植物分类学的“超微之眼”：泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜在黄精属孢粉学分类研究中的突破性应用-泽攸科技

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植物分类学的“超微之眼”：泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜在黄精属孢粉学分类研究中的突破性应用

发布时间：

2025-08-28

Polygonatum属（黄精属）是天门冬科（Asparagaceae）的重要药用植物类群，广泛分布于北半球温带地区，尤其以中国为现代分布中心。该属植物因其根茎可作中药材“黄精”和“玉竹”，兼具药用、营养、经济及文化价值，长期受到植物分类学界的关注。历史上，Polygonatum的分类系统经历了多次调整：传统形态学研究根据叶序和苞片特征将其划分为8个组，细胞学和花丝微形态研究进一步提出“Polygonatum组”和“轮叶组”（Verticillata组）的分类框架，而基于叶绿体基因组的分子系统学研究则将其分为Polygonatum组、Verticillata组和Sibirica组三个分支。

尽管分类依据从形态、细胞学拓展到分子层面，其系统发育关系仍存在争议，例如部分物种的归属、组间亲缘关系以及演化路径等问题尚未达成共识。此外，花粉形态学作为揭示植物演化规律和分类的重要工具，其研究在Polygonatum属中仍显薄弱。已有研究表明，花粉形态（尤其是外壁纹饰）在种间分化中具有显著分类学意义，但相关研究多局限于少数物种，且对种内变异及系统发育关联性的系统性探讨不足，导致花粉特征在属级分类中的应用价值尚未被充分验证。

针对上述问题，由来自福建农林大学园艺学院和福建省农业科学院作物科学研究所组成的联合研究团队利用了泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜开展了系统工作，旨在填补数据空白并整合多学科证据以澄清该属的进化关系。该团队通过扫描电镜分析46份黄精属（Polygonatum）种质资源的花粉形态多样性，结合聚类分析揭示其遗传关系，提出花粉形态（尤其是大小和外壁纹饰）对属内分类、系统发育及资源利用具有重要分类学价值。相关成果以“Pollen Morphological Characteristics of 46 Germplasm Resources of Polygonatum and Its Taxonomic Implications”为题发表在《Plants》期刊上。

本研究聚焦黄精属（Polygonatum）46份种质资源的花粉形态多样性及其分类学意义，旨在通过系统分析花粉特征揭示该属植物的遗传关系与演化规律。研究团队选取了6个物种及1个变种作为实验材料，利用扫描电镜对花粉的形态特征进行高分辨率观测，并结合聚类分析探讨不同物种间的亲缘关系。通过对比花粉的极轴长度、赤道轴长度、P/E比值、体积指数及外壁纹饰等参数，研究发现尽管所有样本的花粉形态具有较高的共性（如单粒、异极、单沟孔等），但其大小和外壁纹饰存在显著差异，这些差异为属内分类提供了关键依据。例如，黄精（P. sibiricum）和长梗黄精（P. macropodum）的花粉外壁纹饰以网状和穿孔网状为主，而卷叶黄精（P. filipes）和玉竹（P. odoratum）则呈现皱褶网状纹饰，而轮叶黄精（P. alternicirrhosum）独特的疣状网状纹饰使其在形态上明显区别于其他物种。

研究通过量化分析揭示了花粉形态参数的演化趋势。所有样本的花粉形状均表现为较为原始的“偏长球形”（P/E比值0.36–0.42），但极轴长度（18.17–27.15 µm）和赤道轴长度（44.11–67.07 µm）存在显著差异，表明花粉形状的保守性高于尺寸的稳定性。值得注意的是，轮叶黄精的花粉体积最小，可能暗示其在演化过程中经历了从“大花粉”到“中等花粉”的过渡，这一发现支持了“花粉体积缩小与被子植物演化水平提升相关”的理论。此外，外壁纹饰的复杂性（如穿孔、疣状突起）与物种演化程度的关联性进一步表明，花粉形态不仅是分类工具，也是解析植物系统发育的重要线索。

表1. 46份黄精属植物花粉样本数量性状的方差分析；表2. 黄精属不同物种间花粉形态特征的比较

在分类学应用方面，研究通过聚类分析将46份种质划分为4个分支：卷叶黄精与玉竹聚为一类，黄精与长梗黄精聚为一类，大苞黄精（P. kingianum）及其变种大花黄精（P. kingianum var. grandifolium）单独成组，而轮叶黄精自成一支。这种分类结果与传统形态学划分的“轮叶组”和“互叶组”基本吻合，但同时也揭示了部分物种（如黄精与长梗黄精）之间的亲缘关系较近，为属内组级分类提供了新的形态学支持。此外，聚类结果未发现遗传距离与地理分布的显著关联，表明花粉形态分化可能更多受到遗传因素而非地理隔离的影响。

研究还首次报道了大苞黄精变种和轮叶黄精的花粉形态特征，补充了黄精属花粉形态数据库。通过对比不同文献中花粉尺寸测量方法（如醋酸解离法与新鲜样本电镜观测）的影响，研究强调了实验方法标准化对数据可比性的重要性。例如，传统方法可能导致花粉因脱水或加热产生形变，而现代电镜技术则能更准确反映真实形态。这一发现不仅为黄精属分类提供了新视角，也为其他植物类群的花粉形态研究提供了方法论参考。最终研究提出花粉形态（尤其是大小和外壁纹饰）可作为黄精属植物分类、系统发育及资源利用的有效指标，为后续分子系统学研究和种质资源保护策略的制定奠定了基础。

泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜是一款集成度高、便携性强且经济实用的科研设备。它具备快速抽真空、高成像速度、多样的信号探测器选择，适用于形貌观测和成分分析，还能适配多种原位实验需求。该设备对安装环境要求低，不挑楼层，操作简单，非专业人士也能快速上手，且购买及维护成本均低于落地式扫描电镜，现已成为许多高校、研究所和企业的首选设备之一。