Nghiên cứu khoa học hình thái, kích thước và độ hữu thụ hạt phấn của hai loài thực vật bắt mồi cây nắp ấm (nepenthes mirabilis (lour ) druce) và cây bắt ruồi (drosera burmannii vahl ) tại huyện hươn

Hình thái, kích thước độ hữu thụ hạt phấn hai loài thực vật bắt mồi: Nắp ấm (Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce) Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl.) huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế Lê Thị Trễ & Võ Quang Trung Trường ĐHSP - ĐH Huế Tóm tắt Kết nghiên cứu cho thấy hình thái hạt phấn Nắp ấm có kiểu tetrad Trên bề mặt hạt phấn có gai nhỏ phân bố rải rác Đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ tetrad 16,37 0,12 µm; hạt phấn bất thụ 16,23 0,12 µm; tetrad hữu thụ 26,400,13 µm; tetrad bất thụ 26,300,14 µm Độ hữu thụ hạt phấn 78,88 % Hạt phấn Bắt ruồi kiểu tetrad Hạt phấn có phần phụ giống lò xo bao quanh phần tiếp xúc hạt Bề mặt hạt có gờ lồi nhỏ Đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ tetrad 26,46 0,20 µm; hạt phấn bất thụ 25,21 0,24 µm; tetrad hữu thụ 47,79 0,28 µm, tetrad bất thụ 44,02 0,33 (µm) Độ hữu thụ hạt phấn 82,20 % Tính hữu thụ hạt phấn tetrad loài đồng không Có kiểu tetrad: tetrad hữu thụ; tetrad bất thụ tetrad hỗn hợp I Mở đầu Trong giới muôn màu loài thực vật, chúng có mặt hầu hết khắp nơi Trái Đất, điều kiện môi trường sống khắc nghiệt Sự tồn phát triển chúng - kết trình hình thành nên đặc điểm thích nghi điều kiện sống môi trường Trong số loài thực vật, có loài sống môi trường nghèo chất dinh dưỡng, thiếu N2, đất có tính chua phèn Sự quang hợp nhờ ánh sáng, nước khí CO thông qua lục lạp để tổng hợp nên chất hữu không đủ chất cho sinh trưởng phát triển thể Do đó, trình tiến hóa, loài thực vật sống điều kiện hình thành nên phận nhằm bắt giữ số loài động vật hay côn trùng để bổ sung thêm chất dinh dưỡng cần thiết cho tồn chúng, biến đổi thành “nắp ấm” hay hình thành lông tiết chứa enzym phân hủy mồi Vì vậy, loài thực vật gọi “Thực vật bắt mồi hay thực vật ăn thịt” Những loài thực vật bắt mồi thuộc nhóm thực vật cạn, chúng thường sống điều kiện ẩm ướt Việc nghiên cứu đặc điểm sinh học sinh dưỡng loài tiến hành nhiều, nên chế sinh dưỡng hiểu biết tường tận Tuy nhiên, đặc điểm sinh học sinh sản chúng chưa quan tâm nhiều Để tìm hiểu thêm sinh học sinh sản nhóm thực vật này, tiến hành nghiên cứu “Hình thái, kích thước độ hữu thụ hạt phấn số loài thực vật bắt mồi huyện Hương Thủy, Thừa Thiên Huế” nhằm cung cấp thông tin chiều hướng sinh sản hữu tính chúng II Đối tượng nghiên cứu Chúng tiến hành nghiên cứu loài thực vật bắt mồi xã Thủy Vân huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế, gồm: Nắp ấm (Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce) thuộc họ Nắp ấm (Nepenthaceae) Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl.) thuộc họ Bắt ruồi (Droseraceae) III Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu hình thái kích thước hạt phấn Hoa nở nụ hoa gần nở thu vào buổi sáng từ khoảng 7-9 Tách hạt phấn từ bao phấn lam kính, sau cho vào ống nghiệm nhỏ (có thể tích 0,5 ml) pha loãng nước Hình thái đường kính hạt phấn quan sát đo trắc vi vật kính thị kính OMII (ở vật kính 40X kính hiển vi quang học Olympus CH20) Do hạt phấn hai loài thuộc kiểu hạt phấn kép gồm hạt dính nhau, nên tiến hành đo tiêu: - Kích thước hạt phấn hữu thụ hạt phấn bất thụ - Kích thước bốn (tetrad) hay gọi hạt phấn kép hữu thụ bất thụ 3.2 Phương pháp xác định tính hữu thụ hạt phấn Chúng sử dụng phương pháp xác định tính hữu thụ hạt phấn theo Tyagi (1998) [7] Hạt phấn nhuộm carmine acetic % Những hạt hữu thụ bắt màu đỏ đậm; hạt phấn bất thụ bắt màu nhạt không bắt màu Để tính độ hữu thụ hạt phấn, đếm số lượng hạt phấn buồng đếm hồng cầu cải tiến Nebeuer Sau tính độ hữu thụ theo công thức: Độ hữu thụ hạt phấn = Tỉ lệ tetrad hữu thụ = Số hạt phấn hữu thụ Tổng số hạt phấn Số tetrad hữu thụ Tổng số tetrad x 100% x 100% IV Kết nghiên cứu bàn luận 4.1 Đặc điểm sinh học * Cây Nắp ấm (Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce) (hình 1) Đây loài đơn tính, cá thể đực khó phân biệt hình thái Cây có dạng thân bò hay leo, tròn, phân đốt, màu xanh non chuyển màu nâu đen già Lá thuôn dài, mép nguyên có cưa, dài 25 – 40 cm, rộng – cm, chóp kéo dài thành dải dạng sợi tận quan bắt mồi có hình dạng giống ấm có nắp Ấm loài có hình thái khác độ tuổi khác Ấm non màu xanh, có hai khía cưa rõ; già xuất nhiều vệt màu đỏ hay tím, với hai đường viền nhỏ Cụm hoa dạng chùm, mọc đỉnh cành Mỗi cụm hoa thường mang từ 48 - 91 hoa Đài 4, màu xanh hay đốm đỏ, có lông dày, tràng tiêu giảm, bầu ô, thon dài, có lông mịn Mỗi cụm hoa đực thường mang từ 91 - 250 hoa Đài 4, màu xanh hay đỏ, có lông dày, tràng tiêu giảm Bao phấn đính khối hình cầu, màu vàng Quả nang, tự mở thành mảnh, hạt nhỏ, dài 0,5 – 1,5 cm, thuôn hai đầu * Cây Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl.) (hình 2) Thân thảo, hình muỗm mọc thành hình hoa thị, nằm sát đất, có đường kính từ – 5cm trưởng thành Lá có cuống hẹp, dài 5–12 mm, rộng 2–4 mm, màu sắc sặc sỡ, mặt phủ nhiều lông tuyến chứa enzyme tác dụng dính giúp tiêu hóa mồi, mặt có lông ép sát Hoa mọc thành chùm cuống dài khoảng 20 cm, có từ – 22 hoa nhỏ, phủ đầy lông Hoa lưỡng tính, cuống ngắn Đài 5, màu đỏ, có lông mịn Tràng 5, màu trắng hay hồng nhạt Nhị 5, nhị dài – mm, bao phấn màu vàng Nhụy 5, dính gốc, đầu nhụy có nhiều tua nhỏ Bầu ô, hình trứng Quả nhỏ, đài tồn Hạt hình elip trứng, màu đen Hình 1: Nắp ấm (Nepenthes mirabilis (Lour Druce) Hình 2: Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl.) 4.2 Hình thái hạt phấn Qua nghiên cứu hình thái hạt phấn, thu kết sau: - Hạt phấn Nắp ấm có kiểu dạng kép gồm hạt dính (tetrad), trình hình thành hạt phấn, phân chia tế bào chất xảy không hoàn toàn [3] Vì vậy, Nắp ấm, đơn vị phát tán hạt phấn tetrad kiểu hạt đơn [6] Khi nhìn từ đỉnh, tetrad có hình tứ diện nhìn bên hình chữ thập (hình 3) Trên bề mặt hạt có gai nhỏ phân bố rải rác Đặc điểm giống với nghiên cứu loài thuộc chi Nepenthes Borneo Adam (1998) Theo J Adam, gai bề mặt có tác dụng giúp hạt phấn dính vào quan có lông tác nhân thụ phấn [1] Hạt phấn Bắt ruồi kiểu tương tự Nhìn từ đỉnh, tetrad có dạng tứ diện vuông, nhìn bên hình tứ diện vuông hay hình chữ thập (hình 4) Hạt phấn có phần phụ giống lò xo bao quanh phần tiếp xúc hạt Bề mặt hạt có gờ lồi nhỏ Gai Phần phụ Hình 3: Hạt phấn Nắp ấm Hình 4: Hạt phấn Bắt ruồi Từ kết nhận thấy đơn vị phát tán hạt phấn hai loài tetrad Hiện tượng thường gặp chi số họ thực vật có hoa họ Rubiaceae (họ Cà phê), Annonaceae (họ Na), Apocynaceae (họ Trúc đào), Droseraceae (họ Bắt ruồi), Nepenthaceae (họ Nắp ấm), …[3] 4.3 Kích thước hạt phấn tetrad hữu thụ, bất thụ Khi đo đường kính hạt phấn tetrad tetrad hữu thụ bất thụ, thu kết sau (bảng 1) Bảng 1: Đường kính hạt phấn, bốn hữu thụ hạt phấn bất thụ hai loài Bắt ruồi Nắp ấm huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế Bắt ruồi (n=94) Loài Nắp ấm (n=100) HP BT Tetrad HT HP HT HP BT Tetrad HT Tetrad BT HP HT Khoảng biến thiên (µm) 22,5 – 32,5 20 – 30 42,5 – 57,5 37.5 – 52.5 15 – 18,25 15 – 17,5 25 – 30 25 – 27,5 ĐK trung bình (µm) 26,460,20 25,210,24 47,790,28 44,020,33 16,370,12 16,230,12 26,400,13 26,300,14 Chú thích: HP: hạt phấn HT: hữu thụ Tetrad BT BT: bất thụ Qua bảng trên, nhận thấy: - Khoảng biến thiên đường kính hạt phấn đơn vị phát tán Nắp ấm nhỏ so với loài Bắt ruồi; chí đường kính trung bình hạt phấn Bắt ruồi (26,46 µm) tương đương với đường kính trung bình tetrad loài Nắp ấm (26,40µm) - Đối với loài Bắt ruồi, khoảng biến thiên đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ lớn nhiều so với dạng bất thụ; ngược lại với loài Nắp ấm, biến thiên đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ bất thụ chênh lệch lớn 4.4 Độ hữu thụ, bất thụ hạt phấn tỉ lệ tetrad hữu thụ bất thụ Qua kết nhuộm màu đếm số lượng hạt phấn, thu độ hữu thụ bất thụ hạt phấn tỉ lệ tetrad hữu thụ, bất thụ hai loài (bảng 2) Bảng 2: Độ hữu thụ, bất thụ hạt phấn tetrad hai loài Bắt ruồi Nắp ấm Loài Hạt phấn Tetrad Nắp ấm (n=1908) Bắt ruồi (n=1796) Nắp ấm (n=449) Bắt ruồi (n=477) Tetrad hữu thụ bất thụ Số lượng % (tetrad) Hữu thụ (hạt) Độ hữu thụ (%) Bất thụ (hạt) Độ bất thụ (%) 1505 78,88 403 21,12 - - 1494 82,20 302 16,80 - - 366 (tetrad) 81,51 70 (tetrad) 15,59 13 2,90 340 (tetrad) 71,28 85 (tetrad) 17,82 52 10,90 Nhìn chung, độ hữu thụ hai loài cao (>70 %) So sánh với kết nghiên cứu tác giả K Ahmad cs (2010) [2] P Mazari (2012) [5] khảo sát khả sinh sản hạt phấn loài thực vật có hoa, kết cho thấy độ hữu thụ hạt phấn cao 70 %, chí có đạt 100 % [2] Tuy nhiên, độ hữu thụ hạt phấn Bắt ruồi (82,20 %) lớn Nắp ấm (78,88 %) Ngoài ra, so sánh với kết nghiên cứu tác giả Dương Thị Minh Hoàng (2011) cho thấy độ hữu thụ số loài thực vật bậc cao ngập nước trằm Trà Lộc, huyện Hải Lăng, tỉnh Quảng trị có giá trị thấp 50% [4] Như vậy, khả sinh sản hạt phấn loài thực vật ưa ẩm có chiến lược giống với loài thực vật cạn Qua quan sát, nhận thấy tính hữu thụ hạt phấn tetrad loài không đồng Kết nghiên cứu cho thấy có trường hợp: tất hạt phấn tetrad hữu thụ (tetrad hữu thụ); tất hạt phấn tetrad bất thụ (tetrad bất thụ) hạt phấn tetrad vừa hữu thụ vừa bất thụ (tetrad hỗn hợp) Tỉ lệ kiểu loài Nắp ấm là: 81,51%; 15,59% 2,90% Còn loài Bắt ruồi là: 71,28 %; 17,82% 10,90 % Như tỉ lệ đồng tính hữu thụ hạt phấn Nắp ấm cao Bắt ruồi; ngược lại tỉ lệ bốn có hạt phấn hữu thụ bất thụ loài Nắp ấm (Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce) nhỏ so với loài Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl.) Kết luận Hạt phấn Nắp ấm có kiểu tetrad Khi nhìn từ đỉnh, tetrad có hình tứ diện nhìn bên hình chữ thập Trên bề mặt hạt phấn có gai nhỏ phân bố rải rác Đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ 16,37 0,12 µm; hạt phấn bất thụ 16,23 0,12 µm Đường kính trung bình tetrad hữu thụ 26,400,13 µm; tetrad bất thụ 26,300,14 µm, Độ hữu thụ hạt phấn 78,88 % độ bất thụ 21,12 % Tỉ lệ tetrad hữu thụ 81,51 % ; tetrad bất thụ 15,59 % tetrad vừa có hạt phấn hữu thụ bất thụ 2,90 % Hạt phấn Bắt ruồi kiểu tetrad Nhìn từ đỉnh, tetrad có dạng tứ diện vuông, nhìn bên hình tứ diện vuông hay hình chữ thập Hạt phấn có phần phụ bao quanh phần tiếp xúc hạt giống lò xo Bề mặt hạt có gờ lồi nhỏ Đường kính trung bình hạt phấn hữu thụ 26,46 0,20 µm; hạt phấn bất thụ 25,21 0,24 µm Đường kính trung bình tetrad hữu thụ 47,79 0,28 µm, tetrad bất thụ 44,02 0,33 (µm) Độ hữu thụ hạt phấn 82,20 %; bất thụ 16,80 % Tỉ lệ tetrad hữu thụ 71,28 %; tetrad bất thụ 17,82 % tỉ lệ tetrad vừa có hạt phấn hữu thụ bất thụ 10,90 % Tài liệu tham khảo Adam J H Wilcock C.C (1998) Palynological Study of Bornean Nepenthes (Nepenthaceae) Pertanika J Trap Agric Sci 22(1): 1-7 Ahmad K., Shaheen N., Ahmad M Khan M A Full Length Research Paper (2010): Pollen fertility estimation of some sub-tropical flora of Pakistan African Journal of Biotechnology Vol 9(49), pp 8313-8317 Gregory P C (2005) A compendium of plant species producing pollen tetrads Journal of the North Carolina Academy of Science, 121(1), pp 17–35 Dương Thị Minh Hoàng (2011) Nghiên cứu tượng học sinh sản số loài thực vật ngập nước Tràm Trà Lộc, huyện Hải Lăng, tỉnh Quảng Trị Luận văn thạc sĩ Mazari P., Khan M A., Ahmad M., Khan K Y., Zafar M., Ali B Niamat R (2012) Short communication Pollen fertility estimation of selected taxa of Kaghan valley, Pakistan Research in Plant Biology, 2(4): 16-21 Pacini E., Hesse M (2002) Types of Pollen Dispersal Units in Orchids, and their Consequences for Germination and Fertilization Annals of Botany, Vol 89 Issue 6, p653 Tyagi, Singh Ap V V (1998) “Pollen fertility and intraspecific and interspecific compatibility in mangroves of Fiji” Sexual plant reproduction 60-63 Abstract Morphology, size and fertility of pollen in two carnivorous species: Nepenthes mirabilis (Lour.) Druce and Drosera burmannii Vahl in Huong Thuy district, Thua Thien Hue province The study results showed that the pollen morphology of Nepenthes mirabilis is tetrad type The surface of each pollen-grain is covered with small spines scatteredly The average diameter size of fertile pollen grain in tetrad: 16.37 ± 0.12 µm; unfertile pollen: 16.23 ± 0.12 µm; fertile tetrad: 26.40 ± 0.13 µm; infertile tetrad: 26.30 ± 0.14 µm The Pollen fertility is 78.88 % The pollen of Drosera burmannii is also tetrad type Its pollen has the spring-like appendages that surround the contact between the grains The surface of each pollen-grain is covered with small convex edges The average diameter size of fertile pollen grain in tetrad: 26.46 ± 0.20 µm; unfertile pollen: 25.21 ± 0.24 µm; fertile tetrad: 47.79 ± 0.28 µm, unfertile tetrad is 44.02 ± 0.33 µm The pollen fertility is 82.20% The fertility of pollen grain in tetrad of both species may be identical or not There are types of tetrad grain: fertile tetrad, infertile tetrad and mixed tetrad  ... hữu thụ, bất thụ hạt phấn tetrad hai loài Bắt ruồi Nắp ấm Loài Hạt phấn Tetrad Nắp ấm (n=190 8) Bắt ruồi (n=179 6) Nắp ấm (n=44 9) Bắt ruồi (n=47 7) Tetrad hữu thụ bất thụ Số lượng % (tetrad) Hữu thụ. .. Độ hữu thụ, bất thụ hạt phấn tỉ lệ tetrad hữu thụ bất thụ Qua kết nhuộm màu đếm số lượng hạt phấn, thu độ hữu thụ bất thụ hạt phấn tỉ lệ tetrad hữu thụ, bất thụ hai loài (bảng 2) Bảng 2: Độ hữu. .. Druce) thuộc họ Nắp ấm (Nepenthaceae) Bắt ruồi (Drosera burmannii Vahl .) thuộc họ Bắt ruồi (Droseraceae) III Phương pháp nghiên cứu 3.1 Phương pháp nghiên cứu hình thái kích thước hạt phấn Hoa nở