煙屬植物種子微形態掃描電鏡觀察

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(1.云南省煙草農業科學研究院， 昆明 650021; 2.云南農業大學， 昆明 650201)

煙屬植物種子微形態掃描電鏡觀察

焦芳嬋1，鐘永麗2，蘭建強2，張誼寒1，陳學軍1

(1.云南省煙草農業科學研究院， 昆明 650021; 2.云南農業大學， 昆明 650201)

對煙屬植物種子形態和種皮表面結構特征進行研究，以便探討其系統分類特性，為揭示煙屬植物種質資源的遺傳多樣性打基礎。結果表明，49個種61份煙屬植物種子長為0.43～0.98 mm，寬為0.32～0.70 mm，屬于中型種子；所研究的煙草種子表面紋飾有5 種類型，其中一種類型，種子表面有明顯的瘤狀凸起，但凸起的微觀特征不同種間有較為明顯的差異。同一種不同來源的表面紋飾基本相似。本研究較全面地觀察了煙屬植物的種子表面微形態，為揭示煙屬植物遺傳多樣性、并加以鑒別奠定了基礎。

煙屬植物； 種子； 微形態； 掃描電鏡

種子作為繁殖器官具有相對穩定性。種子表皮細微結構的研究在分類學和系統學上的應用價值倍受關注，在植物系統學和進化領域的研究中發揮獨特作用。種子微形態結構不僅有重要的分類學價值，而且決定著種子的對水分的吸收、活力及散布。

國內外許多學者對不同物種的種子形態進行了研究。Perez等[1]對野生向日葵種子進行形態特征分析。Hamilton等[2]通過掃描電鏡對3種澳大利亞野生柑橘品種的種子形態特征進行了觀察。Liu等[3]采用光學顯微鏡和掃描電鏡對109種馬先蒿種子進行了分類。de Queiroz等[4]利用掃描電鏡對13種山毛豆(Tephrosia)的種子形態進行了研究。邵鄰相等探討了幾種蔬菜種子表面微形態的差異，結果表明，熟悉種子表面微形態的差異較明顯，可為蔬菜種及品種的鑒定提供一定的依據[5]。武季玲等利用掃描電鏡觀察了4種麻黃屬植物種子表面特征，認為種子表面微形態特征在分種和植物分類上具有重要的鑒定價值[6]。

表1 煙屬植物種子外形特征

種PI編號 極軸長(mm) 赤道長(mm) 最小值平均值最大值最小值平均值最大值極軸/赤道軸P/E千粒重(g)N．acuminataPI423340．860．910．990．590．700．871．310．13N．africianaPI5554720．570．660．750．440．490．611．330．086N．alataPI423340．570．680．820．490．540．611．250．108N．amplexicaulisPI2719890．550．660．750．420．500．591．310．071N．arentsiPI5554750．490．670．760．450．520．581．290．115N．attenuataPI5554760．660．760．820．620．670．721．130．124N．benavidesiiPI5554770．440．530．630．340．420．491．260．057N．benthamianaPI5554780．620．760．880．430．520．601．440．073N．bonariensisPI5554890．640．790．910．600．680．741．170．122N．cavicolaPI2719900．640．690．760．470．520．541．340．074N．clevelandiiPI5554910．640．680．730．490．550．611．230．112N．cordifoliaPI5554930．770．840．870．470．530．621．560．082N．corymbosaPI1148240．790．880．980．540．650．771．350．122N．debneyiPI5033200．660．690．720．430．520．601．320．077N．debneyiunassigned0．590．730．790．460．500．621．450．099N．excelsiorPI2240630．890．961．090．540．710．881．360．158N．forgetianaPI5555010．660．740．870．520．600．671．230．074N．glaucaPI5555040．510．560．610．380．440．471．280．038N．glutinosaPI5555070．460．570．620．350．380．431．500．041N．goodspeediiPI2410120．640．700．740．480．550．621．260．093N．gosseiPI2309530．670．800．930．440．490．581．610．085N．kawakamiiPI4591060．390．460．530．300．340．371．380．025N．knightianaPI5555270．410．500．570．320．370．461．330．036N．langsdorffiiPI423370．620．720．800．410．500．561．440．078N．linearisPI5555300．680．760．830．530．600．651．270．122N．longifloraPI5555310．490．530．550．390．420．451．280．057N．megalosiphonPI5555360．730．760．780．540．620．701．240．093N．megalosiphonPI5556880．690．750．840．430．480．571．540．076N．noctifloraPI4758320．630．690．730．410．460．501．510．067

注：極軸長和赤道長的平均值分別是指每份材料測量10次的平均數。

在煙草的研究中，張大鳴等[7]對45個煙草栽培品種的種子表面結構進行掃描電鏡觀察。陶涌等[8]應用環境掃描電鏡研究了73種煙草種子的形態和種皮表面結果特征，其中僅有5份煙屬植物種子開展了掃描電鏡觀察。迄今，在煙草的研究中，國內外尚未見有煙屬植物種子微形態方面的專門研究，本研究對49種61份野生煙的種子進行掃描電鏡觀察，為煙屬植物種子分類鑒別等基礎研究方面提供一定的依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為N.acuminata等49種61份煙屬植物資源，由云南省煙草農業科學研究院從德國、巴西及美國等國家科研機構以種質互換共享的形式引進，供試材料PI編碼等對應信息均可在美國農業部的種質資源信息網(http://www.ars-grin.gov/)查詢到。

1.2 方 法

選取成熟飽滿的種子，蒸餾水漂洗，超聲波振蕩清洗5 min，蒸餾水漂洗2～3次，自然干燥，用雙面膠將種子粘在樣品臺上，噴金后移入FEI Quanta 200型掃描電子顯微鏡下觀察、拍照。每份材料取10粒種子，進行赤道軸與極面軸等數據測定。

2 結果與分析

2.1 種子微形態特征鑒定

49種61份煙屬植物種子掃描電鏡觀察結果(表1)表明，供試煙屬植物種子極軸最小的是N.plumbaginifoliaPI 555548，僅有0.43 mm，最長的是N.rosulataPI 244635，為0.98 mm；赤道軸最小的也是N.plumbaginifoliaPI 555548，僅有0.32 mm，最長的是N.excelsiorPI 224063，為0.71 mm；P/E比值最小的是N.attenuataPI 555476，為1.13，P/E比值最大的分別是N.gosseiPI 230953和N.velutinaPI 244638，其比值均為1.61；N.otophoraPI 555542材料的種子千粒重最小，僅為0.021 g，而N.rusticaPI 243561材料的種子千粒重為0.202 g，為前者的近10倍。

續表1

N．noctifloraPI4179180．670．720．810．420．500．561．460．062N．obtusifoliaPI5555430．600．620．650．360．420．461．460．046N．obtusifoliaunassigned0．610．620．640．380．420．521．480．056N．occidentalisPI2719910．880．950．980．630．700．791．360．161N．occidentalisPI5555410．720．760．800．530．580．601．320．122N．occidentalisPI5556870．590．660．740．450．500．551．330．068N．otophoraPI5555420．410．450．480．320．330．341．360．021N．paniculataPI5555450．410．470．510．300．340．381．380．028N．paucifloraPI5555460．750．840．980．540．620．681．350．165N．petumioidesPI5555470．590．690．850．490．520．561．320．123N．plumbaginifoliaPI5555480．350．430．500．300．320．371．340．024N．quadrivalvisPI5554850．750．830．920．600．680．741．220．198N．raimondiiPI5555490．550．620．670．470．520．571．190．068N．repandaPI5555520．570．660．770．430．460．521．420．065N．rosulataPI2446240．560．660．740．450．510．591．300．076N．rosulataPI2446350．930．981．000．610．670．781．460．182N．rusticaPI2435610．670．740．850．510．550．581．340．202N．×sanderaePI5555760．690．750．820．550．580．661．280．105N．×sanderaePI5555780．600．680．770．470．530．611．260．071N．×sanderaePI5555790．640．710．810．480．530．591．330．096N．×sanderaePI5555810．700．750．820．550．600．711．260．114N．simulansPI2719920．640．770．900．460．540．631．410．091N．solanifoliaPI5555580．800．860．910．580．600．621．420．090N．stocktoniiPI5555380．440．480．560．350．390．431．230．039N．suaveolensPI2309600．920．971．020．600．700．791．390．189N．suaveolensPI5555000．550．600．630．400．500．571．200．067N．suaveolensPI5555650．870．941．020．620．700．871．340．157N．sylvestrisPI5555690．550．600．670．350．390．421．560．038N．umbraticaPI2719930．620．660．700．370．440．481．510．054N．undulataPI5555740．620．740．840．510．570．641．290．074N．velutinaPI2446380．710．750．830．440．470．491．610．093N．wigandioidesPI3024710．480．560．620．400．440．531．270．041

表2 種子表面紋飾類型

類型特征描述所屬煙種序號圖版示例Ⅰ網脊粗，輪廓清晰，網眼深且大小不一4、5、7、10、12、13、18、21、31、32、33、34、35、36、37、39、53、57、59、61圖版Ⅰ1Ⅱ網脊粗，輪廓清晰，網眼淺且大小不一1、2、3、14、15、17、20、23、25、26、38、40、41、47、48、49、50、52、54、55、56、58圖版Ⅰ2Ⅲ網脊粗，輪廓清晰，網眼深且大小不一有瘤狀突起11、27、28、44、45、51、60、圖版Ⅰ3?1～3?4Ⅳ網脊細，輪廓清晰，網眼深且大小不一6、9、16、22、40、圖版Ⅰ4Ⅴ網脊細，網眼淺且大小不一8、19、24、29、30、42、43、46圖版Ⅰ5

2.2 種子表面紋飾鑒定

供試煙屬植物種子表面紋飾基本相似，為網紋狀，由網眼和網脊組成，但網眼內有互不相同的形狀和附屬物，形狀、大小、深淺以及網脊的粗細等有差別，大致可以分為5大類，其中，類型Ⅰ的微形態特征為網脊粗，輪廓清晰，網眼深且大小不一(圖版Ⅰ)，包含N.amplexicaulis等16種18份煙屬植物種子；類型Ⅱ的微形態特征為網脊粗，輪廓清晰，網眼淺且大小不一(圖版2)，包含N.acuminata等15種21份煙屬植物種子；類型Ⅲ微形態特征是網脊粗，輪廓清晰，網眼深且大小不一，有瘤狀突起(圖版Ⅰ3-1～3-5)，包含N.clevelandii等5種7份煙屬植物種子，分析這7份煙屬植物的來源，N.clevelandii起源于美國亞利桑那沙漠地帶，N.megalosiphon、N.simulans及N.velutina起源于澳洲沙漠地帶，種子表面瘤狀凸起，極大的增加了種皮表面積，有利于水分吸收盡快萌芽；類型Ⅳ的微形態特征為網脊

圖版 Ⅰ

圖版說明：1為N.obtusifolia PI 555543；2為N.obtusifolia PI 555573；3為N.sanderae PI 555576；4為N.sanderae PI 555578；5為N.sanderae PI 555579；6為N.sanderae PI 555581。圖版Ⅱ

細，輪廓清晰，網眼深且大小不一(圖版Ⅰ4)，包含N.attenuata等5種煙屬植物種子；類型Ⅴ的微形態特征為網脊細，網眼淺且大小不一(圖版Ⅰ5)，包含N.benthamiana等8種10份煙屬植物種子。同一種不同來源地種子的表面紋飾基本相似(圖版Ⅱ)。

3 討 論

對煙屬植物種子掃描電鏡研究，陶涌等[8]僅對5份煙屬植物種子開展掃描電鏡觀察，而本研究對49個種61份野生煙種子進行系統的掃描電鏡觀察，為煙屬植物種子分類鑒別等基礎研究方面提供一定的依據。

本研究的61份野生煙草分別屬于煙屬植物的3個亞屬，根據表面紋飾大致分為5類，其中類型Ⅲ包含了N.clevelandii等5種7份煙屬植物，其微形態特征是網脊粗，輪廓清晰，網眼深且大小不一，有瘤狀突起，栽培煙草中，未見到這類瘤狀凸起。而且，瘤狀凸起物細微特征也有差異，有的尖削狀，有點圓潤。另外，有意思的是上述7份煙屬植物均源自于沙漠等干旱地帶，種子表面瘤狀凸起，極大地增加了種皮表面積，有利于水分吸收盡快萌芽。本研究結果表明，亞屬之間種子的微形態有明顯的差別，但也有一定的相似性，同一種不同來源的表面紋飾基本相似。種子表面微形態能在屬級水平或屬的次級水平上提供有價值的分類學信息，可被用來探討和界定屬的范圍。

[1]Perez E.E.,Crapiste G.H.,Carelli A.A.Some Physical and Morphological Properties of Wild Sunflower Seeds[J].Biosystems Engineering,2007,96(1):41-45.

[2]Hamilton Kim N,Ashmore Sarah E,Drew Rod A.Morphological characterization of seeds of three Australian wild Citrus species (Rutaceae):Citrus australasica F.Muell.,C.inodora F.M.Bailey and C.garrawayi F.M.Bailey[J].Genet Resour Crop Evol,2008,55:683-693.

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[8]陶涌,劉義新,王元英,等.煙草種子亞顯微結構及分類學意義[J].中國煙草學報,2007,13(5):33-37.

SEM Observation on the Micromorphological Features ofSeed in GenusNicotiana

JIAOFangchan1，ZHONGYongli2，LANJianqiang2，ZHANGYihan1，CHENXuejun1

(1.Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences,Kunming 650021,China;2.Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China)

Morphological features of seed of GenusNicotianawere investigated by scanning electron microscopy(SEM),in order to identify characters to distinguish them and elucidate the genetic diversity of the Genus.The results showed that the length of seed from 49 wild species 61 accessions ranged from 0.43 mm to 0.98 mm,and from 0.32 mm to 0.70 mm in wide,seed size of this Genus was distributed in a middle position in Solanacea family.Seed surface pattern of GenusNicotianawas divided into 5 types,The papillate bulge was obvious on seed surface in one of the five types,but the bulge features were different among them.Little difference for the seed surface patterns were observed among same species with different accessions.This is the first report of the comprehensive observation on the micromorphological features of seed in GenusNicotianain China,it helps to be used as a taxonomic traits and provide a basis of the works of conserving,utilizing the wild species of tobacco.

genus nicotiana； seed； micromorphological features； SEM

2016-09-22

中國煙草總公司科技項目(110201302005)和中國煙草總公司云南省公司科技項目資助。

焦芳嬋(1975—)，女，山西人；副研究員，主要從事煙草育種研究；E-mail:jfc99002@163.com。

陳學軍，E-mail:cxjkm@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.01.029

S 572

A

1001-4705(2017)01-0029-05