毛茛小孢子發(fā)生和雄配子體的形成

全雪麗，具紅光，嚴(yán)一字，吳松權(quán)

（延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133000）

毛茛屬植物在系統(tǒng)分類(lèi)上屬較為原始的一類(lèi)植物。毛茛屬植物中藥用植物所占比例較高，在我國(guó)資源豐富且民間作為藥用的種類(lèi)極多，開(kāi)發(fā)利用毛茛屬藥用植物前景廣闊[1]。毛茛（Ranunculus japonicus Thunb.）為毛茛科（Ranunculaceae）毛茛屬（Ranunculus）多年生草本植物[2-3]。野生于田野、濕地、河岸、溝邊及陰濕的草叢中，除西藏外在我國(guó)各省區(qū)均有分布[3]。有關(guān)毛茛屬植物的臨床應(yīng)用報(bào)道，主要集中在毛茛（全草）和貓爪草（毛茛科植物小毛茛Ranunculus ternatus Thunb.的塊根）。新鮮毛茛全草加食鹽少許搗成糊狀外用治療傳染性肝炎[4]，或捏成藥團(tuán)外用治療栗疹狀眼病[5]；毛茛注射液痛點(diǎn)注射可治療骨質(zhì)增生性疼痛[6]；毛茛搗泥治療牙痛[6]；還有毛茛外用治療慢性血吸蟲(chóng)、支氣管炎、哮喘、風(fēng)濕病、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、銀屑病的報(bào)道[7]。目前有關(guān)毛茛研究集中在成分分析、藥理方面，對(duì)該種的小孢子發(fā)生與雄配子體發(fā)生問(wèn)題還未見(jiàn)報(bào)道。

本文對(duì)毛茛的小孢子發(fā)生和雄配子體發(fā)育過(guò)程進(jìn)行觀察研究，揭示毛茛植物的胚胎學(xué)特征，為毛茛科毛茛屬胚胎學(xué)研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為吉林省龍井碧巖山上的野生毛茛。

1.2 方法

2011年6月22日，晴天上午9:00～10:00，用手術(shù)刀切掉花梗后，把不同大小的花蕾立即固定在固定液中（FAA固定液），并帶回實(shí)驗(yàn)室。對(duì)試材進(jìn)行逐級(jí)酒精脫水，二甲苯置換，石蠟包埋。常規(guī)石蠟切片法制片（采用萊卡石蠟切片機(jī)），切片厚度為15μm左右，番紅-固綠雙重染色，加拿大樹(shù)膠封片，顯微鏡觀察并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 花藥壁的發(fā)育

毛茛成熟的花內(nèi)有數(shù)枚雄蕊（見(jiàn)圖版Ⅰ-1），每一花藥具有4個(gè)花粉囊（見(jiàn)圖版Ⅰ-2），接近成熟時(shí)變成2個(gè)花粉囊（兩個(gè)相鄰藥室之間的藥隔消失，兩個(gè)藥室連通），最后囊開(kāi)裂散粉(見(jiàn)圖版Ⅰ-3)。幼嫩花藥橫切面呈蝶形（見(jiàn)圖版Ⅰ-4)，是由于4個(gè)角隅處的細(xì)胞分裂較快，從而使花藥變成4個(gè)裂瓣的形狀。成熟花藥橫切面呈倒“V”形（見(jiàn)圖版Ⅰ-1～2）?；ㄋ幈诘膸讓蛹?xì)胞在分化初期形態(tài)上差別不大，都是扁平狀（見(jiàn)圖版Ⅰ-4）。隨著小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂及花粉粒形成，藥壁各層細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列變化。分化完全的花藥壁自外向內(nèi)由表皮層1層、藥室內(nèi)壁1層、中層1層及絨氈層1層，共4個(gè)部分構(gòu)成（見(jiàn)圖4）。小孢子母細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂時(shí)，絨氈層細(xì)胞發(fā)育達(dá)到頂點(diǎn)（體積達(dá)到最大值），絨氈層細(xì)胞內(nèi)核進(jìn)行分裂，但不形成細(xì)胞板，因此出現(xiàn)多核化現(xiàn)象（見(jiàn)圖版Ⅰ-4～5）。四分體時(shí)期，絨氈層細(xì)胞開(kāi)始出現(xiàn)解體跡象（見(jiàn)圖版Ⅰ-6）。絨氈層細(xì)胞在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，始終維持在原來(lái)的位置上，通過(guò)細(xì)胞的表面分泌各種物質(zhì)提供給小孢子發(fā)育的需要，直至花粉成熟后，絨氈層細(xì)胞完全自溶（見(jiàn)圖版Ⅰ-4～10）。因此，毛茛花藥的絨氈層發(fā)育屬于分泌型[8]。單核期開(kāi)始藥室內(nèi)壁細(xì)胞迅速變寬，呈徑向伸長(zhǎng)。當(dāng)花藥發(fā)育至成熟時(shí)，藥室內(nèi)壁達(dá)到最高程度的發(fā)育，即在細(xì)胞壁上有明顯的纖維加厚，類(lèi)似“馬蹄形”（見(jiàn)圖版Ⅰ-10～12）。有些植物的藥室內(nèi)壁在加厚時(shí)，常在兩個(gè)花粉囊交接處的外側(cè)，留下一條狹條狀區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的細(xì)胞不發(fā)生次生加厚[9]。囊開(kāi)裂時(shí)也就在此開(kāi)裂，花粉囊從裂縫處散出。而毛茛藥室內(nèi)壁，幾乎所有細(xì)胞都出現(xiàn)加厚現(xiàn)象，只不過(guò)在兩個(gè)花粉囊交界處的細(xì)胞壁沒(méi)有比其他區(qū)域細(xì)胞壁厚?；ㄋ幊墒扉_(kāi)裂時(shí)，表皮及藥室內(nèi)壁細(xì)胞失水收縮，花藥開(kāi)裂散粉?；ㄋ幫耆墒旌蠡ㄋ幈谥械慕q氈層和中層細(xì)胞完全解體，只剩下表皮與藥室內(nèi)壁細(xì)胞（見(jiàn)圖版Ⅰ-10～12）（此圖彩版見(jiàn)封三）。

2.2 小孢子各發(fā)育階段的細(xì)胞學(xué)特征

2.2.1 花粉母細(xì)胞時(shí)期

花粉母細(xì)胞由造孢細(xì)胞多次進(jìn)行分裂后發(fā)育形成，其形態(tài)與周?chē)乃幈诩?xì)胞顯著不同。剛形成的花粉母細(xì)胞群呈圓形排列，細(xì)胞體積大，每個(gè)細(xì)胞呈多邊形，細(xì)胞核大，細(xì)胞質(zhì)濃，核仁明顯，染色質(zhì)分散，無(wú)明顯液泡（見(jiàn)圖版Ⅰ-4）。最初花粉母細(xì)胞排列緊密，隨著進(jìn)入減數(shù)分裂期排列變得疏松，而且逐漸積累胼胝質(zhì)的壁。

2.2.2 四分體時(shí)期

在花粉母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂后沒(méi)有形成細(xì)胞壁，因此雙核細(xì)胞沒(méi)有二分體時(shí)期，在第二次分裂中，2個(gè)核同時(shí)進(jìn)行分裂，分裂完成時(shí)，在4個(gè)核之間產(chǎn)生壁，同時(shí)分隔成4個(gè)細(xì)胞（見(jiàn)圖版Ⅰ-5～6）。因此，其胞質(zhì)分裂屬同時(shí)型[10]?；ǚ勰讣?xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂后形成的4個(gè)小孢子，它們被一層厚的胼胝質(zhì)包圍成四分體，其排列方式屬于四面體型（見(jiàn)圖版Ⅰ-7）。同一花藥中不同藥室之間小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂幾乎是同步的。

2.2.3 單核期與雙核期

四分體的小孢子之間被胼胝質(zhì)壁所分隔，后來(lái)由于胼胝質(zhì)壁的溶解，多個(gè)小孢子彼此分開(kāi)，釋放到藥室中（見(jiàn)圖版Ⅰ-8）。這時(shí)小孢子細(xì)胞體積很小,后期細(xì)胞體積逐漸增大（見(jiàn)圖版Ⅰ-7～9），由小圓形變大圓形。此時(shí)，典型的花粉壁和萌發(fā)溝已形成（見(jiàn)圖版Ⅰ-9）。隨著小孢子的進(jìn)一步發(fā)育，細(xì)胞核偏向一側(cè)，經(jīng)不均等的有絲分裂，形成大小懸殊的兩個(gè)細(xì)胞即營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞（見(jiàn)圖版Ⅰ-10），營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞體積較大，繼承了原來(lái)小孢子的大部分細(xì)胞質(zhì)及液泡；生殖細(xì)胞體積較小，只含有少量的細(xì)胞質(zhì)。剛形成的生殖細(xì)胞呈凸透鏡狀，緊貼花粉壁。隨著花粉發(fā)育過(guò)程的進(jìn)行，生殖細(xì)胞逐漸脫離花粉內(nèi)壁。當(dāng)生殖細(xì)胞開(kāi)始游離在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中時(shí)，生殖細(xì)胞球形，為2-細(xì)胞花粉粒型（見(jiàn)圖版Ⅰ-11）。成熟時(shí)的二胞花粉，生殖細(xì)胞變成彎月形，生殖細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)核靠在一起組成雄性生殖單位（Malegermunit，MGU）（見(jiàn)圖版Ⅰ-12）。

圖版Ⅰ 毛茛小孢子發(fā)生及雄配子體的形成過(guò)程PlateⅠ Morphological study on anther development of Ranunculus japonicus Thunb.

3 討論與結(jié)論

毛茛花藥發(fā)育過(guò)程中花粉母細(xì)胞呈圓形排列，小孢子四分體屬四面體型，絨氈層屬分泌型，成熟花粉粒屬2-細(xì)胞花粉，圓形。

毛茛花中的數(shù)枚雄蕊發(fā)育時(shí)期是不同步的，外圍雄蕊先成熟，內(nèi)部雄蕊后成熟，即外輪向內(nèi)輪逐漸成熟。這與毛茛科植物尖萼耬斗菜特征是正相反的[11]，尖萼耬斗菜的雄蕊是內(nèi)輪向外輪逐漸成熟。

毛茛成熟花粉中生殖細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)核緊密相連，構(gòu)成“雄性生殖單位”（MGU）?，F(xiàn)有研究中許多植物的成熟花粉或花粉管中都有雄性生殖單位存在[13-16]。孔蘭靜等研究表明，用光鏡觀察顯示營(yíng)養(yǎng)核和生殖細(xì)胞很貼近，可以推斷它們構(gòu)成雄性生殖單位[17]。“雄性生殖單位”這個(gè)概念是由Dumas等在研究油菜的兩精子與營(yíng)養(yǎng)核特殊關(guān)系時(shí)提出的。認(rèn)為兩個(gè)精細(xì)胞和一個(gè)營(yíng)養(yǎng)核在發(fā)育過(guò)程中作為一個(gè)單獨(dú)的遺傳單位存在。近年來(lái)，這個(gè)概念被推廣到2-細(xì)胞花粉植物中[18]。胡適宜等認(rèn)為形成雄性生殖單位是被子植物雄配子發(fā)育過(guò)程中的一個(gè)普遍特性。需要說(shuō)明的是，有些植物在花粉粒中并不形成聯(lián)合體，而是后來(lái)花粉粒萌發(fā)后，在花粉管中形成的。雄性生殖單位的最主要特征是有利于它們隨花粉管的生長(zhǎng)同步移動(dòng)到管的末端，同時(shí)被釋放至胚囊中[18]。

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