黨參小孢子發(fā)生及雄配子體發(fā)育研究

付爽+李美陽+王景然+呂爽+南海燕+全雪麗

摘要：以黨參不同大小花蕾為試驗(yàn)材料，采用常規(guī)石蠟切片法，觀察黨參小孢子發(fā)生及雄配子體發(fā)育的過程，以期為黨參生殖生物學(xué)提供基礎(chǔ)資料。結(jié)果表明：黨參花藥具有4個(gè)花粉囊，花粉母細(xì)胞分布為半圓形，四分體排列方式為四面體形；成熟花粉粒為2-細(xì)胞型，近圓形，花粉粒表面有6～7條萌發(fā)溝；花藥壁由表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層細(xì)胞組成；花藥成熟后僅留表皮和藥室內(nèi)壁，中層與絨氈層細(xì)胞解體消失。

關(guān)鍵詞：黨參；小孢子發(fā)生；雄配子體

中圖分類號： S567.5+30.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0155-03

收稿日期：2016-12-02

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：21462044）。

作者簡介：付 爽（1991—），女，吉林磐石人，碩士研究生，從事植物資源研究。E-mail：2234839658@qq.com。

通信作者：全雪麗，博士，教授，從事植物學(xué)科研與教學(xué)工作。E-mail：qxl2000@aliyun.com。 黨參[Codonopsis pilosula （Franch.） Nannf.]為桔?？贫嗄晟圆荼局参颷1-2]，為我國常用的傳統(tǒng)補(bǔ)益藥[3]，主要藥用部位為其干燥根。黨參具有調(diào)節(jié)血糖、促進(jìn)造血功能、抗缺氧、耐疲勞、增強(qiáng)免疫力等功效[4]。黨參主產(chǎn)區(qū)主要在甘肅、山西、湖北、四川、陜西等地。目前關(guān)于黨參的研究比較多，而涉及到的方面也較多，如化學(xué)成分分析[3-7]、種子萌發(fā)[1，4，8-10]、栽培技術(shù)[11-12]、藥理[13-14]、分子方面[15-18]等。但有關(guān)黨參胚胎學(xué)方面的研究未見報(bào)道。本研究采用常規(guī)石蠟切片法對黨參小孢子發(fā)生及雄配子體發(fā)育過程進(jìn)行觀察研究，旨在為開展黨參遺傳育種研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)地概況

將黨參種子（由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供）播種于延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地，等黨參植株開花后采集處于不同時(shí)期的花蕾。

1.2 方法

用FAA固定液（V70%乙醇 ∶ V甲醛 ∶ V冰醋酸=90 ∶ 5 ∶ 5）固定新鮮的不同大小黨參花蕾，拿回實(shí)驗(yàn)室用徠卡石蠟切片機(jī)進(jìn)行常規(guī)石蠟切片。切片厚度為14～16 μm，番紅-固綠雙重染色，用中性樹脂封片，最后在顯微鏡下拍攝。

2 結(jié)果與分析

2.1 黨參開花動(dòng)態(tài)

黨參花為兩性花，屬輻射對稱花，每朵花內(nèi)包含5枚雄蕊，排成1輪（圖1）。柱頭3裂，子房3室，子房下位。個(gè)別黨參花柱頭4裂，子房4室。對黨參開花動(dòng)態(tài)進(jìn)行初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黨參開花時(shí)，先是綠色的5個(gè)花萼往外開展（圖1-A至圖1-C）；之后黃綠色的花瓣開放，花瓣剛剛打開時(shí)，雄蕊的花藥已經(jīng)開裂，都圍在柱頭的周邊（圖1-D、圖1-E）；然后雄蕊的花藥慢慢從柱頭周邊往外移開到花瓣內(nèi)側(cè)，這時(shí)已經(jīng)能看見好多成熟的花粉印在柱頭表面（圖1-F、圖1-G）；再然后，3裂的柱頭慢慢展開，最后反卷（圖1-H、圖1-I）。

2.2 黨參小孢子發(fā)生

從黨參很小的雄蕊原基中花藥的橫切面來看，黨參每個(gè)花藥由4個(gè)花粉囊組成，左右對稱，呈蝶形（圖2-A）。最初，花托上產(chǎn)生雄蕊原基，其頂端分化成花藥，基部分化成花絲?；ㄋ幊跗谧钔饷媸?層表皮，內(nèi)側(cè)4個(gè)角隅部分細(xì)胞分裂旺盛，由造孢細(xì)胞組成?；ㄋ幫鈧?cè)部分是周緣細(xì)胞，分裂、分化后發(fā)育成花藥壁的主要組成部分（圖2-A）?；ㄋ帣M切面的中央部分是藥隔部分，是由藥隔維管束（細(xì)胞小、排列比較密集的部分）和藥隔薄壁組織組成（維管束周邊細(xì)胞比較大的部分）（圖2-A）。造孢細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育形成花粉母細(xì)胞，黨參花粉母細(xì)胞在花粉囊內(nèi)分布成半圓形，主要是因?yàn)樗幐舯”诩?xì)胞延伸到花粉囊內(nèi)部造成的（圖2-B），此時(shí)，花粉母細(xì)胞體積很大，排列緊密，細(xì)胞核很明顯，核也大，周緣細(xì)胞也通過分裂逐漸分化成花藥壁，但這時(shí)分化不是很明顯（圖2-B）?；ǚ勰讣?xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂時(shí)期，體積進(jìn)一步變大，排列變得疏松，整個(gè)花粉囊空間逐漸變大，絨氈層細(xì)胞體積也迅速達(dá)到最大值（圖2-C）。每個(gè)花粉母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成4個(gè)小孢子，黨參的4個(gè)小孢子在空間上排成四面體形，每個(gè)小孢子之間由胼胝質(zhì)相連（圖2-D），這個(gè)時(shí)期叫四分體時(shí)期。四分體時(shí)期花藥壁已經(jīng)分化很明顯，由表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層細(xì)胞組成，但是中層細(xì)胞不是很發(fā)達(dá)，大多部位觀察不到中層。四分體在絨氈層提供的胼胝質(zhì)酶的作用下互相分離，形成游離狀態(tài)小孢子。剛釋放的小孢子形態(tài)像鐮刀形，體積也較?。▓D2-E）。

2.3 黨參雄配子體形成

小孢子進(jìn)一步發(fā)育后，由鐮刀形變成圓形，體積稍變大，核在中央，這個(gè)時(shí)期為小孢子單核中央期（圖2-F）。小孢子體積繼續(xù)變大，核移向一邊，屬單核靠邊期（圖2-G）。核再進(jìn)行1次有絲分裂，形成2個(gè)核，即1個(gè)核大、1個(gè)核小，大的核與細(xì)胞質(zhì)組成營養(yǎng)細(xì)胞，小的核與營養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)組成生殖細(xì)胞，就是說生殖核游離在營養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，這個(gè)時(shí)期叫雙核初期（圖2-H）。雙核初期的花粉粒表面形成花粉壁，壁上出現(xiàn)數(shù)條萌發(fā)溝（6～7條），體積繼續(xù)變大，最后形成成熟的花粉粒，屬于2-細(xì)胞型花粉粒（圖2-I）?；ǚ鄢墒旌蠡ǚ勰议_裂，最后花藥壁僅留存表皮與藥室內(nèi)壁，絨氈層與中層細(xì)胞解體消失（圖2-J）。藥室內(nèi)壁細(xì)胞在雙核初期出現(xiàn)纖維加厚，有的部位出現(xiàn)2層纖維加厚，并徑向伸長。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)只是對黨參的開花動(dòng)態(tài)進(jìn)行了初步調(diào)查，下一步應(yīng)該定期（如每天同一時(shí)期或每幾個(gè)小時(shí)）對開花動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤調(diào)查，這樣更能詳細(xì)了解其開花進(jìn)程。

黨參花藥由4個(gè)花粉囊組成，小孢子與雄配子體發(fā)育經(jīng)歷了造孢時(shí)期、花粉母細(xì)胞時(shí)期、四分體時(shí)期、單核中央期、單核靠邊期、雙核初期和成熟花粉粒時(shí)期。與大多數(shù)植物小孢子與雄配子體經(jīng)歷類似。四分體屬于四面體形，沒有觀察到其他類型的四分體。成熟花粉粒屬于2-細(xì)胞型。小孢子與雄配子發(fā)育過程中，同一藥室小孢子之間、同一花藥花粉囊之間、同一花不同花藥之間小孢子發(fā)育基本同步。endprint

黨參花粉母細(xì)胞時(shí)期分布呈半圓形，這與大多其他植物圓形分布不同。桔?；ㄋ幯芯勘砻?，桔?；ǚ勰讣?xì)胞分布也呈半圓形[19]。筆者所在課題組對輪葉黨參花藥進(jìn)行切片，也

發(fā)現(xiàn)其花粉母細(xì)胞分布呈半圓形，可能是桔梗屬和黨參屬植物的特征，有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

馬琴國等對黨參花粉形態(tài)掃描電鏡觀察表明，黨參花粉粒近球形，具有7溝，極少數(shù)有6溝[20]，本研究觀察結(jié)果與之吻合。

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