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牛角瓜大孢子与小孢子的发生发育观察



全 文 :南方农业学报 Journalof Sou the rnAgricu l t u re20 1 6 ,47 (1 0 ) : 丨 65 8- 1 663
ISSN2095- 1 1 91 ;CODENN NXAABht tp : //www .nfnyxb. com
D0 1 : 1 0 . 3969/j : iss n .2095- 1 1 9 1 .20 16 . 1 0 . 1 65 8
牛角瓜大孢子与小孢子的发生发育观察
宾 珍兰 , 汤丹峰 , 郑 杰 , 刘 一 丁 , 陈励虹 , 周 瑞 阳 *
(广 西大学 农学院 , 南 宁 5 30005 )
摘要 : 【 目 的 】明确牛角 瓜 [ Ca/o trop丨s政an tea ( L inn . )W .T .A ition ]大孢子与小孢子 的发生发育情况 , 为其耕
作栽培学及植物学研究提供基础资料 , 也为其遗传育种研究及 品种改 良打下基础 。 【 方法 】于盛花期采集不同发育
时期的牛角瓜花蕾 , 运用石蜡切 片技术观察其大孢子与小孢子的发生发育特征 。 【结果 】牛角 瓜大孢子与小孢子的
发育时期与其花器官外部形态特征存在对应关系 ,雄蕊的发生发育早于雌蕊 。 牛 角瓜小孢子黏连成块状结构 , 与
普通植物 的分散型小孢子形成鲜 明对 比 , 其小孢子母细胞发育为连续型 , 绒毡层细胞有34层 , 为腺质绒毡层 , 单
核期绒毡层细胞壁开始降解 , 花粉成熟后绒毡层细胞 自 溶 。 胚囊发育类型为寥型 ,胚珠横生 , 无珠被 ; 四分体呈线
型排列 , 成熟胚囊有次生核 。 【 结论 】牛角瓜大 、小孢子发生及雌 、雄配子体发育与花器官外部形态大小密切相关 ,
其结实率低并非雌性或雄性败育所致 。
关键词 : 牛角瓜 ; 花粉块 ; 大孢子 ; 小孢子 ; 发生发育特征
中 图分类号 : S567 .239文献标志码 :A文章编号 : 2095- 1 1 9 1 ( 20 16 ) 1 0- 1 658-0 6
Genesisanddevelopmentofmegasporeandmicrospore
inCalotropisgigantea(Linn. )W.T .Aition
BIN Zhen-l an ,TANGDan-feng ,ZHENG J ie ,L IU Y i-ding ,
CHENL i-hong ,ZHOU Rui-yang
*
(Agricul tural C oll ege ,GuangxiUniversi ty ,Nanning530005 ,Ch ina )
Abstract : 【 Obj ect ive 】Genes is andde velopmentofmegas poreandmicrospore inCaiotropisgfga/itea ( Linn . )W .T .
Ai tio nwas exp lored toprov idebas icinformat ion incu lt ivat i onsc ienceand botan y ,andlayafou ndation forgenet ic b reed-
ingresearchandvar ietyimp rovement . 【 Me thod 】 FlowerbudsofCgigan feaatdiferentd evelo pmen talst age sduringfull-
bloom stageweregathered .Parafinsect ion wasadop tedtoobs erve thegenesi sanddevelopme ntcharacteris t icsof mega s-
poreandm icrosp ore . 【Resul t 】 Therewascorre spond ing relat ionbetweendeve lo pme ntals tagesofmegasporean dmi cro spo re
andflower organs morphologycharac teri sti cs.The gen es isandd evelopmentofstamenwasearl ier thanthatofp isti l . In
contras twi thd isp ersedmi crospores inord inaryp lants ,mi crosporesof C. giganteawereconglu ti nated i ntob locks tructure .
Developmen tofmicrosp oremo therce ll wasofs uccess ivetype . Therewerethreetofour layersoftape tumce lls ,whi chwere
glandulartapetum .Tapeturacel lwalld egradeda tuninuc leatesta geandautoly zed aftermaturityofpollen.Development of
embryosacwasofpolygonum typewithamph itropousovuleandno in tegumen t.Tetradformedl ineararrangemen t.Ma ture
embryosachassecondarypolar nucleus . 【 Conclusion 】There is c lose relati onbetwee ndevel opmen tofm egasporeandm i-
crospore ,femaleandmalegametop hytesdeve lopmen tandflowerorgan smorphology .Th e lowseeds et ti ngrateisn ot
causedbyfemaleabort ionormaleabort ion .
Keywords :Calotropisgigan tea ( LAnn . )W .T .A ition ;polli ni a ;megaspore ;m ic rospore ;genesisandd ev elopment
characteris tic s
0木 ,树高可达 3 .0m ,全株富含乳汁 , 自 然分布于热带
【 研究意义 】牛 角 瓜 [ Ca /otrop i_sg/gantea ( Linn . )和南亚热带地区 ,可在干热河谷 、沙漠化 、盐碱地 、沙
W . T.Ai tion ]又名断肠草 、五狗卧花 ,属萝摩科常绿灌滩等荒地推广种植 。 牛角瓜是一味传统中药 ,富含牛
收稿 日期 : 2015 - 1 2- 1 5
作者简介 :* 为通讯作者 , 周瑞阳 ( 1 955- ) ,教授 , 主要从事棉麻育种与 栽培研究工作 , E-maih ru iyangzhoi^al iyun.con^宾珍兰
( 1 990- ) ,研究方向为作物遗传育种 , E-mai l :bi nzhenlan@ 1 63 .com
1 〇 期宾珍兰等 : 牛角瓜大孢子与 小孢子的发生发育观察 ?1 659 ?
角瓜苷 、强心苷和生物碱等有效成分 , 具有强心镇痛 、 大 、小孢子发生及雌 、 雄配子体发育与花器官外部形
抗菌消炎 、抗癌等作用 。 牛角瓜纤维是牛角瓜种子上态大小 的关系及其发育特征 , 为牛角 瓜的耕作栽培
生长的附属物 ,平均长度 34 .0mm ,是近年来发现的一学及植物学研究提供基础资料 , 也为其遗传育种研
种新型可利用的植物纤维 ( 方国平和胡惠民 , 20 1 4 ) ,究及品 种改良打下基础 。
但牛 角 瓜存在大量落花现象 , 受精结实率极低 , 其j纤维产量一般仅有 75kg/ha左右 。 因此 , 明确牛角瓜
的生殖生长规律是其 品种改 良和高产栽培技术研究
的关键 。 【前人研究进展 】至今 , 已有较多关于牛角瓜牛角瓜由 广西药用植物园提供 ,种植于广西大学
纤维的研究报道 。 黄惠民 ( 200 9 )通过对牛角瓜纤维进农学院教学科研基地 。
行特殊处理 , 最终得到可纺纤维 ,开启 了人们对牛角1 . 2 试验方法
瓜利用的新认识 , 即牛角瓜纤维可作为一种新型的纺 于盛花期采集不同发育时期 的花蕾 , 去除花冠 ,
织原料 。 费魏鹤等 ( 20 1 1 )对牛 角瓜纤维结构进行扫描用游标卡尺按柱头部位 (包含柱头与副花冠 )大小进
电镜观察 ,发现其具有纤维表面光泽度好 、中空度大行分级取样 , 图 1为 白 色花测量方式。 不同分级各取 1 0
等显著特点 。 高静等 ( 20 1 3 )对牛角瓜纤维的结构 、性朵花蕾 ,用FAA固定液固定20h后转人70%乙醇 ,放入
能进行测= ,并与木棉 、棉花纤维 较 ,认为牛角瓜纤4T冰箱保存备用 。 固定材料经70% 、 80% 、 85% 、 90% 、维中空度高 、相对密度小 、色泽光亮 、手感柔滑 , 是制 95%和 1 00%梯度酒精脱水后 , TO透明剂透明 、 透蜡 、
作保暖 、高构纺织品 的新型材料 。 李琏 等 ( 20 1 3 )研 包埋 、切片 (厚度 1〇 哗 ) ,再以TO透明剂脱蜡 、海 氏苏
%发现 ’ 牛角瓜纤维纵向__形态特 fiHM ’a 纟精染色 5論 、雛封片 ,o lympusBH—2型光学显微纤维密度较小 ,红外吸收光谱图有特征峰 ,可区别于胃%其他纤维 。 目前 ,牛角瓜主要采用播种繁殖 。 高柱等¥
( 20 1 4 )研究发现 ,水浸催芽可提高牛 角 瓜种子萌发2g果与
率 , a秋季播种发芽率较春季高 ; 刘鹏等 ( 20 1 4 )研究2 . 1 雌 、雄配子体发育时期与花器官外部形态特征的
表明 , 各施肥水平对牛 角瓜苗高和地径生长作用明关 系
胃 、 巾角瓜花为酣花 , 由 形状如小狗的五枚副花冠
为N>P>KD 牛角瓜开花数量多 ’但坐果率低 ’且产量低 环绕柱头 , 故又名 五狗 卧花 ,花药绕 生于柱头 周 边
(魏静等 , 20 1 3 ) ’ 极 制约了

牛角瓜纤维 的^发与㈣ ( 图 j箭头所示处 ) ,雄蕊的发生发育早于雌蕊 ,雄蕊发研 細同时副花冠也在生长 , 副花冠与柱头相对位置的
J和 J 变、化见表 1 ,其颜色发生变化 , 由 白 色渐变为浅紫色到两大类 。 外部环境因素包含温度 、光照 、水分 、病虫害此 ■ 匕 n n+
等 , 自身生殖特性又分为有性生殖发育特性和传粉生 熟时 未开展° 花冠#展后 即成
物学特性 (何长征等 , 2008 ; 周 建梅等 , 20 1 6 ) 。在特定
的外部环縣件下 , 了解其生敝长情况 ,雜于找12 胃 ?^
出结实率低的原因 , 为其品种改 良 , 品种质量和产量小抱子母细胞 比周 围的花粉囊壁细胞大 ,其细胞
提高提供理论依据 ,但至今鲜见有关牛角 瓜生殖生长质浓厚 ,细胞核大 ,核仁明显 ( 图2 -a ) ,且不同切面呈不
方面 的研究报道 。 【 拟解决的关键问题 】明确牛 角瓜同状态 ( 图 2 - b ) ,之后小孢子母细胞体积继续增大 ,进
白 色浅紫色
图 I 牛角瓜花的形态解剖特征及其副花冠颜色变化情况
F i g.  1 Mo rph ologi ca lanatomych aract eris tics and co rona col orvari at iono f C .gigan teaflower
?1660?南 方 农 业 学 报47 卷
表 1 牛角瓜花柱头部位 ( 含柱头与副花冠 )直径 、副花冠颜色与雌雄蕊发育的对应关 系
Tabl e 1Corresponden ce between st igma t  inc lud in gs t igma a ndcorona )d iame ter ,co ro naco lours , andp ist i lstamen deve lopment
柱头部位直径 副花冠颜色 副花冠相对于柱头位置小孢子发 育时期大孢子发育时期
(mm )St igm aCoronaCorona posi tion comparedMic rospore deve lopmen t Megaspore deve lopmen t
diame te r co lou rto st igmapos i t ion period per iod
2 .0-2 . 5白 色Whi te低Low小孢子母细胞 M ic rosporemothe r c e l l
2 .6-3 .0 白 色Whi te 低 Low 减数分裂期Me ios is stage-
3 . 1  ̄4 .0白 色Whi tefSLow 单核期Un inucleat estage -
4 . 1?5 . 0 白 色Whi te 低 Low二核期 B inuc leusstage大孢子母细胞 Mega sporemot he rc el l
5 . 1?5 . 5白色 Wh i te丨氐 Low — 二分体 Dyad
5 . 6 ̄7 .0 浅紫色 L i lac 低Low -四分体 、单核胚囊 Tetrad , mononuc 丨 e ar embryo sac
7 . 1?7 . 5浅紫色 L i lac平 Flat - 二核胚囊 、 四核胚囊
Twonuc lear embryosac ,four nuc le ar embryo sac
7 . 6-8 .0紫色Purp le高H igh- 八核胚囊 E ightnuclear embryosac
8 . 1 -8 . 5 余色Purp le 高H igh -成熟胚囊Ma ture embryosac
示不明确时期
‘ ‘

’’
meant unknown
入减数分裂时期 ,可观察到二分体 、四分体结构分布牛角瓜一般有4-5个花药 , 每个花药有两个花粉
在整个花粉囊室内 ( 图 2-c ) ,随后进入单核期 ( 图2 - d ) ,囊 ,每个花粉囊形成 1  ̄2个花粉块 ,多为 1个。 两个相连
绒毡层细胞有3 ̄4层 , 其细胞壁在单核靠边期开始降花粉囊的花粉块通过花粉块柄连在一起 (图 2-h ) ,如昆
解 , 小孢子间存在某种物质能促使小孢子 聚集成块虫翅膀状 ( 图 2 -i ) 。 花药开裂处位于花粉块柄生成处
( 图 2-e ) ,在花粉成熟后绒毡层细胞 自溶 ( 图 2- f ) ,成熟( 图 2-h ) ,花粉块长约 1 . 2mm。
花粉粒排列紧凑 ,形状各异 ,呈明显的棱角状 ( 图2-g ) 。
图 2 牛角瓜的雄蕊花药显微解剖结构
F ig .2S tamena ntherm ic roscop icalan atomyo f C.gigan tea
a : 花粉囊壁层次及小孢子母细胞 ( 40x ) ; b : 紧密排列的小孢子母细胞 ( 40x ) ;C : 减数分裂 I 期 、 I I 期的小孢子母细胞 (40x ) ; d :单核小孢子 ( 40 x ) ;
e :单核小孢子 、二核花粉 ,局部绒毡层细胞壁正在消融 ( 40x ) ; f:绒毡层降解 ( 40x ) ;g : 花粉块 ( 被包裹 的花粉粒 ) ( 20x ) ; h : 花粉柄连接两花粉囊的
花粉块 ( l 〇 x ) ; i : 两花粉块全貌 ( 1 0x )



Anthe r sacwal l st ruc tureandm i crosporemoth er ce l ls ( 40x ) ; b : C lo se ly-packedm i crosporemo ther ce l l s ( 40x ) ; c :M icrosporemo ther ce l l sa tmei os is
stageIand I I ( 40x ) ; d : Mononuc le ar mi crospore ( 40x ); e :Mo nonuc l ea r m icrospore andtwonuc lea r po l len ,part i al tapetumc e l lwa l ls dissolved(  40x ) ;
f: Tape tumc el l degene ra ted ( 40x ) ;g : Po l l in ium( cove redpol l e ngra in ) ( 20 x ) ;h : Po l l in iumtha tconne c ted twopo l l en sacsin po l len sta lk (1 0x ) ; i : Shape
oftwo
po l l iniums ( 1 Ox )
1 〇 期宾珍 兰等 : 牛 角瓜 大孢子 与 小抱子 的发生发育观察. 1 66 1.
2 . 3 大孢子发生与雌配子体发育规律细胞大的细胞 , 即孢原细胞 ( 图 3 -c ) ,孢原细胞开始分
2 . 3 . 1 大孢子的发生 牛角瓜花有两枚心皮 , 离生裂形成一个在纵轴方向明显伸长的细胞 , 即大孢子母
( 图3 -a ) 。子房腹缝线内表皮局部细胞进行平周分裂和细胞 。 珠心表皮细胞与大孢子母细胞间含有2 ̄3层细
垂周分裂 ,形成突起 , 即胚珠原基 ,其胎座类型为边缘胞 , 即牛角瓜大孢子发育属于厚珠心型 ( 图 3-d ) 。 随后
胎座 ( 图 3 -b ) 。 胚珠原基细胞经分裂和分化后 ,朝向胎大孢子母细胞进人减数分裂时期 ,经过第一次分裂产
座的一端发育为珠柄 , 另一端发育为珠心组织 。 此时生二分体细胞( 图 3 -e ) ,在此过程 中胚珠各部位珠心组
的珠心组织细胞分裂能力较强 ,且上端细胞的分裂速织细胞分裂速度并不一致 ,珠柄开始出现弯曲 ,随后
度与下端细胞分裂速度相同 ,胚珠直线生长 。 同时 ,珠大孢子母细胞进人第二次分裂 ,产生 4个大孢子 ,沿胚
心表皮下出 现一个体积与细胞核皆 比周围珠心组织珠长轴方向排列形成线性四分体 (图 3 -f ) 。HM
图 3 牛角瓜的子房及胚珠显微解剖结构
F ig . 3Ovaryandovule m icro scop ica lana tomy of C. gigan tean
a : 两心皮及其子房 ( 20x ) ; b : 边缘胎座 ( 20x ) ; C :孢原细胞 ( 40x ) ; d : 大孢子母细胞 ( 40x ) ;e :二分体 ( 40 x ) ; f :线性排列 的四分体 ( 40x )
a : Two c arp el s and o va ry ( 20x ) ; b : Ma rgi na l p lacenta ( 20x ) ;c : Arc hesporia l ce l l ( 40x ) ;d :Megasporemothe rc el l( 40 x ) ; e :Dyad ( 40x ) ; f:Tetradin
l ine ararrangement ( 40x )
2 .3 .2 雌配子体的发育 四分体形成后不久 , 珠孔细胞核向胚囊中间移动 ,形成 中央细胞的极核 , 2个极
端的 3个大孢子会逐渐退化 , 近珠柄端的大孢子发育核再进一步融合形成次生核 ( 图4 -d ) ,远珠柄端剩余 3
形成功能大孢子 ( 图4- a) 。功能大孢子进行一次细胞内个细胞核分别形成一个卵细胞和2个助细胞 ( 图 4-d ) ,
核分裂 , 产生2个细胞核 , 即形成二核胚囊 。 2个细胞核而近珠柄端的3个细胞核形成反足细胞 ( 图 4-e ) 。因此 ,
间形成一个大液泡 , 使2个细胞核分别向胚囊的两极牛角瓜雌配子体发育属于蓼型 。 雌配子体发育过程中
移动 (图 4-b L2个细胞核分别在胚囊的两端进行两次珠柄继续弯 曲 ,最后成熟胚珠为横生胚珠 ( 图 4- e ) ,整
核分裂 ,形成八核胚旗 ( 图4 -c ) ,之后两极端各有一个个胚囊的发育过程未见珠被结构 。
图 4 牛角瓜的胚囊显微解剖结构
Fig .4Embryo sacm icroscop i canatomyofC .gigantea
a : 功能大孢子 ( 40x ) ; b :二核胚囊 ( 4 0x ) ; c :八核胚囊 ( 40x ) ; d : 极核融合 ( 40x ) ;e :横生胚囊 ( 40x )

:Func t iona l megaspore( 40x ); b : Twonu cle ar embryo sac ( 40x ) ;c : E ightnuc learemb ryosac ( 40x ) ; d: Two polar nuc le i fu sed ( 40x ) ;
e :Amph i tropous embryosac ( 40x )
?1662?南 方 农 业 学 报47 卷
3 讨论 参考文献 :
^ 、 +陈国 菊 , 程玉瑾 , 吴定华 , 吴筱颖 . 1 9 99 . 番茄大 、小孢子的发线觀是花药壁的最内 层 ,对花粉的发 B起着重生及雌 、 雄配子体的发育 [J ] .軸农业大学学报 , 20 ( 2 ) :
要作用 。 绒毯层通常为一层 ,少数植物为二层或多层 , 3 6-40 .
牛角瓜绒毯层为 34层 ,与春兰 ( cymbidfumgoeriflgiy )C he nGJ , C hen gYJ ,WuDH , WuXY .1 999 .M ic rosp oroge ne-
花药壁为二层相似 (胡适宜和杨坚 , 19 89 ) , 可能与花s is ,megaspo rogene sis a ndmal e ,femal egamet ophytedeve-
粉块的形成有关 。 腺质绒毡层或称分泌绒毡层 ,在花l opmen t inhumaUf
生质体仍然能不同程度地维持原形 , 直到花粉成熟发生与 雌雄配子体发 育的研究 [ J ] . 西 北植 物学报 , 3 1
后 , 原生质体完全 自 溶 (武阿梅等 , 2008 ; 肖 玉菲等 ,( 3 ) : 43 1 ̄438 .
20 1 4 ) 。 原生质体完全 自 溶則 ,首先是细胞壁溶解 ,在Fan LL , Peng FR , Zhou Q , H aoMZ , Tan PP . 20 1 1 . Sporogen e-
不同植物中细胞壁溶解的时期并不一致 , 番前 ( Ly- s isa ndgametogene sis ofCatalpai> u/igej ( B ignon iaceae ) [ j ] .
cppefisioflescuteflftim )的细胞壁溶解是在小孢子母细Ae taBGtani eaBoreal i-Geddenta liaSi ni ea ’ 3U3 h43 1_438 -
胞时期 (陈国菊等 , 1999 ) ,楸树 ( Ca taVpabungei )在四 方国

牛纤维及其在针织领域应脑探
分体后才溶解 (樊莉 H B等 , 20 1 1 ) , 虎榛子 ( Ost iyopsisFangGP , HuHM .20 14 .Akundfiberanditsapp l ication in
dav/diana )在单核小孢子时期开始溶解 (武阿梅等 , knit ting !;J I Kn itt ing Imiu stries ,Mh 27-29 _
2008 ) 。 本研究中 ,牛角瓜绒毡层为腺质绒毡层 ,细胞费魏鹤 , 胡惠民 ,李斑 , 李卫东 . 20 1 1 . 牛角瓜纤维的结构与性
壁溶解发生在单核期 。能研究 [J ] ? 中 国纤检 , (7 ) : 80-83 .
通常情况下 ,被子植物的小孢子在四分体形成后FeiWH ,H uHM , U乂山 WD _20 丨 丨 . Stu办 0n 加 structure
胼胝质会消失 , 小孢子单粒散落 , 如烟草 (Maganaand pr〇perty °f akund fiW [n ehina FibCT Inspeet i°n ’ ( 7 ) :
8083
msticaX^m^ , 20 1 4 )Mm BuplcurumChinese)^高静 , 赵涛 , 陈建波 . 20 1 2. 牛角瓜 、木棉和棉纤维賊分 、结艳杰和申家恒 ,2007 ) 、虎榛子 (武阿梅等 , 200 8 )等 ,也构和雌分析 [J ] . 东华大学学报 ( 自然科学版 ) , 3 8 ( 2 ) :
有 以四分体为单位的四合花粉 ,如春兰 (胡适宜和杨 1 5 1- 1 55 .
坚 , 1989 )等 。 本研究中 ,牛角瓜花粉粒为无规则聚集GaoJ , ZhaoT , ChenJB.2〇12 .Composi tion , structureandpro-
形成花粉块 ,且成熟花粉块内花粉粒壁厚度不一 , 与pertyanaly sisofCab troPisgfgantea , kapokandco ton fibers
高斑叶兰 (G〇〇dyerapiwera ) (徐是雄等 , 1 987 ) 、春兰⑴. journalofDonghuaUn iversity ( NaturalScience ) ’ 3 8
(胡适宜和杨 1 989 )等

科植物相似 。 ^适宜和 高柱 付锦楠 王小玲 紐金 ,郑元 马贼 厕 干热河谷杨坚 ( 1 989雨究发现 , 在兰科植物花粉块形成过程牛角瓜人工栽培技术研究 [ J ] . 北方园艺 , ( 1 6 ) : 27-30 .
中 ,其花粉块成分含有孢粉素和纤维素 ,是 由于 四分Ga。 Z , FuJN ,WangXL , Ga。 S J , Zh en gY , MaHC .20 14 .
体间有胞间连丝 ,存在联结花粉粒的桥结构 ,或 由花Study onCaiotropi'sg fganteancul tivat ion techniquei nd ry-
粉粒外壁的纤维状物质黏合作用而形成 。 至于牛角瓜hotvallyt J ] ’NorthernHorti cu lture , ( 16 ) : 27-30 -
花粉块内连接小孢子与小孢子间的物质成分是什么 , 何长征 ,刘志敏 , 熊兴耀 ,邹学校 ,萧浪涛 . 辣椒细胞质
以及花粉粒间是如何作用形成花粉块等问题 ,均需进 花药发育的细胞学酿⑴ . 园艺学
一步探允 。H eCZ . Li uZM , XiongXY , ZouXX , X iaoLT . 2008 .C yto-整个牛角瓜胚囊发育过程未见珠被结构 ,属于无logi c observat ions onan ther development of9704A , acyto-
珠被胚珠 。 此外 ,牛角瓜小孢子与大孢子发育过程正p lasmicmalesteri lel in ei nCaps icumannumL . [j ] .Acta
常 ,未发现败育现象 ,说明其结实率低与雌性或雄性Horticul tu rae S in ica , 3^ 4 ) : 5 2^528 -
不育无关 , 可能与花粉结构或传粉生物学特性有关 , 胡适宜 ,杨坚 春兰花粉壁的结构及其与花粉粘合的关
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