紅豆杉屬植物胚胎發(fā)育研究進(jìn)展

肖玉菲，梁文斌，徐剛標(biāo)，王紅霞

(1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100010)

紅豆杉屬植物胚胎發(fā)育研究進(jìn)展

肖玉菲1，梁文斌1，徐剛標(biāo)1，王紅霞2

(1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004；2. 國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100010)

紅豆杉屬植物起源于古老的第三紀(jì)，有11種1變種，分布于北半球的溫帶及亞熱帶地區(qū)，目前本屬大部分植物已處于瀕危狀態(tài)。本文全面地綜述了紅豆杉屬植物的花芽分化、生殖物候和雌雄生殖系統(tǒng)發(fā)育、傳粉受精、胚發(fā)育等生殖生物學(xué)方面的研究進(jìn)展，同時(shí)闡述了紅豆杉屬植物生殖生物學(xué)研究中存在的問題并展望其未來的發(fā)展。

紅豆杉屬；生殖生物學(xué)；生殖器官發(fā)育；胚發(fā)育

紅豆杉屬Taxus又稱紫杉屬，為裸子植物亞門Cymmospermai，松杉綱Coniferopside紅豆杉目Taxales紅豆杉科Taxaceae植物，共有12種1變種，分布于北半球的溫帶及亞熱帶地區(qū)。其中，短葉紅豆杉Taxus brevifolia、加拿大紅豆杉Taxus canadensis、歐洲紅豆杉Taxus baccata、墨西哥紅豆杉Taxus globasa、曼地亞紅豆杉Taxus madia、短葉紅豆杉Taxus brevifolia和佛羅里達(dá)紅豆杉Taxus fl oridana分布于歐洲及北美洲；南洋紅豆杉Taxus sumatrana分布于東南亞，東北紅豆杉Taxus cuspidata分布于東亞及俄羅斯；中國紅豆杉Taxus chinesis、西藏紅豆杉Taxus wallichiana、云南紅豆杉Taxus yunnanensis和南方紅豆杉[1]Taxus chinensis var. mairei為我國特有種[2-3]。本屬植物起源于古老的第三紀(jì)，曾廣泛分布于北半球，第四紀(jì)冰川時(shí)期分布范圍大大縮小，在研究植物生物系統(tǒng)發(fā)育及古地理、古氣候等方面具有重要的科學(xué)價(jià)值。由于紅豆杉屬植物種群競(jìng)爭(zhēng)力弱，天然更新緩慢及人為破壞等原因，目前已處于極度瀕危狀態(tài)[4]。世界各國早已將其列入保護(hù)樹種[2]。我國于1999年8月4日批準(zhǔn)頒發(fā)的“國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第一批）”中，將我國紅豆杉屬的4種1變種全部列入國家一級(jí)保護(hù)植物[5]。

1 雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育

1.1 小孢子葉球發(fā)育

紅豆杉屬植物花芽分化結(jié)束后，小孢子葉發(fā)生，小孢子葉球變粗、變圓[6]。小孢子葉球（staminate strobilus）由小孢子葉（microsporophylls）組成[7]，小孢子葉內(nèi)含有盾形的小孢子囊（microsporangia），小孢子囊排列在每個(gè)小孢子葉的尖端，數(shù)量、大小不一，且小孢子葉球的大小與小孢子葉的數(shù)量并不成明顯比例關(guān)系[8]。短葉紅豆杉的每個(gè)小孢子葉球有9～11個(gè)小孢子葉，每個(gè)小孢子葉有4～6個(gè)小孢子囊[9]；歐洲紅豆杉的每個(gè)小孢子葉球有10～15個(gè)小孢子葉，每個(gè)小孢子葉內(nèi)有3～11個(gè)小孢子囊[10]；加拿大紅豆杉的每個(gè)小孢子葉有3～8個(gè)小孢子囊；云南紅豆杉的每個(gè)小孢子葉球內(nèi)小孢子葉的數(shù)量在15～28個(gè)之間，每個(gè)小孢子葉內(nèi)有4～12個(gè)小孢子囊[8]。短葉紅豆杉的小孢子葉球通常出現(xiàn)在2年生枝條上，1年生枝條上通常包含著潛在的雄性分生組織（staminate meristems），翌年來臨之前，這些組織一直是處于休眠狀態(tài)；加拿大紅豆杉、東北紅豆杉、云南紅豆杉的小孢子葉球著生在1年生枝條的葉腋處[6,11]。

1.2 小孢子發(fā)生

小孢子葉球在外形上明顯區(qū)分于營養(yǎng)芽時(shí)，小孢子開始發(fā)育。紅豆杉屬植物小孢子母細(xì)胞從小孢子囊的邊緣發(fā)生，通過其聚攏細(xì)胞壁（cell walls rounded up）和凝聚染色體（chromosomes condensed）等特征可加以識(shí)別。隨后小孢子母細(xì)胞經(jīng)過增大、染色體濃縮等過程，進(jìn)入減數(shù)分裂階段[6]。第1次減數(shù)分裂形成兩個(gè)半球形細(xì)胞，細(xì)胞間出現(xiàn)明顯的細(xì)胞壁，第2次減數(shù)分裂發(fā)生方向不確定，形成的四分體形式不一，有左右對(duì)稱、四面體和T狀三種不同的形式。隨著小孢子細(xì)胞壁加厚，四分體逐漸分離，形成成熟的小孢子，表面附著顆粒、單核不具氣囊。小孢子囊壁內(nèi)出現(xiàn)的絨氈層細(xì)胞，將來發(fā)育成花粉外壁上的花粉微粒體[8]。短葉紅豆杉在小孢子母細(xì)胞發(fā)生時(shí)期就可見雙核絨氈層細(xì)胞；歐洲紅豆杉小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂形成左右對(duì)稱的四分體，此時(shí)可見大量雙核絨氈層細(xì)胞，偶見3核[12]；加拿大紅豆杉絨氈層細(xì)胞通常為單核，偶見雙核。紅豆杉屬植物小孢子母細(xì)胞的減數(shù)分裂通常在1小孢子囊內(nèi)同步進(jìn)行，但在整個(gè)小孢子葉球內(nèi)不同步[9]。加拿大紅豆杉的同1個(gè)小孢子葉球和單一孢子囊內(nèi)均可出現(xiàn)小孢子發(fā)育的不同時(shí)期。大多數(shù)紅豆杉屬植物以小孢子母細(xì)胞狀態(tài)越冬，而加拿大紅豆杉以小孢子狀態(tài)越冬，此時(shí)小孢子小于其傳粉時(shí)期小孢子。

1.3 雄配子體發(fā)育

紅豆杉屬植物傳粉后，落在胚珠上的花粉萌發(fā)，形成花粉管，并向雌配子體延伸、膨脹。小孢子進(jìn)入花粉管進(jìn)行第1次有絲分裂形成生殖細(xì)胞（generative cell）和管細(xì)胞（tube cell），生殖細(xì)胞較小，管細(xì)胞較大，生殖細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)濃于管細(xì)胞（核）的細(xì)胞質(zhì)。隨著花粉管的延長，管細(xì)胞進(jìn)入生長端。生殖細(xì)胞第2次有絲分裂形成柄細(xì)胞（stalk cell）和精原細(xì)胞，柄細(xì)胞、管細(xì)胞和精原細(xì)胞彼此接觸排列在一條直線上，精原細(xì)胞位于中間[8]，隨著精原細(xì)胞增長變大，柄細(xì)胞繞過精原細(xì)胞，與管細(xì)胞并排在精原細(xì)胞之前。早期管細(xì)胞比柄細(xì)胞大，進(jìn)一步發(fā)育，柄細(xì)胞逐漸與管細(xì)胞類似而難以辨別。精原細(xì)胞逐漸向花粉管底部移動(dòng)，由最初的橢圓形變?yōu)閳A形，細(xì)胞質(zhì)變濃，核變大。受精前的瞬間，精原細(xì)胞分裂成2個(gè)精細(xì)胞。紅豆杉屬不同種植物的小孢子在花粉管內(nèi)分裂時(shí)間不同，短葉紅豆杉在離體培養(yǎng)時(shí)，3 d后發(fā)生第1次分裂，17 d后發(fā)生第2次分裂，24 d 后天形成精子[9]；云南紅豆杉離體培養(yǎng)6 d后發(fā)生第1次分裂，20 d后發(fā)生第2次分裂，40 d后形成精子[8]；歐洲紅豆杉離體培養(yǎng)3 d后發(fā)生第1次分裂；加拿大紅豆杉則相對(duì)較晚，10～12 d后發(fā)生第1次分裂[22]。紅豆杉屬植物的生殖細(xì)胞分裂形式不完全一致，歐洲紅豆杉生殖細(xì)胞進(jìn)行不均等分裂（divide unequally）[12]；短葉紅豆杉生殖細(xì)胞進(jìn)行相對(duì)均等分裂（divide equally）[9]。紅豆杉屬植物精細(xì)胞的形成一直是學(xué)者們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為精原細(xì)胞分裂形成的精細(xì)胞不等大，因?yàn)閮蓚€(gè)精細(xì)胞在分裂中得到的細(xì)胞質(zhì)不均等。加拿大紅豆杉精原細(xì)胞在分裂時(shí)核位于細(xì)胞的一端，進(jìn)行不均等分裂，形成2個(gè)不等的精細(xì)胞：小的凸透鏡狀細(xì)胞和大的圓形細(xì)胞。大細(xì)胞的核占據(jù)中間位置，逐漸變大形成僅由核膜包裹的裸核（naked nucleus），受精時(shí)，大的圓形細(xì)胞與卵細(xì)胞結(jié)合形成合子[13]；東北紅豆杉、歐洲紅豆杉的精原細(xì)胞分裂均形成不等大的精細(xì)胞。體外培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，歐洲紅豆杉精細(xì)胞及其核等大，2個(gè)精細(xì)胞依然保留著精原細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)[9,12]；短葉紅豆杉在花粉管進(jìn)入頸卵器前形成2個(gè)等大的精細(xì)胞，精細(xì)胞沒有細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，據(jù)此認(rèn)為，它們不是細(xì)胞，是帶有精原細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的核[14]。紅豆杉屬植物中有一種形成精核而不是精細(xì)胞的趨勢(shì)，2個(gè)精細(xì)胞形成后，細(xì)胞邊緣液泡化明顯，到其細(xì)胞質(zhì)從原生質(zhì)膜中撤出時(shí)雄配子體成熟。關(guān)于不育核（sterile nucleus）是否退化，不同學(xué)者有不同觀點(diǎn)。東北紅豆杉精細(xì)胞成熟時(shí)，不育核仍可見；短葉紅豆杉管細(xì)胞（核）在精細(xì)胞形成后迅速退化[14]。

2 雌性生殖系統(tǒng)發(fā)育

2.1 胚珠發(fā)育

紅豆杉屬植物具有特殊的胚珠結(jié)構(gòu)，胚珠由珠心和珠被組成，胚珠外面有一層與珠被緊密結(jié)合的假種皮[6]。胚珠成熟后，外被紅色假種皮[15]?；ㄑ糠只瘯r(shí)期，雌性植株上出現(xiàn)兩種芽，一種是普通的營養(yǎng)芽，另一種是雌性生殖芽，即幼小的胚珠，外觀上很難區(qū)分。雌性生殖芽兩側(cè)稍稍隆起，將來發(fā)育成珠被[6]。胚珠長橢圓形，胚珠外層具有3對(duì)相互交叉的苞片，起著保護(hù)胚珠的作用。傳粉時(shí)，珠被完全包裹胚珠，傳粉滴從珠孔內(nèi)分泌[14]。短葉紅豆杉多數(shù)具有1個(gè)典型胚珠，偶見1個(gè)葉腋內(nèi)著生2個(gè)胚珠的現(xiàn)象[16]。云南紅豆杉胚珠著生在1年生嫩枝的葉腋處[16]；東北紅豆杉90%以上的胚珠著生在1年生枝條的葉腋處，極少著生在2年生枝條上[11]。

2.2 雌配子體發(fā)育

紅豆杉屬植物的珠心中下部有一團(tuán)染色較深的造孢組織，細(xì)胞核明顯[6]。造孢組織最中央的細(xì)胞一般為大孢子母細(xì)胞[17]。早期大孢子母細(xì)胞直徑可達(dá)5 μm，可通過其位置和大小來識(shí)別[14]。歐洲紅豆杉大孢子母細(xì)胞起源于珠心下皮層的一些末端細(xì)胞，這些細(xì)胞體積大、核大。大孢子母細(xì)胞也可通過染色不同于其他細(xì)胞來鑒別。大孢子母細(xì)胞在進(jìn)行第1次分裂時(shí)細(xì)長，與周圍細(xì)胞排列緊密，不易鑒別。紅豆杉屬植物一般有3～5個(gè)大孢子母細(xì)胞，但在歐洲紅豆杉中偶見2個(gè)大孢子母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂的現(xiàn)象；在加拿大紅豆杉中還發(fā)現(xiàn)2個(gè)線性四分體，證明至少存在2個(gè)大孢子母細(xì)胞。位于珠心造孢組織深處的大孢子母細(xì)胞 ，經(jīng)減數(shù)分裂形成 4個(gè)大孢子，但通常只有靠近合點(diǎn)端（chalazal end）的大孢子能夠繼續(xù)發(fā)育。大孢子母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成具明顯細(xì)胞壁的二分體，二分體再次減數(shù)分裂形成大孢子四分體。其中，線形四分體最為常見，T型四分體只偶見于短葉紅豆杉和歐洲紅豆杉中[17]。大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂產(chǎn)生3～4個(gè)大孢子[17]。合點(diǎn)端的大孢子通常最大，是功能性大孢子（functional megaspore），將來發(fā)育成雌配子體。隨著功能性大孢子的增長，其他非功能性大孢子退化。紅豆杉屬不同種植物的雌配子體數(shù)目不同，加拿大紅豆杉胚珠內(nèi)通常出現(xiàn)2個(gè)雌配子體，最多出現(xiàn)5個(gè)雌配子體；短葉紅豆杉和東北紅豆杉胚珠內(nèi)含2個(gè)雌配子體的概率是5%～6%；而歐洲紅豆杉胚珠內(nèi)基本不出現(xiàn)2個(gè)雌配子體[18]。出現(xiàn)多個(gè)雌配子體可能是1個(gè)四分體中不止1個(gè)功能性大孢子，也可能是1個(gè)胚珠中不止存在1個(gè)四分體。

功能性大孢子形成后迅速進(jìn)行一系列有絲分裂，形成大量的自由核。與此同時(shí)，胚囊開始發(fā)育，并逐漸擴(kuò)大。早期自由核零散分布于胚囊中，到8核或16核時(shí)期，隨著胚囊逐漸液泡化。自由核主要分布于胚囊邊緣一層薄的細(xì)胞質(zhì)中。

自由核（free nuclear）連續(xù)數(shù)次分裂后，細(xì)胞化（cellularization）開始[14]。在短葉紅豆杉和東北紅豆杉雌配子體中，至少發(fā)生9次自由核分裂；在歐洲紅豆杉和加拿大紅豆杉中僅有7～8次自由核分裂[10,17]。歐洲紅豆杉自由核發(fā)生8次連續(xù)分裂形成約256個(gè)自由核之后開始形成細(xì)胞壁，東北紅豆杉自由核連續(xù)分裂通常形成約280個(gè)核后開始形成細(xì)胞壁。自由核之間形成細(xì)胞壁后，變?yōu)閱螌蛹?xì)胞，這些細(xì)胞圍成1個(gè)中央腔，細(xì)胞壁放射狀延伸，細(xì)胞向心生長，到達(dá)中央，在進(jìn)一步分裂前形成一個(gè)完整的封閉組織。細(xì)胞化完成后，細(xì)胞型雌配子體內(nèi)開始出現(xiàn)有絲分裂。因此，早期細(xì)胞型雌配子體內(nèi)細(xì)胞核數(shù)量與成熟的自由核雌配子體內(nèi)細(xì)胞核數(shù)量相同。

2.3 頸卵器和卵發(fā)育

加拿大紅豆杉當(dāng)雌配子體發(fā)育到一定階段，雌配子體珠孔端最外層的細(xì)胞發(fā)育形成頸卵器原始細(xì)胞（archegonial initials），頸卵器原始細(xì)胞稍大于其周圍細(xì)胞，細(xì)胞核較大。頸卵器原始細(xì)胞出現(xiàn)后不久，在靠近珠孔端的地方，發(fā)生1次不均等的平周分裂（divide periclinally），形成一大一小2個(gè)細(xì)胞。小細(xì)胞是初生頸細(xì)胞（primary neck cell），大細(xì)胞是中央細(xì)胞。初生頸細(xì)胞垂周分裂（divide anticlinally）在大孢子壁內(nèi)迅速形成一單層頸細(xì)胞（a single tier of neck cells）[14]。中央細(xì)胞體積逐漸膨大，細(xì)胞質(zhì)逐漸變淡，大量的液泡匯集成1個(gè)大液泡，位于頸卵器下部，細(xì)胞核位于頸卵器上部，但不明顯[6]。加拿大紅豆杉中發(fā)現(xiàn)中央細(xì)胞直接作為功能性卵細(xì)胞（functional egg），不出現(xiàn)腹溝細(xì)胞或腹溝核（ventral canal cell or nucleus）；短葉紅豆杉中發(fā)現(xiàn)中央細(xì)胞分裂形成1個(gè)腹溝核和1個(gè)卵核，但沒有觀察到腹溝核周圍存在細(xì)胞壁，據(jù)此認(rèn)為在形成腹溝核時(shí)細(xì)胞壁已迅速退化。成熟卵細(xì)胞核的周圍有1個(gè)5～6 um厚的核周的區(qū)域（perinuclear zone），里面富含線粒體和脂滴（lipid droplets）[14]；東北紅豆杉存在3個(gè)腹溝核；歐洲紅豆杉也存有明顯的腹溝核[17]；短葉紅豆杉中較少見腹溝核，主要是其退化較快[14]；云南紅豆杉中央細(xì)胞經(jīng)過一次平周分裂形成1個(gè)腹溝核和1個(gè)卵核，卵核較大，位于合點(diǎn)端，腹溝核較小，位于珠孔端，很快消失。卵細(xì)胞的核區(qū)逐漸擴(kuò)大，變得明顯，移向頸卵器的中央，細(xì)胞質(zhì)變濃，卵細(xì)胞逐漸發(fā)育成熟，等待受精[6]。紅豆杉屬植物的頸卵器多為橢圓形，外圍有1層頸卵器套層細(xì)胞（jacket cells），套層細(xì)胞大小和形狀不同，不完全連續(xù)。紅豆杉屬植物頸卵器的數(shù)量不一，短葉紅豆杉1個(gè)胚珠內(nèi)有1～8個(gè)頸卵器，平均為4個(gè)[14]；加拿大紅豆杉1個(gè)胚珠內(nèi)通常有4～8個(gè)頸卵器；歐洲紅豆杉1個(gè)胚珠內(nèi)通常有5～11個(gè)頸卵器，但在歐洲紅豆杉也發(fā)現(xiàn)有17個(gè)頸卵器的情況；東北紅豆杉的頸卵器數(shù)量最多，1個(gè)胚珠內(nèi)通常有8～14個(gè)頸卵器，最多可達(dá)25個(gè)頸卵器。頸卵器擴(kuò)大的后期，中央細(xì)胞（卵）的核逐漸向頸卵器中央位置移動(dòng)。頸卵器上部的細(xì)胞質(zhì)液泡化程度高，染色較淺。同時(shí)，在中央（卵）細(xì)胞下端的大液泡分解為泡沫狀的細(xì)胞質(zhì)和液泡團(tuán)。隨著頸卵器發(fā)育成熟，細(xì)胞質(zhì)逐漸變成顆粒狀，聚集在中央（卵）細(xì)胞核周圍。

3 傳 粉

紅豆杉屬植物的花粉粒不具氣囊，以單核形態(tài)進(jìn)行傳粉?；ǚ哿Ｐ螤畈灰?guī)則，常具褶皺，外壁兩層，內(nèi)層薄，表面有顆粒狀雕紋，其直徑大約25 μm[19]。傳粉時(shí)，胚珠分泌傳粉滴并通過傳粉滴的聚縮獲取花粉。傳粉后，傳粉滴在30 min內(nèi)消失，已受粉的胚珠不再分泌傳粉滴[14]。傳粉成功率與花粉量的多少相關(guān)[20]。加拿大紅豆杉雌雄同株，可以自花授粉（self-pollinate），傳粉成功率相對(duì)較高；短葉紅豆杉雌雄異株，單株花粉量較少，密度小，傳粉成功率較低。有學(xué)者認(rèn)為短葉紅豆杉不能產(chǎn)生大量花粉，雌株的封閉受粉空間，不具有捕捉空氣中花粉特有的花結(jié)構(gòu)，傳粉成功率不高[21]。紅豆杉屬植物傳粉時(shí)間不同，一般認(rèn)為與植物所處環(huán)境不同有關(guān)。王兵益報(bào)道，云南紅豆杉傳粉與小孢子葉球發(fā)育發(fā)生在同一年份，其他紅豆杉屬植物在第2年春天，可能是因?yàn)樵颇霞t豆杉是低緯度樹種，而其他紅豆杉屬植物都是位于高緯度樹種[6]。Anderson & Owens研究發(fā)現(xiàn)，短葉紅豆杉傳粉時(shí)間不僅在不同地區(qū)間存在差異，即使同一地點(diǎn)，不同年份之間也是有所不同。Richard研究不同年份的歐洲紅豆杉傳粉發(fā)生時(shí)間也證實(shí)上述觀點(diǎn)[8]。

4 受 精

紅豆杉屬植物受精時(shí)，頸卵器頸部斷裂，花粉管進(jìn)入頸卵器，核含物和花粉管中一部分細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物被攝入卵細(xì)胞。花粉管中內(nèi)含物進(jìn)入頸卵器具有破壞性，使卵細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大的液泡化區(qū)域，卵核向卵細(xì)胞基部移動(dòng)。當(dāng)精核與卵核接觸時(shí)，卵核膜和精子核膜沿著接觸點(diǎn)融合。首先兩層膜中的外層膜退化，然后內(nèi)層膜融合產(chǎn)生連通兩個(gè)核質(zhì)的通道。卵核膜和精子核膜以這種方式迅速擴(kuò)展融合，直到兩個(gè)核完全融合在一起形成合子。合子向頸卵器的基部移動(dòng)，受精過程完成[22]。精核細(xì)胞質(zhì)隨著精子一起進(jìn)入到卵細(xì)胞內(nèi)，包裹接觸的精卵核，形成濃密的保護(hù)層[14]。受精后的卵細(xì)胞中，可觀察到2個(gè)不育核和1個(gè)不具功能性的精子存在于頂端細(xì)胞質(zhì)中。短葉紅豆杉成熟雄配子體中不參與受精的精細(xì)胞和管細(xì)胞進(jìn)入頸卵器的液泡化區(qū)域后退化[14]。

5 胚發(fā)育

胚發(fā)育起始于合子，結(jié)束于胚的成熟，是植物合子后生活史的重要組成部分。紅豆杉屬植物的胚發(fā)育過程分為3個(gè)階段：原胚、幼胚和后期胚[6]。

原胚階段是從合子分裂到早期胚柄延長使胚的先端從頸卵器套層中伸出的過程。紅豆杉屬植物的合子常在頸卵器的合點(diǎn)端進(jìn)行分裂，偶在頸卵器中間位置分裂[16]。合子沿垂直于頸卵器的長軸方向進(jìn)行第1次分裂，分裂形成2個(gè)被濃密細(xì)胞質(zhì)包圍的游離核，體積較大；第2次分裂時(shí)，與頸卵器長軸方向平行；第3次分裂形成8個(gè)游離核；第4次分裂后在頸卵器合點(diǎn)端形成16個(gè)核原胚。游離核的排列方式與頸卵器的形狀有關(guān)[16]。在歐洲紅豆杉、東北紅豆杉和云南紅豆杉中，頸卵器合點(diǎn)端出現(xiàn)16核或32核后，游離核逐漸形成細(xì)胞壁[23]。歐洲紅豆杉的成熟原胚由3層細(xì)胞群組成，短葉紅豆杉成熟原胚沒有明顯分層。在東北紅豆杉和云南紅豆杉原胚內(nèi)，細(xì)胞排列方式不同。東北紅豆杉成熟原胚通常有6～14個(gè)胚胎細(xì)胞（embryonic cells）、9～13胚柄細(xì)胞（suspensor cells）位于開放層（open region），歐洲紅豆杉有6個(gè)胚柄細(xì)胞，比東北紅豆杉的胚柄細(xì)胞少；短葉紅豆杉與歐洲紅豆杉相似，只有6～8個(gè)胚柄細(xì)胞。原胚柄的核位于細(xì)胞的合點(diǎn)端[22]。

幼胚發(fā)育是指從胚柄細(xì)胞伸長使胚細(xì)胞突破頸卵器逐漸深入雌配子體組織，再到胚內(nèi)各器官、組織分化的過程。紅豆杉屬植物的原胚柄細(xì)胞迅速發(fā)育，顯著增長，開放層細(xì)胞核逐漸消失，胚的自由端被擠向雌配子體的深處，早期胚細(xì)胞有絲分裂形成大量的胚細(xì)胞，開始次生胚柄生長。區(qū)分次生胚柄和原胚柄細(xì)胞通過細(xì)胞核在細(xì)胞中的位置，原胚柄細(xì)胞核位于合點(diǎn)端，次生胚柄細(xì)胞核位于中央[16]。幼胚的自由端細(xì)胞核大且明顯；胚柄細(xì)胞長，細(xì)胞質(zhì)淡，細(xì)胞核不明顯。隨著胚柄進(jìn)一步生長，自由端細(xì)胞進(jìn)行平周分裂（divide periclinally）和垂周分裂（divide anticlinally），形成冠狀細(xì)胞層，胚柄細(xì)胞質(zhì)淡，但胚柄非常發(fā)達(dá)，有時(shí)形成蓮座狀（rosette）[6]。隨著自由端繼續(xù)分裂，胚柄細(xì)胞開始退化消失，形成棒狀胚，棒狀胚的基部有胚柄細(xì)胞殘存。紅豆杉屬植物存在簡(jiǎn)單多胚（simple polyembryony）現(xiàn)象。歐洲紅豆杉1個(gè)胚珠內(nèi)可達(dá)7個(gè)原胚，但短葉紅豆杉的簡(jiǎn)單多胚并不常見[16]。

隨著幼胚進(jìn)一步發(fā)育，自由端呈半圓形，胚整體為圓柱狀，此時(shí)胚的極性分化明顯，胚前端中部出現(xiàn)一團(tuán)同心圓形細(xì)胞，這團(tuán)細(xì)胞進(jìn)行旺盛的平周分裂。隨著同心圓的半徑不斷擴(kuò)大，頂端分生組織的側(cè)翼細(xì)胞分裂使棒狀胚生出子葉。歐洲紅豆杉有2個(gè)子葉發(fā)育的現(xiàn)象，東北紅豆杉偶爾會(huì)產(chǎn)生3個(gè)子葉[23]。下部細(xì)胞繼續(xù)分裂的結(jié)果是形成了根原始細(xì)胞，向各個(gè)方向分裂。向上和向側(cè)產(chǎn)生原形成層和胚皮層，向下形成根冠。原形成層細(xì)胞狹長，細(xì)胞小，沒有細(xì)胞間隙，進(jìn)一步分化為原生和原維管組織。胚皮層細(xì)胞近方形，核圓，細(xì)胞橫向分裂較多。根原始細(xì)胞出現(xiàn)后，苗端細(xì)胞開始形成，初為半圓形，后形成錐形小丘，夾在子葉中間[6]。

6 展 望

紅豆杉屬植物為古老的孑遺樹種，對(duì)于植物生物系統(tǒng)發(fā)育及古地理、古氣候等方面研究具有重要的科學(xué)價(jià)值。目前，紅豆杉屬植物生殖生物學(xué)研究主要集中歐洲紅豆杉、短葉紅豆杉、東北紅豆杉和云南紅豆杉，而其它紅豆杉生殖生物學(xué)研究幾乎是空白。關(guān)于紅豆杉屬植物精原細(xì)胞是否進(jìn)行均等分裂，學(xué)者觀點(diǎn)不一；精細(xì)胞形成過程中，不育核與管核起著什么作用？精原細(xì)胞分裂形成的兩個(gè)成熟的精子究竟哪一個(gè)與卵核融合完成受精？如何進(jìn)行淘汰選擇的？迄今為止，還未給出科學(xué)解釋；受精過程中，成熟雄配子體內(nèi)是否還存在不育核和另一個(gè)不與卵核結(jié)合的精子，有待進(jìn)一步研究；頸卵器的形成過程中，中央細(xì)胞是否分裂形成腹溝核，學(xué)者的觀點(diǎn)不盡一致；紅豆杉屬植物合子的細(xì)胞質(zhì)是來源于精卵雙核還是來源于精核，是否形成原葉體細(xì)胞，這些仍需進(jìn)一步探討。由于紅豆杉屬植物生殖生物學(xué)研究主要借助于光學(xué)顯微鏡，有關(guān)生殖發(fā)育機(jī)理、生殖發(fā)育與種群衰退關(guān)系不很清楚。因此，今后要借助電子顯微和分子生物學(xué)技術(shù)，探討紅豆杉屬植物生殖發(fā)育機(jī)理、生殖遺傳調(diào)控及其與種群形成、發(fā)展和進(jìn)化之間關(guān)系，為其種群恢復(fù)保護(hù)、資源利用提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 文亞峰, 謝偉東, 韓文軍, 等. 南嶺山地南方紅豆杉的資源現(xiàn)狀及其分布特點(diǎn)[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 32(7):1-5.

[2] 王亞飛, 王 強(qiáng), 阮 曉, 等. 紅豆杉屬植物資源的研究現(xiàn)狀與開發(fā)利用[J]. 林業(yè)科學(xué), 2012, 48(5): 116-125.

[3] 賀新強(qiáng), 林金星, 胡玉熹, 等. 中國松杉類植物瀕危等級(jí)劃分的比較[J]. 生物多樣性, 1996, 4(1): 45-51.

[4] 馬 均, 何亞華, 馬明東. 干旱脅迫下曼地亞紅豆杉生理相應(yīng)研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 32(12): 147-153.

[5] 國家林業(yè)局. 國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第一批）.http://www/forestry.gov.cn/Manager/ZhuanLan. Url/File-Up/zrbh20071106455. htm. 1999-09-09.

[6] 王兵益. 云南紅豆杉生殖生態(tài)學(xué)研究[D]. 北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2008.

[7] 周 娟, 蔣麗娟, 李昌珠, 等. 光皮樹小孢子發(fā)育與花器形態(tài)相關(guān)性及花粉粒超微結(jié)構(gòu)觀察[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011, 31(7): 109-114.

[8] Wang BY, Su JR. Development of the male reproductive stracutures in Taxus yunnanensis[J]. Plant Syst Evol, 2008,276:51-58.

[9] Anderson ED, Owens JN. Microsporogenesis, pollination,pollen germination and male gametophyte development in Tuxus brevifolia[J]. Ann Bot, 2000. 86: 1033-1042.

[10] Pennell RI, Bell PR. Microsporogenesis in Tuxus baccata L. the development of the archaesporium[J]. Ann Bot,1985, 56:415-427.

[11] 程廣有, 沈熙環(huán). 東北紅豆杉開花結(jié)實(shí)的規(guī)律[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 29(3): 44-46.

[12] Wilde MH. A new interpretation of microsporangiate cones in Cephalotaxaceae and Taxaceae[J]. Phylomorphology, 1975, 25:434-450.

[13] 張鋼民, 張 濤, 楊文利. 紅豆杉屬植物的研究進(jìn)展[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1998, 21(4): 104-108.

[14] Aderson ED, Owens JN. Megagametophyte development,fertilization, and cytoplasmic inheritance in Taxus brevifolia[J].Int. J. Plant Sci, 1999, 160: 459-469.

[15] Price RA. The genera of Taxaceae in the Southeastern United States[J]. Journal of the Arnold Arboretum, 1990, 71: 69-91.

[16] Anderson ED, Owens JN. Embryo development, megagametophyte storage product accumulation and seed eff i ciency in Taxus brevifolia[J]. Canadian Journal of Forest Research, 2001.

[17] Chadwick LC, Keen RA. A study of the genus Taxus[J].Agricultural Research and Development Center, Wooster,1976.

[18] Fiordi AC, Lippi MM, Tani G. Ultrastructural observations on the megasporocyte of Taxus baccata L. (Taxaceae) in relation to megaspore behavior[J]. Caryologia, 1991, 44:45–53.

[19] 王伏雄. 中國植物花粉形態(tài)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1982.

[20] Wilson P, Buonopane M, Allison TD. Reproductive biology of the monoecious clonal shrub Taxus canadensis[J]. Bulletin of the Torrey Botanical Club, 1996, 123:7-15.

[21] Whitehead DR. Wind pollination: some ecological and evolutionary perspectives[M]. In: Real L, ed. Pollination biology,1983.

[22] Pennell RI, Bell PR. Insemination of the archegonium and fertilization in Taxus baccata L[J]. Journal of Cell Science, 1988,89:551-559.

[23] Pennell RI, Bell PR. Megasporogenesis and the subsequent cell lineage within the ovule of Taxus baccata L[J]. Ann Bot, 1987,59: 693-704.

Research progress in reproductive biology of Taxus

XIAO Yu-fei1, LIANG Wen-bin1, XU Gang-biao1, WANG Hong-xia2
(1. School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. Planning and Design Institute of Forest Products Industry, Beijing 100010, China)

Taxus, which has11 species and one variety, is ancient species which distributed widely in northern hemisphere until the quaternary glacial period. At present, most of Taxus species are highly endangered. In this paper, some achievements in the male and female reproductive system, pollination, fertilization and embryo development of these genera plants were reviewed. The paper also discussed problems and challenges in the research of reproductive biology of Taxus species and outlooked further development in future.

Taxus; reproductive system; embryo development

S791.49

A

1673-923X(2013)10-0089-06

2013-01-16

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（2012104033）

肖玉菲（1989-），女，碩士研究生，主要從事森林植物及森林遺傳學(xué)研究

徐剛標(biāo)（1965-），男，教授，博士，主要從事森林遺傳學(xué)及林業(yè)生物技術(shù)研究；E-mail：gangbiaoxu@163.com

[本文編校：吳 彬]