輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其雄配子體發(fā)育

汪 洋, 呂 爽, 付 爽, 全雪麗, 吳松權(quán)

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其雄配子體發(fā)育

汪 洋, 呂 爽, 付 爽, 全雪麗, 吳松權(quán)*

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

以輪葉黨參花為材料，通過(guò)觀察和常規(guī)石蠟切片法，對(duì)輪葉黨參花器內(nèi)外部形態(tài)及小孢子發(fā)生和雄配子體形成進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：輪葉黨參大多花朵柱頭為3裂，3子房室，個(gè)別發(fā)現(xiàn)有2裂、4裂、5裂的柱頭，并與子房室數(shù)相同。花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程正常，在不同花藥之間，同一花藥不同花粉囊之間，同一囊內(nèi)不同細(xì)胞之間，出現(xiàn)不同步。減數(shù)分裂中胞質(zhì)分裂屬于同時(shí)型。四分體屬于四面體型?；ǚ哿儆?-細(xì)胞型，似圓形，表面有9～10條萌發(fā)溝。

輪葉黨參；減數(shù)分裂；小孢子；雄配子體

輪葉黨參[Codonopsislanceolata(sieb.et Zucc.) Trautv.]又名羊乳、四葉參、山胡蘿卜等，是桔?？贫嗄晟葙|(zhì)纏繞藤本植物，分布在中國(guó)東北、華南、西南等地，朝鮮、日本、俄羅斯也有分布[1]。輪葉黨參全株有白色乳汁，散發(fā)特異氣味。根通常肥大呈紡錘狀，有少數(shù)細(xì)小的側(cè)根。莖接近于圓柱狀，其表面有瘤狀莖痕。葉片為橢圓形或棱狀卵形，4葉輪生。葉柄較為短小。輪葉黨參花為兩性花，花單生或者2～3朵生于側(cè)枝頂端。雌蕊1枚，雄蕊5枚，花絲分離。花形為開(kāi)口向下的鈴鐺狀，顏色為紫色，由蜜蜂和黃蜂授粉。一經(jīng)開(kāi)花就不再關(guān)閉，直至枯萎種子即成熟，種子為淺褐色至深褐色，無(wú)光澤。果期為8～9月[2]。

輪葉黨參是長(zhǎng)白山區(qū)人民喜愛(ài)采食的山珍之一，尤其在延邊朝鮮族地區(qū)食用歷史悠久，“煎沙參”就是一道色、香、味俱佳的朝鮮族名菜，除了煎，還可以生吃，也可以腌制。其根還可以入藥，具有補(bǔ)虛、潤(rùn)肺、止咳、通乳排膿、解毒療瘡的功能[3]。輪葉黨參作為食用和藥用均可的植物，還具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含17種人體必需的氨基酸、蛋白質(zhì)、多種維生素、皂苷、多酮、齊墩果酸及許多微量元素。據(jù)鑒定，每100 g輪葉黨參嫩根中粗蛋白含量為11.89 g、碳水化合物為4.82 g、粗脂肪為3.38 g[4]?？偛伙柡椭舅岬臄?shù)量高于其他植物[5]。維生素含量也維持在較高的水平上。

輪葉黨參在藥理方面也有研究，如韓春姬等人用小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核等試驗(yàn)驗(yàn)證了輪葉黨參總皂苷具有抗突變作用[6]。最近,輪葉黨參被證實(shí)能影響結(jié)腸癌和白血病細(xì)胞中細(xì)胞的凋亡和周期，因此，這種草藥對(duì)口腔癌也可能存在潛在的治療能力[7-8]。

近幾年國(guó)內(nèi)外關(guān)于輪葉黨參的研究主要集中在栽培技術(shù)[9-10]、種子萌發(fā)[11-12]以及組織培養(yǎng)[13]等方面，關(guān)于輪葉黨參的細(xì)胞學(xué)研究較少，僅見(jiàn)于李國(guó)泰[14]的核型分析報(bào)道。有關(guān)輪葉黨參小孢子發(fā)生及其雄配子發(fā)育研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究在對(duì)輪葉黨參花器形態(tài)調(diào)查的基礎(chǔ)上，觀察了其花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及雄配子體發(fā)育過(guò)程，為輪葉黨參花藥培養(yǎng)[15-16]、單倍體育種等生殖生物學(xué)研究的深入研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)用輪葉黨參來(lái)自延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)基地(用種子繁殖得到的輪葉黨參植株)。輪葉黨參花蕾采集時(shí)間和花器特征觀察在2016年8月20日-2016年8月30日進(jìn)行。

1.2方法

1.2.1 輪葉黨參花部特征調(diào)查

選晴朗的天氣，上午10時(shí)左右采集50朵已經(jīng)開(kāi)放的花朵，用肉眼觀察其外部和內(nèi)部形態(tài)特征，包括花瓣顏色，花萼顏色，雌蕊與雄蕊的數(shù)目，柱頭開(kāi)裂情況，花藥的顏色，子房室的數(shù)目等，并記錄拍照。

1.2.2 輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其雄配子體形成

在田間用小剪子輕輕采摘輪葉黨參不同大小花蕾后，立即用FAA固定液(70%酒精∶冰醋酸∶甲醛=90∶5∶5)固定，并在4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?采摘時(shí)一定要注意不要讓新鮮花朵變形，否則會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果)?；ǚ勰讣?xì)胞的減數(shù)分裂及其雄配子體形成的觀察研究采用常規(guī)石蠟切片法[17]。利用不同濃度酒精進(jìn)行脫水后，用二甲苯進(jìn)行透明，之后用不同濃度石蠟進(jìn)行浸蠟和包埋。用徠卡石蠟切片機(jī)進(jìn)行切片，切片厚度為12～14 μm。帶有材料的蠟片用裝有二甲苯的脫蠟缸進(jìn)行脫蠟。脫蠟后染色，采用番紅-固綠雙重染色方法。最后用加大拿樹(shù)膠封片，用于解剖觀察。將做好的材料玻片在OLYIMPUS光學(xué)顯微鏡下觀察、分析并選取清晰的材料進(jìn)行拍照和測(cè)量[18-19]?；ǚ哿４笮∮蔑@微鏡測(cè)微尺測(cè)量?；ǚ哿ｋS機(jī)調(diào)查20個(gè)。

2 結(jié)果與分析

2.1輪葉黨參花部特征調(diào)查

輪葉黨參為藤本植物，花頂生，兩性花，5枚花萼，花冠鐘狀，每朵花內(nèi)包括5枚雄蕊，柱頭3裂。大部分花朵具有3裂柱頭，子房3室(圖1：B)，個(gè)別花朵具有2裂柱頭(圖1：A)，4裂柱頭(圖1：C)和5裂柱頭(圖1：D)，并且發(fā)現(xiàn)柱頭的數(shù)目與子房室的數(shù)目相同。

2.2輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程

輪葉黨參花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂過(guò)程如圖2(A-K)。輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程出現(xiàn)不同步性。染色體行為基本正常。前期Ⅰ細(xì)線期，花粉母細(xì)胞體積較大，核明顯，染色體開(kāi)始出現(xiàn)，呈特別細(xì)的線狀(圖2，A)。到前期Ⅰ終變期，染色體更為縮短，緊密凝聚狀態(tài)(圖2，B)。中期Ⅰ，染色體整齊排列在赤道面，紡錘絲出現(xiàn)(圖2，C)。后期Ⅰ，同源染色體移向兩級(jí)(圖2，D)。末期Ⅰ，染色體變細(xì)，但沒(méi)有完全伸展，2個(gè)子核之間沒(méi)有出現(xiàn)新細(xì)胞壁(圖2，E)。前期Ⅱ，染色體又恢復(fù)到像前期Ⅰ樣子(圖2，F(xiàn))，但此時(shí)染色體數(shù)已經(jīng)減半。中期Ⅱ，染色質(zhì)變成染色體，排在各自的赤道面上(圖2，G)。后期Ⅱ，每條染色體分別走向細(xì)胞兩級(jí)，此時(shí)能看到4組染色體(圖版2，H)。末期Ⅱ，染色體彌散成染色質(zhì)，核膜和核仁重新出現(xiàn)(圖2，I)。最后細(xì)胞版出現(xiàn)，形成4個(gè)子細(xì)胞(圖2，J)。4個(gè)子細(xì)胞在空間上排列成四面體型，未觀察到其他類型的四面體型(圖2，K)。

2.3輪葉黨參雄配子體的形成

四分體解體后的小孢子分散到藥室中，體積小，圓球形，核在細(xì)胞的中央，此時(shí)能觀察到核仁，單核中央期，花粉壁也開(kāi)始形成(圖3，A-B)。之后小孢子體積迅速增大，出現(xiàn)大液泡，把細(xì)胞內(nèi)核移向細(xì)胞的一側(cè)，屬于單核靠邊期(圖3，C)。核進(jìn)行1次有絲分裂形成2個(gè)核，大小差不多，有的分裂后大小不一致，屬于雙核初期(圖3，D)。其中，1個(gè)核變成凸透鏡形態(tài)，屬于生殖核，另一個(gè)為營(yíng)養(yǎng)核(圖3，E)。花粉壁繼續(xù)完善，花粉表面能夠看到數(shù)條(9～10條)萌發(fā)溝，而且萌發(fā)溝延伸至兩級(jí)(圖3，F(xiàn))。成熟的花粉粒形態(tài)為近圓形，屬于2-細(xì)胞型(圖3，G)。對(duì)成熟的花粉粒測(cè)量了其大小。其大小為(36.4～43.68) μm×(40.04～43.68) μm。

A:減數(shù)分裂前期Ⅰ細(xì)線期；B:前期終變期；C:中期Ⅰ；D:后期Ⅰ；E:末期Ⅰ；F:前期Ⅱ；G:中期Ⅱ；H: 后期；I:末期Ⅱ；J:4個(gè)細(xì)胞形成；K:細(xì)胞壁出現(xiàn)，四分體形成

圖2輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程(400×)

Fig.2MeiosisprogressofpollenmothercellsforC.lanceolata(400×)

A:小孢子形成；B:單核中央期；C:單核靠邊期；D:雙核初期；E:雙核成熟花粉粒；F:成熟花粉粒表面數(shù)條萌發(fā)溝

3 討論與結(jié)論

輪葉黨參花為頂生，兩性花，5枚花萼，花冠鐘狀，每花內(nèi)包括5枚雄蕊，柱頭3裂，個(gè)別有2裂，4裂或5裂。柱頭數(shù)目與子房室的數(shù)目是同等的。輪葉黨參花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程正常，在不同花藥之間，同一花藥不同花粉囊之間，同一囊內(nèi)不同細(xì)胞之間，出現(xiàn)不同步。輪葉黨參減數(shù)分裂過(guò)程中不同步性對(duì)種群繁殖后代是有利的，可以擴(kuò)展花期，增加兩性功能的有效作用時(shí)間，是一種適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的進(jìn)化表現(xiàn)[20-21]。減數(shù)分裂中胞質(zhì)分裂屬于同時(shí)型胞質(zhì)分裂，即第1次分裂后沒(méi)有形成細(xì)胞壁，第2次分裂后最后形成細(xì)胞壁。輪葉黨參小孢子四分體屬于四面體型，沒(méi)有觀察到其他類型的四分體。

輪葉黨參成熟的花粉粒屬于2-細(xì)胞型，表面有9～10條萌發(fā)溝，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)3-細(xì)胞型花粉粒。輪葉黨參小孢子發(fā)育及雄配子體形成都很正常，也觀察到了大量的花粉粒，但其花粉活力到底怎樣，需要進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)定研究。

目前有關(guān)桔梗科的植物胚胎學(xué)的研究論文甚少，只見(jiàn)到關(guān)于桔梗的胚胎學(xué)研究報(bào)道[22-23]，其他桔梗科植物如沙參屬、風(fēng)鈴草屬、半邊蓮屬、黨參屬、牧根草屬等均未見(jiàn)有關(guān)胚胎學(xué)的研究報(bào)道。本文中的試驗(yàn)材料屬于黨參屬的輪葉黨參，與桔梗屬桔梗不是一個(gè)屬。本文中輪葉黨參花粉粒表面能觀察到萌發(fā)溝，而關(guān)于桔梗的胚胎學(xué)研究中僅提及花粉粒屬2-細(xì)胞型，而沒(méi)有提到花粉粒表面有無(wú)萌發(fā)溝及萌發(fā)孔數(shù)量等問(wèn)題[22-23]。因此，桔梗屬與黨參屬花粉粒的萌發(fā)溝到底有無(wú)區(qū)別，仍需要進(jìn)一步的研究。

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PollenmothercellmeiosisandmalegametophytedevelopmentofCodonopsislanceolata

WANG Yang, LV Shuang, FU Shuang, QUAN Xueli, WU Songquan*

(AgriculturalCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilin133002)

Using the flower ofCodonopsislanceolataas material, studies of flower morphology, microsporogenesis and male gametophyte formation with the methods of observation and paraffin slice were conducted. The results showed that most flowers had 3-lobed stigmas and 3-locules ovary, and individual flowers had 2-lobed, 4-lobed or 5-lobed stigmas and the same numbers of locules, respectively. Meiosis process of pollen mother cell was normal, but unsynchronized between different anthers, different pollen sacs in the same anther, and different cells between the same pollen sac. Meiotic cytokinesis belonged to simultaneous type and the arrangement of microspore tetrads was tetrahedral. Pollen grain was 2-cell type, around and there were 9～10 germinal furrows in the surface of it.

Codonopsislanceolata; meiosis; microspore; male gametophyte

2017-04-10

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21462044)

汪洋(1992—)，男，吉林敦化人，在讀碩士，研究方向?yàn)樘胤N植物資源。吳松權(quán)為通信作者，

E-mail:ars wsq@ybu.edu.cn

1004-7999(2017)03-0028-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2017.03.005

S567

A