南瓜花粉發育解剖觀察

張濤　董文才　劉林

摘 要： 為了解南瓜花粉發育的特點，對南瓜不同發育階段的花藥進行顯微觀察。結果表明，（1）南瓜成熟花粉含一個生殖細胞和一個營養細胞，為二細胞型花粉。（2）成熟花粉的營養細胞積累大量淀粉粒，故南瓜花粉為淀粉型花粉。（3）生殖細胞在與花粉壁相連時期呈凸透鏡形，有細胞壁，進入營養細胞內部后變為球形，花粉成熟時延伸為紡錘形，細胞壁消失。（4）花粉壁有大量基粒棒和刺，不具覆蓋層。

關鍵詞： 南瓜； 花粉； 淀粉； 發育

科技工作者對被子植物花粉發育基本過程已經相當清楚，花藥內分化出小孢子母細胞，母細胞減數分裂產生四分體小孢子，小孢子進行有絲分裂產生一個生殖細胞和一個營養細胞，生殖細胞有絲分裂產生兩個精細胞[1]。雖然不同被子植物擁有相同的花粉發育基本途徑，但花粉發育的一些細節因植物種類而有明顯不同，例如，有些植物開花時花粉是二細胞的，而另一些植物開花時花粉是三細胞的[2]；成熟花粉所含貯藏物質在有些植物中是淀粉粒，另一些植物中是脂滴；生殖細胞的細胞壁退化時期和花粉壁的結構也因植物而異[1]，在很多植物中這些具體細節都有待進一步研究。

瓜類作物胚胎學和生殖生物學已有很多研究[3-13]，但關于南瓜花粉發育過程中貯藏物質積累規律、生殖細胞形態變化模式、花粉壁表面紋飾以及成熟花粉發育水平等還鮮有報道。為詳細了解南瓜花粉中淀粉的積累、生殖細胞的形狀變化、生殖細胞的細胞壁發育、花粉壁的表面結構特征以及成熟花粉是二細胞還是三細胞類型，采用塑料制片技術對不同發育時期的南瓜花粉進行研究，為被子植物胚胎學增添資料，也為南瓜育種工作提供參考。

1 材料與方法

供試材料為“曲阜吊南瓜”（Cucurbita moschata Duoh. ‘Qufudiaonangua）。采集不同發育時期的花藥與成熟花粉，用2% 戊二醛和1%四氧化鋨各固定2 h，梯度酒精脫水，環氧樹脂包埋，Leica切片機切片，切片厚度1 μm。切片用甲苯胺藍和高碘酸 希夫試劑染色，光學顯微鏡下觀察并照相。

2 結果與分析

南瓜花藥內分化出花粉母細胞，花粉母細胞比周圍細胞大，含液泡（圖版-A，見彩插34版）。之后，液泡變小（圖版-B），減數分裂開始后液泡消失（圖版-C）。花粉母細胞減數分裂伴隨著胼胝質壁發育（圖版-C-E）。相鄰母細胞之間有直徑1 μm左右的胞質通道（圖版-D）。經過減數分裂，1個花粉母細胞產生4個小孢子，包藏在共同的胼胝壁中形成四分體（圖版-F-G）。

四分體間的纖維素壁和胼胝質壁解體后，小孢子游離于藥室中（圖版-H-I）。小孢子有絲分裂產生1個小的生殖細胞和一個大的營養細胞，形成二細胞花粉。剛產生的生殖細胞貼著花粉壁，凸透鏡形，含液泡，有細胞壁（圖版-K-L）。以后生殖細胞脫離花粉壁進入營養細胞內部，并向營養核靠近，變成球形，細胞壁消失（圖版-M）。隨著花粉發育成熟，生殖細胞延伸為梭形（圖版-N-O）。開花期，花粉只含1個生殖細胞和1個營養細胞，為二細胞型花粉（圖版-N-O）。成熟花粉球形，直徑0.15 mm左右（圖版-N）。

小孢子母細胞、四分體小孢子和游離小孢子均不含淀粉粒 （圖版-A-J），但小孢子核周圍有大量質體（圖版-I）。二細胞花粉時期，生殖細胞不含淀粉粒，而營養細胞積累大量淀粉粒（圖版-K，M，O），因而南瓜花粉為淀粉質花粉。

小孢子時期，花粉粒已經具備完整的花粉壁。花粉壁由透光性很差的孢粉素外壁和透光性較強的內壁構成。外壁有刺，刺與刺之間有大量較細的基粒棒（圖版-J）。壁表面沒有覆蓋層。

南瓜雌雄異花，具有聚藥雄蕊，5枚雄蕊花藥聯合而呈棒狀花藥柱（圖版-P-U），但花絲分3體，4枚花絲兩兩聯合形成2體，1枚花絲單獨成為一體。花絲相對很短，花藥相對較長，發生3次折疊。

花藥柱長度和顏色與花粉發育階段的關系如表1。花藥柱短于1 mm、呈白色或無色時（圖版-P），花粉發育處于花粉母細胞階段；花藥柱長1 mm、呈乳白色時（圖版-Q），花粉發育處于四分體階段； 花藥柱呈微黃色、長度3 mm時（圖版-R），花粉發育處于游離小孢子階段；花藥柱淺黃色、長度5 mm時（圖版-S），花粉發育處于二細胞花粉早期，生殖細胞從貼著花粉壁的位置向營養細胞內部轉移，有細胞壁；花藥柱黃色、長度9 mm時（圖版-T），花粉發育處于二細胞花粉中期，生殖細胞向營養核靠近，細胞壁消失；花藥柱深黃色、長17 mm時（圖版-U），花粉成熟，生殖細胞呈梭形。

3 討 論

花粉在發育過程中積累淀粉和脂類貯藏物質，為花粉管萌發和生長儲備營養物質和能量。南瓜成熟花粉的貯藏物質以淀粉為主，屬于淀粉質花粉類型。這與另一種瓜類作物西瓜明顯不同，西瓜成熟花粉的貯藏物質以脂類物質為主[5-6， 14]，屬于脂質花粉類型。南瓜與西瓜成熟花粉積累不同形式的貯藏物質，表明葫蘆科是淀粉質花粉類型植物與脂質花粉類型植物的混合群體。考慮到南瓜成熟花粉粒直徑約150 μm，而西瓜成熟花粉粒直徑約60 μm，相差懸殊，猜測花粉粒積累貯藏物質的類型可能與花粉粒的大小相關，大型花粉粒傾向于積累淀粉，小型花粉粒傾向于積累脂類物質。這種選擇可能與淀粉和脂肪所含能量的差異有關，相同質量的脂類在細胞內氧化所釋放的能量約為淀粉的二倍，小型花粉積累脂類物質有利于在較小的空間內貯藏較多能量。但要得出準確的結論，還需要對其他瓜類植物的花粉進行觀察。

南瓜生殖細胞產生后貼著花粉壁，呈凸透鏡形，有細胞壁；進入營養細胞內部以后逐漸變成球形，細胞壁消失；花粉成熟時變成紡錘形。南瓜生殖細胞的這一變化模式與西瓜[5-7， 14]生殖細胞完全相同，顯示其在瓜類作物中有一定的共性。小孢子有絲分裂產生的大小懸殊的生殖細胞和營養細胞具有不同功能，生殖細胞未來產生精子，營養細胞則為受精的實現積累必需的物質與能量。生殖細胞一開始有細胞壁，形成與營養細胞之間的隔離，這有利于兩個細胞沿不同的方向分化。當生殖細胞進入營養細胞內部，兩者分化基本完成，這時細胞壁消失有助于兩細胞密切交流。生殖細胞不積累貯藏物質，需要從營養細胞獲取供應，細胞壁消失有利于兩細胞之間的運輸。

根據開花時生殖細胞是否完成有絲分裂產生2個精子，可將花粉分為二細胞花粉和三細胞花粉2種類型[2]：開花時生殖細胞不分裂，花粉含2個生殖細胞和2個營養細胞，這樣的花粉為二細胞花粉，相應地，具二細胞型花粉的植物為二細胞花粉植物；開花時生殖細胞分裂產生2個精細胞，這樣的花含有3個細胞，為三細胞花粉，具三細胞花粉的植物為三細胞花粉植物。本研究表明，南瓜成熟花粉含有生殖細胞和營養細胞，為二細胞型花粉，南瓜為二細胞花粉植物。其他葫蘆科植物，如西瓜[5-6， 14]、甜瓜[11]、苦瓜[2]、羅漢果[15]，也都是二細胞花粉植物，這顯示二細胞花粉是葫蘆科植物的共同特征。

花粉壁可分為內壁和外壁，內壁由多糖成分構成，外壁由孢粉素構成，孢粉素是脂肪酸、酚和類胡蘿卜素的復合物。外壁又可分為不連續的外層和連續的內層，外層變化很大，形成花粉粒網狀、刺狀和疣狀等不同的表面特征[1]。南瓜花粉外壁外層由基粒棒和刺構成，賦予花粉刺狀表面特征，這與西瓜花粉不同，西瓜花粉外壁外層由基粒棒和網狀覆蓋層構成，沒有刺，因而花粉表面具有網狀結構[16]。顯然，葫蘆科植物具有不同的花粉壁結構，花粉壁的結構與花粉粒的大小是否存在聯系，還需要對其他瓜類植物花粉進行觀察。

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