全 文 ：果 树 学 报 2006,23(3):330～ 34
Journal ofFruit Science
收稿日期:2005-10-17接受日期:2006-01-23
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30370985)。
作者简介:刘阳,男,在读硕士生,Tel:024-88487143,E-mail:ly_719@sohu.com
5 通讯作者。Authorforcorrespondence.Tel:024-88487650,E-mail:wxdong63@126.com
平邑甜茶(Malus hupehensis)胚囊种类与发生特性
刘 阳,董文轩 *,张 蕾,程晓丹
(沈阳农业大学园艺学院,沈阳 110161)
摘 要:应用石蜡切片技术对结果期平邑甜茶的胚囊发生与形成过程进行了详细观察,以确定胚囊种类和发生特
性。结果表明,平邑甜茶胚珠倒生,大孢子母细胞在盛花期前3～5d的花蕾期能减数分裂形成四分体并由合点端的大
孢子发育成有性胚囊;到盛花期,多数有性胚囊败育,少数发育为八核胚囊。平邑甜茶的无性胚囊原始细胞始于盛花
期前后靠近合点端的珠心细胞,并很快发育为单核无性胚囊,盛花后5～7d的坐果初期形成无性的八核胚囊。无孢子
生殖胚囊可以单个发育,也可以多个发生而形成复合胚囊;其原始细胞发生的持续时间为10d左右。
关键词:苹果属;平邑甜茶;有性胚囊;无性胚囊;胚囊发生;败育;发育
中图分类号:S661.1文献标识码:A 文章编号:1009-9980(2006)03-330-05
Studyon thedevelopment characteristicsofdifferent embryosactypesof
PingyiTiancha (Malushupehensis)
LIUYang,DONGWen-xuan*,ZHANGLei,CHENGXiao-dan
(CollegeofHorticulture,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110161China)
Abstract:Embryologicalinvestigationwascarriedoutonthegenerationandformationoftheembryosacinthebearingplants
ofMalushupehensisRehd.var.pingyiensisbyparaffinsectionmethodinordertodeterminethedevelopmentcharacteristics
ofdifferent embryosac types. The results indicated that the plants ofM. hupehensis Rehd. var. pingyiensis generated anat-
ropous ovule. The macrosporocyte could formtetrad through meiosis that happened 3 to5 days before full bloom,and only
onemegasporenearthechalazalenddevelopedintoreducedembryosac.Andthenmostofthereducedembryosacsaborted
andonlyafewcouldform8-nucleiembryosactillthefullbloomingstage.Theaposporousinitials,thenucellarcellsinthe
chalazal end,developed duringfull bloomingstage. Then it grewrapidlytounreduced embryosac and formed 8-nuclei a-
posporousembryosac,whichhappened5to7daysafterfullbloom.Theaposporousembryosacmightdevelopsinglyornu-
merouslytoformcomplexembryosac,andthegeneratingperiodoftheaposporousinitialcellscouldlastabout10days.
KeyWords:Malus;PingyiTiancha(Malushupehensis);Reducedembryo ac;Unreducedembryosac;Generation;Abor-
tion;Development
无融合生殖现象在植物界广泛存在,目前世界
上200多个试验室正致力于无融合生殖的研究。无
融合生殖(apomixis)是指在被子植物的子房和胚珠
内通过无性生殖方法形成种胚的生殖过程。植物无
融合生殖研究已有 150余年的历史。苹果属植物
(MalusMill.)中最早发现无融合生殖是在 1931年
Sax[1]在进行梨亚科Pomoideae属间杂交试验时发现
湖北海棠(M.hupehensisRehd.)的孤雌生殖现象。从
而开创了对苹果属植物无融合生殖的研究。近些年
来对无融合生殖的研究主要集中在细胞学、胚胎学、
遗传学和分子生物学方面等。
平邑甜茶 [M. hupehensis (Pamp.) Rehd. var.
pingyiensisJiang]为苹果属湖北海棠种的一个变种,
是典型的具有兼性无融合生殖性状的植物。对其无
融合生殖性状的研究前人有过报道,但说法不统
一。董文轩等[2]研究了平邑甜茶雌配子体的发育与
败育,认为花前6~8d形成一个或多个无性单核胚
囊,花后 3d形成无性八核胚囊;而张蕾[3]观察认为
盛花前后出现无性胚囊原始细胞,约在花后1周才
出现无性八核胚囊。本试验进一步系统地观察了平
邑甜茶的胚囊发生和形成过程,从而为揭示它的生
殖特性奠定坚实的解剖学基础,也为进行分子生物
DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.2006.03.004
刘 阳等:平邑甜茶(Malushupehensis)胚囊种类与发生特性
学研究提供理论依据。
1 材料和方法
10年生平邑甜茶结果树生长在沈阳农业大学
苹果育种基地。2004年4月13日开始每2d取1次
花蕾,花前1周至花后1周每天取花蕾、花朵或幼
果,至5月下旬每2d取1次幼果;2005年4—6月
进行了补充取样。采集的各类样品均用FPA固定液
(福尔马林∶丙酸∶50%乙醇为5∶5∶90)固定,采用常规
石蜡切片方法,铁矾-苏木精染色。制成永久玻片
后,在 OlympusBH-2型显微镜明视野下观察,摄
影。
2 结果与分析
2.1 大孢子的发生与有性胚囊的发育和败育
在盛花前15d,处于花序伸长期平邑甜茶的花
蕾子房内,胚珠原基出现(图版Ⅰ-1);约 5d后,珠
心组织突出,两侧已看到内外珠被的原基;表明这段
时间胚珠的生理代谢旺盛,生长迅速。内珠被的原基
较外珠被的原基突起早(图版Ⅰ-2),两层珠被的伸
长都比珠心生长快,而外珠被又比内珠被伸长的快,
并最终形成倒生型胚珠。在盛花前7d,当内外珠被
长至珠心顶高1/2以上时,在珠心组织内部出现一
个大的活跃细胞,其细胞核大,细胞质浓厚,为孢原
细胞(图版Ⅰ-3),随后发育成大孢子母细胞(图版Ⅰ
-4)。
大孢子母细胞在盛花前 3～5d经减数分裂,发
育形成直线形的大孢子四分体(图版Ⅰ-5、6)。同时,
内外珠被继续生长,慢慢将珠心组织包裹,仅在顶端
留一小孔形成珠孔。而珠心组织也逐渐膨大、伸长,
其内部的大孢子四分体发育趋势很弱,多数于盛花
前1～3d出现全部败育(图版Ⅰ-8);偶尔也可观察
到具有发育能力的大孢子,即四分体细胞中靠近珠
孔端的3个细胞败育,只有一个近合点端的细胞继
续发育成功能性大孢子(图版Ⅰ-7)。
功能性大孢子经有丝分裂形成二核胚囊 (图版
Ⅰ-9)、四核胚囊(图版Ⅰ-10)、八核胚囊(图版Ⅰ-
11a～d),这一过程在盛花期前后迅速完成。
2.2 无孢子胚囊原始细胞的发生与无性胚囊的起
源
无性胚囊的发育初始时期大约在盛花期前后,
较有性胚囊晚。首先在大孢子母细胞周围的胚珠合
点端出现一些细胞质浓、细胞核大的珠心细胞,表现
出活力与潜势,形成无孢子胚囊原始细胞(图版Ⅱ-
1)。其次,珠心中这些原始细胞间有挤压状、有竞争,
只有处于营养最佳位置的细胞才能继续发育。通常
有1-3个细胞能很快液泡化,体积增大迅速、显著,
从而能够成功地进一步发育;当体积增加并高度液
泡化后即形成单核的无孢子生殖胚囊即无性单核胚
囊(图版Ⅱ-2～5)。图版Ⅱ-6为一个处于核分裂后期
的单核胚囊,但它的体积增大并不规则。
2.3 无性胚囊的发育与复合胚囊的形成
很快液泡化而形成的无性单核胚囊,经有丝分
裂形成二核胚囊(图版Ⅱ-7),而后两核分别向两极
移动,在二核之间几乎全为大液泡所充满(图版Ⅱ-
8);胚囊发育进入二核后期以后,胚囊体积迅速增
大,珠心组织分解加速,形成胚囊腔。再经有丝分裂
形成四核胚囊(图版Ⅱ-9)、并在盛花后 7～8d形成
八核胚囊(图版Ⅱ-11a、b,Ⅱ-12a～c)。图版Ⅱ-10a、b
为分裂中的四核胚囊,其中有3个核为分裂后期,另
一个核则未进行分裂;时间为盛花后5d。
研究中还发现发生无性胚囊原始细胞的持续时
间为10d左右,能在最先形成的无性胚囊发育的各
个阶段观察到新的原始细胞的发生,从而能够观察
到具有 2～3个发育时期相近或很大差别的胚囊并
存在一个胚珠中。这种胚囊复合的现象较普遍,并可
分为多个不同发育时期胚囊共存和多个边界不清胚
囊叠加(图版Ⅱ-13a～d)2种情况。
3 讨 论
3.1 关于有性胚囊的发生
早在1931年,Sax[1]就发现了湖北海棠具有兼性
无融合生殖习性。1936年Derman[4]通过胚胎学观察
发现湖北海棠存在着典型的大孢子母细胞,但在形
成功能性大孢子之前发生退化并由相邻的体细胞发
育成有功能的胚囊,之后由卵细胞直接发育成胚,并
产生90%以上的无融合生殖苗。以后又有许多研究
结果进一步验证了湖北海棠和平邑甜茶的高无融合
生殖率[5-9]。胡祖坤等[10]认为最终形成无助细胞的 6
核5细胞成熟胚囊是由大孢子母细胞未经减数分裂
直接形成的;而董文轩等[2]观察发现平邑甜茶具有
大孢子母细胞,甚至能进行减数分裂;张蕾[3]观察发
现平邑甜茶大孢子母细胞经减数分裂形成四分体,
并由靠近合点端细胞发育成有性胚囊。本研究进一
步证实了大孢子母细胞能进行减数分裂,并能进一
步发育成有性胚囊,还观察到有性八核胚囊(图版Ⅰ
-11a、b);但多数的四分体在盛花前全部败育(图版
Ⅰ-8)。
3期 331
果 树 学 报 23卷
江国良[11],廖飞雄[12],杨晓红[13]分别在三叶海棠、
3x变叶海棠、4x小金海棠中观察到减数分裂后形成
的三分体和四分体。本研究在平邑甜茶中只观察到
少数四分体保留有一个功能性大孢子继续发育,但
未观察到三分体现象(图版Ⅱ)。
3.2 关于无性胚囊的发生
董文轩等[2]报道了平邑甜茶雌配子体的发育、
竞争与败育,认为平邑甜茶减数分裂形成功能性大
孢子的同时,近合点端出现细胞质浓、液泡化明显的
一个或多个大细胞,大细胞不断生长发育,形成一个
或多个无性的单核胚囊。这一时期大约在盛花期前
6～8d。无性单核胚囊继续发育,至开花期时,形成无
性八核胚囊;花后约 3d,形成卵器、极核与反足细
胞。而张蕾[3]认为:大约盛花期前后出现无性胚囊的
原始细胞,之后原始细胞进一步发育为单核胚囊、二
核胚囊、四核胚囊,约在花后 1周左右,形成无性的
八核胚囊。本研究结果与张蕾的观察结果基本相同,
无性胚囊的发育初始时期大约在盛花期前后,而无
性八核胚囊约在盛花后1周形成。
杨晓红[13]认为专性无融合生殖的被子植物中,
孤雌生殖通常发生于开花前;兼性无融合生殖的被
子植物中孤雌生殖通常发生于开花后。这样专性无
融合生殖者可以避开传粉受精;而兼性无融合生殖
者,有机会进行有性生殖。平邑甜茶无性胚囊的发育
初始时期大约在盛花期前后,而此时的有性胚囊已
经发育成熟,以此可以判断有性胚囊与无性胚囊。
平邑甜茶无性胚囊的发生晚于有性胚囊,且无
性胚囊原始细胞发生的持续时间相当长,这与 Ross
等[14]报道的结果相同;另外它在时间上的持续性与
滞后性与廖飞雄[15]在变叶海棠和杨晓红[13]在小金海
棠上的研究相同。但与Hjelmqvist[16]和廖飞雄[15]观察
结果不同的是平邑甜茶无孢子胚囊的原始细胞只发
生在减数分裂后的大孢子周围,处于珠心中部;未发
现在珠心的其他部位和表皮细胞发生;不具有起源
空间多位性。
小金海棠和变叶海棠存在着发生频率很高、且
形式多种多样的复合胚囊。笔者观察到平邑甜茶的
复合胚囊频率高、形式多。复合胚囊中一般只有一个
胚囊发育完全,其余的胚囊在发育过程中退化解体。
由此推论:如果大孢子母细胞与体细胞无孢子胚囊
原始细胞同时发育、同时分裂,会出现2者都败育的
现象;而处在发育时期相近的多个无性胚囊,由于都
具有较强的生活能力,也会因空间和营养的不够而
全部败育。然而由复合结构中各分子间的竞争所造
成的发育细胞全部解体对平邑甜茶种胚形成数量和
质量的影响有待于进一步研究。
4 结 论
1)平邑甜茶的胚囊形成过程可分为2个阶段,
第1阶段为有性胚囊的发育与败育,第2阶段为无
性胚囊的发育。在盛花期前7d左右,有性胚囊开始
发育,孢原细胞在盛花前5d形成大孢子母细胞、单
核胚囊、二核胚囊,直至形成四核、八核胚囊。大约在
开花期,有性胚囊停止发育,走向败育。无性胚囊的
原始细胞大约在盛花期前后出现。无孢子生殖原始
细胞由珠心细胞产生并发育为单核胚囊,经有丝分
裂进一步形成二核胚囊、四核胚囊,约在盛花后5～7
d形成无性八核胚囊。
2)平邑甜茶无性胚囊的发生是在有性胚囊发生
之后;无性胚囊原始细胞的发生在时间上具有持续
性与滞后性。无性胚囊可以单个发育,也可以多个发
生而形成复合胚囊。
3)在平邑甜茶胚囊发育过程中核分裂不都是同
时进行的。
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332
3期 刘 阳等:平邑甜茶(Malushupehensis)胚囊种类与发生特性
图 版 说 明
1.胚珠原基出现(盛花期前15d,×600);2.胚珠生长(盛花期前10d,×600);3.孢原细胞(盛花期前7d,×1200);4.大孢子母细胞(盛花期前5
d,×600);5、6.四分体细胞(盛花期前3d,×600);7.珠孔端3个孢子退化,合点端孢子发育(盛花期前3d,×600);8.四分体全部败育(盛花期
前1d,×600);9.二核胚囊(盛花期,×1200);10.四核胚囊(盛花期,×1200);11.a～d连片,八核胚囊(盛花后期1d,×600)
注:所有照片珠孔端朝上;a,b,c,d表示同一胚囊的连续切片;2004年盛花期4月30日,2005年5月4日。图版Ⅱ相同。
Explanationofplates
1.Theappearanceofovuleanlage(15dBB,×600);2.Thegrowthofovule(10dBB,×600);3.Thearchesporialcel (7dBB,×1200);4.The
macrosporocyte(5dBB,×300);5,6.Thetetradcel(3dBB,×600);7.Theabortionofthreemegasporesnearmicropyleandonedevelopingmegaspore
nearchalazal(3dBB,×600);8.Theabortionofalthetetrad(1dBB,×600);9.Bi-nucleiembryosac(fulbloom,×1200);10.Tetra-nucleiembryosac
(fulbloom,×1200);11.a～dOcto-nucleiembryosac(1dAFB,×600)
Notes:Alfigureswerearangedthatthemicropylarendpointedtotheupside;a,b,c,dmeantthesectionsfolowingeachother;dBBmeantdays
beforefulbloom;dAFBmeantdaysafterfulbloom;thedateoffulbloomin2004wasApril30,in2005wasMay4.ThesameinplateⅡ.
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333
图版Ⅱ PlatesⅡ
图 版 说 明
1.多个活跃的珠心细胞(盛花期前1d×600);2～5单核胚囊(盛花期 ×600);6.单核胚囊分裂后期(盛花期 ×1200);7、8.二核胚囊(盛花期后
1d×1200);9.四核胚囊(盛花期后3d×1200);10.a、b连片,四核胚囊,其中3个核处于分裂后期(盛花期后5d×1200);11.a、b连片&12a～
c连片,八核胚囊(盛花期后7、8d×1200);13a～d连片,复合胚囊(盛花期后5d×1200)
Explanationofplates
1.Manylivelycelsinnucelus(1dBB,×600);2～5.Themono-nucleusembryosac(fulbloom,×600);6.Divisionofthemono-nucleusembryosac
(fulbloom,×1200);7,8.Bi-nucleiembryosac(1dAFB,×1200);9.Tetra-nucleiembryosac(3dAFB,×1200);10.a,bThreenucleidivisionin
tetra-nucleiembryosac(5dAFB,×1200);11.a,b&12.a～cOcto-nucleiembryosac(7dAFB&8dAFB,×1200);13.a～dComplexembryosacsin
oneovule(5dAFB,×1200)

果 树 学 报 23卷334