全 文 ：1999 年 12 月
第 36 卷第 6 期
四川大学学报(自然科学版)
Journal of Sichuan University(Natural Science Edition)
Dec.1999
Vol.36　No.6
文章编号:0490-6756(1999)06-1130-08
攀枝花苏铁(Cycas Panzhihuaensis L .Zhou et
S .Y.Yang)受精作用及胚胎发生的研究
吴先军1 ,李　平2 ,黄　荣3
(1.四川农业大学水稻研究所 ,温江 611100;2.四川大学生物系 , 成都 610064;3.攀枝花市园林处 , 攀枝花市
617000)
摘要:报道了 C.panz hihuaensis的受精作用 , 胚胎发生和分化.人工授粉 15d 后 , 颈卵器开
始发育 , 7 月底到 8 月中旬受精作用发生 , 受精过程有三种情况:即球形精细胞或蠕虫状精子从
卵顶部进入卵细胞内 ,纤毛带遗弃在颈卵器室中 ,或具纤毛带的精细胞进入卵中 ,纤毛带遗弃在
卵细胞质内 ,精卵核融合.胚胎发生经历较长的游离核原胚阶段 , 游离核原胚形成细胞后 , 幼胚
开始分化.受精后的雌配子体发育成胚乳.成熟的胚由子叶(二片)、胚芽 、胚根 、胚根鞘及螺旋折
叠的胚柄组成.
关键词:攀枝花苏铁;受精作用;胚胎发生
中图分类号:Q944 文献标识码:A
攀枝花苏铁是世界上现存苏铁属植物自然分布最北界的野生种 ,集中分布在四川省攀西
地区至云南省交界处 ,属我国特有的珍稀植物.为了有效的保护这一珍稀物种 ,我们在攀枝花
苏铁生殖生物学特性系列研究的基础上[ 1 ～ 3] ,深入受精作用 ,胚胎发生和分化的研究 ,拟为进
一步制定其保护对策 ,提供科学依据.
1　材料与方法
1.1　材料　
攀枝花苏铁采自四川省攀枝花市苏铁迁地保护中心.
1.2　方法
人工授粉后 ,间隔一定时间 ,切取胚珠 ,FPA固定 ,苯胺蕃红水溶液整体染色 ,系列叔丁醇
脱水 ,常规石腊切片程序包埋 ,切片厚 10μm ,PAS+爱氏苏木精稀释液染色 ,固绿复染 ,脱水到
透明 ,封片 ,观察摄影[ 4] .
2　观察结果
2.1　传粉与传粉的适应
2.1.1　传粉　花粉粒成熟后 ,小孢子囊顶部的环带纵裂 ,花粉散出.释放出的花粉借助何种媒介
传到雌株的大孢子叶球胚珠上? C.J.Chamber lain曾认为是风媒传粉[ 5] ,但早期也有报道 En-
cephalartos ,Macrozamia等属虫媒传粉[ 6] .近十年来 Oberprieler记载了分属于 12属 63种象鼻虫
的生活史与苏铁植物有联系 ,甚至蚂蚁也能为苏铁传粉[ 7] ,Niklas和Norstog(1984)对Dioon ,
收稿日期:1999-08-27
基金项目:国家自然科学基金重大研究项目(3939150),四川省科委资助重点项目
Zamia 和CYcas等属的风媒传粉动力进行了模拟实验后 ,认为昆虫可能参与 Dioon ,Zam ia等
属的传粉 ,而 Cycas属则可能由水将花粉带至大孢子叶的胚珠上[ 8] .关于 C.panzhihuaensis
的传粉媒介 ,王乾等[ 9]作过较祥细观察 ,并认为风是主要的传粉媒介 ,风作为一级传粉媒介将
花粉带至大孢子叶球 ,在大孢子叶羽状裂片的尖端发现“水样滴液” ,在胚珠上也有似传粉滴的
粘液 ,大孢子叶球内发现蚂蚁和蜚蠊及虫若虫等昆虫活动 ,可能水与昆虫是二级传粉媒介.C.
panzhihuaensis的真正传粉媒介有待深入研究.
2.1.2　传粉前后小孢子叶球的形态变化　C.panzhihuaeusis的传粉一般在 5月上旬 ,传粉
时 ,小孢子叶球呈纺锤状圆柱形 ,高约 45 ～ 50cm ,宽约 12 ～ 15cm ,由 800 ～ 1000片小孢子叶螺
旋状排列在叶球轴上.在传粉期间 ,小孢子叶球色泽发生一系列变化;散粉前 ,小孢子叶球呈黄
白色 ,微带绿色;散粉期间为亮黄色;散粉后为黄褐色至棕色而枯萎.在形态上 ,也有一系列的
适应传粉的性状变化;白天 ,小孢子叶球上的小孢子叶呈松散状排列 ,以利传粉;夜间 ,小孢子
叶紧闭 ,限制散粉.
2.1.3　受精前后大孢子叶球的形态变化:授粉前 ,大孢子叶球已达到正常大小 ,高约 20 ～
25cm ,宽约 17 ～ 20cm ,由 70 ～ 100片大孢子叶层层包叠呈半球形.授粉前 ,大孢子叶呈淡黄
色 ,临近授粉时 ,紧包的大孢子叶呈深黄色 ,且自然外翻平展 ,使大孢子叶球呈松散的短柱状.
人工授粉后 ,外翻平展的大孢子叶逐渐向内弯并又层层包叠 ,恢复到授粉前的外部形态.且大
孢子叶背面由深黄色至微带绿色 ,直至种子成熟 ,大孢子叶又逐渐松开.但授粉不成功的大孢
子叶不再卷曲包叠 ,而呈散乱状 ,平摊于茎顶.
在自然环境中生长的雌 ,雄株 ,其大 、小子叶球 ,受精前后 ,有类同的形态变化.
2.2　受精前的雄配子体
花粉室在传粉前已形成 ,它是由珠孔端的珠心细胞解体而成 ,纵切面观侧长锥形;,前端与
珠心相接形成长形的珠孔道 ,周围的细胞排列整齐 ,紧密;底部略宽 ,周围的珠心细胞排列稀
疏 ,且高度液泡化(图 1),花粉粒在此“储存”并萌发.在 Cycas属中 ,从花粉管萌发到受精作
用 ,花粉管的生长和雌配子体继续发育是缓慢的 ,但因不同种所经历的时间也有差异[ 6] ,在
C.revoluta大约经历 4 个月 , zamia f lorridana5 个月 , Dioon edule6 个月等.而 C.panzhi-
huaensis在人工授粉 15min的胚珠切片的花粉室中 ,已见较多的花粉粒 , 3d后 ,花粉管开始萌
发(图 2),16d后 ,可见花粉管伸长 ,花粉管长达 20μm ,并进入珠心组织 ,花粉管的基部膨大是
生殖细胞和原叶细胞 ,并推向颈卵器室.在颈卵器室中 ,颈卵器的附近 ,可见到被刚毛状的纤毛
带包围着的 ,圆球形的 ,细胞质均匀的 ,核大的精原细胞(图 3),临近受精前 ,精原细胞纵向分
裂 ,形成二个核 ,每个核外围绕着各自的细胞质 ,纤毛带 ,细胞壁 ,最后形成一对半球形的精子
包围在共同的细胞壁中(图 4).
2.3　受精作用 ,胚胎发生 、发育
2.3.1　受精作用　C.panzhihuaensis的受精作用与 C , J.Chamberlain对 Dioon eolule[ 5]描述
的类同 ,中央细胞通过周围的套层从胚乳中吸收营养物质 ,体积迅速膨大 ,颈细胞也膨大并突
出于颈卵器室中 ,在人工授粉 100 ～ 120d后 ,可见中央母细胞分裂 ,形成一个小的腹沟细胞核
和一个大的卵细胞核(图 5).腹沟细胞核呈圆球形 ,核大 ,位于中央细胞顶部 ,卵细胞核移至中
央细胞中部且变得很大 ,呈长卵圆形 ,卵细胞核周围的细胞质中充满许多小液泡并不断扩大 ,
二核之间无壁形成(图 5),此时 ,具纤毛带的精细胞已被释放出来 ,并接近中央细胞顶部 ,可能
由于细胞内的内压力增大 ,使中央细胞顶部向外突出并将颈细胞推开(图 6 ～ 8),使其顶部突
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出于颈卵器室中.受精过程有三种情况:A ,圆球形的精细胞紧贴在卵细胞的顶部 ,精细胞从纤
毛带中逸出 ,并从卵细胞开口处进入 ,纤毛带遗弃在颈卵器室中 ,同时卵细胞顶部的大孢子膜
封闭(图 7 ～ 9),精细胞在卵细胞中如何分裂成精子的过程尚未观察到.B ,与 Sw amy[ 10]描术的
C.circinal is 受精过程类同 ,精细胞从纤毛带中逸出是在卵细胞中进行的 ,纤毛带被遗弃在细
胞质中 ,螺旋状的精子已释放(图 12),但精细胞在卵中如何形成精子及纤毛带消失的过程有
待研究.C ,精细胞在颈卵器室中已分裂成精子 ,一对半球形精子被纤毛带包围着(图 4 , 11)从
纤毛带中释放出的精子呈蠕虫状 ,并从卵细胞顶部进入 ,其过程与 A 相似.精子进入卵细胞
后 ,精核立即从细胞质鞘中逸出 ,并移向卵核 ,卵核呈长卵圆形 ,核物质着色较浅 ,核膜着色较
深.精核呈豆状 ,比卵核小得多 ,核物质着色较深 ,二者接触在一起 ,保持各自的形态(图 13),
逐渐地精核紧贴在卵核上(图 14),随着卵核核膜的破裂而钻入卵核中(图 15),然后核物质融
合 、实现了精 、卵核的融合.有关受精作用时的染色体行为尚待研究.
C.panzhihuaensis具有二个颈卵器 ,且同步发育达到成熟 ,在受精过程中 ,可见二个精细
胞或精子同时与二个卵细胞接触(图 3),或二个精子与一个卵细胞接触(图 6)等现象.
2.3.2胚胎发生与分化　C.panzhihuaensis 的胚胎发生与裸子植物相似 ,经历了一个游离核
时期.
合子长椭圆形 ,位于卵细胞中部(图 16),合子分裂是原胚发育的开始 ,第一次分裂发生在
合子中部偏低的位置 ,形成二个大小不等的游离核 ,核进行了多次连续的有丝分裂 ,均不伴随
壁的形成 ,每个游离核外有一环状的纤维状结构包围 ,且这些结构愈来愈明显 ,直到核进行分
裂前消失.
据报道[ 6] ,游离核的分裂在开始一段时期是同步的 ,但后来则不规则 ,如 Dioon edule 合子
经 8次分裂 ,形成 256个游离核后 ,其中有些核不再分裂或分裂的速度不能保持一致 ,当原胚
形成细胞壁时 ,已有 1000 余个游离核在 Bowenia 只有 64个游离核 ,便开始形成细胞壁 C.
panzhihuaensis游离核分裂缺乏明显的规律性 ,合子经 2次 ,4 次 , 10 次甚至 16次分裂 ,形成
不同数量 ,大小不等的游离核 ,其中一些核不再分裂 ,或不同步分裂.
大多数苏铁类植物原胚游离核分裂 10次左右就结束 ,并进入细胞形成[ 6] , C.panzhi-
huaensis游离核原胚进入细胞的原胚无明显的规律性 ,但游离核原胚的细胞质是均匀的 ,富含
淀粉粒 ,PAS反应呈强阳性 ,并有细小的液泡(图 17),随着游离核分裂数目增多 ,大量游离核
移至原胚的下端 ,从基部开始形成细胞壁 ,而上部仍保持着游离核状态(图 18).此时 ,原胚含
有两个明显的区域 ,即下面是细胞组成的 ,上面是为细胞区提供营养的游离核区.细胞区的细
胞小 ,排列紧密 ,且进行活跃的细胞分裂 ,结果形成一个头状的分生组织区 ,由此分化出胚的主
要器官和一个由纵向伸长的细胞组成的纵列的后部 ,即胚柄起源区(图 19),在胚柄上面与游
离核区紧相接的细胞较小 ,组成缓冲区 ,有引导胚柄向下生长的作用 ,与 Bryan[ 11]描述的 Za-
mia umbrosa 早期胚胎发生类同.幼胚下端有一层细胞外壁较厚的帽状细胞 ,复盖于分生组织
之上 ,似有保护作用 ,随着胚体分化发育 ,该层细胞破毁 ,由分生组织产生的表皮取代 ,随着细
胞分裂 ,胚体细胞不断增多 ,但细胞小 ,且排裂紧密 ,逐渐胚体上部的细胞分化出胚柄区域 ,其
细胞迅速分裂 ,并沿胚轴向伸长 ,形成庞大的胚柄 ,胚柄基部细胞大 ,排列稀疏 ,具胞间隙和粘
液泡 ,随着胚的发育 ,粘液泡逐渐扩大 、合并 、形成大的空腔 ,胚柄上部细胞呈纵向伸长 ,排列紧
密 ,几乎无胞间隙及粘液泡 ,在胚柄细胞分裂生长的同时 ,胚体细胞区缓慢进行分化 ,首先出现
子叶原基 ,
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图版说明(一)
图 1.幼小胚珠纵切 ,示珠孔(↗示), 花粉室(↖示),花粉粒( 示)　60×;图 2.人工授粉 3d后的胚珠纵切 , 示
花粉粒已萌发( 示)伸向珠心细胞　150×;图 3.示雌配子体中的二个颈卵器同步发育 , 并达到成熟 ,二个被
纤毛带包围着的精细胞(←示)在颈卵器顶部　60×;图 4.示一对半球形的精子包围在共同的细胞壁中 , 二个
精子之间有壁　300×;图 5.人工授粉 100d 后的胚珠纵切 , 示中央细胞核分裂后形成一个腹沟细胞核(↗
示), -个较大的卵核( 示),二核在共同的细胞质中 ,二核之间无壁形成 ,一个精子( 示)在颈卵器顶部　
150×;图 6～ 16.示受精过程.其中:图 6.中央细胞顶部向外突出 , 将颈细胞推开 ,一对圆球形的精细胞(←示)
紧贴在其顶部　150×.
1133第 6期　吴先军等:攀枝花苏铁(Cycas Panzhihuaennsis L.Zhou et S.Y.Yang)受精作用及胚胎发生的研究
图版说明(二)
图 7～ 8.卵膜破裂 , 精细胞从纤毛带逸出 ,并通过卵膜开口处进入卵细胞中　150×;图 9.精细胞进入卵细胞
后 ,卵膜封闭 , 纤毛带( 示)遗弃在颈卵器室中　150×;图 10.遗弃在颈卵器室中的纤毛带　150×;图 11.蠕
虫状的精子(←示)从卵细胞顶部进入 , 腹沟细胞核已退化 , 卵核(未切全 , 示)位于卵细胞中部　75×;图
12.精原细胞进颈卵器中 , 螺旋状的精子(←示)已释放出来 , 一个精子( 示)已进入卵细胞中 ,并接近长圆形
的卵核( 示)　125×;图 13.卵核长圆形 , 核物质着色较浅 ,被染色较深的核膜包围着 , 精核呈豆状( 示)核
物质着色较深　300×;图 14.精核紧贴在卵核上　300×;图 15.卵核膜破裂 , 精核( 示)钻入卵核中 ,实现精
卵融合　300×.
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图版说明(三)
图 16.合子长椭圆形 , 位于卵细胞中部　50×;图 17.一个雌配子体中 , 有二个颈卵器 , 发育早期是同步的 , 但
在游离核原胚时期发育不同步　50×;图 18.细胞的原胚形成(下面是细胞区 , 上面是游离核区)　50×;图
19.早期发育的胚胎 , 由头状胚体和胚柄组成　60×;图 20.成熟的胚 , 由子叶(2 片),茎端分在组织 , 胚根鞘 ,
胚根以相互绕缠的胚柄组成　60×;图 21.少数成熟的胚 , 子叶不等大　60×.
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并逐渐分化出根尖组织和茎端分生组织.
C.panzhihuaensis与其它苏铁类植物一样 ,具有长而发达的不分枝的胚柄 ,且只带有一个
成熟的胚 ,虽然一个雌配子体具有的二个颈卵器均可产生一个原胚 ,但在不同发育时间 ,一个
原胚退化 ,而其胚柄宿存 ,并与另一可育的原胚胚柄相互缠绕 ,成为一个高度卷曲的巨大胚柄 ,
此时 ,二个颈卵器区域间的雌配子体解体 ,胚柄将一个能育的原胚推入已进一步发育的 ,并充
满了营养物质的雌配子体 ,即胚乳中继续发育 ,分化(图 20).
随着发育 ,子叶 ,茎端分生组织 ,胚根鞘以及根尖相继分化出.
胚胎发生过程中 ,所需的营养物质由胚乳提供 ,或向顶的由胚柄途径而来.
子叶的数目和大小是有变化的 ,据报道[ 12 ～ 14] , Encephalartos具 3片子叶 , Cerotozamia 仅
一片子叶 ,而 C.panzhihuaensis的成熟胚通常具 2片等大的子叶 ,但也见二片子叶不等大 ,或
仅一片子叶发育的现象(图 21).
3　讨论
　　1.不论花粉粒是通过何种媒介到达雌株大孢子叶球的胚珠上的 ,但又如何进入珠孔? C.
J.Chamberlain[ 5]认为 ,花粉粒是由胚珠的珠孔端渗出的传粉滴(pollen drop)的“四宿”而带入
花粉室的.在 C.panzhihuaensis中尚未确切的观察到“传粉滴” ,但在大孢子叶的羽状裂片尖
端有“水样滴液” ,在珠孔端的长锥形的珠孔道中 ,有被汞-溴酚兰染成兰色和锡夫试剂染成红
色的粘液状分泌物 ,并包裹着花粉进入花粉室.“水样滴液” , “粘液状分泌物”的性质和作用有
待研究.
2.经我们多年的观察 , C.panzhihuaensis的大 、小孢子叶球在授粉前后 ,其形态表现出有
规律的变化 ,这对保证成功的人工授粉及研究受精过程提供了有重要意义的形态特征.
3.受精后的雌配子体进一步发育成为胚乳 ,是胚胎发育 、分化的主要营养物质.此时的材
料经固定后 ,其表面形成一层似胶状物质 ,使材料变得异常坚硬和难于脱水 、透明.我们采用
1%生理盐水浸泡后再固定 ,系列叔丁醇脱水 、透明 、获得较好的切片.
4.苏铁类植物在受精前一个很短的时期 ,中央细胞分裂 ,形成一个小的腹沟细胞核和一个
卵细胞核.腹沟细胞核留在颈卵器附近 ,不久即退化[ 6] .C.panzhihuaensis 的腹沟细胞核并不
像其它苏铁类植物立即消失 ,而是宿存 ,甚至到合子分裂时.腹沟细胞核宿存是属原始性状 ?
或是具有吸引精细胞进入卵细胞的作用 ?值得深入研究.
[ 参　考　文　献]
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STUDIESON THE FERTILIZATION ,EMBROGENESIS AND DIFFERENTIATION
OF CYCAS PANZHIHUAENSIS L.ZHOU ET S.Y.YAND
Wu Xian-jun1 , Li Ping2 , Huang Rong3
(1.Institute of Rice Research ,Sichuan Agriculture University ,Wenjing 611100;2.Dept.of Biolo-
gy ,Sichuan University ,Chengdu 610064;2.Garden Office of Panzhihua City ,Panzhihua 617000)
Abstract:This paper is fi rst repo rt of the fert ilization , embryogenesis and dif ferentiation of
C.panzhihuaensis.The archegonium begins development after 15 days of artificial pollinating and
the fertilization generates between the end-july and mid-august.The embryogeny goes through a
long time of the f ree nuclear proembryo.After the f ree nuclear proembryo formed the cell , the
young embryo diffenentiation begins.After fertilization , the female gametophy te develcped the en-
dosperm.The mature embryo is composed of the colyledon(2 lamellae),plumule , radicle , colerrhiza
and twisted plicate suspenso r.
Key words:cycas parzhihuaensis;fertilization;embryogenesis
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