紅王子錦帶小孢子發(fā)育與花器形態(tài)相關(guān)性研究

張 美 淑

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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紅王子錦帶小孢子發(fā)育與花器形態(tài)相關(guān)性研究

張 美 淑

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

本文采用常規(guī)石蠟切片法觀察了紅王子錦帶小孢子不同發(fā)育時期的細(xì)胞學(xué)特征，探討了小孢子發(fā)生和雄配子體的發(fā)育過程與不同發(fā)育階段花器形態(tài)的相關(guān)性。研究結(jié)果表明：紅王子錦帶每個花藥具4個花粉囊，花藥壁由表皮、藥室內(nèi)壁、中層、絨氈層組成。小孢子四分體屬四面體型，絨氈層發(fā)育屬腺質(zhì)型，出現(xiàn)多核現(xiàn)象。成熟的花粉粒屬2-細(xì)胞型，具有3個萌發(fā)孔，花粉外壁具有針刺狀結(jié)構(gòu)。紅王子錦帶小孢子發(fā)育時期與花器形態(tài)具有一定的相關(guān)性：小孢子處于四分體時花蕾長度<0.5 cm，花藥<0.3 cm，花藥綠色，花瓣為紫紅色。紅王子錦帶同一花蕾小孢子發(fā)育存在一定程度的漸續(xù)性即不同步。

紅王子錦帶；小孢子；花器；相關(guān)性

紅王子錦帶(Weigelafloridacv.‘Red-prince’)為忍冬科錦帶花屬多年生植物，是落葉開張性灌木[1]。其生長較快，花期長，花色鮮紅，觀賞價值較高。并且具有抗旱、抗高溫、抗鹽堿、抗病等多抗性[2]，是我國園藝工作者從美國引進(jìn)[1]的優(yōu)良紅花色系花灌木新品種，是極理想的園林美化樹種[3]。紅王子錦帶對氯化氫氣體抗性強，是具有一定潛力的抗污染綠化樹種[4]。

有報道說由于紅王子錦帶花的花粉退化，栽培不易結(jié)籽，主要通過扦插和分株繁殖[1，4]。關(guān)于花粉退化的原因，花粉退化的形態(tài)描述未見報道；小孢子發(fā)育特征與花器官形態(tài)相關(guān)性方面也鮮見報道。因此，本研究用石蠟切片法觀察了小孢子發(fā)育全過程以及其與花蕾大小的相關(guān)性，揭示花粉具體有無退化現(xiàn)象，以便在進(jìn)行有關(guān)遺傳改良或其他生物技術(shù)研究時，依據(jù)花的外部形態(tài)變化，判斷小孢子的發(fā)育階段。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料取自延邊大學(xué)校園內(nèi)生長的紅王子錦帶植株上不同大小花蕾。取材時間為2013年6月初。

1.2 方法

1) 花器形態(tài)觀察與測量 紅王子錦帶處于開花盛期時，取不同大小花蕾(上午9～10點)放入自封袋中，立即帶回實驗室測量花蕾長度、花藥長度，觀察花蕾和花藥顏色。

2) 小孢子發(fā)育觀察 把不同大小新鮮花蕾按大小分類后，分別固定在FAA固定液中。采用常規(guī)石蠟切片法對其花藥進(jìn)行切片,切片厚度14～16 μm，番紅-固綠雙重染色法染色，中性樹膠封片，用OLYIMPUS顯微鏡觀察，并進(jìn)行顯微照相。

2 結(jié)果與分析

2.1 花器形態(tài)調(diào)查結(jié)果

紅王子錦帶花花器調(diào)查結(jié)果如表1。花瓣的顏色由最初的紫紅色變?yōu)樯罘凵ㄋ幱勺畛醯木G色慢慢轉(zhuǎn)變成黃綠，再由黃綠轉(zhuǎn)變成粉色。初期花萼明顯比花蕾長，后期花蕾明顯比花萼長(圖1)。

表1 紅王子錦帶花花器形態(tài)調(diào)查

2.2 小孢子各發(fā)育階段細(xì)胞學(xué)特征及雄配子體形成

紅王子錦帶花為兩性花，每朵花內(nèi)具有5枚雄蕊，每1花藥由4個花粉囊組成(圖2)。小孢子由小孢子母細(xì)胞(圖3)經(jīng)過減數(shù)分裂而產(chǎn)生，試驗觀察發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂在不同花藥之間，同一花藥不同花粉囊之間存在不同步性。在第1次減數(shù)分裂結(jié)束后2個子細(xì)胞間不形成細(xì)胞壁，胞質(zhì)分裂屬于同時型。減數(shù)分裂結(jié)束后形成四面體型四分體(圖4)，未觀察到其他類型的四分體。四分體在胼胝質(zhì)酶的作用下，彼此分離形成小孢子。剛釋放的小孢子體積小，橢圓形(圖5)，核在細(xì)胞中央，處于單核中央期。隨著花藥的發(fā)育小孢子體積逐漸變大，出現(xiàn)了3個萌發(fā)孔，細(xì)胞核移到一邊，處于單核靠邊期(圖6)，同時發(fā)現(xiàn)小孢子細(xì)胞表面出現(xiàn)很多針刺狀結(jié)構(gòu)(圖6)。核再進(jìn)行一次分裂，形成2個核(圖7)，處于雙核期。進(jìn)一步發(fā)育后形成成熟的雙核花粉粒，體積大的核是營養(yǎng)核，小的是生殖核(圖8)。

圖1 不同大小花蕾內(nèi)部形態(tài)

圖2 一個花藥橫切，示4個花粉囊

圖3 小孢子母細(xì)胞時期

圖4 四分體時期

圖5 剛從四分體釋放的小孢子(單核中央期)

圖6 單核靠邊期

圖7 雙核初期

圖8 成熟雙核花粉粒

2.3 花藥壁的發(fā)育

花藥壁由1層表皮、1層藥室內(nèi)壁、數(shù)層中層和1層絨氈層組成(圖2～4)。表皮細(xì)胞開始是一層近等徑的細(xì)胞，隨著花藥的發(fā)育細(xì)胞變得扁平，最后形態(tài)變得不規(guī)則。在花藥壁發(fā)育各個階段，表皮細(xì)胞一直存在(圖3～8)。藥室內(nèi)壁在表皮內(nèi)側(cè)，由1層扁平狀細(xì)胞組成。從花粉母細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂開始藥室內(nèi)壁細(xì)胞逐漸徑向伸長，到雙核期細(xì)胞壁上出現(xiàn)縱向條紋狀纖維加厚(圖8)。中層由1～2層扁平狀細(xì)胞組成，后期中層細(xì)胞也出現(xiàn)纖維加厚現(xiàn)象(圖8)。絨氈層細(xì)胞在花藥壁最內(nèi)側(cè)，由1層細(xì)胞組成，在花粉母細(xì)胞時期絨氈層細(xì)胞發(fā)育達(dá)到最大值，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)多核現(xiàn)象(圖3)。四分體時期開始出現(xiàn)逐漸解體跡象，花藥完全成熟后，絨氈層細(xì)胞全部解體(圖8)。

2.4 小孢子不同發(fā)育時期與花器形態(tài)相關(guān)性

紅王子錦帶小孢子不同發(fā)育時期與花器形態(tài)相關(guān)性如表2。花蕾長度在<0.5 cm時，小孢子已經(jīng)發(fā)育到四分體時期，花蕾長度在0.7～1.0 cm時,處于單核靠邊期，花蕾長度在2.0 cm以上時，花粉已經(jīng)成熟。小孢子發(fā)育經(jīng)歷了小孢子母細(xì)胞時期、四分體時期、單核期、雙核期。

表2 紅王子錦帶小孢子不同發(fā)育時期與花器形態(tài)相關(guān)性

3 討論與結(jié)論

紅王子錦帶花藥壁的結(jié)構(gòu)從外向內(nèi)依次為表皮(1層)、藥室內(nèi)壁(1層)、中層(1～2層)和絨氈層(1層)。花藥成熟后期藥室內(nèi)壁與中層細(xì)胞都出現(xiàn)纖維加厚，絨氈層細(xì)胞在小孢子母細(xì)胞時期發(fā)育達(dá)到最大值，最后全部解體，其發(fā)育類型屬于腺質(zhì)型(分泌型)。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為同時型，四分體屬于四面體型。成熟花粉粒具3個萌發(fā)孔，并且在花粉粒外壁有很多針刺狀結(jié)構(gòu)，成熟花粉粒為2-細(xì)胞型。

在花藥培養(yǎng)的早期研究中發(fā)現(xiàn)，并不是任何發(fā)育時期的花粉都可以培養(yǎng)形成愈傷組織或胚狀體[5]，取材時期對于小孢子培養(yǎng)成功與否是關(guān)鍵[6-9]，大多研究表明，單核靠邊期是進(jìn)行小孢子培養(yǎng)的最佳時期[10-15]，但紅王子錦帶花藥培養(yǎng)中小孢子最佳培養(yǎng)時期是四分體時期[16],此時的取蕾標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為：花蕾長度<0.5 cm，花藥長度<0.3 cm，花藥綠色，花瓣為紫紅色。根據(jù)本研究結(jié)果可以根據(jù)花器外部形態(tài)特征在田間取材接種，實現(xiàn)對最佳發(fā)育時期的花藥或小孢子進(jìn)行培養(yǎng)，具有方便、快捷、準(zhǔn)確的特點，無須制片鏡檢。

有報道稱紅王子錦帶有花粉退化現(xiàn)象[1,4]，但并沒有說明退化原因或有關(guān)退化描述。本研究觀察發(fā)現(xiàn)紅王子錦帶花粉發(fā)育正常，沒有敗育現(xiàn)象。這可能與所取材料有關(guān)，具體原因有待于進(jìn)一步研究探討。

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Studies on relationships between microspore development stage and morphology of floral organ of Weigela florida cv. Red Prince

ZHANG Meishu

(AgriculturalCollegeofYanbianUniversity，YanjiJilin133002,China)

By the means of Paraffin section method, the cytological property of floral organs under different developmental stages ofWeigelafloridacv. Red Prince was observed, and the relations of microsporogenesis and male gametophyte development with morphological characteristics of floral organs under different development stages were investigated. The results showed that each anther had 4 pollen sacs, anther wall was composed of the epidermis, the endothecium, the middle layer and the tapetum. The microspore tetrad was tetrahedral, the development of its tapetum was belonged to the gender type; in addition, multiple nucleuses were observed. Mature pollen was two-cell-type with three apertures; pollen surface was covered needle-like bulges. The development stage of microspore revealed somewhat relations with the floral organ morphology ofWeigelafloridacv. Red Prince, e.g., at microspore tetrad stage, lengths of flower buds and anthers were less than 0.5 and 0.3 cm, respectively, and anthers were green and petals were purple red. The microspore development of the same buds ofWeigelafloridarevealed somewhat gradual continuity without synchronization.

Weigelafloridacv. Red Prince; microspore; floral organ; relation

2016-07-11 基金項目：校級教育教學(xué)研究項目，延大教發(fā)[2014] 13號

張美淑(1966—)，女(朝鮮族)，高級實驗師，學(xué)士，研究方向為植物學(xué)解剖與分類。

E-mail：zhangms@ybu.edu.cn

1004-7999(2016)03-0266-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2016.03.016

S685.99

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