全 文 ：福建农林大学学报(自然科学版) 第 38卷 第 6期
JournalofFujianAgricultureandForestryUniversity(NaturalScienceEdition) 2009年 11月
收稿日期:2009-06-09　　修回日期:2009-08-28
基金项目:国家支撑计划项目(2007BAD07B01);福建省教育厅资助项目(K02058).
作者简介:郑诚乐(1963-),男 ,副教授 ,博士.研究方向:果树栽培生理.Email:zcl2003@ 126.com.通讯作者潘东明(1956-),男 , 教授 ,博士
生导师.研究方向:果树栽培生理及生物技术.Email:pdm6666@126.com.
锥栗雌配子体形成与胚胎发育
郑诚乐 1 , 俞晓曲 1, 2 , 潘东明 1 , 林　昌 1
(1.福建农林大学园艺学院 ,福建 福州 350002;2.三明市农业局 ,福建 三明 365000)
摘要:以锥栗品种黄榛为材料 , 采用石蜡切片技术对其大孢子发生 、雌配子体形成和胚 、胚乳发育过程进行了研究.结果表
明:锥栗为雌雄异花同株果树 , 多心皮复合雌蕊 ,中轴胎座 , 通常有 8-10个子房室 ,每室倒生 2枚胚珠;珠心组织中的一个
孢原细胞直接发育形成大孢子母细胞 ,经减数分裂形成的大孢子四分体呈线形 , 其中靠近合点端的功能大孢子发育成为成
熟胚囊;胚囊发育类型为单孢子蓼型胚囊;双受精后 ,原胚经过球胚 、心型胚 、鱼雷胚和子叶胚等阶段发育为成熟胚 ,胚乳呈
核型 , 种子无胚乳.
关键词:锥栗;大孢子发生;雌配子体;胚胎发育
中图分类号:S664.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2009)06-0585-05
Processofembryonicdevelopmentandfemalegametophyteformationinchinquapin
ZHENGCheng-le1 , YUXiao-qu1, 2 , PANDong-ming1 , LINChang1
(1.ColegeofHorticulture, FujianAgricultureandForestryUniversity, Fuzhou, Fujian350002, China;
2.BureauofAgricultureofSanmingCity, Sanming, Fujian365000, China)
Abstract:Embryologicalstudieswerecarriedoutonthemegasporogenesis, femalegametophyteformation, thedevelopmentofem-
bryosandendospermbyusingHuangzhenasthematerialandtakingadvantageofparafinsectiontechnology.Theresultsshowed
thatchinquapin(CastanenhenryiRehd＆Wils.)wasdiclinouswithpolycarpouscompoundpistils, axileplacentas, commonly8to
10 loculamentsand2 anatropousovulesineachloculament.Anarchesporialcelinthenucellustissuewoulddirectlydevelopinto
themegasporemothercelthatsubsequentlyformedlinearmegasporetetrads.Thefunctionalmegasporenearthechalazalenddevel-
opedintomatureembryosac, whichwasmonosporicpolygonum-type.Afterdoublefertilization, theproembryowoulddevelopintoa
matureembryogoingthroughglobular, heart, torpedoandcotyledonstages.Endospermisnuclearendospermanditdoesn′texistin
seeds.
Keywords:chinquapin;megasporogenesis;femalegametophyte;embryodevelopment
锥栗(CastanenhenryiRehd＆Wils.)为优良的木本粮食果树 ,也是我国古老的名特优稀的果树资源 ,
具有较高的经济价值和营养功效 ,其主要营养成分高于板栗 [ 1 -2] .锥栗分布于我国南方亚热带地区的部分
省区 ,近年来在闽北山区已大量种植 ,并对其栽培生理进行了一系列研究工作 [ 3 -4] .板栗胚胎发育曾有过
报道[ 5-6] ,但关于锥栗的胚胎学研究尚未见报道.本试验以锥栗主栽品种黄榛为材料 ,对其大孢子发生与
雌配子体形成及胚的发育进行了研究 ,旨在为后续研究提供生殖生物学的理论基础和依据 ,同时为锥栗空
苞机理的研究提供胚胎学的相关资料.
1　材料与方法
1.1　材料
锥栗供试品种为黄榛 ,雌花和幼果于 2006年 5月中旬至 7月份(盛花期至果实发育初期)采自福建省
建瓯市小桥镇上屯村丘陵锥栗园正常管理的成年植株树冠中上部.前期每 2d取样 1次 ,后期每 3-5d取
样 1次 ,每次取发育程度不同的雌花或果实 25枚.取材后用刀片削除刺苞 ,轻划种皮后 ,用 FAA固定液现
DOI :10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2009.06.015
场固定 ,转入 70%梯度酒精保存.
1.2　方法
样品采用石蜡切片 ,厚度 8-12μm,用改良海氏铁矾—苏木精染色法染色 ,并用中性树胶封装.在显
微镜下观察切片 ,选取所需样品 ,做好标记和记录结果 ,用 Nikon-E200显微拍照仪摄影.
2　结果与分析
2.1　子房与胚珠构造
锥栗为雌雄异花同株果树 ,子房着生在封闭或半封闭的球苞内.切片观察发现 ,锥栗具有三连体子房
和单子房.三连体子房中心花先开 ,中间子房发育较两边的子房好 ,一般在后期 ,三连体子房只有中间子房
的胚胎发育成栗实.
锥栗子房为多心皮复合雌蕊 ,中轴胎座 ,厚珠心 ,通常有 8-10个子房室(图 1A、1B).其中 , 3-4室可
正常发育 ,每室具 2枚半透明状的倒生胚珠(图 1C、1D).
锥栗胚珠着生在子房壁的腹缝线处 ,最初由中轴表皮层下层的一组细胞 ,经平周迅速分裂产生一团突
起 ,形成胚珠原基.前端中心拟似薄壁细胞的一组细胞为珠心组织 ,即大孢子囊 ,基部为朝下弯曲的细长珠
柄.在珠柄伸长过程中 ,珠心基部表皮层细胞分裂较快 ,形成环状突起 ,为内外珠被原基 ,随后逐渐扩展包
被珠心组织.珠被为双珠被 ,外珠被发育较快 ,与内珠被共同构成朝向珠孔的孔隙(图 1E).
A.子房纵切面(×40);B.子房横切面(中轴胎座)(×40);C.9个子房室(×40);D.每室 2枚倒生胚珠(×100);E.双珠被(×100).
图 1　锥栗子房与胚珠构造
Fig.1　Structuresofovaryandovuleinchinquapin
2.2　大孢子发生
锥栗大孢子的发生始于珠心表皮下方分化的一个孢原细胞.在珠被形成前 ,珠孔端的珠心内部也发生
了变化.在表皮下有一枚细胞分化 ,区别于珠心其他细胞 ,它体积大 ,细胞质浓厚 ,且细胞核明显 ,完全被内
珠被包围 ,称为孢原细胞(图 2A).随着孢原细胞增大 ,直接发育成为大孢子母细胞(图 2B).
锥栗大孢子母细胞进行减数分裂 ,第 1次分裂形成二分体(图 2C),二分体经过第 2次分裂形成横的
分隔壁 ,形成大孢子四分体(图 2D), 4个大孢子呈线性排列 ,未明显看到呈 “T”形的四分体.在 4个大孢子形
成后 ,只有 1个大孢子起作用 , 3个靠近珠孔的大孢子退化 ,留下靠近合点端的功能大孢子继续发育(图 2E).
2.3　雌配子体形成
锥栗的胚囊发育类型为单孢子胚囊中的蓼型胚囊.随着功能大孢子体积的增大 ,当细胞质液泡化加强
时 ,按通常的 3次有丝分裂 ,先由合点端的功能大孢子发育成大孢子母细胞 ,即单核胚囊.单核胚囊经 1次
有丝分裂发育成二核胚囊 ,其中央为大液泡 , 2个核分别位于珠孔与合点端(图 2F),随后继续分裂为四核
胚囊(图 2G).位于胚囊两端的 4个核再分别进行 1次有丝分裂形成八核胚囊 ,珠孔端 4个核 ,合点端 4个
核(图 2H).珠孔端的 1个核向下移动 ,合点端的 1个核向上移动 ,形成中央 2核并列(图 2I).八核胚囊时
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期很短 ,很快进行细胞分化.由于 8个核不在同一个平面上 ,因此 ,切片中的八核胚囊是在一个倾斜的切面
上获得的.多数胚囊切片中只有部分细胞 ,随八核胚囊体积的增大及细胞化完成 ,胚囊发育进入成熟胚囊
时期(图 2J).可见 ,卵细胞和 2个助细胞位于珠孔端 , 3个反足细胞位于合点端宿存珠心组织中 ,略构成
“品”字型排列 , 2个明显的极核位于胚囊的中央.成熟胚囊位于珠心顶部 ,在胚囊的下方形成一个类似柱
状的结构宿存在于胚珠的珠心组织内 ,形成珠心柱(图 2K).这点和板栗的情况 [ 5]相类似.
A.孢原细胞(×1000);B.大孢子母细胞(×1000);C.二分体(×1000);D.线性排列的四分体(×1000);E.功能大孢子
(合子端的大孢子保留 ,其余 3个大孢子呈退化状态 , ×1000);F.二核胚囊(×1000);G.四核胚囊(×1000);
H.八核胚囊(×1000);I.中央极核(×1000);J.成熟胚囊(×1000);K.珠心柱(×400).
图 2　锥栗雌配子体的形成
Fig.2　Formationoffemalegametophyteinchinquapin
A.精子与卵子结合(×1000);B.精子与中央极核结合(×1000).
图 3　锥栗双受精过程
Fig.3　Processofdoublefertilizationinchinquapin
2.4　双受精过程
　　双受精为被子植物所特有.锥栗授粉后 ,精
子通过花粉管进入胚囊中.在观察中发现胚囊
中同时存在多枚精子 ,但最后只有 2枚精子进
行受精.其中一枚释放的精子先与卵细胞膜融
合 ,精子进入卵细胞的细胞质中(图 3A),逐渐
转移靠近卵核 ,随后发生精核核膜与卵核核膜
的融合.精核与卵核接触处核膜的界限消失 ,精
核与卵核共同组成新核 ,形成合子.合子形成
后 ,在其周围出现淀粉物质 ,为后期发育储存营养物质.胚囊中不见助细胞和反足细胞 ,珠心柱也逐渐解体
消失.
锥栗卵细胞和中央细胞几乎同时受精 ,另一枚精子与中央细胞的次生核融合(图 3B),发育成胚乳 ,其
精核与次生核的融合过程与上述精核与卵核的融合过程基本相同 , 2个极核在受精前融合为次生核.精子
与中央细胞相互融合后 ,精核移至中央细胞质膜内 ,并移至次生核附近与次生核核膜融合 ,雌 、雄性核融合
后的细胞核称为初生胚乳核.
2.5　胚发育和胚乳发育
锥栗卵受精成为合子后 ,合子分裂多为不对称分裂 ,之后经过多次分裂逐渐形成球形胚(图 4A、4B).
球形胚为较规整的小球体 ,在其顶端的两侧开始发育出子叶原基 ,继续发育形成心形胚(图 4C、4D),细胞
进一步分裂为鱼雷形胚(图 4E、4F).从心形胚发育开始 ,细胞沿胚的纵轴分裂呈 Y形分布 ,最终形成子叶
587　第 6期 郑诚乐等:锥栗雌配子体形成与胚胎发育
胚(图 4G、4H),并可以看到发育完整的胚由 4部分组成 ,即胚根 、胚轴 、胚芽和子叶(图 4I).同时 ,子叶间
形成的茎尖深埋于 2片子叶中央 ,胚根和原形成层也分化出来.随着子叶增大增厚发育成熟 ,胚乳在种子
发育过程中被吸收殆尽 ,子叶间的空隙也逐渐消失 ,子叶中存储大量营养供将来幼苗发育 ,其他未发育的
胚珠就残留在子房上部.在本次观察中从心形胚到子叶胚均未见到有胚柄的存在.
锥栗的胚乳发育成核型.受精后由精子和极核融合形成的初生胚乳核初期没有细胞壁(图 4J),随后
进入有丝分裂.胚乳细胞分裂前期几乎看不到淀粉粒 ,随后逐渐积累大量淀粉粒 ,此时胚乳细胞已形成细
胞壁(图 4K).在种子成熟过程中 ,胚乳被胚及其子叶逐步吸收而渐渐消失 ,形成无胚乳种子.
A.球型胚早期(×400);B.球型胚晚期(×100);C.心型胚早期(×400);D.心型胚晚期(×400);E.鱼雷胚早期(×400);F.鱼雷胚晚
期(×400);G.子叶胚早期(×400);H.子叶胚晚期(×400);I.成熟胚(×400);J.游离核时期(×1000);K.胚乳细胞(×1000).
图 4　锥栗胚胎发育过程
Fig.4　Procesofdevelopmentofembryosinchinquapin
3　讨论
从锥栗主栽品种黄榛的胚胎发育切片观察可知:锥栗为多心皮复合雌蕊 ,中轴胎座 ,通常有子房 8-
10室 ,每室有 2枚倒生胚珠着生在中轴胎座上 ,双珠被 ,厚珠心.珠心组织中的 1枚孢原细胞直接发育形
成大孢子母细胞 ,经减数分裂形成的大孢子四分体呈线形 ,其中 ,靠近合点端的功能大孢子发育成为成熟
胚囊.成熟胚囊位于珠心顶部 ,在胚囊的下方形成一个类似柱状的结构宿存在胚珠的珠心组织内 ,形成珠
心柱 ,表明胚囊发育类型为单孢子蓼型胚囊[ 7] ,这些同柿子 [ 8] 、苦瓜 [ 9] 、黄花菜[ 10]等其他园艺作物的胚囊
发育方式基本相同.双受精后 ,原胚经过球胚 、心型胚 、鱼雷胚和子叶胚等阶段发育成为成熟胚 ,此过程与
同属的板栗 [ 5] 、日本栗 [ 11 -12]基本吻合.Botaetal[ 13]认为 ,欧洲栗胚发育方式属于柳叶菜型 ,双受精后 ,合
子先是形成横的隔壁 ,再产生顶细胞和基细胞的二细胞原胚 ,顶细胞再一次分裂形成三细胞原胚.而本研
究发现锥栗胚胎发育到球形胚阶段胚柄就已经退化 ,可以肯定不属于紫苑型.但本研究没有具体观察到合
子第 1次分裂方向以及二细胞原胚顶细胞分裂的方向 ,因此还不能最终确定发育类型是柳叶菜型还是茄
型.这些有待于今后材料的选取时期以及制片工艺的改进 ,再作进一步研究证实.
本研究还发现在锥栗胚胎发育过程中存在多种异常现象 ,并已确定这些现象发生的时期.胚胎发育初
期形成胚珠时子房室内部全空 ,受精完成后子房室完全干瘪 ,球型胚后期胚囊萎缩有黑色圈形物质环绕在
周围等 ,这些都可能是导致锥栗发生空棚现象的原因.由于锥栗胚囊 8个核不在同一个平面上 ,切片中没
有出现稳定的八核胚囊 ,因此很难判断缺失的细胞是否为胚囊发育异常导致.锥栗刺苞在幼果时较坚韧 ,
会影响固定液均衡渗透到组织内部 ,导致切片质量下降.在切片过程中 ,单个细胞容易丢失或变形 、扯破 ,
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因此也造成了判断上的困难.单纯为证明胚胎发育异常导致空苞的试验 ,今后应在野生锥栗群落中采集多
年空苞率高的果树样品.
多胚现象广泛存在于其他果树 [ 14 -15] ,在锥栗切片中观察到少数几枚具有 2个胚的胚囊尚属首次.由
于本试验没有观察到这几枚多胚的具体形成过程 ,只能区分出它们属于真多胚的类型 ,尚无法确定其确切
的来源.
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(责任编辑:施晓棠)　　
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