蔓長(zhǎng)春花大、小孢子形成和雌、雄配子體發(fā)育觀察

摘要：采用常規(guī)植物石蠟切片法對(duì)蔓長(zhǎng)春花（Vinca major L.）不同發(fā)育階段花器官實(shí)施解剖結(jié)構(gòu)研究，結(jié)果表明，蔓長(zhǎng)春花花藥壁發(fā)育屬于基本類(lèi)型，其由表皮、藥室內(nèi)壁、中層和腺質(zhì)型絨氈層組成。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為同時(shí)型，四分體排列成四面體型，成熟花粉是2-細(xì)胞型。其胚珠是直生胚珠、雙珠被、厚珠心型，次生造孢細(xì)胞發(fā)育成大孢子母細(xì)胞。大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂形成三分體，合點(diǎn)端的大孢子發(fā)育為胚囊，胚囊為蓼型。

關(guān)鍵詞：蔓長(zhǎng)春花（Vinca major L.）；大孢子；小孢子；雌配子體；雄配子體

中圖分類(lèi)號(hào)：Q949.776.5；Q944.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）12-2851-05

The Megasporogenesis and Microsporogensis of Vinca major and Male and Female Gametophyte Formation

YAN Sheng-lu，CUI Li，LI Zu-ren，HU Nan，LIAO Hai-min

（College of Life Sciences， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： The anatomical structure of the floral organ of Vinca major L. at different development stage was studied by common plant paraffin section. The results showed that the development of V. major flower periwinkle belonged to the basic type， which contained epidermis， endotheca， middle layer， and glandular tapetum. The meiosis of microspore mother cells was the simultaneous type， the tetrad arranged as tetrahedral； while mature pollen was 2-cell type. The ovule was orthotropous ovule， double integuments， thick megarchidium type； and the megasporocyte was developed from secondary sporogenous cell. Megasporocyte developed into triad through meiosis. The megaspore at the chalazal end developed into the Polygonum type embryo sac.

Key words： Vinca major L.； megaspore； microspore； female gametophyte； male gametophyte

蔓長(zhǎng)春花（Vinca major L.）為夾竹桃科（Apocynaceae）蔓長(zhǎng)春花屬（Vinca L.）蔓性半灌木植物[1]，原產(chǎn)亞洲西部、地中海沿岸及美洲等地。蔓長(zhǎng)春花植株叢生，莖細(xì)長(zhǎng)，匍匐生長(zhǎng)，長(zhǎng)可達(dá)1 m以上，枝節(jié)間可著地生根，快速覆蓋地面；葉全緣對(duì)生，厚革質(zhì)，橢圓形，翠綠光滑而有光澤；花單生于葉脈，柱頭有叢毛，基部有明顯的環(huán)狀增厚，花絲扁平，花藥頂端無(wú)毛。淡藍(lán)色，花期4～5月[2]。蔓長(zhǎng)春花喜溫暖濕潤(rùn)環(huán)境，喜陽(yáng)光也較耐陰，稍耐寒，喜歡生長(zhǎng)在深厚肥沃濕潤(rùn)的土壤中；做地被栽培能在半陰濕潤(rùn)處的深厚土壤中生長(zhǎng)迅速，適應(yīng)性很強(qiáng)，全年除嚴(yán)寒時(shí)期外都能保持完好的色彩，所以栽培容易，應(yīng)用廣泛，是良好的地被植物，可在林緣或林下成片栽植，尤其適合栽于建筑物基腳和斜坡等處，非常有利于水土保持。其變種花葉蔓長(zhǎng)春（V. major var. variegata Loud.）枝蔓懸垂自然、疏密別致，柔順的枝條看上去輕盈飄逸，綠意盎然，別有韻味；綠色葉片上有許多黃白色的斑塊，春末夏初在綠葉叢中會(huì)悄無(wú)聲息地綻放出夢(mèng)幻般的藍(lán)色花朵，淡雅怡人、寧?kù)o祥和，給人一種清幽朦朧的靜態(tài)美感，是一種深受歡迎的美麗觀葉植物；將此花懸吊在高處，任其莖蔓自然下垂，隨風(fēng)搖動(dòng)，可為居室平添動(dòng)人的情趣，所以花葉品種多作盆栽觀賞，除可做成吊盆或掛壁懸垂于窗前、走廊等處外，亦可盆栽置于柜臺(tái)、櫥頂、書(shū)架或高花架之上，綠化裝飾效果頗佳，深受消費(fèi)者喜愛(ài)，市場(chǎng)需求逐年上升。為了深度挖掘蔓長(zhǎng)春花的園藝觀賞價(jià)值，充分開(kāi)發(fā)、合理利用這一綠化資源，試驗(yàn)對(duì)蔓長(zhǎng)春花不同發(fā)育時(shí)期的花器官演變進(jìn)行了解剖學(xué)研究，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)中蔓長(zhǎng)春花樣株采自貴州省植物園，由貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院廖海民教授鑒定確認(rèn)。試劑有乙醇、二甲苯、丙酮、乙醚、甲醛、冰醋酸、丙三醇等，多為分析純，還有實(shí)驗(yàn)用石蠟、電子顯微鏡導(dǎo)電膠、加拿大樹(shù)膠、番紅固綠對(duì)染劑等。儀器主要是EVO MA10/LS10掃描電子顯微鏡（德國(guó)卡爾蔡司公司），HY-2016石蠟切片機(jī)（浙江金華惠友儀器設(shè)備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 石蠟制片 取蔓長(zhǎng)春花樣株花藥材料置入50%乙醇配制的FAA中固定48 h以上，梯度乙醇脫水，二甲苯透明，浸蠟，包埋，切片，脫蠟，番紅固綠對(duì)染，加拿大樹(shù)膠封片，干燥后照相觀察[3]。

1.2.2 掃描電子顯微鏡觀察 對(duì)于花粉粒的掃描電子顯微鏡觀察采用簡(jiǎn)便的空氣干燥法：將樣品放入丙酮、乙醇、乙醚等溶液內(nèi)置換樣品內(nèi)的水分，然后將樣品放在空氣中，使溶劑自然揮發(fā)而達(dá)到干燥程度。經(jīng)干燥處理后的樣品，用導(dǎo)電膠粘在樣品拖上，待導(dǎo)電膠干后再進(jìn)行金屬鍍膜，最后在掃描電子顯微鏡掃描儀下觀察并照相[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 小孢子形成和雄配子體發(fā)育

2.1.1 花藥壁的發(fā)育 試驗(yàn)采用掃描電子顯微鏡觀察蔓長(zhǎng)春花花藥壁的發(fā)育過(guò)程，并拍照，結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，蔓長(zhǎng)春花早期的花藥最外一層為表皮層，其內(nèi)層由一群分裂活躍的分生組織細(xì)胞構(gòu)成；最初從雄蕊原基橫切面上4個(gè)角隅處的表皮層下方的薄壁細(xì)胞分化出含有濃稠細(xì)胞質(zhì)和具有顯著細(xì)胞核的孢原細(xì)胞（圖1-1），孢原細(xì)胞進(jìn)行切向分裂，產(chǎn)生初生周緣細(xì)胞和初生造孢細(xì)胞（圖1-2），周緣細(xì)胞在進(jìn)行一次平周分裂（圖1-3）和多次垂周分裂后形成2層壁細(xì)胞，外層繼續(xù)分裂形成藥室內(nèi)壁和中層（圖1-4），內(nèi)層細(xì)胞分裂形成絨氈層；在小孢子母細(xì)胞形成初期，花藥壁的結(jié)構(gòu)分化完全，并由外向內(nèi)依次為表皮（1層）、藥室內(nèi)壁（1層）、中層（2～3層）和絨氈層（1層），組成的壁層呈同心圓排列，包圍著中央的花粉母細(xì)胞構(gòu)成1個(gè)花粉囊（圖1-5），每個(gè)花藥由4個(gè)花粉囊組成，共有5個(gè)花藥（圖1-6）。最初花藥壁的幾層細(xì)胞沒(méi)有多大的區(qū)別（圖1-5），隨著小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂[4]及花粉粒的形成，花藥壁各層細(xì)胞開(kāi)始發(fā)生了變化；表皮細(xì)胞隨花藥壁的發(fā)育逐漸變小，其存在時(shí)間最長(zhǎng)，可存到花粉成熟；藥室內(nèi)壁起初呈扁平長(zhǎng)方形（圖1-5），伴隨著花藥的發(fā)育而加厚，其細(xì)胞表現(xiàn)為徑向伸長(zhǎng)（圖1-7）；單核花粉粒時(shí)期藥室內(nèi)壁的細(xì)胞呈高度液泡化，細(xì)胞核所占體積??；中層細(xì)胞在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期開(kāi)始變?yōu)楸馄綘睿▓D1-7），中間有一個(gè)大而圓的細(xì)胞核；隨著纖維層和絨氈層的發(fā)育，中層逐漸解體至小孢子四分體時(shí)期完全消失（圖1-8）；絨氈層在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中原生質(zhì)體始終保持在原位，較其外部的各層細(xì)胞大、細(xì)胞質(zhì)濃稠；在小孢子母細(xì)胞分裂時(shí)，絨氈層進(jìn)行核分裂，但不生成細(xì)胞板，所以就形成了多為雙核或多核的長(zhǎng)條形或不規(guī)則形狀細(xì)胞（圖1-7），外層為絨氈層形成的皮囊；花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂前期絨氈層細(xì)胞的核分裂停止，當(dāng)小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂接近完成時(shí)，絨氈層已高度退化（圖1-8），隨后在形成單核花粉時(shí)完全消失（圖1-9），而花粉成熟（圖1-10）。

2.1.2 小孢子的形成 用掃描電子顯微鏡觀察蔓長(zhǎng)春花小孢子的形成過(guò)程，并拍照，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，蔓長(zhǎng)春花在花藥壁發(fā)育的同時(shí)，初生造孢細(xì)胞經(jīng)多次分裂形成次生造孢細(xì)胞（圖2-1）；次生造孢細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育產(chǎn)生多邊形、個(gè)體大的小孢子母細(xì)胞（圖2-2）；小孢子母細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育，并彼此分離進(jìn)入減數(shù)分裂期，歷經(jīng)減數(shù)分裂的間期（圖2-3）和前期Ⅰ的細(xì)線(xiàn)期（圖2-4）、偶線(xiàn)期、粗線(xiàn)期（圖2-5）、雙線(xiàn)期（圖2-6）、終變期及減數(shù)分裂中期Ⅰ（圖2-7）、后期Ⅰ（圖2-8）、末期Ⅰ（圖2-9、圖2-10）后產(chǎn)生分隔壁，形成二分體；隨后經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂前期Ⅱ（圖2-11）、 中期Ⅱ（圖2-12）、后期Ⅱ（圖2-13）、末期Ⅱ（圖2-14），最后形成小孢子四分體；4個(gè)子核排列成四面體形（圖2-15）和左右對(duì)稱(chēng)的四分體（圖2-16）；在4個(gè)子核之間同時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞壁，形成4個(gè)子細(xì)胞；4個(gè)子細(xì)胞的周?chē)浑蓦召|(zhì)所包圍（圖2-14）；以后四分體周?chē)碾蓦召|(zhì)逐漸溶解，形成了核位于中央的小孢子（圖2-16）。

2.1.3 雄配子體的發(fā)育 在掃描電子顯微鏡下蔓長(zhǎng)春花雄配子體的發(fā)育過(guò)程見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，被釋放出來(lái)的小孢子細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，細(xì)胞壁很薄，細(xì)胞核小，細(xì)胞質(zhì)分布均勻，著色較淺（圖3-1）；小孢子形成后繼續(xù)生長(zhǎng)，體積逐漸擴(kuò)大，細(xì)胞核變大成為圓形，并位于中央，中央無(wú)液泡（圖3-2）；隨后細(xì)胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)液泡，進(jìn)而發(fā)育成典型的單核小孢子（圖3-3），這時(shí)細(xì)胞的胞質(zhì)濃稠，細(xì)胞核增大，核仁明顯，外壁開(kāi)始加厚；隨小孢子體積的增大，細(xì)胞核兩邊的液泡也在增大，并融合形成中央的大液泡，進(jìn)而將小孢子核推移至花粉壁的一側(cè)，成為單核靠邊的花粉（圖3-4）。小孢子核在貼近花粉壁的位置進(jìn)行1次不均等的有絲分裂，產(chǎn)生大小懸殊的營(yíng)養(yǎng)核和生殖核（圖3-5）；核分裂完成后， 緊接著進(jìn)行胞質(zhì)分裂，由于胞質(zhì)分裂是高度不均等的，結(jié)果形成大的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和小凸透鏡狀的生殖細(xì)胞，2種細(xì)胞之間由弧形的細(xì)胞板分隔開(kāi)；此后由于營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)內(nèi)開(kāi)始貯藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大液泡逐漸被分割成大、小不等的液泡（圖3-6）；使生殖細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞間的細(xì)胞壁（板）逐漸消失，生殖細(xì)胞完全游離在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，從而形成二細(xì)胞花粉，此時(shí)生殖細(xì)胞的細(xì)胞核顯得很大，而細(xì)胞質(zhì)稀少，光學(xué)鏡頭下難以與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)相區(qū)分（圖3-7）；二細(xì)胞花粉進(jìn)一步發(fā)育，液泡完全消失，在花粉散粉之前，生殖細(xì)胞不發(fā)生有絲分裂，成熟花粉為2-細(xì)胞型（圖3-8）；成熟花粉呈橢圓球型（圖3-9，圖3-10），具3個(gè)萌發(fā)溝，花粉外壁光滑；此時(shí)的花藥外壁由表皮、纖維層組成，藥室內(nèi)散布著二細(xì)胞花粉粒。

2.2 大孢子形成和雌配子體發(fā)育

2.2.1 大孢子的形成 用掃描電子顯微鏡觀察蔓長(zhǎng)春花大孢子的形成過(guò)程，并拍照，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4 可見(jiàn)，蔓長(zhǎng)春花為2心皮組成的2室子房，中軸胎座，每室2個(gè)胚珠（圖4-1），胚珠直生（圖4-2），珠柄較短；在珠心發(fā)育的早期階段，雌蕊的心皮邊緣下表皮細(xì)胞分裂，形成一團(tuán)形態(tài)上無(wú)明顯差異的原基細(xì)胞，構(gòu)成胚珠原基；胚珠原基進(jìn)一步發(fā)育，分化出單一的孢原細(xì)胞（圖4-3），此細(xì)胞位于珠心表皮細(xì)胞下的第二細(xì)胞層中，特點(diǎn)為體大、質(zhì)濃、核大，其平周分裂（圖4-4）產(chǎn)生周緣細(xì)胞和初生造孢細(xì)胞，外方的周緣細(xì)胞垂周分裂發(fā)育為一層珠心細(xì)胞，內(nèi)方的初生造孢細(xì)胞為體大、質(zhì)濃、核大的細(xì)胞，然后再進(jìn)行平周分裂，形成2個(gè)大小不等的細(xì)胞，外方的大細(xì)胞為次生造孢細(xì)胞（圖4-5），內(nèi)方的小細(xì)胞發(fā)育為珠心組織；次生造孢細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育成一個(gè)縱長(zhǎng)的特大細(xì)胞，就是大孢子母細(xì)胞（圖4-6），大孢子母細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂，形成二分體（圖4-7），二分體各自再次分裂形成線(xiàn)性四分體（圖4-8），近合點(diǎn)端的大孢子發(fā)育為功能大孢子，其余3個(gè)大孢子在發(fā)育中退化。

2.2.2 雌配子體的發(fā)育 在掃描電子顯微鏡下蔓長(zhǎng)春花雌配子體的發(fā)育過(guò)程也見(jiàn)圖4。從圖4可見(jiàn)，雌配子體的發(fā)育開(kāi)始于成熟功能大孢子，功能大孢子體積逐漸增大，同時(shí)不斷液泡化，發(fā)育成單核胚囊（圖4-9）。隨后單核胚囊進(jìn)行第一次核的有絲分裂，發(fā)育成二核胚囊（圖4-10），接著二核分別轉(zhuǎn)移到胚囊的兩端，并各自進(jìn)行第二次有絲分裂，進(jìn)入四核期（圖4-11，圖4-12）。4個(gè)細(xì)胞核各自進(jìn)行第三次有絲分裂，相繼形成8核胚囊。極性化的8核胚囊在兩端分別具有4個(gè)核，從兩端各有1個(gè)核移向胚囊的中央，互相靠攏，組成含有2個(gè)核的中央細(xì)胞，近珠孔端的3個(gè)細(xì)胞核形成由1個(gè)卵細(xì)胞和2個(gè)助細(xì)胞共同構(gòu)成的卵器。

3 討論

蔓長(zhǎng)春花的花藥壁由外向內(nèi)依次為表皮（1層）、藥室內(nèi)壁（1層）、中層（2～3層）和絨氈層（1層）組成，根據(jù)Davis[4]對(duì)被子植物花藥壁發(fā)育類(lèi)型的劃分，蔓長(zhǎng)春花的花藥壁發(fā)育屬于基本類(lèi)型。而且絨氈層在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中始終保持在原位，當(dāng)中層迅速解體后，整個(gè)絨氈層從原來(lái)的花藥壁上游離出來(lái)，成為一層包裹著一團(tuán)小孢子母細(xì)胞及提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的皮囊，花粉成熟后，絨氈層徹底消失，所以蔓長(zhǎng)春花絨氈層屬于腺質(zhì)型絨氈層[5]。在蔓長(zhǎng)春花的花藥中，小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂后形成4個(gè)子核，在4個(gè)子核間同時(shí)產(chǎn)生細(xì)胞壁，形成4個(gè)子細(xì)胞，因此蔓長(zhǎng)春花小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂為同時(shí)型[5，6]。小孢子發(fā)育過(guò)程為單核花粉粒、二核花粉粒和二胞花粉粒，四分體排列成四面體型，成熟花粉為2-細(xì)胞型，這是被子植物雄配子體的普遍發(fā)育類(lèi)型[7，8]。

蔓長(zhǎng)春花的大孢子始于孢原細(xì)胞，發(fā)生于珠心表皮之下，進(jìn)行平周分裂，發(fā)育為周緣細(xì)胞和造孢細(xì)胞。周緣細(xì)胞進(jìn)行分裂，增加珠心組織，因此其胚珠為直生胚珠、雙珠被、厚珠心型[9]。在蔓長(zhǎng)春花大孢子發(fā)育過(guò)程中，合點(diǎn)端的大孢子發(fā)育為功能大孢子，其余3個(gè)在發(fā)育中退化。功能大孢子發(fā)育為單核胚囊，再經(jīng)3次核的有絲分裂形成三分體，合點(diǎn)端的大孢子發(fā)育為8核胚囊。因此蔓長(zhǎng)春花的胚囊發(fā)育屬于蓼型胚囊[10]。

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