全 文 ：第 32 卷 第 4 期
2010 年 7 月
北 京 林 业 大 学 学 报
JOURNAL OF BEIJING FORESTRY UNIVERSITY
Vol. 32，No. 4
Jul.，2010
收稿日期:2009--05--30
基金项目:国家林业局珍稀濒危物种调查监管项目(2009)、北京市财政专项(XM--0000178219080321001)。
第一作者:寿海洋。主要研究方向:植物分类学和生殖生物学。电话:010--82380435 Email:shouhy@ 126. com 地址:100083 北京市清华
东路 35 号北京林业大学 628 信箱。
责任作者:马清温，研究员。主要研究方向:结构植物学。电话:010--67020722 Email:maqwdd@ hotmail. com 地址:100050 北京市崇文
区天桥南大街 126 号北京自然博物馆。
本刊网址:http:∥www. bjfujournal. cn;http:∥ journal. bjfu. edu. cn
土沉香小孢子发生与雄配子体发育的细胞学观察
寿海洋1 马清温2 刘 頔1 李凤兰1
(1 北京林业大学生物科学与技术学院 2 北京自然博物馆)
摘要:利用普通光学显微镜对土沉香小孢子发生与雄配子体发育的过程进行了观察。结果表明:土沉香小孢子发
生与雄配子体发育过程均正常;花药 4 室，花粉囊壁由 4 层细胞组成，分别是表皮、药室内壁、中层和绒毡层，绒毡
层的类型为腺质绒毡层，药壁形成方式为双子叶型;小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂为同时型，形成的四
分体大多为四面体型，少数为左右对称型;成熟花粉粒为二细胞型。还利用扫描电镜对土沉香的成熟花粉进行了
观察，发现成熟花粉呈球形，表面为具钝三角形投影的基柱所组成。萌发孔小，边缘不清晰，不易被观察到。
关键词:土沉香;小孢子发生;雄配子体;发育
中图分类号:S718. 3 文献标志码:A 文章编号:1000--1522(2010)04--0092--05
SHOU Hai-yang1; MA Qing-wen2; LIU Di1; LI Feng-lan1. Cytological observations of
microsporogenesis and male gametophyte development of Aquilaria sinensis (Lour.) Spreng.
Journal of Beijing Forestry University (2010)32 (4)92--96［Ch，20 ref.］.
1 College of Biological Sciences and Biotechnology，Beijing Forestry University，100083，P. R. China;
2 Beijing Museum of Natural History，100050，P. R. China.
Using an ordinary optical microscope，we investigated the microsporogenesis and male gametophyte
development of Aquilaria sinensis. The results show that microsporogenesis and male gametophyte
development of A. sinensis are normal. The anther has four chambers. The pollen sac wall consists of four
layers，i. e. epidermis，endothecium，middle layer and tapetum;the tapetum is of a glandular type. The
formation of the anther wall shows a dicotyledonous type. Cytokinesis occurs simultaneously with meiosis
in a microspore mother cell，and the formed tetrads are mostly tetrahedral while some are symmetrical.
The mature pollen grains are of a binuclear type. Using a scanning electronic microscope (SEM)，the
mature pollen grains were observed，which appeared spherical in shape，with their surface made up of
blunt-triangular projected pillars. The germination pores of the pollen were difficult to observe because of
their small size and unclear edges.
Key words Aquilaria sinensis (Lour.)Spreng.;microsporogenesis;male gametophyte;development
土 沉 香 (Aquilaria sinensis )为 瑞 香 科
(Thymelaeaceae)沉香属常绿乔木，别名白木香、女
儿香、莞香、香材，为我国特有树种，主要用于生产沉
香。沉香是中国、日本、印度、东南亚以及中东国家
传统的名贵药材和天然香料［1］;又因燃烧之有“清
赏祀神，去潮辟秽”之功，故几千年来被广泛地用于
佛教、印度教、穆斯林等宗教仪式上。我国过去多从
越南、印度尼西亚等国进口沉香，称“进口沉香”，而
把从土沉香树体中收取的沉香称为“国产沉香”或
“土沉香”，以资区别。“进口沉香”主要采自沉香属
树种 Aquilaria agallocha，有报道称瑞香科其他 4 属
(Aetoxylon、Gyrinops、Phaleria 和 Gonystylus)植物亦
可产沉香［2］。
近年来，国际市场上沉香价格不断攀升［3］，为
牟取暴利，人们纷纷掠夺性地开采野生土沉香资
源，加之其生境不断被破坏和多种病虫害［4
--8］的影
响，导致土沉香野生资源不断减少，分布较集中的
林木几乎被破坏殆尽。因此，1987 年土沉香被列
DOI:10.13332/j.1000-1522.2010.04.033
为国家珍稀濒危三级保护植物;1999 年又被国务
院批准为国家二级重点保护野生植物;《2000 年世
界自然保护联盟受威胁植物红色名录》(2000
IUCN Red List of Threatened Plants)将土沉香列为
易危植物。目前对土沉香的研究主要集中于化学
成分分析［9
--11］、组织培养及快速繁殖［12--13］、真伪鉴
别及病虫害等方面。有关土沉香结香的成因和机
理仍处于探索阶段，广东省植物研究所［14］用解剖
学与组织化学的方法，对土沉香结香的原因进行
了探讨。戚树源等［15］对土沉香立木中白木香醛的
形成进行了研究。
植物种群的扩展，生命的延续都要靠生殖来实
现，生殖过程中任何一个环节出现问题，都将造成生
殖失败，最终导致植物濒危。土沉香已处于濒危状
态，更应及时对其生殖方面进行研究，但这一方面的
研究工作迄今仅限于对土沉香花、果的初步解剖和
描述上，而无细胞学水平上的研究报道。为此，本文
在对土沉香花、果进行解剖观察的基础上，进一步对
土沉香小孢子发生及雄配子体发育的整个过程进行
详细的细胞学研究，同时借助扫描电镜对土沉香成
熟花粉粒的外部形态及其构造进行观察，最后就其
可能的传粉方式及种子传播特性进行初步探讨，以
期为土沉香的人工栽培和育种工作提供必要的生物
学依据。
1 材料与方法
1. 1 材 料
实验材料采自海南省尖峰热林站树木园内的栽
培植株，于 2008 年 11 月 2 日—2009 年 4 月 9 日共
采集不同发育时期的花蕾(序)11 批，用 FAA 固定
液(70%酒精 90 mL、冰醋酸 5 mL、福尔马林 5 mL)
固定，24 h 后转入 70%酒精中，4℃保存。
1. 2 方 法
在 Nikon HFX--Ⅱ 型实体解剖镜下对土沉香花
朵进行解剖，观察并照相。
采用常规石蜡切片法切片。用 Laica 切片机连
续切 片，切 片 厚 度 为 8 ～ 10 μm，番 红--固 绿
(Safranin--Fast Green)对染法进行染色，Olympus
BH2 型光学显微镜下观察并照相。
剥取成熟花药，挤压出花粉并粘于贴有双面导
电胶带的样品台上，喷金，在 FEI Quanta200F 型扫
描电镜下进行观察并照相。
2 结果与分析
2. 1 花、果的形态学观察
土沉香为顶生或腋生的伞形花序(图 1a)。花
黄绿色，被柔毛，芳香;花萼钟状，裂片 5，在花蕾中
呈重覆瓦状排列(图 1b)，裂片短圆形，先端钝，被短
柔毛(图 1c);花瓣 10，退化呈鳞片状，密被毛，着生
于萼管喉部(图 1d)。花两性，雄蕊 10，与鳞片状花
瓣间生，花丝极短，花药长圆形，具 4 个花粉囊，药隔
阔(图 1e);花柱短，柱头头状(图 1f、g)，子房卵形，
密被毛，2 室，每室有悬垂的胚珠 1 粒(图 1f、h)。蒴
果木质，基部收狭，有宿存花萼(图 1i)，倒卵形，2 瓣
裂;种子 2 粒(图 1j)，或有时只 1 粒发育，红棕色，
先端具短尖头(图 1k)，基部有长约 2 cm 的尾状附
属体，附属体末端有 2 条丝线与果瓣内壁相连，开裂
后丝线将种子悬挂于果瓣上(图 1l)，约 2 d 丝断，种
子脱落，果瓣随种子落地或迟 1 ～ 3 d 落地。
2. 2 土沉香小孢子发生和雄配子体发育
2. 2. 1 花粉壁层的发育和小孢子发生
从雄蕊发育初期的花药横切面来看，其构造很
简单，外围是一层表皮，内部是一群基本分生组织细
胞(图 2a)。随着雄蕊原基的生长和分化，花药外部
形态和内部结构也在发生着变化。由于在表皮以内
的 4 个角隅细胞分裂较快，花药形成具有 4 棱的外
形，在 4 棱处原表皮下方的细胞分化形成孢原细胞
(图 2b)。
孢原细胞经 1 次平周分裂，形成内外两层细胞，
外层为初生周缘细胞，内层为初生造孢细胞(图
2c)。初生周缘细胞经几次平周和垂周分裂形成 4
层细胞的花粉囊壁，由外到内依次为表皮、药室内
壁、中层、绒毡层(图 2d)，据 Davis［16］对花粉囊壁形
成方式的区分，土沉香属于双子叶型。初生造孢细
胞则经过几次有丝分裂，形成更多的细胞，即小孢子
母细胞。
在减数分裂过程中，绒毡层细胞单个的细胞核经
过 1 或 2 次无胞质有丝分裂周期，结果形成 2 核至 4
核，几种类型常同时存在。此外，土沉香的绒毡层细
胞在整个发育过程中原生质体始终维持在原来的位
置，直到花粉成熟后，绒毡层细胞才完全自溶，因此土
沉香的绒毡层类型为腺质绒毡层或称分泌型绒毡层。
小孢子母细胞的形态显著地与周围的药壁细胞
不同，它们的体积大，细胞核也较大(图 2e)，细胞质
浓厚并含丰富的细胞器，没有明显的液泡。在花药
壁层发育的同时，小孢子母细胞体积逐渐增大，细胞
质变得浓厚，细胞核也增大，开始进行减数分裂。
减数分裂Ⅰ结束后两个子核间不形成细胞壁
(图 2f)，减数分裂Ⅱ后形成一个四核细胞(图 2g)，
随后在四个子核间产生细胞壁，胞质同时分裂形成
四分体，四分体排列方式多呈四面体型(图 2h)，少
数呈左右对称型(图 2i)。随着小孢子母细胞进入
减数分裂，它们逐渐积累胼胝体的壁，因此，在四分
体时期可看到四个小孢子被共同的胼胝体壁所包
围，而且在各个小孢子之间都有胼胝体分隔。四分
体分离，成为四个单核花粉粒即小孢子。
39第 4 期 寿海洋等:土沉香小孢子发生与雄配子体发育的细胞学观察
图 1 土沉香花、果的解剖观察
Fig. 1 Anatomical observation to flower and fruit of A. sinensis
注:a.伞形花序及花的正面观;b.花蕾的横切面，示花萼呈重覆瓦状排列(× 12. 8);c. 花的背面，示花萼被短柔
毛;d.花的解剖，箭头示退化成鳞片状的花瓣;e.花药腹面，示 4 个花粉囊;f.子房，箭头示花柱短，柱头呈头状;g.
柱头的顶面观;h.箭头示胚珠;i.未成熟的果实，箭头示宿存花萼;j. 未成熟果实纵剖;k. 成熟果实纵剖;l. 箭头
示种子附属物一端有 2 条丝线与果瓣内壁相连。
图 2 土沉香花粉壁层的发育和小孢子发生
Fig. 2 Pollen wall development and microsporogensis of A. sinensis
注:a.幼嫩花药横切(× 128);b.花药横切面示孢原细胞的分化(× 128);c.孢原细胞完成平周分裂，形成初生造孢细胞
和初生周缘细胞(× 64);d.花粉囊壁分化完成，示表皮、药室内壁、中层、绒毡层和小孢子母细胞(× 64);e. 箭头示小孢
子母细胞(× 128);f.箭头示小孢子母细胞减数分裂Ⅰ后期形成双核细胞(× 128);g. 箭头示减数分裂Ⅱ后期形成四核
细胞(× 128);h.四面体型小孢子四分体(× 128);i. 左右对称型小孢子四分体(× 128);AC. 孢原细胞;En. 药室内壁;
Ep.表皮;ML.中层;PMC.花粉母细胞;PPC.初生周缘细胞;PSC.初生造孢细胞;Ta.绒毡层。
2. 2. 2 雄配子体的发育
小孢子是雄配子体的第 1 个细胞，当小孢子从
四分体释放后，进一步形成明显的壁，同时体积迅速
增大，此时，小孢子为单核，细胞壁薄，细胞质浓，核
49 北 京 林 业 大 学 学 报 第 32 卷
位于细胞中央(图 3a)。小孢子从解体的绒毡层细
胞处吸取营养，在体积增大的同时，细胞质发生液泡
化，逐渐形成一个中央大液泡(图 3b)，细胞质成薄层
贴着于细胞壁，核随着从中央移到细胞的一侧，同时
细胞壁也发生明显的变化，分化形成外壁和内壁(图
3c)。处于只具有一个核时期的花粉称单核花粉。
单核花粉体积变大，内容物增加，花粉壁加厚，
花粉逐渐发育成熟。随后，单核花粉进行 1 次有丝
分裂形成 2 核(图 3d)，接着进行不等的胞质分裂，
形成大的营养细胞和小的生殖细胞，称为二细胞花
粉，即成熟花粉粒。
从小孢子母细胞的减数分裂将要完成时开始，绒
毡层细胞的细胞质中逐渐出现大液泡，细胞核出现退
化趋势(图 3e)，直到花粉成熟后，绒毡层细胞完全自
溶，至此，中层和绒毡层作为花粉发育中的营养物质
被吸收而消失，只留下表皮和纤维层(图 3f)。
土沉香成熟花粉粒(图 3g)直径 30. 5(27. 5 ～
33. 5)μm，外壁表面纹饰为网状———巴豆型图案，为
具钝三角形投影的基柱所形成，其上具小刺;萌发孔
小，边缘不清晰，不易被观察到。
偶尔在成熟花粉囊中可以找到败育的花粉，呈
空瘪状(图 3h、i)。
图 3 土沉香雄配子体的发育
Fig. 3 Male gametophyte development of A. sinensis
注:a.箭头示早期单核小孢子(× 128);b.箭头示细胞质发生液泡化，逐渐形成一个中央大液泡(× 128);c.箭头示花粉壁分化成外壁和内
壁(× 128);d.箭头示二核花粉粒(× 128);e.箭头示绒毡层细胞出现大液泡，细胞核出现退化趋势，绒毡层细胞开始原位解体(× 64);f.
成熟花药纵切，绒毡层原位消失，仅剩表皮和纤维层的花粉囊壁(× 32);g.成熟花粉粒扫描电镜照片(× 6 000);h.成熟花粉囊中的败育花
粉粒(× 64);i.扫描电镜照片示败育花粉粒与正常花粉粒(左为败育，右为正常)(× 5 000)。
3 结论与讨论
3. 1 土沉香雄蕊的细胞形态学特征
切片观察显示，土沉香的雄蕊具 4 个花粉囊，花
粉囊壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层组成，花粉
囊壁的发育类型为双子叶型。绒毡层为腺质绒毡
层，细胞具 1 ～ 4 核，在花药发育过程中不断分泌各
种物质供小孢子发育所需，直至花粉成熟，绒毡层才
自溶消失。小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分
裂方式为同时型，形成的四分孢子大多为四面体型，
少数为左右对称型，成熟花粉粒为二细胞型。成熟
花粉粒球形，具散孔，花粉形态属于单类型，表面为
具钝三角形投影的基柱所组成，具网状———巴豆型
图案，萌发孔小，边缘不清晰，与刘炳仑［17］总结的瑞
香科植物花粉形态基本一致。
本文研究表明，土沉香的小孢子发生和雄配子
体发育过程均正常。因此，我们初步认为，土沉香濒
危的主要原因与雄蕊发育无关。
3. 2 土沉香传粉方式的探讨
由于植物的传粉方式直接关系到植物的结实和
种群的繁衍，因此，传粉生物学研究对稀有濒危植物
自然种群的保护具有重要意义，如今已成为稀有濒
危植物保护生物学研究领域的一个热点问题。
长期以来，人们对土沉香生殖生物学研究的关
59第 4 期 寿海洋等:土沉香小孢子发生与雄配子体发育的细胞学观察
注较少，其传粉方式也未见报道。作者虽然未对土
沉香的传粉生物学作过专门研究，但结合对其花器
官综合生物特征的观察分析，初步推断土沉香为虫
媒传粉植物。
前人的研究表明，花粉的外部形态与植物传粉
方式有着密切的联系。周凌瑜等［18］利用扫描电镜
对多种虫媒花与风媒花植物的花粉进行了观察，指
出虫媒花花粉的外壁粗糙，一级雕纹深刻，且大多具
次级雕纹，或者具有刺状或疣状突起，以利于粘附在
昆虫身上进行传播;而风媒花粉的外壁比较光滑，一
级雕纹大多较浅，基本上无明显的次级雕纹。作者
通过扫描电镜观察到土沉香成熟花粉的外壁具网
状———巴豆型图案，并密被顶端呈尖刺状的基柱。
因此，从其花粉外部形态特征分析，土沉香应当属于
虫媒传粉植物。此外，从花的形态结构特点分析，土
沉香花朵具芳香、花丝短、柱头呈头状等特征，与风
媒花不具香味、花丝细长、柱头常分裂成羽毛状，以
扩大表面积增加接受花粉的机会等特征截然不同，
这些特征也进一步证明土沉香为虫媒传粉植物。
在对土沉香花部各器官结构特点进行观察分析
的研究中，作者注意到该植物花的结构方面还具有一
些特殊之处:土沉香花瓣 10，退化成鳞片状并轮生于
萼管喉部;雄蕊 10，与鳞片状花瓣间生，腹面朝内而行
纵裂，花丝极短，与花被筒贴合，而使整个花药位于退
化花瓣之上。退化花瓣和雄蕊之间的这种特殊位置
关系是否有利于昆虫传粉，是否会影响其正常的传粉
受精结实?这些都有待于进一步研究证实。
3. 3 土沉香种子传播方式的探讨
繁殖是被子植物生活史中最重要的一个环节，如
何将种子成功地送到适合其生长的地方关系到该种
群的生存和繁衍。除自身果实爆裂弹出种子，如喷
瓜、凤仙花等，许多植物依靠非生物因素如风力、水
力、重力等传播种子，另有许多植物依靠动物的活动
传播种子。而迄今未见关于沉香属(Aquilaria)种子
传播方式及其传播特性的报道。
鸟类通常捕食颜色鲜艳、色彩明亮的果实或种
子［19］，土沉香种子红棕色，表面有光泽，符合被食干
果鸟类捕食的条件;鲁长虎等［20］指出，没有贮食行为
的食干果鸟类在获得种子(坚果)后，嗑开硬种皮，吃
掉胚及胚乳，没有传播作用，只有在贮食种子并且进
行分散贮藏的情况下食干果鸟类才能对种子起到传
播作用。由此，我们初步推测土沉香种子的传播可能
由具贮食行为的食干果鸟类来完成。
土沉香种子具一有趣现象:其种子两端尖，有长
为种子 1. 5 ～ 2 倍的大型尾状附属体，且附属体的一
端有 2 条丝线与果瓣内壁相连，蒴果开裂时将种子悬
挂于果瓣外，随风摇曳，甚似吐丝的鳞翅目幼虫被风
刮落枝头而在枝叶间扭动身躯，土沉香是否藉此作为
吸引鸟类捕食的手段亦未可知。此外，土沉香种子的
尾状附属体除了上面假设的“拟态”作用外，是否在丝
断后种子落地过程中行使果翅的作用，以使种子能滑
翔更远的距离，从而保证该物种占据尽可能广的生存
空间，这些都有待于日后进一步的研究证实。
参 考 文 献
［1 ］BARDEN A，AWANG N，MULLIKEN T，et al. Heart of the
matter:Agarwood use and trade and CITES implementation for
Aquilaria malaccensis［C］. Cambridge:Traffic International，
2000:1--60.
［2 ］EURLINGS M C M，GRAVENDEEL B. TrnL-trnF sequence
data imply paraphyly of Aquilaria and Gyrinops (Thymelaeaceae)
and provide new perspectives for agarwood identification［J］. Pl
Syst Evol ，2005，245:1--12.
［3 ］CHAKRABARTI K， KUMAR A， MENON V. Trade in
Agarwood［C］. New Delhi:Traffic India，1994:1--51.
［4 ］陆辉 . 浅议云南白木香的开发利用［J］. 林业调查规划，
2005，30(5):90--93.
［5 ］苏跃平 . 白木香黄野螟生物学特性［J］. 中药材，1994，17
(2):7--9.
［6 ］张宏，王革，马木兰，等 . 云南药用植物真菌病害研究(Ⅲ)
［J］. 西南林学院学报，1999，19(4):224.
［7 ］吴影梅，陆安娜 . 南药植物线虫种类调查［J］. 中药材，
1994，17(6):5--8.
［8 ］李增平，陈坚 . 白木香立枯病的病原鉴定及生物学特性［J］.
热带作物学报，2008，29(2):231--236.
［9 ］刘军民，高幼衡，徐鸿华，等 . 沉香的化学成分研究(Ⅰ)［J］.
中草药，2006，37(3):325--327.
［10］杨峻山 . 沉香化学成分的研究概况［J］. 天然产物研究与开
发，1998，10(1):99--103.
［11］杨峻山，王玉兰，苏亚伦 . 国产沉香化学成分研究Ⅳ:2--(2--
苯乙基)色酮类化合物的分离与鉴定［J］. 药学学报，1989，
24(9):678--683.
［12］叶勤法，戚树源，林立东 . 白木香组织培养及快速繁殖［J］.
植物学通报，1997，14(增刊):60--63.
［13］兰芹英，方春妍，何惠英，等 . 土沉香成熟胚的组织培养及植
株再生［J］. 广西农业生物科学，2001，20(3):231--232.
［14］广东省植物研究所 . 初步揭开沉香结香的秘密［J］. 植物学
报，1976，18(4):287--292.
［15］戚树源，陆碧瑶，朱亮锋，等 . 白木香中白木香醛形成的研究
［J］. 植物生理学通讯，1992，28(5):336--339.
［16］DAVIS G L. Systematic embryology of the angiosperms［M］. New
York:John Wiley ＆ Sons，Inc.，1966.
［17］刘炳仑 . 中国瑞香科(Thymelaeaceae)植物的花粉形态［J］.
植物研究，1984，4(2):87--102.
［18］周凌瑜，刘群录，邵邻相. 虫媒花与风媒花花粉形态的比较
［J］. 上海交通大学学报(农业科学版)，2008，26(3):177--
182.
［19］WHEELWRIGHT N T，JANSON C H. Colors of fruit displays of
bird-disersed plants in two tropical forests［J］. Amer Natur ，
1985，126:777--799.
［20］鲁长虎，袁力 . 食干果鸟对种子传播的作用［J］. 生态学杂
志，1997，16(5):43--46.
(责任编辑 赵 勃)
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