全 文 ：风铃草大孢子母细胞减数分裂进程及其即时判别
苏小玲1, 2, 3 ,张金凤1, 2, 3＊ ,马海渊 1, 2, 3 ,肖宁1, 2, 3 ,杨蔚然1, 2, 3　(1.北京林业大学林木育种国家工程实验室 ,北京 100083;2.
北京林业大学林木、花卉遗传育种教育部重点开放实验室,北京 100083;3.国家林业局树木花卉育种与生物工程重点开放实验室 ,北京 100083)
摘要　[目的 ]研究风铃草大孢子母细胞减数分裂进程及其即时判别。 [方法 ]以阔叶风铃草为材料 ,采用常规石蜡切片技术对其大、小
孢子母细胞减数分裂进程及其相互关系进行研究。 [结果]风铃草的大、小孢子母细胞减数分裂进程与花芽外部形态存在一定的相关
性 ,可从花芽长度变化估计大 、小孢子母细胞减数分裂进程;风铃草大 、小孢子母细胞减数分裂进程亦存在一定的时序相关性 ,当风铃草
花芽发育到 5mm时 ,小孢子多数已发育至四分体和单核早期 ,大孢子母细胞减数分裂才进入粗线期。风铃草花芽解剖表明花药和子房
是上、下结构的位置关系。 [结论 ]根据雌、雄配子发生、发育的时序性对应关系 ,通过对同一花芽的小孢子发育进程的观察 ,可以对风铃
草大孢子母细胞减数分裂进程进行即时判别。
关键词　阔叶风铃草;大孢子母细胞;减数分裂进程;即时判别
中图分类号　S567.23+9　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)15-07853-02
CampanulaMegasporeMotherCelMeiosisProcessandItsReal-timeDiscrimination
SUXiao-lingetal　(BeijingForestryUniversity, NationalEngineeringLaboratoryofTreeBreeding, Beijing100083)
Abstract　[ Objective] TheaimwastoresearchCampanulamegasporemothercelmeiosisprocessanditsreal-timediscrimination.[ Method]
Withbroad-leavedCampanulaasthematerial, conventionalparaffintechniquewasusedtostudyitsmegasporemothercel(PMC)andmicro-
sporemothercel(MMC)meiosisprocessandtheirmutualrelations.[ Result] TherewasacertaincorrelationbetweenPMCandMMCmeiosis
processofCampanulaandtheflowerbudmorphology, PMCandMMCmeiosisprocesscouldbeestimatedfromthechangeofflowerbud
length;therealsowasacertaindegreeoftimingcorrelationbetweenPMCandMMCmeiosisprocess, whentheCampanulaflowerbuddevel-
opedto5mm, mostofMMChaddevelopedtothetetradandsingle-coreearlymegasporemothercelmeiosis, whilePMCjusthadenteredthe
pachytene.TherelationshipbetweenCampanulaflowerbudantherandovaryanatomywastheupperandlowerlocationofthestructureofthe
relationship.[ Conclusion] Accordingtosequentialcorrespondenceofgametogenesisanddevelopmentbetweenmaleandfemale, Campanula
PMCmeiosisprocesscouldbereal-timejudgedbyobservingthesameprocessofflowerbuddevelopmentofthemicrosporemothercel.
Keywords　 Campanulaatifolia;Megasporemothercel;Meiosisprocess;Real-timediscrimination
基金项目　北京市园林绿化局花卉产业处 “草花品种的多倍体培育技
术研究 ”课题的部分内容。
作者简介　苏小玲(1983-),女 ,湖北荆州人 ,硕士研究生 , 研究方向:
林木遗传育种。 E-mail:qier456789@ 163.com。 ＊通迅作
者:张金凤 ,博士 ,教授 , 博士生导师 , 从事林木倍性育种研
究。 E-mail:zjf@bjfu.edu.cn。
收稿日期　 2010-03-08
　　阔叶风铃草(Campanulaatifolia),又名风铃草 ,桔梗科风
铃草属二年生草本植物 [ 1] 。原产于欧亚两洲 ,株形粗壮 ,花
色素雅 ,花形酷似风铃 ,是布置花坛 、花境或点缀草坪 、道路
及作为盆花的良好材料 [ 2] 。阔叶风铃草在欧洲十分盛行 ,在
我国却一直处于野生状态 ,沦为荒野路边的杂草 。另外据
《全国中草药汇编 》(1996)第二版记载 ,风铃草全草入药 ,具
有清热解毒 、止痛的功能 ,对咽喉炎 、头痛具有良好的功
效 [ 3] ,因此阔叶风铃草的开发利用具有非常重要的意义。
目前 ,国内外对风铃草的生物学方面的研究资料较少 ,
其中关于其多倍体育种的研究尚未见报道 。康向阳等 [ 4]利
用诱导花粉染色体加倍选育白杨三倍体的研究表明 ,在白杨
花粉染色体加倍的有效处理时期 ,由于诱导花粉染色体存在
2n花粉参与受精竞争能力差的问题 ,为了提高三倍体得率 ,
考虑到诱导雌配子不存在单倍性配子的竞争 ,受精后可以
100%形成三倍体 ,因此采用诱导 2n雌配子的多倍体育种途
径更加有效 [ 5] 。然而 ,由于大孢子母细胞减数分裂进程不能
通过压片即时观察 ,难以在加倍处理雌配子前准确判断大孢
子减数分裂时期 ,因此限制了 2n雌配子诱导及其育种途径
的应用。为了解决雌配子染色体加倍适时处理问题 ,笔者利
用常规石蜡切片技术对阔叶风铃草大 、小孢子母细胞减数分
裂进程及其相互关系进行详细的观察分析 ,旨在为风铃草多
倍体育种的深入研究提供细胞遗传学信息。
1　材料与方法
1.1　材料　风铃草品种为阔叶风铃 ,由北京东升种业有限
公司提供材料 ,于 2007年 5月底运回北京林业大学 ,于温室
进行养护 、种植。
1.2　方法　对阔叶风铃的花芽进行解剖观察 ,确定花芽结
构;取花芽饱满的阔叶风铃的花芽进行观察 ,记录不同长度
花芽的形态 ,将不同花芽取下移入标记好装有 FAA固定液
的小瓶中固定 24h后 ,于 4℃保存 。小孢子母细胞减数分裂
及雄配子发育采用醋酸洋红压片观察 ,并以多数分裂相作为
该发育阶段的代表时期;大孢子母细胞减数分裂采用常规石
蜡切片制片 ,切成 6 ～ 10 μm厚的薄片 ,采用苏木精 、曙红染
色法(简称 H.E染色法)和苦味酸染色 2种方法进行染色 ,
Olympus显微镜观察并照相 。
2　结果与分析
2.1　花芽的解剖　阔叶风铃草是两性花 ,花芽的解剖结果
表明 ,风铃草是上下结构 ,即花药和子房着生在同一平面上 ,
切片观察也证明能同时看见花粉腔和子房腔。
2.2　大 、小孢子母细胞减数分裂进程对应关系　有关研究
表明 ,植物大 、小孢子母细胞减数分裂进程存在一定的相关
性 [ 5-8] 。而该研究的结果表明 ,风铃草大 、小孢子母细胞减
数分裂过程并不同步 ,但同样存在一定的时序性相关。由表
1可知 ,风铃草花芽发育到 0.2 cm时 ,花序未露出 ,小孢子发
育到中期Ⅰ,未发现大孢子母细胞。当花芽发育到 0.3cm时 ,
花序微露 ,小孢子发育到后期Ⅰ、末期Ⅰ,发现大孢子母细胞刚
进入减数分裂细线期 ,细胞核仁极为明显 ,染色体呈丝状 ,排
列杂乱无序(图 1-1)。当花芽发育到 0.4 cm时 ,约 1/4花
序伸出鳞片 ,小孢子进入前期Ⅱ、中期Ⅱ,部分大孢子母细胞开
始进入细线末期 ,此时染色体于细胞核内发生极化 ,呈花束
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(15):7853-7854, 7871 责任编辑　马树梅　责任校对　卢瑶
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2010.15.132
状集中于核仁一侧(图 1-2)。当花芽发育到 0.5cm时 , 1/3
花序伸出鳞片 ,小孢子发育到四分体和单核早期 ,大孢子母
细胞减数分裂发育至粗线期 ,联会的同源染色体进一步缩短
加粗 ,形态明显 ,且可以看到不同花芽或同一花芽不同小花
的减数分裂具有不同步现象(图 1-3, 1-4)。当花芽发育
到 0.6cm时 ,大于 1/3花序伸出鳞片 ,小孢子进入单核靠边
期 ,雄配子出现大液泡 ,细胞核靠近细胞边缘;此时大孢子母
细胞减数分裂出现双线期 、粗线期等分裂相 ,双线期染色体
明显缩短 ,有交叉现象发生(图 1-5);当花芽发育到 0.7 cm
时 , 1/2花序伸出鳞片 ,可观察到雄配子发育到花粉双核期 ,
而大孢子母细胞减数分裂出现终变期 、中期Ⅰ、后期Ⅰ等分裂
相。终变期核仁逐渐变小乃至消失 ,中期Ⅰ核膜消失 ,纺锤体
形成 ,配对的同源染色体均排列在赤道板上。进入后期Ⅰ的
大孢子母细胞同源染色体已从着丝点分开 ,成为 2组 ,并开
始分别向其 2极移动(图 1-6)。当花芽发育到 0.8 cm时 ,
1/2以上花序伸出鳞片 ,大孢子母细胞减数分裂发育到末期
Ⅰ,分向 2极染色体聚集起来 ,染色体有一定程度的解螺旋 ,染
色体端部呈线状 ,缠绕在一起呈团状达到二分体状态(图 1
-7)。当大孢子母细胞发育到四分体时期时 ,已完成减数分
裂的第二次分裂 ,形成 4个同样大小的单倍体子核(n), 呈
直列式 ,排成一串(图 1-8)。
注:1.细线期;2.细线末期;3～ 4.粗线期;5.双线期;6.后期Ⅰ;7.末期Ⅰ;8.四分体时期。
Note:1.Leptotene;2.Bouquetstage;3-4.Pochytene;5.Doplotene;6.MetaphaseⅠ;7.TelophaseⅠ;8.Tetrads.
图 1　风铃草大孢子母细胞减数分裂进程
Fig.1　ThemeiosisstagesofmegasporesofCampanulalatifolia
表 1　风铃草大、小胞子母细胞减数分裂进程对应关系
Table1　CorrespondingrelationshipofthemeiosisofMMCandPMC
ofbelflower
编号No.
花芽长度Flowerbudlength
花序特征Inflores-cencecharact-eristics
小孢子母细胞减数分裂时期MeiosisstagesofMMC
大孢子母细胞减数分裂时期MeiosisstagesofPMC
F-1 0.2cm 无花序露出 中期Ⅰ
F-2 0.3cm 花序微露 后期Ⅰ、末期Ⅰ 细线期
F-3 0.4cm 1/4伸出鳞片 前期Ⅱ、中期Ⅱ 细线期、细线末期
F-4 0.5cm 1/3伸出鳞片 四分体、单核早期 粗线期
F-5 0.6cm 1/3以上伸出鳞片 花粉单核靠边期 双线期、粗线期
F-6 0.7cm 1/2伸出鳞片 花粉双核期 终变期、中期Ⅰ、后期Ⅰ
F-7 0.8cm 1/2以上伸出鳞片 花粉双核期 末期Ⅰ
3　讨论与结论
(1)在制作石蜡切片的过程中选用了 2种染色方法 ,分
别是 H.E.染色法和苦味酸染色法 。发现 2种染色方法染色
效果存在差异:H.E.染色较深 ,染色过程中的分色和蓝化影
响最后的染色效果;铁钒苦味酸染色颜色较浅 ,苦味酸作用
时间影响细胞核的分色效果。
(2)参考文献中的研究对象如杨树等都是单性花 ,其大 、
小孢子母细胞减数分裂的进程存在时序相关性 ,但是大孢子
的发育是紧跟小孢子的发育而进行的 [ 9-11] 。阔叶风铃草是
两性花 ,从大 、小孢子母细胞减数分裂进程时序相关性可以
看出 ,大孢子母细胞发育的很晚 ,当小孢子减数分裂快成熟
时 ,大孢子母细胞才开始减数分裂 ,这种情况可能是两性花
的一种机制 ,目的是为了避免自交而使大孢子母细胞发育较
晚。自交会对本种花带来种种不利的影响 ,杂交会使本种花
更容易存活。这样同花的大孢子母细胞就不会和同花的花
粉完成受精 ,对本种花能更好的繁衍有重要意义。以后可对
两性花大 、小孢子母细胞减数分裂对应关系进行更深入的研
究 ,找出其是否存在这种机制。
(3)在对阔叶风铃草大孢子母细胞减数分裂进程进行研
究的同时 ,文章还对风铃草同一科的草花桔梗 [ 12]的大孢子
母细胞减数分裂进程进行了相同的研究 ,结果发现这 2种草
花的大 、小孢子母细胞减数分裂进程的差异不大。其中阔叶
风铃草和桔梗的大孢子母细胞均是在花芽长度 5 ～ 6 mm时
进入粗线期 ,此时小孢子多数已发育至单核期 。因此 ,可以
根据同一花芽的小孢子发育进程的观察 ,对阔叶风铃草大孢
子母细胞减数分裂进程进行即时判别。
(4)因诱导 2n雌配子不存在如 2n花粉参与受精竞争能
力差的问题 [ 5] ,受精后可 100%形成三倍体 ,因此采用 2n雌
配子诱导三倍体的育种途径更有诱惑力 [ 10] 。由于大孢子母
细胞减数分裂进程不能通过压片即时观察 ,往往依赖于对大
量材料的处理和筛选 ,工作量大 ,三倍体得率很低 ,且可重复
性差 ,从而限制了 2n雌配子诱导及其育种应用 [ 9] 。而阔叶
风铃草大 、小孢子母细胞减数分裂进程对应关系的研究为确
(下转第 7871页)
7854 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年
4.925单位国家公顷土地的生产能力 ,是草地的 102倍 ,林地
的 15倍 ,水域的 11倍。中国的林地的生物生产力相对最
低 ,这与中国林业发展的具体情况紧密相关 。中国的林地资
源少 ,仅占全部土地面积的 3.431%,分散度大 ,生产条件低
下 ,多是粗放性经营 ,开发利用单一。另外 ,该研究中林地的
生物生产能力 ,主要是通过采取木材和经济产品的统计数
据 ,统计结果偏低 ,计算结果偏小。水域生产力以淡水产品
代替整个渔业水域 ,没有包括海洋渔业 ,计算结果存在一定
的误差。
表 6　均衡因子估算值对比
Table6　Estimatescomparisonofequivalencefactors
土地类型
Landtype
WWF2006①
ghm2 /hm2
该文② ∥nhm2 /hm2
Thisarticle② (nhm2 /hm2)
耕地 Arableland 2.21 4.925
林地 Woodland 1.34 0.048
牧草地 Grassland 0.49 0.314
水域 Waterarea 0.36 0.447
建筑用地Buildingland 2.21 4.925
化石能源地 Fossilenergyland 1.34 0.048
　注:①WorldWideFundforNature(2006)LivingPlanetReport2006,源
自 2003年统计值;②数据源自 2008年统计值。
　Note:①WorldWideFundforNature(2006)LivingPlanetReport2006,
whichisfromstatisticsof2003;②Dataarefromstatisticsof2008.
2.6　重庆生态足迹分析　由表 4、5可知 ,重庆市生态足迹
和生态承载力之间存在很大的差距 ,人均生态足迹为 2.258
hm2 ,而人均生态承载力只有 0.364 hm2 ,人均生态赤字达
1.894hm2。人民对生态的需求大大超出了现阶段生产水平
下区域生态系统的承载力 ,存在较大的生态赤字 ,生态系统
处于相对不可持续发展状态 ,这也与国内其他研究相
一致 [ 9] 。
其中 ,耕地需求赤字最大 ,达到了 0.926 hm2 ,占总赤字
的 48.89%,其次是林地 ,赤字为 0.648 hm2 ,占总赤字的
34.19%。这是因为重庆境内多为山地 ,土地资源相对匮乏 ,
生产力不高 ,导致耕地赤字大;加之近来重庆实施森林工程 ,
减少林木砍伐量 ,也导致林地赤字明显。
3　结论与讨论
(1)以国家公顷为标准面积的国家均衡因子与全球公顷
的均衡因子差异显著 ,说明我国的生物生产能力和全球有一
定的差异 ,出现差异是合理的。
(2)均衡因子和产量因子的计算方法简单可行 ,结果符
合实际 ,具有较好的可比性。计算以生物生产量为依据 ,非
常容易理解。在生物生产力的估算方法上 ,将生物量转化成
性质相同的热量值 ,使各类生物产品可以直接加总和相互比
较 ,具有科学合理性 ,克服了生物量直接相加出现没有科学
合理性的难题。
(3)根据 “国家公顷 ”模型计算了重庆市 2007年的生态
足迹 ,得出符合实际的结论 ,此方法简便易行 ,可以应用于国
内省市间进行计算比较分析 。
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(上接第 7854页)
定雌配子染色体加倍有效处理时期提供了依据 ,利用这种对
应关系 ,通过选择长度为 5 mm左右的花芽 ,跟踪雄配子四分
体和单核早期即时判别大孢子母细胞减数分裂粗线期 ,从而
指导阔叶风铃草雌配子染色体加倍 ,提高阔叶风铃草雌配子
染色体加倍诱导三倍体的效果。
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