黨參小孢子發生及雄配子體發育研究

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材料，采用常規石蠟切片法，觀察黨參小孢子發生及雄配子體發育的過程，以期為黨參生殖生物學提供基礎資料。結果表明：黨參花藥具有4個花粉囊，花粉母細胞分布為半圓形，四分體排列方式為四面體形；成熟花粉粒為2-細胞型，近圓形，花粉粒表面有6～7條萌發溝；花藥壁由表皮、藥室內壁、中層和絨氈層細胞組成；花藥成熟后僅留表皮和藥室內壁，中層與絨氈層細胞解體消失。

關鍵詞：黨參；小孢子發生；雄配子體

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

收稿日期：2016-12-02

基金項目：國家自然科學基金（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，從事植物學科研與教學工作。E-mail：qxl2000@aliyun.com。 黨參[Codonopsis pilosula （Franch.） Nannf.]為桔梗科多年生蔓性草本植物[1-2]，為我國常用的傳統補益藥[3]，主要藥用部位為其干燥根。黨參具有調節血糖、促進造血功能、抗缺氧、耐疲勞、增強免疫力等功效[4]。黨參主產區主要在甘肅、山西、湖北、四川、陜西等地。目前關于黨參的研究比較多，而涉及到的方面也較多，如化學成分分析[3-7]、種子萌發[1，4，8-10]、栽培技術[11-12]、藥理[13-14]、分子方面[15-18]等。但有關黨參胚胎學方面的研究未見報道。本研究采用常規石蠟切片法對黨參小孢子發生及雄配子體發育過程進行觀察研究，旨在為開展黨參遺傳育種研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地概況

將黨參種子（由甘肅省農業科學院提供）播種于延邊大學農學院試驗基地，等黨參植株開花后采集處于不同時期的花蕾。

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，拿回實驗室用徠卡石蠟切片機進行常規石蠟切片。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 結果與分析

2.1 黨參開花動態

黨參花為兩性花，屬輻射對稱花，每朵花內包含5枚雄蕊，排成1輪（圖1）。柱頭3裂，子房3室，子房下位。個別黨參花柱頭4裂，子房4室。對黨參開花動態進行初步調查發現，黨參開花時，先是綠色的5個花萼往外開展（圖1-A至圖1-C）；之后黃綠色的花瓣開放，花瓣剛剛打開時，雄蕊的花藥已經開裂，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側，這時已經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 黨參小孢子發生

從黨參很小的雄蕊原基中花藥的橫切面來看，黨參每個花藥由4個花粉囊組成，左右對稱，呈蝶形（圖2-A）。最初，花托上產生雄蕊原基，其頂端分化成花藥，基部分化成花絲。花藥初期最外面是1層表皮，內側4個角隅部分細胞分裂旺盛，由造孢細胞組成。花藥外側部分是周緣細胞，分裂、分化后發育成花藥壁的主要組成部分（圖2-A）。花藥橫切面的中央部分是藥隔部分，是由藥隔維管束（細胞小、排列比較密集的部分）和藥隔薄壁組織組成（維管束周邊細胞比較大的部分）（圖2-A）。造孢細胞進一步發育形成花粉母細胞，黨參花粉母細胞在花粉囊內分布成半圓形，主要是因為藥隔薄壁細胞延伸到花粉囊內部造成的（圖2-B），此時，花粉母細胞體積很大，排列緊密，細胞核很明顯，核也大，周緣細胞也通過分裂逐漸分化成花藥壁，但這時分化不是很明顯（圖2-B）。花粉母細胞進入減數分裂時期，體積進一步變大，排列變得疏松，整個花粉囊空間逐漸變大，絨氈層細胞體積也迅速達到最大值（圖2-C）。每個花粉母細胞經過減數分裂形成4個小孢子，黨參的4個小孢子在空間上排成四面體形，每個小孢子之間由胼胝質相連（圖2-D），這個時期叫四分體時期。四分體時期花藥壁已經分化很明顯，由表皮、藥室內壁、中層和絨氈層細胞組成，但是中層細胞不是很發達，大多部位觀察不到中層。四分體在絨氈層提供的胼胝質酶的作用下互相分離，形成游離狀態小孢子。剛釋放的小孢子形態像鐮刀形，體積也較小（圖2-E）。

2.3 黨參雄配子體形成

小孢子進一步發育后，由鐮刀形變成圓形，體積稍變大，核在中央，這個時期為小孢子單核中央期（圖2-F）。小孢子體積繼續變大，核移向一邊，屬單核靠邊期（圖2-G）。核再進行1次有絲分裂，形成2個核，即1個核大、1個核小，大的核與細胞質組成營養細胞，小的核與營養細胞的細胞質組成生殖細胞，就是說生殖核游離在營養細胞的細胞質中，這個時期叫雙核初期（圖2-H）。雙核初期的花粉粒表面形成花粉壁，壁上出現數條萌發溝（6～7條），體積繼續變大，最后形成成熟的花粉粒，屬于2-細胞型花粉粒（圖2-I）。花粉成熟后花粉囊開裂，最后花藥壁僅留存表皮與藥室內壁，絨氈層與中層細胞解體消失（圖2-J）。藥室內壁細胞在雙核初期出現纖維加厚，有的部位出現2層纖維加厚，并徑向伸長。

3 結論與討論

本試驗只是對黨參的開花動態進行了初步調查，下一步應該定期（如每天同一時期或每幾個小時）對開花動態進行跟蹤調查，這樣更能詳細了解其開花進程。

黨參花藥由4個花粉囊組成，小孢子與雄配子體發育經歷了造孢時期、花粉母細胞時期、四分體時期、單核中央期、單核靠邊期、雙核初期和成熟花粉粒時期。與大多數植物小孢子與雄配子體經歷類似。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-細胞型。小孢子與雄配子發育過程中，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育基本同步。endprint

黨參花粉母細胞時期分布呈半圓形，這與大多其他植物圓形分布不同。桔梗花藥研究表明，桔梗花粉母細胞分布也呈半圓形[19]。筆者所在課題組對輪葉黨參花藥進行切片，也

發現其花粉母細胞分布呈半圓形，可能是桔梗屬和黨參屬植物的特征，有待于進一步驗證。

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

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