全 文 ：人参研究 GINSENG RESEARCH 2016 年第 3 期
玉 竹 小 孢 子 发 育 的 研 究
宫丽婷 吕东明 王天媛 任跃英 *
（吉林农业大学中药材学院·吉林 长春·130118）
摘 要：以百合科黄精属玉竹为实验材料，为了寻找玉竹小孢子发育时期的鉴定方法以及小孢子不同发育
时期与花器官形态的相关性，采用石炭酸品红、醋酸洋红、苏木精染色液进行染色观察，并对玉竹
小孢子发育时期的细胞学及小孢子不同发育时期与花蕾大小和花药发育特征进行研究，同时还调
查了玉竹花序中不同序位的花蕾小孢子发育时期的规律。结果表明，苏木精染色效果最好；玉竹小
孢子发育时期呈现高度的一致性，经过四分体时期、单核期、双核期，且各时期特征明显；玉竹小孢
子发育时期与花蕾的外部形态特征、花药颜色密切相关。 依据花器官形态特征可判断小孢子的发
育时期，从而确定花药培养选择小孢子发育的最佳时期。
关键词：玉竹；小孢子；发育时期；花器官形态
Interrelation of cytological development period of Polygonatum
odoratum microspore and the morphology of flower organ
GONG Li-ting LV Dong-ming WANG Tian-yuan REN Yue-ying*
（College of Chinese Medicinal Materials, Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）
Abstract:The Liliaceae Polygonatum were taken as the materials,the purpose of this paper is to find a
identification method of the developmental Polygonatum odoratum microspore and discuss the
relevance between the developmental period of Polygonatum odoratum microspore and the
morphology of flower organ.So the Carbolic acid magenta,carmine acetate and Hematoxylin staining
solution were selected for use in staining observation to Polygonatum odoratum microspore,then the
developmental cytology, the relevance between the microspore development and the bud’s and the
anther’s size had been studied.It also investigated the different law -order bits of Polygonatum
odoratum inflorescence buds small spores developmental stages.The results showed that the effect of
hematoxylin staining was the best in the three solutions;Polygonatum odoratum microspore
developmental stage showed a high degree of consistency.The development of Polygonatum odoratum
microspore was divided into tetrad, early or mid-uninucleate, late-uninucleate and binucleate stages,
each stage demonstrated distinctive characters;The developmental periods of Polygonatum odoratum
microspore were closely related to the morphological characters of buds and anthers.The
developmental period of Polygonatum odoratum microspore could be judged by the morphology of
flower organs, in order to determine the best time to choose anther culture microspores development.
Key words:Polygonatum odoratum;microspore; development stage; shape of flower organs
中药玉竹为百合科植物玉竹 Polygonatum odora-
tum (Mill.)Druce 的干燥根茎，玉竹是中药处方常用的
配伍药材， 也是许多中成药的原料药和重要的出口
药材。目前，玉竹栽培主要以无性繁殖为主，主要以根
茎为繁殖材料。 由于长期采用无性繁殖栽培，使玉竹
病害加剧、种性退化、品质劣变严重。这样限制了玉竹
产业的发展，有性繁殖是玉竹进行脱毒复壮、优良品
种繁育的有效途径。有性繁殖可以扩大玉竹生产产业
的发展，而生殖器官作为有性繁殖中不可缺少的一部
分， 因此对玉竹生殖生物学进行研究具有深远意义。
单倍体育种具有有性育种周期短、育种效率高、选育
新品种快速等特点，而培养游离小孢子是产生单倍体
的有效途径之一[1]，在遗传育种上有特殊价值。小孢子
母细胞，是花粉母细胞经过两次连续的细胞分裂的结
果。分别是一次 DNA的复制过程和二次细胞分裂，生
成四个细胞（小孢子）[2～4]。发育时期是影响植物小孢子
培养能否成功的关键因素，因此发育时期的选择是决
定小孢子培养的前提条件[5]。 有关玉竹小孢子发育时
期的鉴定方法未见报道，本文选用三种染色液对玉竹
小孢子进行染色，并对染色效果进行了比较，同时对
玉竹小孢子不同发育时期与花器官形态的相关性进
行了研究，以便从花器官形态特征直接判断出玉竹小
作者简介：宫丽婷，女，在读研究生，主要从事植物药的研究。
* 通讯作者：任跃英，女，教授，博士生导师，主要从事药用植物育种等研究工作。 E-mail:381717169@qq.com.
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人参研究 GINSENG RESEARCH 2016 年第 3 期
小孢子发育时期 纵径×横径（mm×mm） 纵径/横径
四分体时期 10.09×3.07 3.286
单核早、中时期 12.78×3.85 3.319
单核靠边时期 14.29×4.34 3.293
双核时期 15.95×4.89 3.262
孢子的发育时期，为玉竹进行进行花药培养及单倍体
育种奠定基础。
1 材料与方法
1.1试验材料
材料取自吉林农业大学药用植物园，经吉林农业
大学药用植物育种教研室任跃英教授鉴定为玉竹。试
验时间为 2014 年~2015 年的 4 月末～5 月中下旬 (玉
竹花期)。
染色液：石炭酸品红、醋酸-洋红（参照何兰花[6]方
法）、苏木精（参照赵惠玲方法[7]）。
1.2 试验方法
1.2.1 花蕾形态观察与测量
从可观察到花蕾开始，每天上午 8:00～10:00 用镊
子摘取花蕾于自封袋内，为了保障其生活力，应装于
冰盒中。 到实验室后即刻测量花蕾大小（纵横径），描
绘相应的特征，然后去掉花瓣，测量花药大小（纵横
径），描绘花药特征，做好记录，试验三次重复。
1.2.2花蕾细胞学观察
分 别 取 相 同 大 小 的 花 蕾 用 卡 诺 试 剂 (
VCH3CH2OH∶VCH3COOH=3∶1) 固定 24 h 后， 放入
70%EtOH中，4℃冰箱保存。 取上述处理过的花蕾，挑
取花药，在 1N 盐酸中解离 4～6min，60℃，之后用蒸馏
水清洗多次，放在凹形载玻片上，滴加染色液，切断花
药并挤压，使花粉粒散出，盖片，置酒精灯均匀的烤
5s，最后 45%醋酸分色，制片。用显微镜观察小孢子所
处时期的特点并照相，试验三次重复。
1.3数据分析
试验数据采用 SPSS17.0系统进行处理与分析。
2结果与分析
2.1三种不同染色液的染色效果
不同的染色液展示出不同的效果。改良石炭酸染
色液效果最差，将玉竹小孢子染成浅紫色，隐约能看
到细胞中部颜色变深， 但是不能清楚的辨认出细胞
核。醋酸洋红将小孢子染成红色，细胞核特征不明显，
不易观察。 苏木精染色法效果最好，将胞核染成深棕
色，胞质染成浅棕色，易区分，见图 ABCD。
2.2玉竹小孢子各发育阶段的细胞学特征
2.2.1四分体时期
玉竹花粉母细胞经过两次分裂变成四个小孢子，
四周存在胼胝质，构成四分体，其形状通常为圆形或
椭圆形，见图(1)。
2.2.2单核期
四分体时期到第一次细胞的分裂，小孢子的细胞
壁逐渐形成，此时单核期分为以下三种：
单核早期：细胞的的体积相对较小，核大，位置居
中，周围存在少许液泡，见图(2)。
单核中期：细胞体积的大小正常，液泡数增加，核
大，开始出现萌发孔，见图(3)。
单核靠边期：细胞质中的大液泡将核挤压到靠近
细胞壁一边，细胞核相对较小，见图(4)。
2.2.3双核期
玉竹花粉细胞进行的有丝分裂属于不均等型，其
中营养型细胞的核大，周围存在细胞质，染色较浅；生
殖型细胞体积小，染色较深，见图(5)。 由此可以看出玉
竹的花粉粒为二细胞型花粉粒，这与 Davis[8]和苏群山[9]
观点一致。 Davis 认为百合科的花粉粒多以二细胞型
存在， 苏群山也表明玉竹花粉粒以二细胞型形式存
在。
2.3玉竹小孢子发育时期与花蕾形态特征的关系
2.3.1玉竹小孢子发育时期与花蕾外部形态的相关性
将测量过纵、横径的玉竹花蕾进行处理，用苏木精
染色液染色后观察小孢子的发育时期，并将各发育时期
与花蕾外部形态进行比较，结果表明，玉竹小孢子发育
时期与花蕾外部形态具有一定对应关系，结果见表 1。
表 1 小孢子发育时期花蕾的变化
Table 1.Interrelation of changes buds and microspore
developmental stage
2.3.2玉竹小孢子发育时期与花蕾大小的相关性
玉竹小孢子发育时期与花蕾的纵、横径大小以及
纵横径之比具有相关性，小孢子从四分体时期向双核
期发育过程中，花蕾纵径呈增长趋势，由 10.09mm 逐
渐增大到 15.95mm，增长 1.5 倍左右；横径也呈增长
趋势，由 2.57mm逐渐增大到 5.32mm，增长近 2倍。纵
横径比值呈上升趋势，从四分体时期的 3.286 逐步上
升到双核时期的 3.262。 这说明这期间花蕾纵横径增
长速度相近。 实测数据均值的直观分析，结果见表 2。
表 2 小孢子发育时期花蕾纵横径变化
Table 2. Interrelation of crossbar diameter changes buds and
microspore developmental stage
宫丽婷等：玉竹小孢子发育的研究
小孢子发育时期 花蕾形态
四分体时期
花蕾整体闭合，较小，花被下部似筒状， 整体
呈白色
单核早、中时
期
花蕾整体闭合，稍大，花冠有白色逐渐变为嫩
黄色
单核靠边时期
花蕾前端尚密闭，明显膨大，花冠逐渐生长，颜色由嫩
黄逐渐变嫩绿，花冠尖端现绿色，并且颜色逐渐加深
双核时期
花蕾充分膨大， 花冠尖端绿色加深并且有裂
口，可见白色雌蕊伸出，周围有黄色雄蕊簇拥
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小孢子发育时期
纵径×横径
（mm×mm）
花药形态特征
四分体时期 2.98×0.92 花药呈白色，底端无裂口
单核早、中时期 4.21×1.01 花药呈淡黄色，底端出现小裂口
单核靠边时期 4.46×1.05 花药呈浅黄色，底端裂口逐渐变大
双核时期 5.32×1.14 花药变为黄色，底端裂口继续增大，且表面不光滑
对实验数据进行分析，采用 SPSS 系统，以判断不
同发育时期，花蕾的纵径、横径和纵横径比是否存在
显著差异，结果见表 3。
表 3 单因素方差分析（ANOVA）
Table 3 Univariate analysis of variance (ANOVA)
由表 3 可知，在 0.05 的水平上，玉竹花蕾纵径、
横径的 P 值分别为 0.000、0.000，均小于 0.05，即玉竹
小孢子发育 4 个时期与花蕾纵径、 横径存在显著差
异；而纵横径比值得 P 值为 0.967，大于 0.05，说明玉
竹小孢子发育的四个时期与花蕾纵横经比差异不显
著。为确定玉竹小孢子发育的四个时期之间是否存在
显著差异，以花蕾纵横径、纵横径比作为依据是否合
理，需要进一步进行多重比较。 采用 LSD-Duncan（最
小显著极差法-新复极差）法进行测验，结果分别见表
4、表 5、表 6。
表 4 花蕾纵径为指标进行 Duncan法均值多重比较
Table 4 longitudinal diameter of buds as an index mean Duncan
multiple comparison method
将显示同类子集中的组均值。
将使用调和均值样本大小 = 11.000。
表 5 花蕾横径为指标进行 Duncan法均值多重比较
Table 5 bud diameter as an index mean Duncan multiple
comparison method
将显示同类子集中的组均值。
将使用调和均值样本大小 = 11.000。
由表 4 和表 5 可知，以玉竹花蕾纵径、横径作为
指标，在 95%的置信水平下玉竹小孢子发育的四个时
期分别形成 4 个齐次性子集，成立的概率为 1.000，大
于 0.05，说明这个齐次性子集的划分非常可靠，也就
是在 95%的置信水平下玉竹小孢子发育的四个时期
与花蕾纵径、横径之间差异显著。因此，完全可以将花
蕾纵径、横径作为判断玉竹小孢子细胞学发育四个时
期的主要参考指标。
表 6 花蕾纵横经比值为指标进行 Duncan 法均值多重比较
Table 6 bud aspect ratio as an index by the average of multiple
comparisons Duncan Law
将显示同类子集中的组均值。
将使用调和均值样本大小 = 11.000。
从表 6可以看出，以玉竹花蕾纵横径比作为指标
进行 Duncan法均值多重比较， 仅存在 1 个齐次性子
集，假设“小孢子发育的四分体时期和单核早中期、单
核靠边期、双核期所测花蕾的纵横径比方差相等”，成
立的概率为 0.648 大于 0.05，应接受无效假设，但小
孢子发育的四分体时期和单核早中期、 单核靠边期、
双核期所测花蕾的纵横径比方差并不是很好的均衡。
这个齐次性子集的划分不可靠。 因此，不宜将玉竹花
蕾纵横径比作为判断小孢子细胞学发育四个时期的
主要参考指标。
2.4玉竹小孢子发育时期与花药发育特征的关系
玉竹小孢子发育时期与花药的发育具有密切的
相关性。小孢子花药发育的进程在颜色方面变化及花
药纵径、横径长度见表 7。
表 7 小孢子发育时期花药的变化
Table 7 Interrelation of changes anther and microspore
developmental stages
平方和 df 均方 F 显著性
花蕾纵径
组间 204.215 3 68.072 109.797 .000
组内 24.799 40 .620
总数 229.015 43
花蕾横径
组间 19.685 3 6.562 41.946 .000
组内 6.257 40 .156
总数 25.942 43
纵横经比值
组间 .031 3 .010 .087 .967
组内 4.679 40 .117
总数 4.710 43
小孢子
发育时
期
N
alpha = 0.05 的子集
1 2 3 4
Duncana 1.00 11 10.0927
2.00 11 12.7782
3.00 11 14.2927
4.00 11 15.9500
显著性 1.000 1.000 1.000 1.000
小孢子
发育时
期
N
alpha = 0.05 的子集
1 2 3 4
Duncana 1.00 11 3.0691
2.00 11 3.8518
3.00 11 4.3409
4.00 11 4.8891
显著性 1.000 1.000 1.000 1.000
小孢子发
育时期
N
alpha = 0.05 的子集
1
Duncana 4.00 11 3.2745
1.00 11 3.3157
3.00 11 3.3184
2.00 11 3.3486
显著性 .648
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2.5玉竹同一株花不同序位小孢子发育时期的不同步性
玉竹花序呈螺状单歧聚伞状总状，每一株上的花
序数量随植株大小而不同，至下而上顺序开放，每株
开花持续时间约为 25 d 左右。 每一花序上开 2~4 朵
花，同一花序上花蕾的小孢子发育时期相近，但整株
植株观察发现，不同花序各花蕾的小孢子发育时期相
差甚远，会经历小孢子发育的各个时期，这对我们选
择适宜的小孢子发育时期取样接种很有意义。
3 结论与讨论
玉竹除了药用外，已开发出了一些关于玉竹的保
健产品，如玉竹茶、玉竹果脯、玉竹内酯豆腐等，这些
产品具有药食兼用的功能。将玉竹作为一个产业来开
发，符合中药走向现代化、走向世界的发展方向，因此
玉竹有着广泛的开发利用前景 [10～12]。 本试验通过对玉
竹小孢子发育时期的细胞学特征及其与花器官形态
特征的相关性进行研究，为玉竹生殖生物学研究奠定
基础。
本试验研究了玉竹小孢子发育时期的染色鉴定
方法，比较了玉竹小孢子不同发育时期的细胞学特征
及其与花器官形态特征的关系。 结果表明：玉竹小孢
子用卡诺氏固定液固定后，经酒精保存、盐酸解离、醋
酸分色后，苏木精染色液效果最佳，将游离小孢子细
胞核染成深褐色，细胞质染成浅褐色，区分度明显。实
验过程中发现， 玉竹小孢子不经任何处理而直接染
色，无论何种染色液，都会将小孢子染成深色，分不清
明显的细胞核。 可能与玉竹小孢子外壁的孢粉素有
关，影响了细胞核的染色[13]。
本试验中玉竹小孢子的发育经过四分体时期、单
核早期、单核中期、单核靠边期、双核期，各时期特征
明显，且与花蕾的形态具有密切的相关性。 采用 SPSS
和 Duncan 法均值多重比较 [14]，结果表明玉竹小孢子
发育的四个时期与花蕾纵径、 横径之间差异显著，与
纵横径比之间差异不显著；小孢子发育时期与花药的
外部形态特征的关系也非常密切。 因此，可以根据花
蕾花药的外部形态特征直接判断玉竹小孢子的发育
时期，从而进行最佳发育时期单倍体育种材料选择。
通过对玉竹同一株花不同序位小孢子的发育时
期观察，发现整株植株不同花序各花蕾的小孢子发育
时期相差很大， 甚至会经历小孢子发育的各个时期，
这对我们选择适宜的小孢子发育时期取样接种具有
重大意义。
图 A 石炭酸品红染色 100×；图 B 醋酸洋红染色 100×；
图 C 苏木精染色 100×；图 D 苏木精染色 400×
Fig.A carbol fuchsin 100 × ; Fig. B acetocarmine stained 100 × ;
Fig.C hematoxylin staining100×; Fig.D hematoxylin staining400 ×
图 1 四分体时期 400×； 图 2 单核早期 400×；3 单核中期
400×；图 4 单核靠边期 400×；图 5 双核期 400×。
Fig.1 tetrad Figure 400 ×; Fig. 2 mononuclear early 400 ×; Fig. 3
mononuclear mid 400 ×; Fig. 4 uninucleate of 400 ×; Fig. 5 Du-
al-core of 400 ×。
参 考 文 献
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