新疆甘草属植物的花粉形态研究及分类系统与实验生物学研究

摘 要：本文采用光学显微镜和扫描电子显微镜对甘草属（Glycyrrhiza L．）8种植物花粉形态进行了详细观察和比较。甘草属花粉形态属单花粉类型，形状为近圆球形与长圆球形两类。极面观为三裂圆形或钝圆形，极轴长29．06～43．13μm，赤道轴长19．93～29．6lμm。花粉最大者是大叶甘草（G．macrophylla），极轴长为34．19～43．13μm，赤道面宽为24．20～29．46μm；最小者是黄甘草（G．eurycarpa），极轴长29．06～36．82μm，赤道面宽为19．93～23．67μm。萌发孔沟均为三孔沟，沟长21．07～29．67μm（最短者是光果甘草G．glabra，最长者是乌拉尔甘草G．uralensis），沟宽1．05～1．99μm（最窄者是胀果甘草G．inflata，最宽者为石河子甘草G．shiheziensis）。有4种花粉沟具沟桥，沟桥的结构略有差异，粗毛甘草（G．aspera）沟桥表面凹凸不平，具有小瘤状物；石河子甘草沟桥呈拱形突起；胀果甘草沟桥长椭圆形，表面有细颗粒；刺果甘草（G．pallidiflora）沟桥表面有大颗粒瘤状物。花粉粒外壁纹饰有四种类型：模糊细网纹饰（粗毛甘草、石河子甘草），明显的细网纹饰（乌拉尔甘草），细网－穴状纹饰（光果甘草、大叶甘草），网状纹饰（黄甘草、胀果甘草、刺果甘草）。甘草属植物花粉孢子的形态种间差异不很明显，大小、长短等参数虽有差异，但数据之间是重叠、交叉而不间断。外壁纹饰有区别，但仍以网状纹饰为基本类型。我们认为，孢粉学用于研究目、科、属之间的大系统分类是极有价值的，在属内种间的研究意义不大，但并不排除大属内的种间分组的研究价值。花粉孢子的性状具有较大的保守性。

关键词：甘草属；花粉形态；三孔沟

现有豆科甘草属（Glycyrrhiza L．）植物20余种，主要分布于地中海－亚洲中部中亚地区。我国最多，主要分布于西北地区。本文对新疆产的8种甘草进行花粉形态学研究。前苏联学者克鲁甘诺娃（Круrанова，1955）曾进行过本属植物花粉形态的报道，我们的研究除光果甘草（G．glabra L．）的花粉小于克鲁甘诺娃测定的数据，其他均大于她的报道，花粉形态也均有差异。另有3种未见报道，即黄甘草（G．eurycarpa P．C．Li）、石河子甘草（G．shiheziensis X．Y．Li）、大叶甘草（G．macrophylla X．Y．Li）。

1 材料和方法

本文研究的材料采用石河子农学院植物标本室所藏腊叶标本的干花粉，它们均产自新疆（表1）。研究方法：供光学显微镜观察的干花粉不经处理，用树脂封片。用目镜测量20粒花粉的极轴和赤道轴两个数值，取其平均值和最小到最大的变化数值，在100倍电镜下进行，数字取两位小数。用于扫描电镜的观察材料系将干花粉经50％乙醇浸泡，再经70％→80％→95％→100％乙醇脱水，醋酸异戊酯替代，直接分散在有双面胶纸的铜网上，在离子溅射仪上用钯铱合靶镀膜，用20k V的加速电压下观察和拍摄照片。外壁结构材料用醋酸酐处理后，用日立20BC型高速离心机800rpm对花粉进行离心破壁，研究外壁的层次、厚度和结构，进行观察和照相。

表1 凭证标本

2 结果与讨论

2．1 花粉特征

8种甘草花粉形态属于单花粉类型，花粉粒形状为近圆球形、长球形；赤道面观为长椭圆形，个别种近圆形；极面观为三裂圆形或钝圆形。极轴长度为31．60～38．71μm，赤道轴长度为21．88～29．61μm。根据花粉最长轴的长度表示花粉大小分级，本属8种植物花粉粒均属中等类型。极轴与赤道轴之比为1．067～1．525。具三孔沟，沟明显细长为21．07～29．67μm，沟长近至花粉两极，沟底呈半圆形，且不平整，沟的中间宽厚而两末端窄薄，沟的加厚边缘凹凸不平；沟较宽为1．10～1．99μm；有几种甘草在沟中央赤道处形成沟桥，内孔不显著或很小，外壁厚度为0．59～1．08μm，分层明显。外壁的内外层次清楚，外层厚于内层。在扫描电镜下观察外壁表面纹饰为细网状或网状，外壁结构明显地分为3层（覆盖层、柱状层和外壁内层）：覆盖层完整，柱状层发育良好，内层较薄。花粉的光切面为平滑或微波浪状。

2．2 花粉形态特征及大小（表2，图1、图2、图3）

花粉表面：在光镜下外壁表面具近光滑或颗粒、细颗粒、粗颗粒及模糊颗粒状。花粉大小：8种甘草中以大叶甘草的花粉最大，极轴长度为34．19～43．13μm，赤道面宽度是24．20～29．46μm；黄甘草的花粉为最小，极轴长为29．06～36．82μm，赤道面宽为19．93～23．67μm；其他6种甘草花粉大小介于它们之间。花粉形状：粗毛甘草花粉为近球形；其他7种花粉形状为长球形。但是在长球形花粉中，若根据极轴与赤道轴之比值的不同又可分为3种形状：乌拉尔甘草和胀果甘草，极轴与赤道轴之比值为1．52，花粉为长椭圆形；大叶甘草和刺果甘草花粉比值为1．46，花粉为椭圆形；光果甘草和石河子甘草的花粉比值为1．37，花粉为宽椭圆形。花粉沟长：粗毛甘草的花粉沟最长，几乎与花粉极轴等长，而大叶甘草的花粉沟最短，仅达花粉两极的三分之二处。花粉沟宽：石河子甘草的花粉沟为最宽，达1．90μm；胀果甘草的花粉沟最窄，仅1．05μm。

表2 新疆甘草属8种植物花粉形态特征

注：“—”为缺失数据。

2．3 扫描电镜下花粉形态的种间差异

2．3．1 纹饰特征

以外壁纹饰差异较为显著，即具明显的或不明显的细网状纹饰、网状纹饰等4种类型。现分别描述如下：

（1）模糊的细网状纹饰类型：粗毛甘草表面具模糊的细网状纹饰，网眼圆且小，有的网眼穿孔很浅，边有微凸。石河子甘草表面有不明显的细网状纹饰，网脊凹凸不平，网孔形状和大小差异大，且较密。

（2）明显的细网状纹饰类型：乌拉尔甘草表面具较明显的细网状纹饰，网脊呈线条状，网眼形状不规则，大小不均匀。

（3）细网－穴状纹饰类型：光果甘草表面具明显的网纹－穴状纹饰，网眼较大，网孔的大小和形状较均匀、一致且浅，或成穴状。大叶甘草表面清楚见到细网－穴状纹饰，网孔圆形较密，网眼大小和形状基本上一致，眼缘有外凸起，眼深为穴状。

（4）网纹状纹饰类型：黄甘草表面具明显的网状纹饰，网脊平坦且宽，并具细颗粒雕纹，网眼大小基本一致，但有少数网眼很小或很大。胀果甘草表面具清楚的网状纹饰，网脊起伏很大，网脊的宽度比网眼的直径大两倍之多，网孔圆形，大小相似。刺果甘草网脊宽而较平坦，网眼较大，大小形状不规则。

2．3．2 外壁结构

乌拉尔甘草和光果甘草两种花粉，经醋酸酐分解后，孔膜往往被破坏。用日立20BC型高速离心机，对花粉进行离心破壁，在扫描电镜下观察，外壁结构特征明显分为外层和内层，外层厚于内层，外层又分为3层：最外面一层为连续覆盖层，为完整覆盖层；再里面有许多垂直于覆盖层的小柱，为柱状层，柱状层发育良好，呈柱状（即G．uralensis的柱状层，小柱稀疏，大小比较均匀；而G．glabra的柱状层，小柱密，大小不太均匀）；在柱状层和外壁内层之间很薄的一层为基层（底层）。覆盖层、柱状层和基层之间的厚度，其中是柱状层较厚，覆盖层与基层厚度相等，或覆盖层稍厚于基层。(www.xing528.com)

2．3．3 花粉沟桥

根据超微结构的观察，可将8种花粉分为两组：一组具有沟桥结构的，如粗毛甘草、石河子甘草、胀果甘草和刺果甘草的花粉在沟中央具沟桥结构；另一组有4种花粉是没有沟桥结构的。在有沟桥结构中，粗毛甘草和胀果甘草的花粉沟桥结构，我们认为这是外壁向外延伸的结果；而石河子甘草的沟桥呈拱形突起，几乎与外壁内层之间形成一个腔；刺果甘草的沟桥几乎不太明显。此外，还有其他方面的区别，如粗毛甘草花粉沟桥表面凹凸不平，有小瘤状物出现；而胀果甘草花粉沟桥呈长椭圆形，表面由细颗粒组成不平整的面；刺果甘草花粉的沟桥表面有大颗粒组成的瘤状物。

经光学显微镜和扫描电子显微镜对甘草属8种甘草花粉形态结构特征的观察，结果一方面表明了种间差异的存在，为甘草属的分种提供参考依据；另一方面也显示了种间相似性的存在，为甘草属种间共同的亲缘关系提供充实证据（图1、图2、图3）。

图1

左：Glycyrrhiza glabra

1—2．极面观；3．赤道面观

右：Glycyrrhiza uralensis

1—2．极面观；3．赤道面观

图2

左：Glycyrrhiza inflata

1．极面观；2．极面观及萌发孔；3．萌发孔

右：Glycyrrhiza eurycarpa

1．极面观；2．萌发孔及其孔像；3．赤道面观及槽沟

图3

左：Glycyrrhiza aspera

1．三孔沟；2．极面观；3．赤道面观及槽沟；4．三孔沟

右：Glycyrrhiza shiheziensis

1．极面观；2．萌发孔及其边缘

陆源芬 崔星明 阚志峰 武坚

国家自然科学基金项目：3870031

发表于《石河子农学院学报》，1991，16（1）：19－26