全 文 ：湖北麦冬和山麦冬花药及花粉发育的细胞学比较研究
周　群 1 ,周健丘 1 ,程君奇 2 ,王菁菁 1 ,陈家春 1＊
(1.华中科技大学同济药学院天然药物化学与资源评价湖北省重点实验室 ,湖北 武汉 430030;2.中国烟
草白肋烟试验站 /湖北省烟草科研所 ,湖北 武汉 430030)
　　摘要　目的:比较湖北麦冬和山麦冬花药及花粉发育的差异 ,探讨湖北麦冬不育的细胞学机理。 方法:采用石
蜡切片法 ,对湖北麦冬和山麦冬的花药与花粉发育过程进行了比较研究。结果:山麦冬花药绒毡层为分泌绒毡层 ,
二分体时期开始解体 ,至花药完全成熟时 ,绒毡层和中层细胞彻底消失 , 成熟花粉为 3-细胞型。湖北麦冬花药绒毡
层在减数分裂早期已大部分解体退化 , 绒毡层细胞液泡化膨大 , 单核小孢子败育 , 花粉粒畸形。结论:绒毡层发育
异常和提前退化是湖北麦冬花粉败育的重要原因。
关键词　湖北麦冬;山麦冬;绒毡层;花粉发育;雄性不育
中图分类号:Q343.3+4/Q944.58　　文献标识码:A　　文章编号:1001-4454(2009)08-1188-04
CytologicalComparisonofAntherandPolenGrowthin
Liriopespicatavar.proliferaandL.spicata
ZHOUQun1 , ZHOUJian-qiu1 , CHENGJun-qi2 , WANGJing-jing1 , CHENJia-chun1
(1.HubeiKeyLaboratoryofNaturalMedicinalChemistryandResourceEvaluation, TongjiSchoolofPharmaceuticalScience, Hua-
zhongUniversityofScienceandTechnology, Wuhan430030, China;2.BurleyTobaccoExperimentalStationofCNTC/HeibiTobacoo
ResearchInstitute, Wuhan430030, China)
Abstract　Objective:ToComparethediferenceofantherandpolengrowthbetweenLiriopespicatavar.proliferaandL.spicate,
andinvestigatethemechanismofthesterilityofLiriopespicatavar.prolifera.Methods:Acomparativestudyonantherandpolengrowth
processwascarriedoutbetweenL.spicatavar.proliferaandL.spicatabymeansofparaffinsection.Results:InL.spicata, thetape-
tumwassecretorytapetumandbegantodegradeduringdyadstage.Thecelsoftapetumandmiddlelayerdisappearedthoroughlywhen
polenswerefulymatureat3-celledstage.InL.spicatavar.prolifera, thedegradationofthetapetumtookplaceattheearlytimeof
meiosisstageandthetapetumcellsinflatedlikevacuolization.Themononuclearpollenswereabortive, whicheventualyformedabnor-
malpolens.Conclusion:ThepolenabortionofL.spicatavar.proliferaisassociatedwithtapetumheteroplasiaanddegradationinad-
vance.
Keywords　Liriopespicata(Thunb.)Lour.var.proliferaY.T.Ma;Liriopespicata(Thunb.)Lour.;Tapetum;Polengrowth;
Male-sterile
收稿日期:2008-12-10基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(20060487071);国家 “十一五”科技支撑项目(2006BAI06A15-4)作者简介:周群(1970-),女 ,讲师 ,博士 ,主要从事生药资源与品质评价研究;E-mail:zqtcm@163.com。＊通讯作者:陈家春 , Tel:027-83692793, E-mail:homespringchen@126.com。
　　湖北麦冬 Liriopespicata(Thunb.)Lour.var.
proliferaY.T.Ma是中药 “山麦冬 ”的主要基原植物 ,
具有养阴生津 、清心润肺之功效 ,是商品中药麦冬类
药材的主流品种〔1〕。湖北麦冬开花不结实 ,花后期
从花葶长出小叶或小植株〔2〕 ,在种植生产中进行无
性繁殖。由于长期无性繁殖 ,种质呈明显的退化趋
势 , 严重影响其产量和质量 ,但湖北麦冬不育的机
理还未得到很好地阐释 。
湖北麦冬花粉粒不甚饱满 ,提示可能是败育花
粉 ,山麦冬 L.spicata(Thunb.)Lour.为其原变种 ,
开花可结实 。笔者前期研究发现〔3, 4〕 ,减数分裂及
小孢子发育的异常是引起湖北麦冬花粉败育的重要
原因 。一般认为植物小孢子败育与绒毡层发育异常
有直接关系 ,但有些不育类型并未看到绒毡层异
常 〔5, 6〕。湖北麦冬是三倍体植物〔3〕 , 三倍体植物高
度不育 ,其不育原因与绒毡层发育之间关系少见报
道 。本研究对湖北麦冬和山麦冬花药及花粉发育过
程中的基本特征进行了比较观察 ,进一步揭示湖北
麦冬不育的细胞学机理 ,为湖北麦冬的品种改良和
选育提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料　实验材料湖北麦冬 L.spicatavar.pro-
lifera为采自湖北省襄樊市襄城区欧庙镇湖北麦冬
GAP试验基地的 10株栽培植株 ,山麦冬 L.spicata
为采自湖北省襄樊市襄城区鹿门寺的 10株野生植
株 ,均经华中科技大学同济药学院陈家春教授鉴定
·1188· JournalofChineseMedicinalMaterials　　第 32卷第 8期 2009年 8月DOI :10.13863/j.issn1001-4454.2009.08.003
确认后 ,移栽于华中科技大学同济医学院苗圃内。
凭证植物标本存放于华中科技大学同济医学院药学
院标本室 。
1.2　方法　于 2008年 6月至 2008年 8月期间 ,分
别取不同生长期的花蕾 ,用卡诺液即乙醇∶冰醋酸(3
∶1)固定 6h以上 ,逐级酒精脱水 ,石蜡包埋 ,常规石
蜡切片法制片 ,切片厚度 10μm,铁矾-苏木精染色 ,用
加拿大树胶封片。置于 Nikon显微镜下观察 ,拍照 。
2　结果
2.1　山麦冬花药和花粉的发育特征　观察发现 ,
花药是从花托上产生的雄蕊原基形成的 。分化初期
各花药壁层与造孢细胞之间排列紧密 ,小孢子母细
胞为排列紧密的多边形细胞(图 1-1),发育到一定
时期便进入减数分裂阶段 。此时 ,花药壁层的分化
基本完成 ,由外至内依次是表皮 、药室内壁 、中层和
绒毡层 4层细胞(图 1-2)。同一花中不同花药或同
一花药不同药室内减数分裂进程不尽一致 ,可分别
处于不同时期 ,而同一药室内花粉母细胞发育多为
同步。第一次减数分裂后 ,形成 2个单倍的细胞 ,中
间被胼胝质壁分隔 ,紧接着发生第二次减数分裂 ,形
成 4个小孢子 ,这 4个小孢子包藏在共同的胼胝质
壁中 ,各孢子之间也被胼胝质壁所分隔。减数分裂
为连续型。绒毡层发育初期为单核细胞 ,在花粉母
细胞减数分裂时期经多次有丝分裂形成多核细胞 ,
最多可达 16个核 。在减数分裂二分体时期 ,绒毡层
细胞开始分泌胼胝质酶分解胼胝质壁且自身也逐渐
解体 ,绒毡层细胞变为扁平(图 1-3)。花粉粒接近
成熟时 ,药室内充满了正在发育的单核至双核期小
孢子。单核小孢子时期至双核小孢子早期 ,绒毡层
逐渐解体仅存带状痕迹 ,中层细胞液泡化膨大解体
图 1　山麦冬花药和花粉的发育特征
E.表皮　En.药室内壁　ML.中层　Ta.绒毡层　1.造孢时期的花药(×400)　2.花粉母细胞时期 ,各花药壁层结构及正
在减数分裂的花粉母细胞(×400)　3.二分体时期 ,绒毡层退化 , 箭头示二分体(×400)　4.单核小孢子时期 , 绒毡层退化 ,
细胞质液泡化 ,形成 1个中央大液泡 , 箭头示液泡(×400)　5.双核花粉早期 ,绒毡层解体仅存带状痕迹(×400)　6.成熟花
药的两层药壁(×400)　7.花药的 4个花粉囊 ,花粉囊间药隔逐渐消失(×100)　8.成熟花药 , 箭头示花粉囊开裂处(×100)
9.花的横切面示 6枚雄蕊(×40)
·1189·JournalofChineseMedicinalMaterials　　第 32卷第 8期 2009年 8月
图 2　湖北麦冬花药和花粉的发育特征
1.减数分裂时期 ,绒毡层退化(×400)　2.二分体和多分体时期 , 绒毡层异常膨大 , 大部分细胞空泡化(×400)　3.三分体时
期(×400)　4.四分体时期(×400)　5.具很多微核的小孢子(×400)　6.箭头示败育小孢子解体留下的残迹(×400)　
7.花粉囊内无花粉(×400)　8.花的横切面示 6枚雄蕊(×40)　9.成熟花药 , 箭头示花粉囊开裂处(×100)
至完全消失(图 1-4、5)。花药完全成熟时 ,药壁组
织仅由表皮和纵向条纹状加厚的药室内壁组成 ,绒
毡层彻底消失(图 1-6),为分泌绒毡层 。随着花药
不断发育 ,每一侧的两个花粉囊间药隔逐渐消失而
连通(图 1-7)。当花药完全成熟 ,药隔消失 ,在仅由
薄壁细胞组成的花粉囊交接处纵向开裂(图 1-8),
裂开的花粉囊散出花粉 ,为下一步进行传粉做好准
备。山麦冬花朵的横切面显示其具有 6枚雄蕊(图
1-9),每个花药具 4个花粉囊 ,中间由药隔分为两
半 ,横切面呈蝶形。花粉囊外由囊壁包围 ,内生许多
花粉粒 ,成熟花粉为 3细胞花粉。
2.2　湖北麦冬花药和花粉的败育特征　在减数分
裂早期 ,绒毡层和中层细胞即已大部分退化解体
(图 2-1),其解体时间明显早于山麦冬正常花药绒
毡层 。花粉母细胞减数分裂形成二分体 、三分体 、四
分体和多分体 。绒毡层异常膨大 ,形状各异 ,排列不
规则 ,大部分细胞仿佛空泡化以至于无法分辨细胞
轮廓 ,有的仅能看到少数绒毡层的细胞核游离其间
(图 2-2、3、4)。然后形成具很多微核的小孢子 ,此
时绒毡层几乎已解体退化 ,无法为小孢子的发育继
续提供营养(图 2-5)。最后 ,绒毡层和中层细胞都
完全消失 ,药室内壁未见纵向条纹状加厚 ,败育的小
孢子在药室内留下残迹或彻底解体(图 2-6、7)。湖
北麦冬花朵的横切面显示其具有 6枚雄蕊(图 2-
8),每个花药具 4个花粉囊 ,中间由药隔分为两半 ,
横切面呈蝶形。花粉囊外由囊壁包围 ,内生少数畸
形花粉粒或无花粉粒 。花药成熟时 ,花粉囊裂开散
出花粉(图 2-9)。
3　小结与讨论
山麦冬绒毡层属于分泌型绒毡层 ,在花粉发育
过程中始终保持在原位 ,分泌营养物质和结构物质
满足给小孢子和花粉的发育需要。
植物雄性不育主要表现为雄蕊缺失 、畸形 ,花药
不能正常开裂 ,小孢子发生异常 ,无花粉或无活力花
·1190· JournalofChineseMedicinalMaterials　　第 32卷第 8期 2009年 8月
粉。花药的败育可以发生在小孢子发育的每一个时
期 ,雄性不育可能涉及不止一个机制 。绒毡层是花
药壁的最内层 ,对小孢子或花粉的发育起重要的作
用。绒毡层早期发育异常直接导致了胼胝质酶不适
时的活动 ,由于过早释放胼胝质酶导致小孢子母细
胞减数分裂的不正常〔7〕。晚期绒毡层发育异常则
导致小孢子在发育过程中营养供应不足 ,从而败
育〔8〕。三倍体植物绒毡层发育是否异常少见报道。
本研究中 ,三倍体植物湖北麦冬绒毡层提前解体 ,绒
毡层异常膨大与花粉母细胞减数分裂异常几乎同时
发生 ,并影响花粉发育的营养供应而使小孢子败育。
因此 ,湖北麦冬的花粉败育还与绒毡层功能异常有
关。
湖北麦冬小孢子中存在的多数微核 ,可能是由
细胞异常减数分裂过程中的断片 、落后染色体形成
的 ,具微核的小孢子是不育的 。
参 考 文 献
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广西莪术两个新品种的特征特性简介
王　建 1 ,陆善旦 2 ,赵应学 1
(1.广西中医学院药学院 ,广西 南宁 530001;2.广西南宁药材站 ,广西 南宁 530011)
　　摘要　目的:通过对广西莪术两个新品种特征特性的介绍 , 为进一步大面积推广种植它们提供理论依据。方
法:对广西莪术两个新品种 “广成种”和 “广吉种”的品种来源 、选育方法 、特征特性 、有效成分含量 、适宜种植区等
进行介绍 ,采用 HPLC法测定两个新品种中吉马酮的含量 , GC-MS法对挥发油中有效成分进行定性分析 ,与普通常
用种进行比较。结果:广西莪术两个新品种在产量 、挥发油含量及有效成分含量上均优于普通常用种。结论:广西
莪术两个优良新品种可以在广西桂中 、桂南地区进行大面积推广种植。
关键词　广西莪术;新品种;广吉种;广成种;特征特性
中图分类号:R282.2　　文献标识码:A　　文章编号:1001-4454(2009)08-1191-02
收稿日期:2009-01-04基金项目:广西区科学技术计划项目(桂科攻 0537017-6)作者简介:王建(1959-),女 ,副教授 ,硕士 ,主要研究方向:药用植物栽培和育种;Tel:13217810893, E-mail:wjy893@sina.com。
　　广西莪术 (CurcumakwangsiensisS.G.Leeet
C.F.Liang)是 2005年版中国药典规定品种之一 ,
又称桂莪术或毛莪术 ,是广西的道地药材。莪术性
辛 、苦 、温 ,归肝 、脾经 。具行气破血 、消积止痛的功
效 ,主治积滞胀痛 、肝脾肿大 、血滞经闭等症 〔1〕。莪
术含有挥发油类 ,莪术油是一种很有发展前途的抗
肿瘤 、抗血栓和抗病毒药物 〔2〕。广西莪术既能作中
药饮片 ,又能作厂家原材料 ,市场需要大量优质 、高
产的原药材 ,其年需求量逐年上升 。但广西莪术在
栽培上存在品种混杂 ,变异类型多 ,品种退化严重 ,
产量低品质差等现象 。因此对广西莪术进行优良品
种的选育和繁育研究 ,是一项极有意义的研究 。经
过几年的研究和培育 ,已选育出广西莪术优良新品
种两个 ,分别命名为 “广吉种 ”和 “广成种” ,已获得
广西壮族自治区农业厅非农作物新品种登记证书 ,
“广吉种 ”的证书编号:(桂)登(药)2008025, “广成
种 ”的证书编号:(桂)登(药)2008026。
1　品种来源
2005年 ,课题组分别在广西兴业县大平山镇和
广西玉林福绵管理区成均镇的大田栽培群体中 ,筛
·1191·JournalofChineseMedicinalMaterials　　第 32卷第 8期 2009年 8月