维普资讯 http://www.cqvip.com ・６・ 陕西农业科学 盾叶薯蓣大孢子发生和雌配子体发育的研究 徐静，秦天才，张友德 （华中农业大学生命科学技术学院，湖北武汉 ￣３００７０） 提要：用石蜡切片的方法研究了盾叶薯蓣（￣ｈ＇ｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ Ｃ．Ｈ．Ｗｉｇｈｔ）的大孢子发生和雌配 子体发育过程，得到以下结果：①雌蕊三心皮三室，子房下位，中轴胎座，每室两倒生胚珠，厚珠心，双珠 被，内珠被独自形成珠孔。②珠心表皮下一个孢原细胞平周产生周缘细胞和造孢细胞，造孢细胞进 一步发育成大孢子母细胞，大孢子母细胞减数形成线状的四分体，合点端的大孢子为功能大孢子。 造孢细胞、大孢子母细胞和四分体时期周缘细胞仅１层。③胚囊发育为蓼型，胚囊成熟后为７细胞８核 胚囊，２极核受精前不融合，反足细胞退化较晚。 关键词：盾叶薯蓣；大孢子；雌配子体 ｌ 引言 盾叶薯蓣（Ｄｉｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ Ｃ．Ｈ． 薄弱的环节。秦慧贞等［ｇ］还提到薯蓣科在单子叶 植物中的特征以及它们所兼有的一些双子叶植物 的外部形态，在系统演化上具有重要意义。鉴于 Ｗｒｉｇｈｔ）（俗称黄姜），薯蓣科根状茎组，多年生草 此，笔者在光镜水平上较系统的研究了盾叶薯蓣 质藤本，为我国特有植物［１］。具有较高的医药价 大孢子发生及雌配子体形成过程，无论是从丰富 值，其根状茎内所含薯蓣皂甙元（ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ）的量 植物胚胎学内容，还是为薯蓣植物育种提供基础 在同属、组１７种，１亚种，２变种中居首位［引。其薯 研究资料都有积极的意义 蓣皂甙元（皂素）含量比世界上王牌墨西哥的小穗 花薯蓣还高，因此，是一种最理想的提取甾体激素 类的药源植物［３］。据报道，以薯蓣皂甙元为原料， 国际上可以合成数千种产品［４］。我国起步较晚，也 可合成百种以上，如双烯、黄体酮、催产素、避孕 药、强的松系列、可的松系列等。前人对盾叶薯蓣 植［５川］，而关于胚胎学方面的研究十分缺乏，显 然，在盾叶薯蓣研究领域，生殖生物学是一个非常 收稿日期：２００５—１２～３１ ２材料和方法 本试验用材料采自从陕西、湖北等产地移栽 至华中农业大学试验田内的栽培植株，材料采集 在５～８月问，选取长势良好、发育程度相当的雌 花序做标记，每隔１＂￣２ｄ固定１次 盾叶薯蓣的花 序，开花有先后，因而可以整体花序制片，根据花 的上下位置分别进行观察Ｌ９ｊ。采样后立即投入卡 开花后的直径约４～５ｍｍ，由于具穗状花 的研究侧重于引种栽培、组织培养和人工种 很小，参考文献： ［１］ 张中平．生长调节荆对小麦产量构成厦抗逆性的影响［Ｊ］． 麦类作物，１９９２，（６）：４３￣４６． 北京农业大学出版社，１９９４． ［８］ＸＩＵ—ＰＩＮＧ ＧＡＯ（高秀萍），Ｘｉａｏ—Ｆａｎｇ ＷＡＮＧ（王小 芳），Ｙａｎ—Ｆａｎ ＬＵ（刘艳芬），ｅｔ ａ１．Ｊａｓｍｏｎｉｃ ａｃｉｄ ｉｓ ｉｎ— ｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ－－ｓｔｒｅｓｓ－－ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｅｔａｉｎｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ Ｅｚｌ增田芳雄．植物激素ＥＭ］．北京：科学出版社，１９７８． ［３］ 粱振兴．多效唑对小麦的形态和生理效应［Ｊ］．北京农学院 学报，１９８８，３（２）：１１５￣１２１． ｉｎ ｐｅａｒ ｌｅａｖｅｓ．Ｐｌａｎｔ［－Ｊ］．Ｃｅｌｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．２００４，２７： ４９７￣５０７． １－４１ 粱振兴．多效唑在小麦生产上的应用［Ｊ］．北京农业，１９９０． （８）：１Ｏ～１３． Ｅ９］ＸＩＵ－－ＰＩＮＧ Ｇ ０（高秀萍），ＪＩ—ＹＡ０ ＹＡＮ（杨继耀），ＥＮ —ＫＥ ＬＩＵ（刘恩科），ｅｔ ａ１．Ｗａｔｅｒ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎｄｕｃｅ￥ｉｎ ｐｅａｒ Ｅｓ１刘宝仁．ＰＰ３３３对多种作物延缓生长的效能［Ｊ］．植物生理 学报．１９８６，（４）ｔ４３￣４５． ｌｅａｖｅｓ ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｂｅｔａｉｎｅ Ｉｅｖｅｌ ｔｈａｔ ｉｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｒｏｕｇｈｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｉｎ ｐｅａｒ［Ｊ－１．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉ— ｅｎｃｅ＆Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２００４，７９（１）：１１４￣１１８． Ｅ６１张立明．多效唑和油菜素内酯对小麦形态、生理和产量的影 响［Ｊ］．北京农业大学学报．１９９１，１７：１１５￣１２３． ［７］ 粱振兴，刘兴海．小麦产量形成的栽培技术原理［Ｍ］．北京： ［１ｏ３唐启义，冯明光．实用统计分析厦其ＤＰＳ数据处理系统 ［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２， 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐静等：盾叶薯蓣大孢子发生和雌配子体发育的研究 ・７・ 诺固定液（纯酒精；冰醋酸＝＝＝３：１）固定１２ｈ后， 转入７ｏ 酒精保存。爱氏苏木精整染，常规石蜡 切片法制片，切片厚８～１ｏ ｍ，中性树胶封片，用 Ｏｌｙｍｐｕｓ￣ＢＨ２型光学显微镜观察并摄影。 ３ 观察结果 ３．１雌蕊、胎座、胚珠形态 盾叶薯蓣雌雄异株，极少数雌花和雄花同株。 雌花花序穗状，总状单生，花柱３个，分离，具 花柱道，中轴胎座，子房下位，３室，每室２倒生胚 珠（图Ｉ－－Ｉ，２，３） 花冠紫红色，萼筒较长，受精后 子房膨大，长成绿色蒴果，成熟干燥后蓝黑色，长 １．２＂－＇２．０ｃｍ，宽０．６～１．５ｃｍ，种子２枚着生在每 室中轴的中部，成熟时栗褐色，四周围似薄膜状 翅，种子千粒重７～１２ｇ［１ｏ］。 ３．２胚珠的发育 子房胎座的表皮下的细胞局部平周，产 生胚珠原基（图Ｉ－３），原基前端发育成珠心，基 部发育成珠柄。珠心与珠柄之间的细胞一侧发育 快，一侧发育慢，在孢原时期开始弯曲。随着胚珠 的发育，弯曲角度越来越大。大孢子四分体时期， 珠孔与珠柄靠*行，形成倒生胚珠 在造孢时 期，珠心基部发生一环状突起，发育为内珠被（图 Ｉ－７），接着在紧靠内珠被的基部又产生一个环 状突起，发育成外珠被。珠被与珠心合并处为合 点。胎座的维管束通过珠柄延伸到合点。胚珠发 育的同时珠心中间的胚囊也在发育。 成熟胚珠倒生，双珠被，外珠被发生稍稍晚于 内珠被，但外珠被的发育稍快于内珠被和珠心而 逐渐将珠心和内珠被包围，珠孔由内珠被独自形 成（图Ｉ－２）。 ３．３大孢子的发生 雌蕊分化初期，从幼嫩花营横切面上可以看 到心皮内壁腹缝线的胎座上形成胚珠原基，早期 子房壁内表皮下方有细胞平周，产生胚珠原 基，并继续向子房内突起，原基的前端发育成珠 心，基部发育成珠柄。接着，位于珠心顶端表皮细 胞下的一个细胞体积增大，核也增大，而分化为孢 原细胞（图Ｉ－－４，５），该细胞明显的大于珠心的其 他细胞。孢原细胞经平周向外形成初生周缘 细胞，向内形成造孢细胞（图Ｉ－－６）。造孢细胞不 再但体积迅速的增大，具有明显的大液泡，直 接发育为大孢子母细胞；盾叶薯蓣的周缘细胞层 为一层，直到胚珠成熟都不再（图Ｉ一７、８）。 当整个胚珠基本呈倒生状态时，大孢子母细胞纵 向延长，进行第一次减数形成大孢子二分体 （图Ｉ－－８、９） 接着进行第二次减数（图Ｉ一 １０）形成大孢子四分体，４个大孢子线形排列（图 Ⅱ－１）。随着位于珠孔端的三个大孢子逐渐退化 （图Ⅱ一２、３），只剩下合点端的一个大孢子为功能 大孢子继续发育，它的体积逐渐增大，并向珠孔端 延伸，挤压三个退化的大孢子。珠被原基向上扩 展，在大孢子母细胞进入减数时期时，内、外 珠被均已发生，内珠被已生长至珠心长度的２／３ 处，而外珠被的生长已超过内珠被（图Ⅱ－２）。大 孢子母细胞减数结束时珠被将珠心包围并在 顶端形成珠孔。 ３．４雌配子体发育 合点端的功能大孢子刚形成时，体积小，细胞 质浓厚，核大而明显且靠近合点端，无液泡出现。 随着体积的增大，珠孔端出现一个大液泡，发育的 大孢子纵向生长，占据退化大孢子所留下的位置， 它进一步发育成单核胚囊（图Ⅱ－４）。此时，外珠 被已超过珠心，并开始弯曲向内生长，内珠被生长 至珠心顶部。胚囊极度增大，但细胞质不相应增 加，于是显示出大的液泡。胚囊成熟时，液泡占据 了胚囊的极大部分体积，随着功能大孢子生长，细 胞核成２个子核，刚形成的二核互相靠近，后 来在液泡的作用下移向胚囊的两端，形成二 核胚囊（图Ⅱ－５）。二核胚囊细胞核同步，同 时胚囊体积增大，形成一狭长囊状的四核胚囊，中 央为一大液泡占据（图Ⅱ一６、７）；这４核又各 １次，形成８核胚囊，此时，８核处于共同的细胞 质中随着核的进行，胚囊显著扩大，尤其是在 长轴方向上。接着，胚囊内的８核进行形态和功能 上的分化，两端各有一个核移向胚囊的，每端 其余三核之间形成细胞壁进而形成细胞，珠孔端 １核移向，其余３核分化为卵器，合点端１核 移向，其余３核移向极底成为反足细胞。移到 的２核组成细胞，接着，在核之问形成细 胞壁，构成由７细胞８核组成的成熟胚囊（图Ⅱ一 ８、９）。成熟胚囊包藏在几层珠心细胞内，卵器位于 珠孔端，占成熟胚囊的１／３左右，２助细胞并列在 一起，呈倒卵形，极性明显，其珠孔端具丝状器，细 胞质集中在珠孔端，细胞核位于近珠孔端，合点端 为液泡占据（图Ⅲ一１），与卵细胞成“品”字形排 维普资讯 http://www.cqvip.com ・８・ 陕西农业科学 列。助细胞在极核融合前已退化一个，另一个宿 （４）观察中发现一种特殊的结构（图Ⅲ一７、 ８），在各个发育时期的切片中都有观察到，但此结 构大小变化不大，分布广泛，尤其在幼嫩的组织中 多，这一结构在关于薯蓣科的文章中都未见有所 报道，关于此结构的功能、作用还不清楚，有待进 一存，宿存助细胞丝状器明显（图Ⅲ一２），退化助细 胞尚现痕迹。卵细胞呈洋梨形，具大液泡，细 胞核大位于合点端，其内有一明显的雌陛核仁（图 ｎｒ－－２）。近合点端有３个较小的反足细胞，常排列 成“品”字形（图ｎｒ－３）。细胞高度液泡化，为 ２个相靠近尚未融合的极核。２极核的排列方向不 定，有的横向并列（图ｎｒ－４），有的纵向并列（图ｎｒ 步的研究。 参考文献： ［１］丁志遵．中国薯蓣属根状茎组系统分类的初步研究 －５），也有的斜向并ＹＵ（图ｎｒ－６）。二极核在受精 前向卵器靠近，周围为浓厚的细胞质所包围，并位 于卵细胞下方，在最短距离上，为接受精子提供最 佳位置。从上述大孢子发育的整个过程来看，盾叶 薯蓣的雌配子体为单孢发生的八核胚囊，是典型 的蓼型胚囊［ｎ］。雌配子体发育过程中，珠柄继续 弯曲，最后成熟胚珠为倒生胚珠，珠孔仅由内珠被 形成。花粉管进入胚囊时，经由并破坏一个助细 胞，另一个助细胞也随后退化。反足细胞退化较 晚，受精之后开始退化，初生胚乳核至４～８ 细胞时还可见反足细胞的遗迹。 ４讨论和结论 （１）主要特征：盾叶薯蓣的成熟胚珠倒生，双 珠被，厚珠心，珠孔由内珠被形成。具直线形４分 体，胚囊发育属蓼型。一般认为，双珠被、厚珠心， 蓼型胚囊发育代表了比较原始的胚胎学性状［ ］。 姚壁君Ｌ１３］还认为倒生胚珠比弯生胚珠和直生胚 珠原始。因此盾叶薯蓣在胚珠形态方面具有较多 的原始性状。 （２）观察中发现每个子房室中的２个倒生胚 珠倾斜方向不一样（图Ｉ－２）。但形成的倒生胚珠 的珠孔都是朝向柱头方向的，这也反映了植物适 应受精的结构。 （３）厚珠心与薄珠心的区别主要表现于有无 周缘珠心组织［１４，１５］。Ｄａｈｌｇｒｅｎ（１９７５）总结了薯蓣 科大多具有周缘组织同时也阐述了单子叶植物的 珠心有不少中间类型，很难以厚珠心或薄珠心来 分类［１引。我们观察的盾叶薯蓣具有１层周缘细 胞，成熟后不为多层，与秦慧贞的观察相 同ｒ９］，根据孢原细胞不直接位于表皮层下方，中间 有１层周缘细胞的特点，仍然将其归为厚珠心类 型，显然它与典型的多层周缘细胞组成的厚珠心 结构是有所区别的。 ［Ｊ］．植物分类学报，１９７９，（３）：６１． ［２］丁志遵．甾体激素原料植物盾叶薯蓣的单株筛选 ［ｃ］．南京中山植物团论文集．南京：江苏科技出版 社，１９８０，８１～８６． ［３］ 丁志遵，唐世荣，秦慧贞等．甾体激素药源植物 ［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８３． ［４］秦天才，张友德，张君芝．湖北省黄姜生产中的问题 与对策［Ｊ］．长江流域资源与环境，１９９７，６（１）：３５～ ３７． ［５］ 四川省生物研究所薯蓣综舍利用组．盾叶薯蓣的引 种栽培试验口］．植物学杂志，１９７４，（１）：１Ｏ～１２． ［６］张友德，张君芝，秦天才等．黄姜有性繁殖研究ＬＪ］． 华中农业大学学报，１９９９，１８（１）：８～ｌ１． ［７］黄涛，张君芝，张友德等．温度、光照和几种药荆处 理对黄姜种子萌发的影响［Ｊ］．华中农业大学学报， １９９９，１８（２）：１１４￣１１６． ［８］四川生物研究所一室体细胞组．盾叶薯蓣组织培养 研宄初报［刀．植物学报，１９７８，２０（３）：２７９￣２８０． ［９］秦慧贞，李碧媛，是竹君．盾叶薯蓣的胚胎发育厦其 在演化上的意 ［Ａ］．南京中山植物固研宄论文集 ［ｃ］．南京：江苏科技出版社，１９９１，７． ［１ｏ］付艳华等．盾叶薯蓣的生长发育研宄口］．湖北农 业科学．２００２，（６）：９８￣１０１． ［１１］胡适宜．被子植物胚胎学［Ｍ］＋北京：人民教育出 版社，１９８３． ［１２］ＭａｈｅｓｈｗａｒｉＳ Ｃ．陈机译．被子植物胚胎学引论 ［Ｍ］．北京；：科学出版社，１９６６． ［１３］ＨＡＬＬ Ｍ Ａ，姚壁君．植物的结构、功能和适应 ［Ｍ］．北京：：科学出版社，１９８７． ［１４］朱澄．高碘酸一锡夫反应作为一种染色方法在植 物组织学上的应用口］．植物学报，１９９３，（１１）： １５５～１６３． ［１５］常福展，施国新，丁小余．莼菜大孢子的发生厦雌 配子体的发育［Ｊ］．南京师范大学报（自然科学 版）．１９９７，２０（１）：５６＂－＂．＇５９． ［１６］Ｄａｈｌｇｒｅｎ Ｒｏ］ｆ，Ｍ．Ｔ．，Ｔｈｅ Ｍｏｎｏｅｏｔｙｌｅｄｏｎｓ：Ａ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ． Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ． （Ｌｏｎｄｏｎ）Ｌｔ（１。１９８２． 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐静等：盾叶薯蓣大孢子发生和雌配子体发育的研究 ・９‘ 图版说明 ＰＴ：周缘细胞；Ｉ：内珠被；ＦＭ：功能大孢子；ＤＭｓ：退化的大孢子；Ａｎｔ：反足细胞；ＥＣ：卵细胞；ＰＮ：极 核；Ｓｙ：助细胞；Ｆ：丝状器。 图版Ｉ １．子房横切面，箭头示二个胚珠；２．子房纵切面，示２倒生胚珠；３．子房纵切面，示早期的胚珠（白箭头）和中空的花柱 道（黑箭头）ｆ ４．孢原细胞，箭头示正在ｆ ５．后期；６．孢原细胞平周产生１层周缘细胞和造孢细胞；７．大孢 子母细胞ｆ ８．大孢子母细胞减数中期Ｉ ｆ ９．二分体形成；１ｏ．大孢子母细胞减数中期ＩＩ。（１标尺表示５００ｒａｍ， ２、３标尺表示１００ｍｍ，７．标尺表示２０ｕｒｎ，其余的标尺表示１０ｕｒｎ） 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１Ｏ・ 陕西农业科学 ２００６（３） 图版Ⅱ １．直线形四分体，２．珠孔端３个细胞开始退化；３．功能大孢子形成；４．功能大孢子纵向延长； ５．二核胚囊；６、７．连续切 片，示四核胚囊Ｉ ８、９．连续切片，示成熟８核胚囊。（１标 表示４０ｕｒｎ，其余标』 表示２０ｕｍ） 维普资讯 http://www.cqvip.com 徐静等：盾叶薯蓣大孢子发生和雌配子体发育的研究 图版Ⅲ ．Ｉ Ｉ． ３ ＥＣ ４ ５ ６ １．２助细胞；２．卵细胞和一助细胞；３．反足细胞ｆ ４～６．极核；７．特殊结构；８．图７中结构的放大。（１、３、４、５、６标尺表示 ５ｕｒｎ，２、８标尺表示１ｏｕｍ，７标尺表示ｌＯＯｕｍ）
