子形态,采用扫描电镜观察种皮微结构;宛诣超等[12]利用扫描电镜观察冷蒿种皮结构微形态等研究。本研究应用体视显微镜和扫描电镜对4个野生葱属植物种子形态及种皮微结构进行观察比较,并探索野生葱属植物种子休眠的机制,为打破种子休眠、提高出苗率提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

仪器设备:KQ-300DE型数控超声波,奥林巴斯体视显微镜(型号:SZX16),日立SU1510型扫描式电子显微镜。4种供试材料分别为多根葱、细叶韭、山韭、野韭,均来自内蒙古四子王旗荒漠草原。

1.2 方 法

1.2.1外形观察

选择自然干燥的4个品种种子,使用数控超声波清洗器(KQ-300DE型)对种粒进行清洗,去除种子表面灰尘和杂物;将不同品种30粒种子置于体视显微镜(型号:SZX16)下观察种子形态、颜色并拍照,测量长度和宽度。

1.2.2种子的扫描电镜观察

随机选取成熟、发育良好的种子各10粒,用等渗的生理盐水清洗种子表面后分为2份,一份作为对照处理,另一份用98%浓硫酸浸泡5 min,再用流水冲洗24 h后置于烘干箱烘干,作为酸蚀处理。用镊子将不同品种种子摆放于粘有导电胶带的扫描电镜载物台上,喷金后放置于扫描式电子显微镜 (工作电压15 kV)下,观察种子外表皮纹饰并照相。

2 结果与分析

2.1 种子外形的观察与比较

由图1可见,4个品种种子均属于瘦果,其中多根葱和细叶韭种子外形呈倒卵形,背部隆起,腹部内凹,形成三棱,种皮黑色略带光泽;山韭和野韭种子呈椭圆形和半圆形,背部稍隆起,腹部稍内凹,形成龟壳形。

注:1为多根葱种子;2为细叶韭种子;3为山韭种子;4为野韭种子。图1 4种葱种子形态Fig.1 Seed morphology of 4 Allium varieties

多根葱和细叶韭种子主要以三棱形为主,长宽比值较小;山韭和野韭种子主要为龟壳形,长宽比值较大。4个品种种子长度在1.3～3.6 mm之间,宽度在1.0～2.5 mm之间。野韭种子最长,平均为3.00 mm,细叶韭种子最短,平均为1.58 mm。野韭种子宽度最宽,为2.15 mm;多根葱种子宽度最窄,为1.31 mm。利用 SPSS22.0软件对 4个品种种子长度、宽度和千粒重进行ANOVA分析,结果(表1)显示,除多根葱与细叶韭种子长度间无显著差异外,其余两两之间均差异显著;除多根葱与山韭种子宽度间无显著差异外,其余两两之间均存在差异显著;不同品种间种子千粒重差异显著,野韭种子千粒重最重,为2.305 g;细叶韭种子最轻,为1.154 g。

表1 4个品种种子外形比较Table 1 Seed shape comparison of four varieties

2.2 种子表皮微结构

种子表皮的纹饰有颗粒状纹饰、刺状纹饰、网状纹饰。网状纹饰为最常见的纹饰,由多边形网脊、网格组成。酸蚀处理后4个品种种子种皮出现不同程度的破损,种皮网状结构间距离被拉长或部分网脉断裂。

多根葱种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊较清晰可见,网格间距较大,部分网脉已出现断裂,说明酸蚀对种皮有一定的破坏(图2中1～4)。

注:1～4为多根葱种子(放大倍数40×,200×,400×,800×);5～8为细叶韭种子(放大倍数40×,200×,400×,800×);9～12为山韭种子(放大倍数40×,200×,400×,800×);13～16为野韭种子(放大倍数40×,200×,400×,800×) 。下同。图2 4个品种酸蚀种子种皮微结构Fig.2 Seed coat microstructure of four varieties by acid etching

细叶韭种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊较清晰可见,网格间距较小,部分网脉已出现断裂移动,说明酸蚀对种皮有明显的破损(图2中5～8)。

山韭种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊非常清晰可见,网格间距较大,而且有较厚的网脉和被酸蚀物,酸蚀对种皮有一定的影响(图2中9～12)。

野韭种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊非常清晰可见,网格间距非常小,网格间未见网脉,酸蚀对种皮无明显的干扰(图2中13～16)。

对4个品种的完整种子种皮微结构扫描电镜观察后发现,4个品种种子种皮均为网状结构,但网脊清晰程度有所不同。

多根葱种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊基本清晰可见,网格间距较紧密,可见种皮较薄(图3中1～4)。

图3 4个品种完整种子种皮微结构Fig.3 Seed coat microstructure of intact seed in four varieties

细叶韭种子表皮微结构为不规则六边形网状纹饰,网脊较清晰可见,网格间连接紧密,种皮部分网格稍凸起(图3中5～8)。

山韭种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊清晰可见,网格间距较大,网格间有多个较厚的网脉连接,种皮凸起(图3中9～12)。

野韭种子表皮微结构有规则的网状纹饰,网脊清晰可见,网格间距较小,网状结构间连接紧密(图3中13～16)。

3 结 论

4个野生葱属植物种子颜色基本相同,但形状和大小在不同品种间有明显的差异。通过体视显微镜对不同品种种子颜色、形态和大小观察后发现,4个品种种子种皮均为黑色略带光泽,多根葱和细叶韭种子形状为倒卵形,山韭种子为近椭圆形,野韭种子为近半圆形;多根葱长度与细叶韭种子间,除宽度与山韭种子间无显著差异外,其余差异显著,山韭、野韭种子长宽比与其余两个品种间差异显著,种子千粒重在不同品种间也存在显著差异。对两个处理下4个品种种子表皮微结构观察比较结果显示,酸蚀种子种皮出现不同程度的破损,比完整种子表面变得平整,部分网脉已出现断裂,说明酸蚀处理可在一定程度上打破种子休眠。4个品种的完整种子种皮微结构比较结果表明,细叶韭和山韭种子种皮凸起,山韭种子种皮网状结构网格间网脉最厚,网格间距最大。多根葱和野韭种子种皮网状结构较平整、网格间较紧密,4个品种种子表面纹饰的样式和网状结构的不同。

4 讨 论

本研究对4种野生葱属植物种子种皮进行了体视显微镜和扫描电镜观察和比较,发现4个品种种子外部形态和表面超微结构的差异性可以作为打破种子休眠的参考依据之一。种子表面微形态作为品种的鉴别依据具有一定的价值[13],本研究中种子表面微结构的变化反映了不同品种之间的差别,也为打破种子休眠机制提供了新依据。