火龍果的小孢子發(fā)生和雄配子形成

摘 要：采用石蠟制片和臨時(shí)壓片的方法觀察了光明1號(hào)火龍果(Hylocereus undatus Britt.et Rose)的小孢子發(fā)生與雄配子形成。結(jié)果表明，花藥4室，中層分化于次生造孢時(shí)期，消失于四分體時(shí)期。絨氈層為腺質(zhì)型，在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期發(fā)育達(dá)到頂峰，后逐漸退化，至2-細(xì)胞花粉時(shí)期完全消失。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為同時(shí)型，四分體多數(shù)為四面體型，少數(shù)為左右對(duì)稱型。花粉粒正圓形，具3條萌發(fā)溝，成熟的花粉粒為3-細(xì)胞型。

關(guān)鍵詞：火龍果；小孢子；雄配子

中圖分類號(hào)：S665．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-9980(2007)04-541-04

火龍果(Hylocereus undatus Britt.et.Rose)又名仙蜜果，原產(chǎn)于墨西哥等中美洲地區(qū)，是仙人掌科(Cactaceae)量天尺屬(Hylocereus)植物。火龍果果形奇特，果個(gè)較大，外表具有肉質(zhì)龍鱗外卷狀萼片，顏色鮮紅亮麗，果肉酸甜爽滑。果實(shí)中除含糖及蛋白質(zhì)外，還有豐富的多種維生素及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高。

火龍果在越南商品種植較普遍；國(guó)內(nèi)，在臺(tái)灣南部有一定栽培，華南地區(qū)近10年才開始種植，其發(fā)展前景十分廣闊。目前對(duì)火龍果的研究主要集中在引種、繁殖、栽培、食品加工、生理機(jī)能、果皮色素等方面，國(guó)內(nèi)外在胚胎學(xué)方面的研究還未見報(bào)道。因此，對(duì)火龍果小孢子發(fā)生和雄配子形成的研究，對(duì)基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)實(shí)踐均有一定的意義。

1 材料和方法

研究所用的材料于2006年5月中旬采自廣州從化大丘園農(nóng)莊，品種為園方培育的光明1號(hào)。花蕾長(zhǎng)出時(shí)即作標(biāo)記，每天取2～3個(gè)材料，直至花開放。用FAA固定液固定，愛氏蘇木精染色，常規(guī)石蠟切片，切片厚度10～11 μm；小孢子發(fā)生和花粉粒發(fā)育采用壓片法制成臨時(shí)制片，均在Nikon攝影顯微鏡下拍照。

2 觀察結(jié)果

火龍果每年的5月份開始生長(zhǎng)出花蕾，花蕾初現(xiàn)至開花共約17 d，在第17天夜間開花，次日上午即凋謝。一年中多次開花結(jié)果，平均15 d左右火龍果就會(huì)長(zhǎng)出一批花苞，一直開花至每年11月，開花結(jié)果期半年以上。火龍果花形巨大，可長(zhǎng)達(dá)30 cm：萼片青色，尖端淡紫；花瓣白色，倒披針形，全緣；雄蕊多數(shù)，可達(dá)數(shù)百枚，生長(zhǎng)于花筒內(nèi)壁；花開放時(shí)，花絲淡黃，長(zhǎng)4.5～5.0 cm；花藥黃色，長(zhǎng)8～9mm；柱頭略高過雄蕊，花柱粗長(zhǎng)，子房下位。

2．1 小孢子發(fā)生

火龍果長(zhǎng)出花蕾不久，雄蕊原基即形成，其四個(gè)角隅的細(xì)胞分裂較快，使花藥逐漸形成具有四棱狀的外形。在每個(gè)棱的表皮下分化出孢原細(xì)胞。孢原細(xì)胞進(jìn)行平周分裂，外層是初生壁細(xì)胞，內(nèi)層是初生造孢細(xì)胞，初生造孢細(xì)胞經(jīng)過幾次分裂后形成次生造孢細(xì)胞。次生造孢細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)濃厚，核仁大而明顯，進(jìn)一步生長(zhǎng)發(fā)育形成小孢子母細(xì)胞。火龍果小孢子由小孢子母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂而產(chǎn)生，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其減數(shù)分裂高度同步，集中在花苞發(fā)育的第6天(廣州從化)。在第1次分裂結(jié)束后2個(gè)子細(xì)胞間不形成細(xì)胞壁，胞質(zhì)分裂方式為同時(shí)型。第2次減數(shù)分裂后形成四分體，絕大多數(shù)為四面體形，左右對(duì)稱型較少見。

2．2 雄配子體的形成

四分體胼胝質(zhì)溶解后，4個(gè)小孢子分開。隨著花藥的發(fā)育，小孢子逐漸成為圓球形，細(xì)胞核位于中央，核大，核仁明顯。在細(xì)胞中央，液泡逐漸增大，漸漸把核從中央推移到細(xì)胞的一側(cè)，此時(shí)為單核靠邊期。隨后細(xì)胞核進(jìn)行有絲-分裂，形成2個(gè)子核，1個(gè)貼近花粉的壁，即生殖核；另1個(gè)向著中央大液泡的，即營(yíng)養(yǎng)核，接著發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成2個(gè)細(xì)胞。貼近花粉粒壁的細(xì)胞較小。成凸透鏡狀，是生殖細(xì)胞，另一個(gè)大的為營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，此時(shí)為2-細(xì)胞花粉時(shí)期(圖版-20，23)。在花藥成熟散粉前，生殖細(xì)胞會(huì)分裂形成2個(gè)精子，形成3-細(xì)胞花粉。花粉四分體形成不久，花粉壁開始發(fā)育。在單核花粉粒胼胝質(zhì)壁與質(zhì)膜之間形成初生外壁，繼而外壁發(fā)育逐漸加厚，不產(chǎn)生外壁的地方形成3條萌發(fā)溝(圖版-18～20)。原有的胼胝質(zhì)壁隨著外壁的形成而消失。與此同時(shí)，花粉粒的內(nèi)壁在外壁內(nèi)側(cè)形成。

2．3 花藥壁的形成和發(fā)育

火龍果花藥壁具4個(gè)小孢子囊，呈蝶形。藥壁從外向內(nèi)依次是表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層。藥室內(nèi)壁，中層和絨氈層均是由初生壁細(xì)胞分裂而來(lái)。次生造孢細(xì)胞時(shí)期，藥壁開始分化，絨氈層細(xì)胞核大，細(xì)胞質(zhì)濃厚較易區(qū)分，藥室內(nèi)壁是表皮下的1層細(xì)胞，而中層的分化才剛剛開始，中層細(xì)胞還不明顯。

表皮是整個(gè)花藥的最外一層細(xì)胞，在藥壁發(fā)育各個(gè)階段，此層細(xì)胞一直存在。表皮細(xì)胞呈扁長(zhǎng)形，具保護(hù)功能。

藥室內(nèi)壁起源于壁細(xì)胞，在次生造孢時(shí)期已經(jīng)分化完全。初期其核較大，隨著花藥壁的發(fā)育，藥室內(nèi)壁細(xì)胞徑向增厚。至2-細(xì)胞花粉時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)壁出現(xiàn)縱向條紋狀纖維并逐漸加厚。

中層僅有一層細(xì)胞，形成于次生造孢時(shí)期。在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期呈扁平狀，到四分體時(shí)期完全消失。

絨氈層細(xì)胞在小孢子母細(xì)胞形成過程中體積逐漸增大，原生質(zhì)不斷增多，細(xì)胞核也增大，至小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期達(dá)到發(fā)育頂峰。此時(shí)，其細(xì)胞在徑向增大明顯，體積比周圍壁細(xì)胞大，細(xì)胞呈不規(guī)則方形，細(xì)胞核大，有的還具有雙核或三核。隨著小孢子發(fā)育，絨氈層出現(xiàn)退化跡象。四分體時(shí)期，絨氈層已與其他壁層脫離，層內(nèi)各細(xì)胞依然連結(jié)成環(huán)狀，細(xì)胞核退化成一點(diǎn)。單核花粉時(shí)期，絨氈層細(xì)胞的細(xì)胞核已難以看到，層內(nèi)細(xì)胞間隙加大。至2-細(xì)胞花粉時(shí)期，絨氈層完全消失。有關(guān)花藥的發(fā)育情況見表1。

3 討論

為提高火龍果坐果率和改進(jìn)果實(shí)品質(zhì)，生產(chǎn)上采用的是人工授粉。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)火龍果成熟的花粉粒為3-細(xì)胞型，而3-細(xì)胞花粉的生活力一般比較弱，所以火龍果采用的是人工授粉并且是隨采隨用，以免失去活力，影響授粉效果。韋茜等在報(bào)道火龍果授粉技術(shù)時(shí)提出的也是此方法。另3-細(xì)胞花粉粒作為比較進(jìn)化的特征，也可作為仙人掌科植物系統(tǒng)分類有價(jià)值的資料。

在火龍果花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)藥壁的中層細(xì)胞處在退化階段，此時(shí)絨氈層細(xì)胞在顯著的發(fā)育增大：四分體時(shí)期中層解體消失完畢，絨氈層開始退化。本研究中發(fā)現(xiàn)中層的消失與絨氈層的發(fā)育在時(shí)間上恰好同步，這是否僅是一個(gè)巧合呢?黃衡宇等在研究八角蓮小孢子發(fā)生和雄配子形成時(shí)認(rèn)為中層的消失并不完全是被伸張和擠壓的結(jié)果，也會(huì)為其他壁層的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)條件。楊桂英等認(rèn)為粉葉小檗的中層是被有性細(xì)胞所吸收利用。張林靜等認(rèn)為華山新麥草的中層消失也是一個(gè)被“吸收”的過程，但并未明確是被其他壁層還是被小孢子母細(xì)胞所吸收。作者認(rèn)為在花藥的發(fā)育過程中，其藥壁各層細(xì)胞的發(fā)育及解體不應(yīng)是相互獨(dú)立的，火龍果藥壁的中層細(xì)胞退化時(shí)，細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能會(huì)轉(zhuǎn)移到絨氈層，為絨氈層的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)。但要充分印證這一點(diǎn)還需要更直接的證據(jù)，需要進(jìn)一步的研究。

關(guān)于絨氈層的作用，在火龍果小孢子四分體時(shí)期，絨氈層開始解體，直至花粉粒發(fā)育的后期，絨氈層完全消失，所以火龍果藥壁的絨氈層有可能是為小孢子發(fā)育提供養(yǎng)料。而曹玉芳等認(rèn)為側(cè)柏絨氈層細(xì)胞從開始時(shí)就具有為造孢細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)的功能。可見絨氈層的營(yíng)養(yǎng)對(duì)象在不同植物中也會(huì)有不同。

4 結(jié)論

火龍果花藥壁的結(jié)構(gòu)從外向內(nèi)依次是表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層。表皮細(xì)胞1層，宿存。藥室內(nèi)壁1層，后期有纖維狀加厚。中層1層，分化于次生造孢時(shí)期，消失于四分體時(shí)期。絨氈層為腺質(zhì)型，在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)發(fā)育達(dá)到頂峰，2-細(xì)胞花粉時(shí)期退化消失。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為同時(shí)型，四分體四面體型，少數(shù)為左右對(duì)稱型。花粉粒正圓形，具3條萌發(fā)溝，成熟花粉粒為3-細(xì)胞型。