全 文 ：第 1卷 第 3期
9 1 8 8年 6月
林 业 科 学 研 究
FORE ST RE E C R H A S
V ol
.
1
,
N o
。
3
J u n
。 , 1 9 8 8
大叶杨小抱子发生的组织化学观察 ’
朱 形 李文锢
` 中国林业科学研究院林业研究所 )
摘 要
大叶杨早期雄花以 小抱子母细胞阶段越冬 。 大量沈粉粗贮存于花药表皮和药室
内壁 , 并在减数分裂过程 中向花药内部移动 , 逐渐浦耗殆尽 。 与此同时 , 绒毡层细
胞和小 抱子母细胞逐渐积 累多糖 。 绒毡层 细胞始终含丰富的 DN A 、 R N A 、 蛋 白质。
RN A和蛋白质在小抱子发生过程中表现一致性的分布和含量变化。
小 孑包子母细胞在减数分裂前期 工细 线期开始沉 积拼服质壁 。 拼抵质 为颗杜状沉
积 ,逐渐连结成片 , 于中期 工完全包裹小抱子毋 细胞 。 以后拼服质壁加厚 , 于 中期 l 及
后期 l 达到最厚 。 四分体 形成后 , 由四分体 中央向各向辐射形成拼抵质侧 隔壁 。 四 分
体 多排 列为四 面休形 , 偶 尔可 见左右时称形 、 十字交互形排列。 后期四 分体周缘拼
抵质壁溶解消失 , 小 袍子释放 。 侧壁最后被溶解。
关健词 大叶杨 , 小胞子发生 ; 组织化学
杨属植物的小抱子发生过程 , 已在白杨组、黑杨组和青杨组植物中有过零散报道 ” ’ 4’ “ ’ . , ’ 4J ,
但详细描述并不多见 。 至于小抱子发生过程中的物质动态 , 研究工作较少 I`匀 , 以杨 柳 科 植
物为材料的组织化学研究则尚未报道 。 本文较为详 细 地报 道 大 叶 杨组 (S ce t . 肠 : co id“
S aP c h) 大叶杨的小抱子发生过程中的 D N A 、 R N A 、 蛋白质 、 淀粉及拼膝质的动态 , 以期探
明大叶杨小抱子发生过程中的组织化学变化和其生理意义 。
一 、 材 料和 方 法
大叶杨 ( P op : 10 5 l a s玄o c a r p a o l iv . )雄花材料于 1 9 5 3一 1 9 5 5年冬采自湖北宜昌 , 次年元月
水培 , 定时取样 。 材料以 50 % 乙醇配制的 F A A 固定液固定 , 常规石蜡法包埋 , 切片。 切片
厚 8 一 1 2协。
形态学观察用铁矾苏木精染色 , 固绿对染或 P A S复染 。 组织化学定位以 F e lu ge n 反应染
D N A阅 , 以甲基绿一派洛宁法染 RN A I’ ` 1 , 用 P A S反应鉴定不溶性多糖 1.卜 用汞一澳酚 蓝法
本文于 1 9 8 8年 2 月 2 日收到。
中国科学院科学基 金资助的课题。
本文承蒙胡北宜昌地区大老岭林场提供实脸材料 , 谨致谢忱。
之 9 {、 去` 《 :丁 学 研 究
染总蛋白质 I` “炸 以 0 .5 0%水溶性堆公盆 沁 .\ :1 1磷灯 :拔冲液配制 , p H 为8 . 5 ) 染色 , 蓝紫光激
发诱导脱 `!氏质荧尤 r’ 〕。
二 、 观 察 结 果
D N A
: 越冬的小抱子母细胞核大 , 对 F e ul g c n反应呈弱反应 , 表明常态 D N A处于低水平 。
进入减数分裂时期 , 小袍子母细胞的染色质丝和染色体对 F eu lge n 反应均呈强正反应 , 染色
质丝上可见念珠状染色粒 , 显示出 D N A 含量的上升 (图版 I , 图 1 、 2 ) 。 减数分裂后形成
的小抱子对 F eL 日g en 反应呈弱反应 ( 图版 I , 图 3 ) 。 表皮细胞 、 药室内壁细胞和巾层外层细
脸在小抱子发生过程中 , 核对 F e ul ge n 反应始终为弱反应 ( 图版 I , 图 1一 3 ) 。 绒毡层细胞
在越冬的花药门; 即已分化完全 , 核中 DN A 含最较高 , 从花药横切来看 , 绒毡 层 细 胞 核 的
D N A含母相对最高 ( 图版 I , 图 l ) ; 当小袍子母细胞进行减数分裂时 , 核中D N A含量有所
增加 , 尤其是分裂中的细胞核 (图版 I , 图 2 ) , 减数分裂后 , 核中 D N A染色反应钟}加 ( 图版
I
, 图 3 ) 。
R N A
: 形态静止期小抱子母细胞核仁对派洛宁染色呈强正反应 , 富含 R N A , 细胞质浓
厚 , 亦 含 R N A ( 图版 I , 图 4 ) 。 进入减数分裂的小袍子母细胞核仁仍富含 R N A , 了「}细胸质
的 R N A 染色反应有所减弱 ( 图版 I , 图 5 ) 。 外减数分裂形成的小抱子的 R N A染色结果类似
分裂前期 I 的小抱子母细胞 , 含量和分布没有明显的变化 (图版 工 , 图 6 ) 。 表皮细胞 、 药室
内壁细胞和申层细胞在小抱子发生过程中 , 无论核仁还是细胞质 , R N A 含石七始终处干 低 水
平 ( 四版 I , 图 理一 6 ) 。 小抱子母细胞早期 , 绒毡层细脸的细胞质和细饱核的 R N A 含员仅次
刁: 小抱子母细胞的含量 , 为壁层细胞之首 ( 图版 工 , 图 4 ) 。 小抱子丹细胞碱数分裂时 , 峨毡
层细袍的细胞核和细胞质 RN A 含量较小袍子母细胞减数分裂前有所增加 ( 图版 工 , !习 5 ) 。
小袍子母细胞减数分裂后 , 绒毡层核中 R N A 染色反应有所减弱 (图版 工 , 图 6 ) 。
蛋白质 : 小袍子母一细脑作减救分裂前和减数 分裂中 , 细吻质浓 岸 , 互长自质的含 { ,七一直处于
高 水了}仗 17 版 工 , 图 7 、 8 ) 1 而减数 分裂后 !吻戈的单核小袍子其蛋自质含准略有下降 ( 图 版
工 , 图 9 ) 。 戈皮细胞和巾层细胞蛋白质 含呈一 直较低 , 且介、减数分裂过程中随 汀细施 的 浓
泡化而对汞 一 澳酚蓝反应有所减弱 ( 图版 工 , 图 7 一 9 ) 。 毡绒层细饱在减数分裂前的小 抱 子
母细胞时期即常 含蛋白质 , 蛋白质含量在花药巾仅次于小抱子母细胞 (图版 工 , 四 7 ) 。 当小
袍子母细胞进行减数分裂时 , 绒毡层细胞的细胞质浓厚 , 蛋白质 含量极丰京 , 被总蛋白质染
色反应肴色很深 (图版 工 , 图 8 ) 。 小抱子母细胞减数分裂形成小抱子后 , 从毡碳蛋白质反应
略有 减弱 ( 图版 工 , 图 9 )o
多糖 : 形态静止期的小抱子母细胞不含淀粉粒及 P A S正反应物质 ( 图版 I , 图 1 0 ) 。 但在以
后的减数分裂中及减数分裂后的时期里 , 小抱子母细胞中逐渐被 P A S反应所若 色〔图版 工 , 图
1 1
、
12 )
。 小袍子母细胞时期 , 表皮细胞富含大颗粒淀粉 , 至小抱子母细胞减数分裂 工 时 开
始汀,j耗减少 , 减数分裂前期 工偶线期时消耗殆尽 (图版 工 , 图 10 、 1 1 ) , 药室内壁细饱在小抱
子母细胞阶段亦含大量淀粉粒 , 子背耗速度较表皮细胞稍慢 。 中层细胞在小抱子母细饱阶段早
姻不含淀粉 影亡, 当小袍子母细胞减数分裂 、 表皮和药室内壁细胞贮藏的淀粉粒减少时 , 中层
细胞则开始积累淀粉粒 , 积累的淀粉粒在减数分裂过程中被消耗 (图版 I 、 图 10 、 1 1 ) 。 因此 ,
3期 朱 彤等 :大叶杨小抱子发生的组织化学观察 2 9 1
在小抱子时期 , 表皮 、 药室内壁和中层细胞中不存在淀粉粒 (图版 I , 图 12) 。 和小抱子母细
胞一样 , 绒毡层细胞在小抱子母细 胞早期不含淀粉粒和可溶性多糖 ( 图版 I , 图 10 ) 。 至小抱子
母细胞减数分裂时 , 绒毡层细月包的细胞质对 P A S 反应呈正反应 , 即使在油镜下镜检也未见 细
胞质中含细小的淀粉粒 , 可能这些 P A S 正 反应物质为可溶性多糖 ( 图版 工 , 图 1 1 ) 。 单核小
抱子时期 , 开始退化的绒毡层细胞对 P A S反应的着色减弱 (图版 I , 图 12 ) 。
拼眠质 : 小抱子发生过程伴随着拼眠质壁的形成和消失 。 联低质的沉积开始于小袍子母
细胞减数分裂前期 工的细线期 。 此时 , 小抱子母细胞的细胞质和细胞壁之间开始出现空隙 ,
并在这些空隙处开始出现拼服质颗粒的黄绿色荧光 。 由于小抱子母细胞原生质体和细胞壁之
间的空隙并不一定先出现于细胞角隅处 , 故这些荧光也不集中于细胞角隅处 (图版 亚 , 图 1 、
2 )
。 以后 , 脱服质荧光逐渐加强 , 并由密集的点连结成片 (图版 五 , 图 3 、 4 ) 。 至中 期 I
时 , 联抵质壁已完全包围小抱子母细胞 ( 图版 亚 , 图 5 ) 。 由减数分 裂中 期 I 至 末 期 I , 麟
服质壁进一步加厚 , 荧光加强 , 尤其是细胞角隅处 (图版 亚 , 图 5 一 7 ) 。 中期 l 至后期 五 ,
脱眠质壁达到最大厚度 ( 图版 1 , 图 8 、 9 ) 。 减数分裂末期 兀 , 小抱子母细 atJ 除继续加厚周
缘拼服质壁外 , 开始形成分隔小抱子的侧向联抵质壁 。 首先 , 在小抱子母细胞中央出现脱服
质反应的荧光 , 以后这些荧光沿小抱子侧壁方向辐射蔓延 , 在四分体早期与周缘脱服质荧光
汇合 (图版 几 , 图 10 、 1 1 ) 。 随后 , 各个四分体的周缘拼服质壁先后消失 , 部分小饱子释放 。
最后消失的是四分休的侧壁 , 因此小抱子完全游离 (图版 五 , 图 12 一 16 ) 。
讨 论
( 一 ) 饼服质的积累和消失
前人对被子植物小抱子发生中脐眠质积累的初始位点给予注意 〔“ , “ , ’ “ J。 大叶杨小抱 子发
生中拼眠质的积累开始于小抱子母细胞各面细胞壁均一的颗粒状沉积 , 细胞角隅处的拼抵质
积累速度较高 , 但表现不出明显的先后沉积顺序 。 这与在 小 麦 、 熊 足 铁 筷 子 (H le e b。翔 :
f o e t id u s )和落葵中拼脉质的积累方式不同 [“ , “ , ` “ 1。
拼抵质壁的消失 , 在大叶杨中则表现出明显的先后顺序 , 这种顺序与其和绒毡层的相对
位置有关 , 进一步证实脐抵质壁的消失是绒毡层细胞分泌的脱服质酶作用的结果 。
由于脱脉质壁的形成孤立了正在进行减数分裂的小抱子母细胞和以后形成的四分体 , 因
此 , 拼低质壁的形成被认为是小抱子母细胞减数分裂的先决条件 , 而在后期则是减数抱子自
发地转为小抱子的前提 〔’ , , , ’ “ J 。 在大叶杨中 , 脐抵质壁完全包裹小抱子母细胞是在减数分 裂
中期 工 , 对落葵 、 熊足铁筷子等植物的研究也证实这一点〔“ ” 。 l 。 这意味着小抱子母细胞的孤
立化于减数分裂中期 工形成 , 后于减数分裂的启动 , 因此这种孤立化不能作为将小抱子母细
胞导向减数分裂的先决条件 。
(二 ) 营养物质的贮藏 、 运输和利用
与其他许多植物一样 [ ’ 弓, ` “ 〕 , 大叶杨小抱子母细胞的营养源位于表皮及药室内壁 。这些细
胞中贮存有大量淀粉粒 。 随着花药的发育 , 这些淀粉粒逐渐向内转移 , 最终成为 P A S 阳 性物
质出现于绒毡层和新形成的小抱子中。 具体过程如图 1 所示 。
2 92林 业 科 学 研 究 1卷
表皮
药室内壁中昙
绒毡层
小饱 子母细胞 Z
小抱子
多等少视较中翻幸如润
少
极 ,卜
一
l 口
曰 幼目曰 【血切` 曰
小升毛子母细胞问期减数分裂 l 前药蔺或育不蔺丁爵育霜发育时期
图 1 示大叶杨小抱子发生过程中淀粉消长关系
大叶杨小袍子发生过程中蛋白质 的消长则不如淀粉粒消长起伏大 , 其含量明显地与细胞
生理活跃程度成正相关 。 基于这些事实 , 我们认为蛋白质的作用更多的是作为功能蛋白质和
结构蛋白质参与代谢 , 而发育中所需的营养主要来源于贮存的淀粉粒 。
参 考 文 献
〔 1 〕 李文锢等 , 1 9 8 2 , 小叶杨种子发育的胚胎学观察 , 林 业科学 , 1 8 : 1 13 一 1 19。
〔 2 〕 胡适宜 , 19 8 3 , 被子植物胚胎学 , 人民教育 出版社 , 北 京 。
〔 3 〕 徐汉卿 , 1 9 86 , 落葵的花粉粒和胚 资的形成和发育 , 云 南植物研究 , 8 : 3 0 5一 3 1 a2
〔 4 〕 黄 源 , 1 9 8 2 , 毛 自杨胚胎学观察 I , 花药的结构 及花粉的发育 , 北京林学院学报 , 《 4 ) : 80 一蛇 。
〔 5 〕 樊 汝汉等 , 19 82 , 响叶杨种子发育的胚胎学 观察 , 南 京林产工业学 院学报 , ( 3) : 1 16 一 1 2 8。
〔 6 〕 樊 汝坟等 , 19 8 3 , 美洲黑杨无性系 卜 63 花粉粒的发育和 超徽结构 , 南 京林产工业学院学报 , ( 3 ) : 13 一 18 .
[ 7 〕 B h o j w a n i , 5 . 5 . , 5 . P . B h a t n a g盯 , 1 0 7 9 , T h e e m b r y o l o g y o f a n g i o s p e r m s ( 3 r d . e d . ) , V i k a .
P u b l
.
H o u s e
.
N e w D e l h i
.
〔 8 〕 C u r r ie r , f l . B . , 一9 5 7 , C a l l o s e s u b s t a n e e i n P l a n t c e l l s , A m e r . J . B o t . , 4 4 : 4 7 8一 4 8 8 .
[ 9 〕 J e n s e n , 、 V . A . , 19 6 2 , B o t a n i c a l h i s t o e h e m i s t r y , F r e e m a n . S a n F r a n e i s c o / L o n d o n .
[一。〕 K a p il , R . N . , T i w a r i , 5 . C . , 一。下s , P l a n t e m b r y o l o g ie a l i n v e s t i g a t通o n s a n d f l u o r e s s c e n c e
m i
e r o s c o P y : a n a s s e s s m e n t o f i n t e g r a t io n
,
I n t
.
R e v
.
C y t o l
. ,
5 3
; 2 9 1一 33 1 .
[一1 ] K u r n i e k , N . B . , 一。 5 5 , P y r o n i n Y i n t h e m e t h y l一 g r e e n 一 P y r o n l n h i s t o l o g i e a l s t a i n , S t a i n
T
e e h n o l
.
,
3 0
: 2 1 3一 2 3 0 .
[ 1 2 〕 M a 名 i a , D . , P . A . B r a w e r a n d M . 八 l f e r t , 1 0 53 , T h e e y t o e h e m 五e a l s t a i n i n g n n d m e a s u r m e n t
0 f P r o t e i n w i t h m e r e u r i e b r o m P h e n o l b l u e
,
B i o l
.
B u l l
. , 1 0 4
:
5 7一 ` 7 .
[ 1 3 〕 N a g a r a j , M . , 1 9 5 2 , F l o r a l m o r p h o l o g丫 o f P o p o l u s d e , t o ` d e s a n d P . t r e , 。 10 ` d e s , B o t . G a 名二
1 1 4
: 22 2一2 4 3 .
[ 1 `〕 P a n e h a k s h a r a p a , M . G . , C . K . R u d r a m u n i y a P P a , i , 7` , L o e a l iz a t i o n o f n u e l e i e a e id s a n d
i n s o l u b le P o ly s a e e h a r i d e s i n t h e a n t h e r o f Z e a ” : a , s L , A h i s t o c h e m i e a l s t u d y . C y t o lo g i a -
3 9
: 1 5 3一 1 6 0 `
〔1 5 ] V i j a y a g h a v a n , R . R 二 K . C h e e m a , 1 07 8 , C y t o c h e m l s t r y o f m i e r o s p o r e m o t h e r e e l l , 通n
叮。 I o t r o p i s p r o e e r e , P h y t o m o r p h o l o g y , 2 8 . 1 3了一 1 4 2 .
3期 朱 彤等 :大叶杨小抱子发生的组织化学观察 29 3
I O H C S THE MI CL AS U TD YO F MI C RO P SO RON G E E S盆 5IN
尸 O尸 UL UL S ASI O C R A尸 O AL万 E V R
Z h uTo ngL i W
e nd i a n
( Tho Res ec a rh Ios t i ro ro ef F
o e r;t g C AF)
Abs t a rct
h Tem a lef low e rs o f Po p ul us las fo c a r pas r u vi vet h ew i nt e ri nP MCs s t ag e
.
Ma e nw h i le
, a l a r g e n u m b e r o f s t a r e h g r a i n s a e e u m u lat e i n t h e o u t e r w a l l
Ia y er s s h o w a s u e e e s iv e d ec r eas
e i n st ar e h g r a in s c o n t e址 in t h e m , b u t er t a in in g
r ic h st a r e h g r a in s in t h e i n en
r o
esn
。
F i an l ly
, a l l o f t h e s t a r e h g r a i n s d isa P P e a r
f r o m t h e w a l l la y er s a dn h馆h e o cn e lt r a t i o n o f s o lu b l e P o l y s a e e h a r ide s 13 f u r th e r
s y lt h es i z e d a n d m a ilt a i en d i
n t a Pet u m a n d P M C s
.
T a p e t a l e e l l s a lw a y s
co n at in r ic h D N A
,
R N A a n d Por t ie n
.
T h e e h a n罗 5 o f t h e e o n t e n t a n d t h e
d ist r i b u t io n o f R N A a r e s im i l a r t o th o se o f t h e P r o t e i n d u r i n g m i c r o s P o r o罗en s i s 。
C a l lo s e s op t s a r e d e op s it ed a m o n g PM C s a t le P t o t e en st a罗 . G r ad ua l ly t h e
s P o t s e o n n e c t w it h e ac h o t h e r t o fo r m P lat 既 w h i e h e o m P l e t e ly s u r or u dn t he
P M C s a t m以 a P h a s e l 。 B y m改 a Ph as e 卫 a dn a an P h a s e 亚 , t h e e a l l o s e P l a t es
de P o s it a t it s m a x im u m o f t h ic k n巴抬
。
W it h t h e f o r m at io n o f t e t r a d s
, e a l fo se
de op s it io n s at rt s o n t h e e e tD e r o f th e t et ar ds
, a
dn t h en
e x t e dn
s r a P id ly a l o n g
t h e fo ur ce l l
s , s e P a r a t in g t h e m f or m ace h
o t h e r
.
A g r ae t m a oj ir t y o f 以ar ds
a er t e t r ak e dr a l
,
se ld o m i s o b i lat e r a l
。
K e y w o r d s : p o p u l o s l a s f o c a , p a : m i e r o s p o r o g e en s i s : h ist o e h e m is t r y
P r o j e e t , s u p p o r t e d b y t h e s c i e n e e f o n d o f t h e C h i n e s e A c a d e m y o f S e ie n e e s
,