二月蘭個體發(fā)育早期特性研究

梁飛雪 王文穎 付子躍

摘 ?要：以二月蘭為試材，借助石蠟切片和電鏡掃描技術(shù)，研究了其種子形態(tài)和器官早期階段的發(fā)育特點。結(jié)果表明：二月蘭種子為圓柱形，表面粗糙，有凸起的縱條紋狀紋飾。種子離開母體時胚已經(jīng)完全分化，子葉縱折型。種子萌發(fā)時下胚軸與胚根交界處出現(xiàn)根環(huán)和根環(huán)毛，根環(huán)毛出現(xiàn)的時間和位置與根毛不同，兩者結(jié)構(gòu)相似。種苗子葉期至少7d以上，明顯表現(xiàn)為種苗根端先發(fā)育，苗端后發(fā)育。二月蘭個體發(fā)育早期出現(xiàn)水生性狀，后期發(fā)育出現(xiàn)陸生性狀。

關(guān)鍵詞：二月蘭;種苗;個體發(fā)育;根環(huán)毛

中圖分類號 Q949文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）10-0049-03

Abstract： The seed morphology and characteristics of organ development at early stage of Orychophragmus violaceus were studied by means of paraffin section and scanning electron microscopy. The results showed that the seeds of O.violaceus were cylindrical，with rough surface and prominent longitudinal stripes. The embryo was fully differentiated and the cotyledon was longitudinally folded when the seed left the mother. During germination of seeds，collet and collet hairs appeared at the junction of hypocotyl and radicle. The appearance time and location of collet hairs were different from the root hairs，but they were similar in structure. The cotyledon stage of seedlings was at least one week，and it was evident that the priority of development was root end，later at the shoot end. To sum up，in early stage of ontogeny of O. violaceus showed aquatic characters，and in the later stage，terrestrial traits appeared.

Key words： Orychophragmus violaceus; Seedling;Ontogeny; Collet hairs

二月蘭[Orychophragmus violaceus （Linn.） O.E.Schulz]，又稱諸葛菜，為十字花科諸葛菜屬（Orychophragmus）2年生草本植物，全國大部地區(qū)均有分布，多生于林緣、山坡、草地等偏旱環(huán)境[1-2]。二月蘭在黑龍江省原本無自然分布，1990—1993年從北京引進(jìn)[3]，并通過近3年的栽培試驗，從物候、發(fā)育節(jié)律、適應(yīng)性等方面得出，二月蘭非常適合在黑龍江推廣栽培?，F(xiàn)今，二月蘭在黑龍江地區(qū)已經(jīng)呈半野生狀態(tài)分布[4]，因其花期較早、抗病性強、花色美麗，在當(dāng)?shù)爻鞘芯G化中得到了廣泛應(yīng)用。

張開艷等[5]將二月蘭種植于馬纓杜鵑樹下，不但兩者彼此生長不受影響，還可以使得整個綠化區(qū)的觀賞期提前30d左右。當(dāng)前，對二月蘭的雜交育種的研究已有了一些報道，大多數(shù)情況下以蕓薹屬植物為父母本進(jìn)行種間雜交，研究表明，它們雜交親和性不高，作為母本的蕓薹屬（Brassica L.）的雜交組合親和性高于以二月蘭為母本的雜交組合[6]。二月蘭種子的成活率較高，一般以8月份和9月份播種較為適宜，也利于翌年順利開花。二月蘭的莖葉可作為蔬菜食用，種子可榨油，根可入藥[7-9]?？梢?，圍繞二月蘭進(jìn)行的研究工作主要集中在栽培綠化、雜交育種和藥食同源等方面，其基礎(chǔ)理論的研究仍相對薄弱，個體發(fā)育早期的研究資料也未見報道。為此，筆者對二月蘭個體發(fā)育的早期過程進(jìn)行了相關(guān)研究，以期充實其基礎(chǔ)生物學(xué)資料，為這一資源的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料 二月蘭于2018年夏季采自哈爾濱市城郊，采集的種子在自然干燥后放置于室溫條件下存放。

1.2 方法 二月蘭種子的消毒處理參考孫學(xué)武的方法進(jìn)行[10]，用75%的酒精浸泡30s，再用蒸餾水沖洗種子，之后播于培養(yǎng)皿（Ф=90mm）中，在25℃溫箱中萌發(fā)。每天清水沖洗1次并補充一定量的蒸餾水。及時固定不同發(fā)育階段的種子，用FAA固定液固定并保存。并將部分萌發(fā)的種子播于沙土中，觀察記錄其種苗生長情況。固定的材料采用常規(guī)石蠟切片方法，蘇木精整染色，切片厚度一般8～10μm。種子表面紋飾和種苗的材料通過HITACHI S-4800型掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察、拍照。其它裝片材料通過鏡檢，最后在LEICA-DM 4000 B LED顯微鏡下進(jìn)行觀察照相。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實和種子形態(tài)特征 二月蘭的子房兩心皮，二室，內(nèi)有假隔膜。果實為長角果，長條形，具4條棱。種子圓柱形，通常扁平狀，長約2.5mm，直徑約為1.2mm，棕色至黑褐色;種子表面有凸起的縱條紋狀紋飾（圖1A，圖2A），無胚乳。單果種子數(shù)量為5～12粒。

2.2 種子至種苗的發(fā)育 二月蘭的種子離開母體時胚的分化已經(jīng)完全，為成熟胚時期，胚的各部分明顯可見，子葉呈折疊狀態(tài)即子葉縱折（圖1B）。成熟胚可見胚芽初步分化，2片子葉之間的胚芽處于凸形，胚根已經(jīng)可見初步的分化，子葉上未見氣孔（圖2H）。種子吸水3d左右可見種皮微微開裂，胚體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)水解成可吸收的液態(tài)，胚的體積逐漸增大，胚根錐形，已初步分化（圖2A-B，圖3A）。隨著種子的進(jìn)一步發(fā)育，下胚軸繼續(xù)生長，使根端突破種皮（圖2A-B）。胚根伸出種皮后可見在下胚軸與胚根交界出現(xiàn)環(huán)狀突起處即根環(huán)（圖2C，圖3B-C）。種子吸水4～5d時，胚軸發(fā)育速度較快，在根環(huán)處出現(xiàn)一圈密集的根環(huán)毛（圖2D，圖3D），根環(huán)毛為根環(huán)處的表皮細(xì)胞向外突出所形成（圖2D，圖3D）。發(fā)育初期根環(huán)毛的延長生長快于胚根（圖2E-F），根環(huán)處未被種皮遮蓋的位置其根環(huán)毛多而密集（圖2D）。

種子萌發(fā)7d左右，可見其子葉從種皮內(nèi)完全伸出，變綠，這時未見胚芽發(fā)育。之后可見胚軸逐漸伸長、增粗，胚根進(jìn)一步發(fā)育，并在距離根環(huán)毛一段距離處形成形態(tài)正常的根毛，此時根環(huán)毛未見退化，明顯長于根毛，根毛相對根環(huán)毛分布較為稀疏（圖2G）。子葉狀態(tài)的種苗停滯時間較長，約7d左右可見真葉出現(xiàn)，這期間的主根和側(cè)根陸續(xù)發(fā)育（圖3、圖4），并生長至一定長度，根端發(fā)育明顯快于苗端。

3 討論與結(jié)論

個體發(fā)育研究是有機體與所處環(huán)境相互作用過程的系統(tǒng)研究[11]，而胚胎發(fā)育后期到種子萌發(fā)初期是被子植物個體發(fā)育研究的薄弱環(huán)節(jié)。這一發(fā)育過程中涉及器官的早期分化，相應(yīng)的發(fā)育性狀也是探討其系統(tǒng)演化的重要依據(jù)。二月蘭種子萌發(fā)初期，在下胚軸和胚根之間的多層細(xì)胞首先向外形成環(huán)狀凸起—根環(huán)，隨后根環(huán)處的表皮細(xì)胞向外延伸成管狀的毛—根環(huán)毛，根環(huán)毛較為密集，呈毛叢狀。隨著根端的進(jìn)一步發(fā)育，根環(huán)毛繼續(xù)發(fā)育，后期在其下方出現(xiàn)正常形態(tài)的根毛，此時根環(huán)毛明顯長于根毛。根環(huán)毛的形態(tài)與根毛類似，應(yīng)該具有吸收功能;其發(fā)育速度較快并長于根毛，還應(yīng)該有固著功能，使種苗盡快由平臥變?yōu)橹绷?。二月蘭種子剛萌發(fā)時出現(xiàn)的這些發(fā)育性狀與一些學(xué)者的所報道的水生植物發(fā)育特點相類似[12-17]，說明二月蘭在其演化的過程中曾經(jīng)歷過水生環(huán)境，進(jìn)而出現(xiàn)了適應(yīng)水環(huán)境的特征，登陸后這些特征得以遺傳保留。模式植物擬南芥（Arabidopsis thaliana Heynh.）種子萌發(fā)的初期也具有根環(huán)和根環(huán)毛性狀，并受多個相關(guān)基因調(diào)控[18-19]?？梢?，十字花科植物的早期演化還需進(jìn)一步研究，并以此來探討其水生和陸生之間的演化關(guān)系。

二月蘭種子吸水后3d后即可見胚根突破種皮，胚根伸出種皮后1d即可見根環(huán)和其上的根環(huán)毛發(fā)育。根環(huán)毛發(fā)育的同時，胚根明顯伸長，隨后臨近根環(huán)毛下方則發(fā)育出正常的根毛，此時子葉脫離種皮并逐漸變綠。二月蘭的種子胚發(fā)育程度較高，子葉和胚軸內(nèi)儲存較多的營養(yǎng)物質(zhì)，這樣可以保證在適宜條件下較快萌發(fā)，并更快、更便捷地向胚根輸送養(yǎng)分。

二月蘭種苗子葉展開后至少7d才見真葉發(fā)育，而這期間胚根已經(jīng)發(fā)育，并生出側(cè)根。顯然這是根端先發(fā)育，苗端后發(fā)育。也似乎說明，二月蘭早期發(fā)育出現(xiàn)水生性狀，后期發(fā)育出現(xiàn)陸生性狀。而結(jié)合其現(xiàn)在所處的生境，從生態(tài)演化的觀點來看，二月蘭應(yīng)該是次生陸生植物，即祖先始于水生，后來成功登陸。可見，種子萌發(fā)至種苗形成這一早期發(fā)育階段，蘊藏著復(fù)雜多樣的器官發(fā)育順序上的全新的信息，有待進(jìn)一步的研究，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)既可充實結(jié)構(gòu)植物學(xué)，也可為類群間的系統(tǒng)演化提供參考依據(jù)。

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（責(zé)編：張宏民）