全 文 ：第 28卷第 2期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vo.l 28, No. 2
2006年 4月 Acta Ag ricu lturae Unive rsitatis Jiangx iensis A pr. , 2006
文章编号:1000 - 2286(2006)02 - 0234 -05
石蒜小孢子发生与雄配子体形成
柳正葳 1 ,肖德兴 2 ,张 露 1 ,连芳青1 ,涂淑萍1
(1. 江西农业大学 园林与艺术学院 , 江西 南昌 330045;2.仲恺农业技术学院 生命科学学院 , 广东 广州 510225)
摘要:报道了石蒜(Lycoris radiata H erb. )小孢子和雄配子体的发生发育。花药由 4个花粉囊组成 , 花粉囊壁包
括表皮 、药室内壁 、中层与绒毡层。小孢子母细胞减数分裂后胞质分裂为连续型。小孢子母细胞减数分裂过程
存在滞后染色体 、染色体桥 、染色体片段和微核等现象。成熟花粉粒具有二核 、三核和营养细胞中存在二核等
异常现象。减数分裂异常和绒毡层细胞延迟退化是导致花粉败育的主要因素。
关键词:小孢子发生;雄配子体形成;败育;石蒜
中图分类号:Q944. 4　　文献标识码:A
M icrosporgenesis and Development ofMale
Gametophyte inLycoris radia ta Herb.
LIU Zheng -we i
1 , X IAO De - xing2 ,
ZHANG Lu
1 , LIAN fang - qing1 , TU shu - ping1
　　(Co llege o f Landscape A rchitec ture and A rt, JAU , N anchang 330045, China;2. Schoo l of L ife Sci-
ences, ZUAT , Guangzhou, 510225, China)
　　Abstrat:The genesis and deve lopment of the m icrospore, ma le gametophyte in Lycoris radiata Herb are
reported . The anther is constituted by four pollen sacs, the po llen sacw all inc ludes the epiderm is, endo theci-
um , m idd le layer and tapeturn. The cy tokinesis ofm icrospo rpcyte meio tic div ision is of successive type. There
are ch romosome bridge, laggard chromosomes, chromosome fragment, m icronuc le i and so on in the meiosis o f
m icrospo remo ther ce lls. A few excrescent phenomena o fma ture po llens w ith doub le nuclei, th ree nuclei and
tw o nucleuses in the vege tative ce llw ere observed. Abnorma lmeiosis of po llen mothe r cells and defe rred de-
generation of tape tum cells are the ch ief causes of abortive po llen.
K ey words:m icrospo rogenesis;developmen t o fma le game tophy te;abortiveness;Lycoris radiate Herb
石蒜(Lycoris radiata Herb. )为石蒜科石蒜属多年生鳞茎类草本植物。其花型优美多姿 ,花色艳丽
丰富 ,花葶粗壮坚实 ,是优良的园林花卉和切花资源 。特别的是其叶先于花长出 ,花自夏季叶子凋谢时
开放 ,因此又被称为 “叶落花挺”。另外 ,石蒜鳞茎中含有石蒜碱 、秋水仙碱 、加兰他敏 、力可拉敏等十几
种生物碱 ,是治疗小儿麻痹症的特效成分之一 ,具有很高的药用价值。
据统计石蒜属植物全世界约有 20余种 ,我国占 15种 [ 1] ,是石蒜资源的分布中心 ,为研究提供了最
为丰富的种质资源。目前 ,台湾已形成忽地笑 (L. aruea)产业化切花生产规模 ,荷兰 、日本及我国杭州 、
上海 、南京 、南昌等地相继开展了石蒜属植物的切花栽培与杂交育种工作[ 2 ～ 4] 。但石蒜有性杂交结实率
很低 ,大部分是花而不实 ,这除与品种特性 、气候环境有关外 ,更与其花粉粒败育或发育不良紧密相联。
收稿日期:2006 - 01 - 28
基金项目:国家科技部 863项目(2000AA241051)和江西省教育厅项目(赣教技字 [ 2006] 149号)资助
作者简介:柳正葳(1979 -), 女 ,在读硕士 , 主要从事植物解剖学研究。
DOI牶牨牥牣牨牫牳牫牰牤j牣j jau牣牪牥牥牰牥牭牨
第 2期 柳正葳等:石蒜小孢子发生与雄配子体形成
本试验拟在研究江西种质资源丰富的石蒜雄蕊的结构基础上 ,探讨石蒜小孢子形成与雄配子体的发育 ,
以期为进一步了解石蒜遗传育种背景及产业化生产提供理论依据 。
1　材料与方法
供试石蒜鳞茎采自江西农业大学园林与艺术学院花卉基地 ,采样日期在 2005年 4月下旬到 9月上
旬 ,隔 3 d采样 1次 ,统一上午采样。采样时每次取 3 ～ 5个鳞茎 ,剥去其鳞叶取出花芽或开放的花朵。
经 FAA固定液固定 48 h后 ,转入 70%乙醇中保存 ,用石蜡制片法制成永久切片 ,铁矾苏木精整体染色 ,
切片厚度 10 ～ 12 μm;小孢子和花粉粒的发生 、发育过程细胞学动态变化采用压片法制成临时制片。
N ikon生物显微镜观察和摄影。
2　观察结果
石蒜为伞形花序 ,每花序有花 4 ～ 8朵 。每花具花被片 6枚 ,花被片同形同色 ,分内外两轮呈间隔排
列;雄蕊 6枚 , 3长 3短排列成一轮 ,花丝长于花药 ,丁字型着药 ,花药具 4个花粉囊 [ 5] (图版 Ⅰ:1 , 2);花
朵开放时花被片 、雄蕊 、柱头和花柱都呈紫红色 。
2. 1　药壁组织和小孢子的形成与发育
4月下旬 5月初 ,石蒜的花药已处于周缘细胞和初生造孢细胞的形成发育时期 ,药隔组织也基本分
化形成 。此时组成花粉囊壁的纤维层 、中层和绒毡层还未完全形成 ,难以从形态上区分出各层;初生造
孢细胞处于有丝分裂产生次生造孢细胞过程(图版 Ⅰ:3)。随花药生长发育 ,花粉囊壁各层呈现出较明
显的差异:当造孢细胞由多边形转变成呈球状的小孢子母细胞时 ,花粉囊壁最外一层细胞为表皮层 ,该
层细胞通常呈扁平状 ,径向壁短于切向壁 ,细胞质少液泡大;紧靠表皮内部一层细胞为纤维层;中层由二
层细胞组成位于纤维层内侧;绒毡层位于花粉囊壁最内侧 ,由一层径向壁常长于切向壁的细胞构成 ,该
层细胞最初含一个细胞核 ,随后可产生多核现象(图版 Ⅰ:4, 5)。在小孢子母细胞发育和小孢子形成发
育过程中 ,中层和绒毡层细胞会逐渐完全解体 。小孢子母细胞进入减数分裂时 ,中层细胞开始解体 ,绒
毡层细胞径向伸长 ,体积明显增大 ,细胞质浓厚排列紧密 (图版Ⅰ :6)。发育至四分体时 ,中层细胞几乎
全部解体 ,只留有一些残痕 ,绒毡层脱离药壁 ,细胞解体退化(图版Ⅰ :7)。单核时期绒毡层细胞养分消
耗最快 ,到二核花粉粒形成时 ,绒毡层细胞已差不多耗尽 (图版Ⅰ :8, 9),纤维层细胞的细胞质和细胞核
也会逐渐解体消失 ,但其细胞壁不发生解体。至二细胞花粉后期花朵开放时其上下横壁 、径向壁和内切
向壁会产生条状增厚 。 9月花药成熟后 ,相邻两个小孢子囊之间裂开 ,花粉散出 ,花药壁仅留下表皮和
纤维层 (图版 Ⅰ:9)。
在花粉囊壁形成发育的同时 ,呈不规则多边形的造孢细胞逐渐转变成呈球形的小孢子母细胞。花
粉母细胞的体积和核明显大于花粉囊壁各层细胞的细胞核 ,细胞质比组成花粉囊壁的细胞更浓密时 ,表
明小孢子母细胞即将进入减数过程 (图版 Ⅰ:5)。其减数分裂过程核相的变化与其它大多数被植物一
样 ,必须经历减数分裂 Ⅰ和减数分裂 Ⅱ两个时期。减数分裂 Ⅰ前期包含细线期 、偶线期 、粗线期 、双线期
和终变期五个时期 ,在该期中核膜崩溃解体早于核仁 ,核仁通常在终变期才会发生解体消失 (图版 Ⅰ:
10 - 14)。减数分裂Ⅰ中期:二价染色体排列在小孢子母细胞中部的赤道板上 (图版 Ⅰ:15)。减数分裂
Ⅰ后期:两组二价染色体在纺缍丝的作用下 ,分别移向母细胞两极 (图版 Ⅰ:16)。减数分裂 Ⅰ末期:到
达极区的染色体进行解螺旋化形成两个子核 (图版 Ⅰ :17)。在减数分裂 Ⅰ中期可观察到明显的纺锤
体 ,减 Ⅰ末期组成纺锤体的微管主要向小孢子母细胞中部的赤道面处聚集形成赤道板 (图版 Ⅰ :16,
17)。随后小孢子母细胞进行胞质分裂 ,在母细胞中部形成细胞壁将两个子核分隔开产生二分体 (图版
Ⅱ:1)。二分体形成后 ,小孢子母细胞紧接着进入减 Ⅱ分裂前期 、中期 、后期和末期后形成四分体 (图版
Ⅱ:1 - 4)。同一花粉囊中可产生左右对称和四面体形二种类型的四分体 ,但左右对称四分体通常多于
四面体形(图版Ⅰ :7)。胼胝质壁的形成在后期 Ⅰ已开始 ,但在二分体 -四分体形成过程表现的非常明
显 。从红花石蒜的减数分裂过程看 ,其胞质分裂为连续型(图版Ⅱ:1 - 4)。
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图版Ⅰ 1.示花的组成;2. 示雄雌蕊;3. 花芽横切;4.花药横切;5 ～ 9. 花粉囊横切 , 示花粉处于不同发育期药壁组织的结
构;5. 小孢子母细胞时期;6.减数分裂时期;7. 四分体时期;8. 单核靠边期;9. 具营养细胞和生殖细胞花粉的花粉
囊;10 ～ 17. 小孢子母细胞的第一次减数分裂;10. 细线期;11. 偶线期;12.粗线期;13. 双线期;14. 终变期;15.中期
Ⅰ ;16. 后期Ⅰ ;17. 末期Ⅰ ;(图 3 ～ 9线段 =200 μm. 图 10 ～ 17线段 =50 μm. )
2. 2　雄配子体的形成与发育
石蒜小孢子母细胞四分体时期较短 ,随着四个子细胞之间胼胝质的溶解 ,小孢子彼此分开 ,释放到
花粉囊中。刚释放出的小孢子形态不规则 ,随后逐渐发育成侧面观呈椭圆形的形状 。小孢子发育过程
中 ,细胞核的形态结构和位置也要经过一系列的变化。刚形成的小孢子细胞壁薄 ,细胞质浓厚 ,细胞核
结构松散位于小孢子的中央(图版 Ⅱ:5)。随后小孢子体积不断增大 ,外壁呈现网状增厚 ,小液泡合并
成大液泡 ,细胞质成一薄层紧靠内壁 ,细胞核逐渐移向小孢子的一侧 (图版 Ⅱ:6)。当核移至靠近内壁
的位置时 ,小孢子经过一次有丝分裂形成两个子细胞。靠近花粉粒壁 、形态呈凸透镜状的为生殖细胞;
另一个为营养细胞。至此 ,小孢子发育形成了二细胞的花粉粒(图版Ⅱ:7 - 8)。
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第 2期 柳正葳等:石蒜小孢子发生与雄配子体形成
2. 3　小孢子发生与雄配子体形成过程中的异常现象
石蒜小孢子发生与雄配子体形成过程中 ,从减数分裂 Ⅰ中期 -Ⅱ未期具有落后染色体 、染色体片
段 、染色体桥以及微核出现 (图版Ⅱ:9 -14)。
减数分裂中期Ⅰ多数染色体能排列在赤道板上 ,有些染色体分散在赤道面两侧远离赤道面成为落
后染色体(图版Ⅱ:9);后期 Ⅰ在纺锤体的作用下 ,正常染色体分别移向各自的极区 ,少数染色体滞留在
细胞中部的赤道区(图版Ⅱ:10);后期 Ⅰ -末期 Ⅰ出现染色体桥和染色体片断或微核(图版 Ⅱ:11);后
期 Ⅱ -末期 Ⅱ具有染色体单桥 、多桥和微核产生(图版Ⅱ:12 - 14)。
图版Ⅱ 1 ～ 4. 小孢子母细胞的第二次减数分裂. 1. 前期Ⅱ;2.中期Ⅱ;3. 后期Ⅱ;4.末期Ⅱ;5. 幼期小孢子;6. 单核
靠边期花粉;7. 处于分裂中期的花粉;8.具生殖细胞和营养细胞的花粉;9 ～ 14. 小孢子母细胞减数分裂的异
常现象;9. 中期Ⅰ ,示单价染色体;10.后期Ⅰ , 示落后染色体;11.后期 -末期Ⅰ ,示染色体桥和染色体片段或
微核;12.后期Ⅱ , 示多染色体桥和染色体片段;13, 14. 末期Ⅱ , 示染色体桥和染色体片段或微核;15 ～ 18.异
常花粉;15.异常单核花粉;16. 异常二核花粉;17. 异常三核花粉;18.营养细胞中具有二核的异常花粉;19.示
图 20花粉囊中的空粒花粉;20. 示产生空粒花粉的花粉囊横切. (图 1 ～ 19线段 =50 μm. 图 20线段 =
200 μm. )
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　　小孢子发育过程中观察到以下几种异常现象:A.细胞质逐渐变淡并萎缩 ,细胞核呈现扩散解体现
象 (图版 Ⅱ:15);B.小孢子中产生二个同等大小的核 ,二核之间无细胞壁将其分隔 (图版 Ⅱ:16);C. 小
孢子中具有三个核 ,其中一个大核和二个小核 ,大核的大小约为二小核的总和 (图版 Ⅱ:17);D.小孢子
生长发育过程可产生生殖细胞和营养细胞 ,但营养细胞中具有二个小于正常营养细胞核的微核(图
版 Ⅱ:18);E.小孢子被释放后 ,细胞质始终呈现稀薄染色极淡核十分明显 ,随后细胞内形成一些颗粒状
物质 ,细胞核逐渐解体 ,最终形成无任何内含物的空粒花粉(图版 Ⅱ:19)。由发育至即将开放花朵的花
药石蜡切片可以看到 ,形成该种空粒花粉的花粉囊中 ,药壁结构较完整 ,绒毡层细胞无解体迹象 ,而药室
内的小孢子全部败育成无繁殖能力的空粒花粉 (图版Ⅱ:20)。
3　讨　论
石蒜具 4个小孢子囊 ,药壁结构从外到内依次为表皮 、药室内壁 、中层 (2层 )和绒毡层 。四分体的
排列方式为对称形 ,胞质分裂为连续型 ,这些特征与百合科植物相似。
石蒜存在二种方式使其花粉不育 , 小孢子母细胞不正常的减数分裂过程是导致其花粉不育的主要
因素之一。图Ⅱ:9 ～ 14显示小孢子母细胞减数中期 Ⅰ分裂 ～末期 Ⅱ出现单价体 、落后染色体 、单染色
体桥 、多染色体桥 、染色体片段和微核现象 ,这些现象产生的主要原因是同源染色体存在缺失和重复区
域 、同源染色体提早分离 、杂合臂内倒位 、滞后染色体等所致 ,有关研究者已进行阐述。[ 6 ～ 8]减数分裂异
常引起遗传物质不均衡分配 ,致使产生部分败育小孢子 。
另外在石蒜花药的花粉囊中 ,所产生的花粉粒全部为无核空粒花粉 。实验结果显示形成无核空粒
花粉的花粉囊 ,虽然药壁组织在小孢子形成过程中发育完整 ,但小孢子发育期中绒毡层细胞却迟迟未解
体 ,不能给小孢子进一步发育提供足够的营养 ,导致小孢子因为 “饥饿”败育成空粒花粉。这与 “绒毡层
细胞过早或延迟退化解体 ,不能提供小孢子充分营养 , 分泌活动受到阻碍有关 ”的研究结果基本相
同 [ 9, 10] 。
石蒜的成熟花粉囊中 ,存在具有二核 、三核和具有营养细胞和生殖细胞产生 ,但营养细胞中出现二
核的花粉粒 。这些花粉粒的形成途径 ,它们的倍性是单倍性还是二倍性 ,以及是否可以萌发 、正常受精
结实 ,需进一步观察研究。
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