蔓长春花大、小孢子形成和雌、雄配子体发育观察

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摘要：采用常规植物石蜡切片法对蔓长春花（Vinca major L.）不同发育阶段花器官实施解剖结构研究，结果表明，蔓长春花花药壁发育属于基本类型，其由表皮、药室内壁、中层和腺质型绒毡层组成。小孢子母细胞减数分裂为同时型，四分体排列成四面体型，成熟花粉是2-细胞型。其胚珠是直生胚珠、双珠被、厚珠心型，次生造孢细胞发育成大孢子母细胞。大孢子母细胞减数分裂形成三分体，合点端的大孢子发育为胚囊，胚囊为蓼型。

关键词：蔓长春花（Vinca major L.）；大孢子；小孢子；雌配子体；雄配子体

中图分类号：Q949.776.5；Q944.4 文献标识码：A 文章编号：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

蔓长春花（Vinca major L.）为夹竹桃科（Apocynaceae）蔓长春花属（Vinca L.）蔓性半灌木植物[1]，原产亚洲西部、地中海沿岸及美洲等地。蔓长春花植株丛生，茎细长，匍匐生长，长可达1 m以上，枝节间可着地生根，快速覆盖地面；叶全缘对生，厚革质，椭圆形，翠绿光滑而有光泽；花单生于叶脉，柱头有丛毛，基部有明显的环状增厚，花丝扁平，花药顶端无毛。淡蓝色，花期4～5月[2]。蔓长春花喜温暖湿润环境，喜阳光也较耐阴，稍耐寒，喜欢生长在深厚肥沃湿润的土壤中；做地被栽培能在半阴湿润处的深厚土壤中生长迅速，适应性很强，全年除严寒时期外都能保持完好的色彩，所以栽培容易，应用广泛，是良好的地被植物，可在林缘或林下成片栽植，尤其适合栽于建筑物基脚和斜坡等处，非常有利于水土保持。其变种花叶蔓长春（V. major var. variegata Loud.）枝蔓悬垂自然、疏密别致，柔顺的枝条看上去轻盈飘逸，绿意盎然，别有韵味；绿色叶片上有许多黄白色的斑块，春末夏初在绿叶丛中会悄无声息地绽放出梦幻般的蓝色花朵，淡雅怡人、宁静祥和，给人一种清幽朦胧的静态美感，是一种深受欢迎的美丽观叶植物；将此花悬吊在高处，任其茎蔓自然下垂，随风摇动，可为居室平添动人的情趣，所以花叶品种多作盆栽观赏，除可做成吊盆或挂壁悬垂于窗前、走廊等处外，亦可盆栽置于柜台、橱顶、书架或高花架之上，绿化装饰效果颇佳，深受消费者喜爱，市场需求逐年上升。为了深度挖掘蔓长春花的园艺观赏价值，充分开发、合理利用这一绿化资源，试验对蔓长春花不同发育时期的花器官演变进行了解剖学研究，现将结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

试验中蔓长春花样株采自贵州省植物园，由贵州大学生命科学学院廖海民教授鉴定确认。试剂有乙醇、二甲苯、丙酮、乙醚、甲醛、冰醋酸、丙三醇等，多为分析纯，还有实验用石蜡、电子显微镜导电胶、加拿大树胶、番红固绿对染剂等。仪器主要是EVO MA10/LS10扫描电子显微镜（德国卡尔蔡司公司），HY-2016石蜡切片机（浙江金华惠友仪器设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 石蜡制片 取蔓长春花样株花药材料置入50%乙醇配制的FAA中固定48 h以上，梯度乙醇脱水，二甲苯透明，浸蜡，包埋，切片，脱蜡，番红固绿对染，加拿大树胶封片，干燥后照相观察[3]。

1.2.2 扫描电子显微镜观察 对于花粉粒的扫描电子显微镜观察采用简便的空气干燥法：将样品放入丙酮、乙醇、乙醚等溶液内置换样品内的水分，然后将样品放在空气中，使溶剂自然挥发而达到干燥程度。经干燥处理后的样品，用导电胶粘在样品拖上，待导电胶干后再进行金属镀膜，最后在扫描电子显微镜扫描仪下观察并照相[3]。

2 结果与分析

2.1 小孢子形成和雄配子体发育

2.1.1 花药壁的发育 试验采用扫描电子显微镜观察蔓长春花花药壁的发育过程，并拍照，结果见图1。从图1可见，蔓长春花早期的花药最外一层为表皮层，其内层由一群分裂活跃的分生组织细胞构成；最初从雄蕊原基横切面上4个角隅处的表皮层下方的薄壁细胞分化出含有浓稠细胞质和具有显著细胞核的孢原细胞（图1-1），孢原细胞进行切向分裂，产生初生周缘细胞和初生造孢细胞（图1-2），周缘细胞在进行一次平周分裂（图1-3）和多次垂周分裂后形成2层壁细胞，外层继续分裂形成药室内壁和中层（图1-4），内层细胞分裂形成绒毡层；在小孢子母细胞形成初期，花药壁的结构分化完全，并由外向内依次为表皮（1层）、药室内壁（1层）、中层（2～3层）和绒毡层（1层），组成的壁层呈同心圆排列，包围着中央的花粉母细胞构成1个花粉囊（图1-5），每个花药由4个花粉囊组成，共有5个花药（图1-6）。最初花药壁的几层细胞没有多大的区别（图1-5），随着小孢子母细胞减数分裂[4]及花粉粒的形成，花药壁各层细胞开始发生了变化；表皮细胞随花药壁的发育逐渐变小，其存在时间最长，可存到花粉成熟；药室内壁起初呈扁平长方形（图1-5），伴随着花药的发育而加厚，其细胞表现为径向伸长（图1-7）；单核花粉粒时期药室内壁的细胞呈高度液泡化，细胞核所占体积小；中层细胞在小孢子母细胞减数分裂时期开始变为扁平状（图1-7），中间有一个大而圆的细胞核；随着纤维层和绒毡层的发育，中层逐渐解体至小孢子四分体时期完全消失（图1-8）；绒毡层在整个发育过程中原生质体始终保持在原位，较其外部的各层细胞大、细胞质浓稠；在小孢子母细胞分裂时，绒毡层进行核分裂，但不生成细胞板，所以就形成了多为双核或多核的长条形或不规则形状细胞（图1-7），外层为绒毡层形成的皮囊；花粉母细胞减数分裂前期绒毡层细胞的核分裂停止，当小孢子母细胞减数分裂接近完成时，绒毡层已高度退化（图1-8），随后在形成单核花粉时完全消失（图1-9），而花粉成熟（图1-10）。

2.1.2 小孢子的形成 用扫描电子显微镜观察蔓长春花小孢子的形成过程，并拍照，结果见图2。从图2可见，蔓长春花在花药壁发育的同时，初生造孢细胞经多次分裂形成次生造孢细胞（图2-1）；次生造孢细胞进一步发育产生多边形、个体大的小孢子母细胞（图2-2）；小孢子母细胞继续发育，并彼此分离进入减数分裂期，历经减数分裂的间期（图2-3）和前期Ⅰ的细线期（图2-4）、偶线期、粗线期（图2-5）、双线期（图2-6）、终变期及减数分裂中期Ⅰ（图2-7）、后期Ⅰ（图2-8）、末期Ⅰ（图2-9、图2-10）后产生分隔壁，形成二分体；随后经过减数分裂前期Ⅱ（图2-11）、 中期Ⅱ（图2-12）、后期Ⅱ（图2-13）、末期Ⅱ（图2-14），最后形成小孢子四分体；4个子核排列成四面体形（图2-15）和左右对称的四分体（图2-16）；在4个子核之间同时产生细胞壁，形成4个子细胞；4个子细胞的周围被胼胝质所包围（图2-14）；以后四分体周围的胼胝质逐渐溶解，形成了核位于中央的小孢子（图2-16）。

2.1.3 雄配子体的发育 在扫描电子显微镜下蔓长春花雄配子体的发育过程见图3。从图3可见，被释放出来的小孢子细胞形态不规则，细胞壁很薄，细胞核小，细胞质分布均匀，着色较浅（图3-1）；小孢子形成后继续生长，体积逐渐扩大，细胞核变大成为圆形，并位于中央，中央无液泡（图3-2）；随后细胞质内出现液泡，进而发育成典型的单核小孢子（图3-3），这时细胞的胞质浓稠，细胞核增大，核仁明显，外壁开始加厚；随小孢子体积的增大，细胞核两边的液泡也在增大，并融合形成中央的大液泡，进而将小孢子核推移至花粉壁的一侧，成为单核靠边的花粉（图3-4）。小孢子核在贴近花粉壁的位置进行1次不均等的有丝分裂，产生大小悬殊的营养核和生殖核（图3-5）；核分裂完成后， 紧接着进行胞质分裂，由于胞质分裂是高度不均等的，结果形成大的营养细胞和小凸透镜状的生殖细胞，2种细胞之间由弧形的细胞板分隔开；此后由于营养细胞细胞质内开始贮藏营养物质，大液泡逐渐被分割成大、小不等的液泡（图3-6）；使生殖细胞与营养细胞间的细胞壁（板）逐渐消失，生殖细胞完全游离在营养细胞的细胞质中，从而形成二细胞花粉，此时生殖细胞的细胞核显得很大，而细胞质稀少，光学镜头下难以与营养细胞的细胞质相区分（图3-7）；二细胞花粉进一步发育，液泡完全消失，在花粉散粉之前，生殖细胞不发生有丝分裂，成熟花粉为2-细胞型（图3-8）；成熟花粉呈椭圆球型（图3-9，图3-10），具3个萌发沟，花粉外壁光滑；此时的花药外壁由表皮、纤维层组成，药室内散布着二细胞花粉粒。

2.2 大孢子形成和雌配子体发育

2.2.1 大孢子的形成 用扫描电子显微镜观察蔓长春花大孢子的形成过程，并拍照，结果见图4。从图4 可见，蔓长春花为2心皮组成的2室子房，中轴胎座，每室2个胚珠（图4-1），胚珠直生（图4-2），珠柄较短；在珠心发育的早期阶段，雌蕊的心皮边缘下表皮细胞分裂，形成一团形态上无明显差异的原基细胞，构成胚珠原基；胚珠原基进一步发育，分化出单一的孢原细胞（图4-3），此细胞位于珠心表皮细胞下的第二细胞层中，特点为体大、质浓、核大，其平周分裂（图4-4）产生周缘细胞和初生造孢细胞，外方的周缘细胞垂周分裂发育为一层珠心细胞，内方的初生造孢细胞为体大、质浓、核大的细胞，然后再进行平周分裂，形成2个大小不等的细胞，外方的大细胞为次生造孢细胞（图4-5），内方的小细胞发育为珠心组织；次生造孢细胞进一步发育成一个纵长的特大细胞，就是大孢子母细胞（图4-6），大孢子母细胞进行减数分裂，形成二分体（图4-7），二分体各自再次分裂形成线性四分体（图4-8），近合点端的大孢子发育为功能大孢子，其余3个大孢子在发育中退化。

2.2.2 雌配子体的发育 在扫描电子显微镜下蔓长春花雌配子体的发育过程也见图4。从图4可见，雌配子体的发育开始于成熟功能大孢子，功能大孢子体积逐渐增大，同时不断液泡化，发育成单核胚囊（图4-9）。随后单核胚囊进行第一次核的有丝分裂，发育成二核胚囊（图4-10），接着二核分别转移到胚囊的两端，并各自进行第二次有丝分裂，进入四核期（图4-11，图4-12）。4个细胞核各自进行第三次有丝分裂，相继形成8核胚囊。极性化的8核胚囊在两端分别具有4个核，从两端各有1个核移向胚囊的中央，互相靠拢，组成含有2个核的中央细胞，近珠孔端的3个细胞核形成由1个卵细胞和2个助细胞共同构成的卵器。

3 讨论

蔓长春花的花药壁由外向内依次为表皮（1层）、药室内壁（1层）、中层（2～3层）和绒毡层（1层）组成，根据Davis[4]对被子植物花药壁发育类型的划分，蔓长春花的花药壁发育属于基本类型。而且绒毡层在整个发育过程中始终保持在原位，当中层迅速解体后，整个绒毡层从原来的花药壁上游离出来，成为一层包裹着一团小孢子母细胞及提供营养物质的皮囊，花粉成熟后，绒毡层彻底消失，所以蔓长春花绒毡层属于腺质型绒毡层[5]。在蔓长春花的花药中，小孢子母细胞减数分裂后形成4个子核，在4个子核间同时产生细胞壁，形成4个子细胞，因此蔓长春花小孢子母细胞减数分裂为同时型[5，6]。小孢子发育过程为单核花粉粒、二核花粉粒和二胞花粉粒，四分体排列成四面体型，成熟花粉为2-细胞型，这是被子植物雄配子体的普遍发育类型[7，8]。

蔓长春花的大孢子始于孢原细胞，发生于珠心表皮之下，进行平周分裂，发育为周缘细胞和造孢细胞。周缘细胞进行分裂，增加珠心组织，因此其胚珠为直生胚珠、双珠被、厚珠心型[9]。在蔓长春花大孢子发育过程中，合点端的大孢子发育为功能大孢子，其余3个在发育中退化。功能大孢子发育为单核胚囊，再经3次核的有丝分裂形成三分体，合点端的大孢子发育为8核胚囊。因此蔓长春花的胚囊发育属于蓼型胚囊[10]。

参考文献：

[1] 傅立国，陈潭清，郎楷永，等.中国高等植物（第九卷）[M].山东青岛：青岛出版社，1999.102-103.

[2] 中国科学院植物研究所. 中国高等植物图鉴（第三册）[M]. 北京：科学出版社，1985.430-431.

[3] 李和平.植物显微技术[M].北京：科学出版社，2009，85-90.

[4] DAVIS G L. Systematic Embryology of the Angiosperms [M]. New York： John Wiley and Sons Inc，1966.267-268.

[5] 胡适宜.被子植物胚胎学[M].北京：高等教育出版社，1985.75.

[6] 辛红婵，陆绍椿，王福青，等.芋大小孢子发生和雌雄配子体形成的观察[J].莱阳农学院学报，1990，7（2）：125-128.

[7] 李正理，张新英.植物解剖学[M].北京： 高等教育出版社，1983.166-261.

[8] 李正理.植物制片技术[M].第二版.北京： 科学出版社，1987. 129-137.

[9] 胡正海.植物解剖学[M].北京：高等教育出版社，2010.268-271.

[10] JOHRI B M. Embrology of Angiosperms [M]. Berlin Heidelberg： Springer-Verlag，1984.