全 文 ：第 33卷　第 3期
2009年 5月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.33, No.3
May, 2009
　收稿日期:2008-09-04　　　　修回日期:2009-03-05
　基金项目:国家 “十一五 ”科技支撑计划(2006BAD19B0204)
　作者简介:林树燕(1976—),讲师,博士生。 ＊丁雨龙(通讯作者),教授 ,研究方向为竹子生殖生物学。E-mail:ylding@njfu.com.cn。
　引文格式:林树燕 ,郝娟娟 ,辛　华 ,等.月月竹大 、小孢子发生和雌、雄配子体发育研究 [ J] .南京林业大学学报:自然科学版 , 2009,
33(3):9-12.
月月竹大 、小孢子发生和雌 、雄配子体发育研究
林树燕1 ,郝娟娟 1 ,辛　华2 ,丁雨龙 1＊
(1.南京林业大学竹类研究所 ,江苏　南京　210037;2.青岛农业大学 ,山东　青岛　 266109)
摘要:月月竹(Menstruocalamussichuanensis)作为优良的园林绿化竹种 ,近几年在南京林业大学竹种园中出现开
花现象。以月月竹为研究对象 , 运用石蜡切片技术对其大 、小孢子的发生和雌 、雄配子体的发育过程进行了研
究。结果表明:月月竹花药具 4个药室 ,花药壁由表皮 、药室内壁 、中层 、绒毡层 4层结构组成 , 花药壁发育为单
子叶型 , 绒毡层为腺质型 ,小孢子母细胞减数分裂中的胞质分裂为连续型 ,产生左右对称型小孢子。成熟花粉大
多二细胞型 , 具 1个萌发孔。月月竹子房为 2心皮 1室 ,侧膜胎座 , 1个倒生胚珠 , 双珠被 ,薄珠心。大孢子母细
胞由一个雌性孢原细胞直接发育而成 ,大孢子四分体呈线型 , 合点端一个大孢子分化为功能大孢子 , 由功能大孢
子发育为蓼型成熟胚囊 。
关键词:月月竹;大孢子发生;小孢子发生;雄配子体;雌配子体
中图分类号:S722　　　　文献标志码:A　　　　文章编号:1000-2006(2009)03-0009-04
Themegasporogenesis, microsporogenesisandthedevelopmentoftheirfemale
andmalegametophyteinMenstruocalamussichuanensis
LINShu-yan1 , HAOJuan-juan1 , XINHua2 , DINGYu-long1＊
(1.BambooResearchInstituteofNanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China;
2.QingdaoAgriculturalUniversity, Qingdao266109, China)
Abstract:Asoneofthegoodornamentalbamboospecies, Menstruocalamussichuanensishasbeenfloweringinthebam-
boogardenofNanjingForestryUniversityinrecentyears.Theresearchonthemegasporogenesis, microsporogenesisand
thedevelopmentoftheirfemaleandmalegametophyteinM.sichuanensisweremadeinthispaper.Theantherwalwas
consistedoffourlayers, theywereepidermis, endothecium, middlelayerandtapetum.Thedevelopmentofantherwal
belongedtothemonocotyledonoustype.Thetapetumwastypicalglandulartype.Thecytokinesiswassuccessiveandthe
microsporetetradswerebilateraly.Maturepolengrainsweremostlytwo-celledwithonegerminalaperture.Thesimple
ovaryconsistsoftwocarpals.Singleovulewithparietalplacentawasanatropous, doubleintegumentandtenuinucellate.
Themegasporocyteunderwentmeioticdivisiontoformfourmegasporesarrangedinaline, andthemicropylarmegaspore
wasthefunctionalone.Theformationoftheembryowaspolygonumtype.
Keywords:Menstruocalamussichuanensis;megasporogenesis;microsporogenesis;malegametophyte;femalegametophyte
中国拥有丰富的竹类种质资源 ,共有竹类 40属 500余种 ,竹林面积 500多万公顷 ,占全国森林总面积的
4%。竹类植物一般开花周期比较长 ,多数竹子一生只开一次花 ,开完花即死亡 ,而且大多数竹类植物结实率
低 ,这给竹类植物的胚胎发育研究工作带来了很大困难 [ 1] ,目前有关竹子胚胎发育的文献较少[ 2-3] 。国内研
究人员曾对毛竹 、寒竹等进行了胚胎学观察 ,对爬竹雄蕊发育异常和雷竹的小孢子发生和雄配子体形成进行
分析 ,对巨龙竹生殖器官形态结构及雌雄配子体的发育进行了研究 [ 4-8] 。月月竹(Menstruocalamussichuanen-
sis)个体增殖力强 ,常栽培作绿篱 ,姿态优美 ,是庭园绿化的优良竹种 [ 9] 。近年来南京林业大学竹种园中月月
竹陆续开花 ,为开展其胚胎学研究提供了难得的机遇。笔者在分析月月竹花粉萌发力的基础上 ,针对其花粉
萌发力较低以及结实率低的特点 ,探讨月月竹大 、小孢子发生及雌 、雄配子体发育过程中的败育问题 ,以期为
竹类植物的生殖生物学研究积累资料 ,并为月月竹育种工作提供依据。
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
1　材料与方法
1.1　供试材料
试验材料为月月竹不同发育时期的小花 ,采自南京林业大学竹种园 。取材从 2008年 1月初开始 ,根
据花的发育过程 ,定期采集不同发育阶段小穗的中间部位小花 , 2008年 4月 13日结束 。
1.2　样品制备及观察
采集不同时期月月竹的小花先进行解剖 ,取出雌 、雄蕊固定并抽气。固定液为无水乙醇 +冰醋酸(体
积比为 3∶1),固定 1 h后转入 70%乙醇中保存于冰箱。爱氏苏木精整体染色 ,蓝化后 ,常规石蜡法制
片 [ 10] ,切片厚度为 8 μm。部分切片采用爱氏苏木精 、番红 、固绿双重染色 , Olympus显微镜下 CanonA640
拍照。
2　结果与分析
2.1　小孢子发生及雄配子体发育
图 1　月月竹小孢子及雄配子体的发育
Fig.1　Themicrosporogenesisandthemalegametophytes
developmentinMenstruocalamussichuanensis
1.未分化的花药 , ×224;2、 3.表皮下孢原细胞分裂 , ×560;4.形
成初生壁细胞和初生造孢细胞 , ×560;5.次生造孢细胞 , ×364;
6.小孢子母细胞 , ×224;7.小孢子母细胞减数分裂 Ⅰ 中期 ,
×364;8.小孢子母细胞减数分裂 Ⅰ 末期 , ×364;9.二分体 ,
×560;10.小孢子母细胞减数分裂 Ⅱ末期 , ×560;11四分体 ,
×440;12.小孢子母细胞 , ×284;13.单核小孢子靠边期 , ×160;
14.二细胞花粉 , ×142;15.三细胞花粉 , ×640
2.1.1　小孢子发生
月月竹花药 3枚 ,每个花药有 4个药室。当花
序长 6 ～ 8mm时 ,在横切面上可见花药的角隅处表
皮细胞的下方分化出 1个孢原细胞(图 1-1, 1-2,
1-3)。孢原细胞经一次平周分裂和多次垂周分裂
产生初生壁细胞和初生造孢细胞(图 1-4),初生造
孢细胞再分裂 ,形成次生造孢细胞(图 1 -5),进而
发育成小孢子母细胞(图 1 -6)。小孢子母细胞核
大 ,无明显的液泡 ,进一步发育 ,彼此进入减数分裂
时期。其分裂过程与大多数被子植物相同 ,经历前
期 、中期 、后期 、末期 4个时期 ,减数分裂第 1次产生
分隔壁 ,形成二分体(图 1-7、1 -8、1-9),接着进
行第 2次分裂 ,分裂后在 4个核之间产生细胞壁形
成四分体(图 1-10、1-11)。小孢子母细胞在减数
分裂过程中 ,均被胼胝质壁包围 ,产生的小孢子四分
体为左右对称型 。孢质分裂为连续型。同一花药中
不同药室之间小孢子母细胞减数分裂可相差 1 ～
2个分裂时期。
2.1.2　雄配子体发育
小孢子四分体时期比较短暂 ,随着胼胝质溶解 ,
小孢子释放出来 ,刚释放出来的小孢子细胞质浓厚 ,
细胞核位于中央 ,为收缩期的小孢子(图 1 -12)。
随后小孢子体积逐渐增大 ,细胞质液泡化 ,逐渐形成
一个中央大液泡 ,细胞质分布在液泡周围 ,细胞核移
到细胞的一侧为单核靠边期的小孢子(图 1 -13)。
然后细胞质逐渐充满整个细胞 ,细胞核进行一次有
丝分裂 ,形成双核(图 1-14),靠花粉壁的为生殖细
胞 ,占据细胞中央的为营养细胞 ,在月月竹的成熟花
粉粒中 ,很少形成三细胞花粉(图 1-15),大多为二
细胞花粉 ,以后细胞质进一步浓厚 ,而且在花粉壁上
可观察到 1个呈凸透镜形状的萌发孔 。
10
　第 3期 林树燕 , 等:月月竹大 、小孢子发生和雌 、雄配子体发育研究
图 2　月月竹花药壁的发育
Fig.2　ThedevelopmentofantherwalinM.sichuanensis
1.初生壁细胞时期 , ×364;2.小孢子母细胞时期 4层药壁 , ×284;
3.小孢子母细胞减数分裂前期 4层药壁 , ×364;4.二分体时期药
壁 ,中层变扁 , ×440;5.四分体时期药壁 ,中层解体 , ×284;6.小孢
子时期 3层药壁 , ×284;7.单核小孢子靠边期药壁 ,绒毡层解体 ,
×284;8、9.成熟花粉粒时期,仅有两层壁 , 8×224, 9×400
2.1.3　花药壁的发育
幼体雄蕊在横切面上只有表皮层和孢原细胞 。
表皮细胞自始至终只有 1层细胞。孢原细胞分裂 ,
形成初生壁细胞和初生造孢细胞 (图 2-1),初生
壁细胞的外层分化为药室内壁 ,内层分化为中层和
绒毡层 ,小孢子母细胞时期花药壁完全分化 ,形成
4层药壁(图 2-2),从外向内依次是表皮 、药室内
壁 、中层和绒毡层细胞(图 2-3),药壁的发育为单
子叶型 。药室内壁与中层细胞比较扁 ,而绒毡层细
胞则径向较长 ,细胞质浓厚 ,往往 1 ～ 2核 。
图 3　月月竹大孢子及雌配子体的发育
Fig.3　Themegasporogenesisandthefemalegametophytes
developmentinM.sichuanensis
1.雌配子体孢原细胞 , ×284;2.大孢子母细胞 , ×364;3.二分体 ,
×284;4.四分体 , ×440;5.二核胚囊 , ×364;6.二核胚囊分裂前期 ,
×364;7.四核胚囊 , ×160;8.成熟胚囊 , ×112;9.侧膜胎座, ×28
小孢子二分体和四分体时期 ,中层被挤压成扁
平状 ,并逐渐解体(图 2-4、2-5、2-6),在小孢子后
期 ,绒毡层原位出现解体现象(图 2-7),但仍处在原
来的位置 ,因此认为其为腺质绒毡层。花粉成熟时
期 ,表皮细胞明显增大 ,方形 ,在表皮细胞的外侧具有
一层呈毛状的角质层 ,绒毡层消失 ,药室内壁的内切
向壁与径向壁上存在着马蹄形的纤维层加厚 ,整个
药壁由表皮层和药室内壁组成(图 2-8、2-9),两个
相邻药室之间的药隔消失 ,两个药室连通。
2.2　大孢子的发生及雌配子体的发育
2.2.1　大孢子的发生
月月竹子房为二心皮 ,侧膜胎座(图 3-9),着
生单个胚珠 ,胚珠倒生 ,双珠被 ,薄珠心。
子房在早期发育时 ,内稃里面的基部出现微小
的突起 ,这就是胚珠原基 ,胚珠原基不断成长 ,体积
不断增大 ,外部由基部向上延伸形成内珠被 ,内珠
被顶端有 1个小孔 ,即珠孔 ,随后在内珠被的外方
形成外珠被 ,此时孢原细胞开始分化。孢原细胞位
于珠孔端珠心表皮下方第 2层细胞 ,细胞体积较
大 ,细胞质浓厚 ,具有显著的细胞核 ,核内具有核仁
(图 3-1)。孢原细胞纵向增加体积 ,细胞核变大 ,
染色质凝聚于核仁周围 。孢原细胞直接发育成大
孢子母细胞(图 3-2)。以后大孢子母细胞进行减
数分裂 ,沿珠孔下方的珠心处向内形成一字形排列
的二分体 、四分体(图 3-3、3-4)。四分体中靠合
点端 1个大孢子发育为功能大孢子 ,其余的 3个
退化。
2.2.2　雌配子体的形成
月月竹的胚囊发育为蓼型 ,其特征与禾本科植
物如小麦等基本一致[ 11] 。功能大孢子的第 1次分
裂之后 ,即为二核胚囊 ,分别位于合点端与珠孔端
(图 3-5、3-6)。二核胚囊进行第 2次分裂形成
四核胚囊(图 3-7)直至形成成熟胚囊 。胚囊珠孔
端具有 3个细胞组成的卵器 ,包括 1个卵细胞和靠
得很近的 2个助细胞 。卵细胞核大 ,位于卵细胞中
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南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
部近珠孔端 。在靠近卵器的位置 ,是由 2个并排的极核组成的中央细胞。在合点端可以观察到大量的反
足细胞 ,这些反足细胞比较小。在显微镜下反足细胞细胞质浓厚 ,排列比较紧密(图 3-8),它们在胚囊内
的存在时间较长 ,在多细胞原胚时期逐渐解体。反足细胞多 ,是禾本科植物的普遍特征 [ 12] 。其作用被认
为是在胚囊发育和卵细胞受精前后有运送养分的功能 ,类似于吸器的作用 [ 13] 。
3　讨　论
(1)根据 Davis对被子植物花药壁发育类型的划分 [ 14] ,月月竹的花药壁发育属于单子叶型 。月月竹
每朵小花有 3个花药 ,每个花药有 4个花粉囊 ,花药壁结构从外到内依次为表皮 、药室内壁 、中层和绒毡层
(典型腺质绒毡层),小孢子母细胞减数分裂时胞质分裂方式为连续型 ,四分体排列方式为左右对称型 。
在花药发育过程中 ,观察到以下败育情况:在花药的发育过程中 ,小孢子发生收缩变形是普遍存在的现象 ,
但有部分小孢子收缩过度成 “骨形 ”,不能进行正常的液泡化 ,也不能进行正常有丝分裂 。这可能是导致
月月竹花粉活力低的原因 。
(2)月月竹的雌蕊发育正常 。从雌蕊原基产生及生长 ,子房的生长 ,花柱的伸长 ,以及双层珠被的形
成 ,均发育正常。从孢原细胞的形成 ,大孢子母细胞以及四分体的产生 ,到形成完整的胚囊结构 ,还未发现
有胚囊的败育及胚发育的异常 。
(3)月月竹的小穗上一般有十几朵小花 ,各个小花内的雌 、雄蕊发育也并不一致 ,一般是中部的小花
先发育 ,基部和顶部的后发育。笔者在野外采种子的过程中发现:月月竹的小穗中 ,一般只发育一粒种子 ,
而且一般是位于小穗的中部的小花上 。这可能是由于在月月竹的小穗上存在着营养竞争的关系 ,由于中
部的小花先发育 ,先结实 ,因此中部小花的子房先成为营养中心 ,必然会抑制后发育子房的生长。但这尚
需进一步的试验证实 。
(4)月月竹为雌雄同熟 ,但授粉方式大都为异花授粉 ,花期较长 ,大部分小穗平均每天的同步开花较
少 。在一片竹林中每天只有一小部分小穗上的小花开放。竹子是风媒传粉植物 ,而风媒传粉植物的传粉
有效性通常较虫媒植物低 ,且多数栽培竹子又是零星开花 ,因此其开花结实率低的原因还可能与零星开花
的传粉有效性有关。月月竹结实率低的原因是复杂而综合性的 ,有性生殖任何一个环节出现障碍 ,都将造
成生殖的失败[ 15] 。在月月竹中 ,小孢子发生和雄配子体发育阶段出现的败育是生殖障碍的主要内在因素
之一 ,除了内部原因以外 ,也可能是由营养或传粉限制等外部环境条件引起的 ,此问题还有待进一步研究 。
[ 　参　考　文　献　]
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(责任编辑　郑琰燚)
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