为了明确鹅耳枥属部分植物的花粉形态特征，验证花粉形态在鹅耳枥属植物种间鉴定应用中的可行性，从而为该属植物的分类鉴定、遗传变异及系统演化等方面的研究提供科学依据，采用扫描电镜技术 (SEM)对 7种鹅耳枥属的植物花粉形态进行了研究与分析。结果 表明： 7种鹅耳枥属植物花粉为单粒花粉，等极，近球形；花粉的极面观为近圆状，赤道面观为椭圆状；几种鹅耳枥的极轴长和赤道轴长差异显著，极轴长度为 22.600～ 30.884 μm，赤道轴长度为 21.269～ 30.001 μm，“帚状”欧洲鹅耳枥为花粉体积相对最大的种，而鹅耳枥为花粉体积相对最小的种； 7个树种的花粉萌发孔形状为椭圆形，孔长为 1.494～ 2.002 μm，孔宽为 1.146 ～ 1.618 μm，不同种之间差异显著；萌发孔排列在赤道上，花粉表面纹饰较为相似，呈皱波状，但不同种之间表面突起和颗粒分布存在差别；研究发现鹅耳枥属植物属于较为进化的植物类群。

In order to describe the morphological characteristics of Carpinus pollen in detail, and use pollen to verify the feasibility of plant recognition and identification, so as to provide some scientific theory basis for the study of classification identification, genetic variation and system evolution of the plants. Pollen morphology of seven Carpinus species were observed by using scanning electron microscope (SEM) technology. The results indicated that: the pollen in seven Carpinus species were single grain, isopolar, nearly spherical; the polar view was nearly round, and the equatorial view was oval. The difference of the length of polar axis and equatorial axis between different trees was extremely significant. The length of polar axis equatorial axis was 22.600~30.884 μm, and the length of equatorial axis was 21.269~30.001 μm. The volume of C. betulus ‘Fastigiata’ pollen was relatively the largest, and the volume of C. turczaninowii pollen was relatively the smallest. The germinal apertures of seven species pollens were elliptical and arranged on the equators. The length of the aperture was 1.494~2.002 μm, and the width of the aperture was 1.146~1.618 μm, the difference between the trees was also significant. The ornamentation on the surface of the pollens was similar with wrinkle-like ornamentation, but the surface protrusions and particle distribution were different in the species. The study found that Carpinus belongs to more evolved plant groups.

花粉是植物特有的器官，经过长期演化往往形成特定的形态特征，如花粉形态、极性、外壁雕纹及萌发孔类型等，这些特征通常由基因控制，主要受内环境影响，具有种的特异性，是被子植物品种分类的一个重要依据，可探讨物种起源与演化关系，同时可用来识别和鉴定植物种类，在遗传学和分类学中应用广泛 ^[1-3]。

鹅耳枥属归为桦木科鹅耳枥亚族，起源较早，植物资源较为丰富，约 50余种，许多树种具有重要的园林观赏价值和生态价值。在中国，该属植物资源数量居多，种类丰富，且分布十分广泛 ^[4]，其中不少树种具备很大的潜在利用价值，值得进一步研究与开发。依据前人对鹅耳枥的研究，将该属植物主要分为千金榆组和鹅耳枥组，后者又可分为三个亚组 ^[5]。目前，在鹅耳枥属植物的分类研究中，关于一些种的归类、亲缘关系、遗传变异及系统演化等方面的研究意见不一，还存在不少分歧，早期鹅耳枥属植物一般是通过叶片、果苞、枝条等易于观测的外部形态进行鉴定 ^[6-8]。但是随着气候和环境的变化，植物的叶片、枝条、果序、种苞等表型特征会逐渐产生变化 ^[9]，不同分布区会产生很大的变异，因此对该属植物的鉴定和命名产生了一定的困难。而不同植物的花粉形态具有特异性，其变异程度通常可以标志植物种群进化水平，其微观形态分析结果较为可靠，因此得到许多专家学者的认可 ^[10-12]。长期以来，关于鹅耳枥属植物的研究主要集中在濒危物种如普陀鹅耳枥 ^[13]、天台鹅耳枥 ^[14]，以及鹅耳枥属植物栽培技术 ^[15-16]、种群特性 ^[17]等方面，而有关鹅耳枥属植物花粉形态的研究少有报道。笔者在对国内鹅耳枥属植物种质资源进行调查和收集的基础上，对 7种鹅耳枥属植物的花粉形态特征进行了研究，以期为鹅耳枥属植物的系统演化及分类学研究提供更多的科学依据。

• 1.1 材料

  供试材料为盛花期成熟的雄花序，于 2016年 3—4月，采自 7个鹅耳枥属植物树体健壮、花期稳定的样树上。供试的 7个鹅耳枥属植物的名称、来源及生长状况详见表1。

  

  表1 供试的7个鹅耳枥属植物的名称、来源及生长状况
  Table 1 Names, origins and growth status of seven Carpinus L. plants tested

• 1.2 方法

  • 1.2.1 试验材料

    在 3—4月供试鹅耳枥植物的盛花期，于晴朗无风的上午，从各树种的健壮枝上采集开放度一致的花序，以保证花粉成熟度相同。将采集的雄花序散开，平铺于纸上，使其自然晒晾、干燥，待花药散粉，收集花粉，装入采样袋中，并置于低温冰箱，保存好以供试验需要。

  • 1.2.2 试验方法

    将供试的 7个鹅耳枥花粉于戊二醛溶液中固定，经磷酸缓冲液清洗，再通过梯度酒精脱水；干燥后再将花粉用棉签小心地粘在样品载台上，花粉表面喷金镀膜，最后用扫描电子显微镜（ FEI QUANTA-200型）进行观察。在视野中选择较为典型的花粉粒，在 500倍下对花粉整体拍照， 4000倍下对单个花粉拍照， 8000倍下对萌发孔及外壁纹饰拍照。

  • 1.2.3 数据处理

    将图片导入 CAD系统中，每个植物分别随机选取不重复的花粉 20粒，测量花粉的极轴长（ P）、赤道轴长（ E）、萌发孔长和宽，花粉形状用极轴长 /赤道轴长（ P/E）来表示、花粉大小以极轴长 ×赤道轴长（ P×E）来表示，萌发孔的形状以孔长 /孔宽来表示。根据王伏雄等 ^[2]对花粉形状的分类标准（ P/E＞ 2.00，超长球形； P/E为 1.14～

    2.00，长球形； P/E为 0.88～ 1.14，近球形； P/E为 0.50～ 0.88，扁球形； P/E＜ 0.50，超扁球形），对 7个鹅耳枥植物花粉粒的形状进行分类。结合图像软件计算花粉的实际长度，用 SPSS 22.0统计软件和 Excel 2007对花粉各形态指标进行均值统计、显著性检验和方差分析。

• 2 结果与分析

  • 2.1 鹅耳枥属植物的花粉特征

    7个鹅耳枥属植物花粉形态的电镜扫描观察结果分别如图1～ 7所示。观测结果显示，供试的 7种鹅耳枥属植物的花粉均为近球形，单粒花粉，极面观为近圆形，赤道面观为近椭圆形，这些性状具有一定的保守性，在所观测的样本中几乎没有变化。但从花粉大小来看，“帚状”欧洲鹅耳次之，鹅耳枥相对较小。 7个种花粉的近极与远极枥的花粉粒相对最大，普陀鹅耳枥和欧洲鹅耳枥形态结构基本相似，均为等极花粉。

    

    图1 短尾鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.1 Observation result of pollen morphology of C. londoniana by SEM

    

    图2 普陀鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.2 Observation result of pollen morphology of C. putoensis by SEM

    

    图3 欧洲鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.3 Observation result of pollen morphology of C. betulus by SEM

    

    图4 “帚状”欧洲鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.4 Observation result of pollen morphology of C. betulus ‘Fastigiata’ by SEM

    

    图5 小叶鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.5 Observation result of pollen morphology of C. turczaninowii var. Stipulata by SEM

    

    图6 雷公鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.6 Observation result of pollen morphology of C. viminea by SEM

    

    图7 鹅耳枥花粉形态的电镜扫描观察结果
    Fig.7 Observation result of pollen morphology of C. turczaninowii by SEM

    7个鹅耳枥属植物花粉极轴长度与赤轴长度的多重比较和方差分析结果分别见表2和表3。表2的花粉特征值比较结果表明，花粉极轴长度为 22.600～ 30.884 μm，“帚状”欧洲鹅耳枥的最大（30.884 μm）；其次为普陀鹅耳枥（ 29.986 μm）和欧洲鹅耳枥（ 28.834 μm），小叶鹅耳枥、雷公鹅耳枥、短尾鹅耳枥极轴长度逐渐变小，分别为 25.564、23.787、23.236 μm；鹅耳枥的最小（22.600 μm），极显著小于其他种的极轴长度。花粉赤道轴长度为 21.269～ 30.001 μm，“帚状”欧洲鹅耳枥的最大（ 30.001 μm），其次为普陀鹅耳枥（ 29.044 μm），鹅耳枥的最小，为 21.269 μm。7个鹅耳枥植物花粉的 P/E值最大的为欧洲鹅耳枥，最小的为“帚状”欧洲鹅耳枥； P×E值可以示花粉大小，该值最大的为“帚状”欧洲鹅耳枥，最小的为鹅耳枥。由表2可得出，“帚状”欧洲鹅耳枥为花粉体积相对最大的种；而鹅耳枥为花粉体积相对最小的种。由表3方差结果分析可知，不同种花粉形态特征值之间有极显著差异。结合花粉的分类标准可以判定， 7个鹅耳枥属植物花粉的形状类型均为近球形，花粉大小属于小到中等之间。

  • 2.2 萌发孔和外壁纹饰特征

    根据萌发孔长轴与短轴之比，萌发孔可分为

    

    表2 7个鹅耳枥属植物花粉特征值比较†
    Table 2 Comparisons of the values of pollen morphological characteristics between seven Carpinus

    

    表3 7个鹅耳枥属植物花粉形态特征值的方差分析结果
    Table 3 Variance analysis of the values of pollen morphological characteristics of seven Carpinus

    两大类：长 /宽＞ 2的称为沟（长的萌发孔）；长 /宽＜ 2的称为孔（短的萌发孔） ^[18]。7个鹅耳枥属植物花粉萌发孔长 /宽均小于 2，因此属于短的萌发孔，且这几种植物的萌发孔是沿着赤道排列的。电镜扫描观察发现， 7个鹅耳枥属植物花粉的萌发孔均为简单萌发孔，且孔的构造类似，形状均为椭圆形，萌发孔在花粉表面不同程度升高，有向外凸起的孔膜将孔的外壁部分覆盖住，花粉管可从孔中萌发出来。其中，欧洲鹅耳枥和“帚状”欧洲鹅耳枥萌发孔表面升高程度较其他种较低。

    7个鹅耳枥属植物花粉萌发孔形态特征值的比较结果见表3和表4。表3显示，花粉萌发孔的长和宽，种间差异显著。表4表明，萌发孔的长度为 1.494～ 2.002 μm，“帚状”欧洲鹅耳枥的最大（ 2.002 μm），其次分别为雷公鹅耳枥（2.000 μm）、小叶鹅耳枥（ 1.884 μm）、欧洲鹅耳枥（ 1.774 μm）、短尾鹅耳枥（ 1.646 μm）、普陀鹅耳枥（ 1.600 μm）；鹅耳枥的最小（ 1.494 μm）。萌发孔的宽度为 1.146～ 1.618 μm，“帚状”欧洲鹅耳枥的最大（1.618 μm），其次为雷公鹅耳枥（1.590 μm），最小的为鹅耳枥（ 1.146 μm）。由此得出，“帚状”欧洲鹅耳枥和雷公鹅耳枥的花粉萌发孔均较大，而鹅耳枥的花粉萌发孔却较小。

    从图1～图7可发现， 7种鹅耳枥植物的花粉

    

    表4 7个鹅耳枥属植物花粉萌发孔特征值比较
    Table 4 Comparisons of the values of pollen germinal aperture characteristics between seven Carpinus

    表面纹饰较为相似，大致呈微皱波状纹饰，有脊状突起，表面具颗粒。其中短尾鹅耳枥的脊状突起较长，突起通过脊条连接在一起；普陀鹅耳枥波状条脊上的颗粒分布稀于其他种，鹅耳枥和小叶鹅耳枥表面颗粒分布相对来说较为密集；而在雷公鹅耳枥花粉表面观察到网状纹饰。

• 3 结论与讨论

  花粉是植物特有的生殖结构，在植物遗传变异的过程中，花粉的超微形态特征在不同植物之间具有一定的保守性，性状较为稳定，且信息比较可靠，不仅能体现科、属的共同形态特征，同时还具有种间特异性 ^[19-20]。可广泛应用于种属及品种间分类和亲缘关系分析等方面，在经济林木 ^[21-22]、中草药 ^[23]及观赏植物 ^[24-26]等方面都有较为深入的研究。

  扫描电镜下 7个鹅耳枥属植物花粉微观形态较为相似，为近球形，单粒花粉，花粉的极面观为近圆形，赤道面观为近椭圆形，其表面纹饰为稍皱波状纹饰，这些性状与鹅耳枥属植物共有特征相符合。本研究结果和陈之端等 ^[28]对桦木科鹅耳枥属几种植物（云贵鹅耳枥 C. pubescens、鹅耳枥、疏花鹅耳枥 C. laxiflora、日本鹅耳枥 C. japonica）花粉形态的描述基本一致，他们发现 4个鹅耳枥属植物花粉的形状相似，均为近扁球形，其花粉纹饰均为绉波状。S. Akhondnezhad 等 ^[29]对伊朗 4种鹅耳枥属植物（C. betulus var. betulus、C. betulus var. parva、C. orientalis subsp. macrocarpa and C. orientalis subsp. orientalis）的花粉形态特征进行了描述，发现该地区的鹅耳枥花粉为近长球形，花粉粒的大小比中国鹅耳枥属植物花粉的尺寸要大。这说明鹅耳枥属植物花粉形态在不同地域和种群之间具有一定程度的差异，这些特征之间的差异性可能具有重要的分类价值，在鹅耳枥属植物分类和鉴定中的应用仍有待进一步研究。刘果厚 ^[29]对桦木科桦木属的 10个分类群的花粉进行比较研究，发现根据桦木属花粉的孔及其结构，以及外壁纹饰，用花粉分亚组是可行的，但分种比较困难。朱俊义等 ^[31]探究了桦木科 6个属植物花柱的特征，其中对鹅耳枥属 4个种的植物花柱及花粉粒萌发进行了仔细的观察，结果发现这几种鹅耳枥花柱上乳突的形态及其与花粉管的结合方式在不同属间和种间存在明显的差异，但没有涉及花粉形态的研究。本试验中，在同一分类组下，我们发现几个鹅耳枥植物的花粉大小和纹饰均有一定的差异，“帚状”欧洲鹅耳枥极轴、赤道轴以及萌发孔相对最大，而鹅耳枥的则相对最小。花粉壁纹饰的共同点为皱波状，有脊状突起，有颗粒分布，但突起程度和颗粒分布密度存在一定的差别，种间差异较为明显。

  正如前言所述，关于鹅耳枥属花粉形态特征的研究相对较少，王伏雄 ^[2]在《中国植物花粉形态》一书中对一些种有过简单的描述，鹅耳枥属植物花粉的演化趋势目前仍未见有报道。根据王开发等 ^[19]对花粉萌发器官演化过程 4个阶段的划分，本研究中 7个鹅耳枥属植物花粉的萌发孔均排列在赤道上，为赤道孔类型，说明其均处于赤道萌发孔阶段。赤道萌发孔阶段为最进化的演化阶段，与鹅耳枥为双子叶植物的类别相符。这一结论与刘壮壮等 ^[32]对薄壳山核桃的研究结果类似。 Walker等 ^[32]研究被子植物的花粉则认为：花粉外壁纹饰由简单平滑向复杂粗糙进化，由龟裂状→孔穴或小沟→颗粒状突起→棒刺状→网状、皱波状及条纹状。根据上述演化规律，不难看出，本研究的 7种鹅耳枥属植物应属较进化类群。这一结论与陈之端等 ^[34]认为桦木科几个属植物中，鹅耳枥属植物具有最高的进化水平相一致。

  文中供试的 7个鹅耳枥属植物只是整个鹅耳枥属植物种类的一小部分，为了更加系统地了解鹅耳枥属不同种群间花粉形态特征的差异性，为鹅耳枥的分类与鉴定提供更多更大的参考价值，还需对更多鹅耳枥属植物的花粉进行深入观察和研究，同时结合该属植物其他形态学特征的证据，综合比较分析，从而更为科学系统地进行鹅耳枥属植物的识别与鉴定。

• 参考文献

  • [1] Erdtman G.花粉形态与植物分类 [M].王伏雄 ,钱南芬 ,译 .北京 :科学出版社 ,1962:427-429.
    
  • [2] 王伏雄 .中国植物花粉形态 [M].北京 :科学出版社 ,1995:3­