全 文 ：收稿日期:2008-10-13
基金项目:国家科技基础条件平台建设专项(2005DKA);陕西省教育厅自然科学基金(06JK174)
作者简介:李智选(1959-)男 ,陕西合阳人 ,高级工程师 ,主要从事植物学教学与研究。
我国特有珍稀花卉植物 实生殖生物学特性研究
李智选 ,石建孝
(西北大学 生命科学学院 ,西部资源生物与现代生物技术省部共建教育部重点实验室 ,陕西 西安　710069)
　　摘要:通过用石蜡切片 、扫描电子显微镜以及数量统计与分析的方法 , 研究 实大孢子发生及其雌配子体发育的
特征;种子发育特点以及种子在果实中发育的数量变化。结果表明:其胚珠倒生 , 薄珠心 , 单珠被 , 大孢子四分体呈直
线排列 ,功能大孢子位于合点端。胚囊发育类型属于蓼型。 实的胚胎学特征与忍冬科的胚胎学特征基本相同;在
植株上种子胚的发育停留在鱼雷型胚时期 ,这属于种子的后熟现象。得出的结论是: 实胚发育停留在鱼雷型胚时
期 ,种子发育不完全及败育率非常高(61.86%)是影响 实繁育的主要内因 , 也是 实稀有及孤岛状分布的原因。
关键词:稀有植物; 实;生殖生物学;发育
中图分类号:Q948.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-7091(2009)增刊-0327-04
Studies on Reproductive Biology Characteristics of
Kolkwitzia amabilis ,an Endemic to China
LI Zhi-xuan ,SHI Jian-xiao
(Key Laboratory of Resource Biology and Biology and Biotechnology in Western China Ministry of
Education ,College of Life Science ,Northwest University Xi′an　710069 ,China)
Abstract:Kolkwitzia amabilis , an endemic species to China ,we studied reproductive biology characteristics of it
through paraffin sectioning and scanning electron microscopy.That contains:the characteristics of its megasporogenesis and
development of the female gametophyte;the characteristics of development of the seed and the quantity movement of the
seed among its development.The results showed that the ovule was anatropous , unitegmic and tenuinucellate type;the
megaspore develop into a linear tetradas.The chalazas megaspore were a functional one ,which develops into a polygonum
type of embryo sac.The embryological characteristics of K.amaabilis were very similar to those of Caprifoliaceae.The
embryo was depauperatus and remains at torpedo-stage embryo in the seed of it ,possibly ,which was afterripening phe-
nomenon of the seed.The rate of abortive seed was 61.86%, and it perhaps major unit causation that affect breeding po-
tential of Kolkwitzia amabilis.And it may be the major causation of that it′s rare and isolated island shape distribution.
Key words:Rare plant;Kolkwitzia amabilis;Reproductive biology ;Development
　　 实(Kolkwitzia amabilis Graebn.)是德国植物学
家Richard Kolkwitz 于 1901年发现并命名的忍冬科
单种属植物 ,为中国特有 ,被列为国家稀有三级保护
植物和陕西省第一批国家珍稀濒危保护植物[ 1-5] 。
实为多年生丛状野生灌木 ,粉红色鲜花艳丽多姿 ,
有很高观赏价值 ,是城市园林绿化美化的新秀 ,也是
秦岭山地植物区系的古老残遗成分种 ,分布于山西 、
陕西 、甘肃 、四川 、河南 、湖北 、安徽等省 ,自然分布区
海拔高度在 350 ～ 1 340 m ,陕西省主要分布于华阴
华山 、长安和山阳等地[ 3 ,4] 。
Brewbaker J L和 Davis G L对 实成熟花粉粒的
细胞类型及忍冬科胚胎学一般资料及分类学位置作
了报道。西北大学生命科学学院西部资源生物与现
代生物技术省部共建教育部重点实验室多年来对
实的物候学 、群落分布特征 、 实的小孢子及雄配子
发育进行了比较系统地研究[ 6-8] 。时至今日 , 实
大孢子发育 、雌配子体发育及种子发育 ,与本种日渐
稀有的相关性探讨还未见报导[ 9-15] 。
为了更好地保护 实这一野生花卉种质资源 ,
探讨其稀有 、分布孤岛化的原因 ,有必要针对其胚发
华北农学报·2009 , 24(增刊):327-330
育的特征进行深入地探讨 。
1　材料和方法
1.1　材料
试验所用材料采自陕西省华阴县(华山峪 、仙
峪),北京香山中国科学院植物研究所植物园 ,西安
植物园和西北大学植物园栽培植株 ,后两者植株均
移植自秦岭野生;采集日期是 实花期(2003-2007
年 ,每年的 4月上旬至 5月上旬),每隔 2 ～ 3 d采集
一次(主要材料采自西安植物园和西北大学植物
园)。所用材料用FAA固定 ,常规石蜡法制片 ,切片
厚度 8 ～ 10 μm ,分别采用爱氏苏木精整体染色 ,用
桔红G衬染和苯胺番红-苯胺固绿对染两种染色
方法。切片制备好后 , 奥林巴斯(Olympus)和莱卡
(Leica)显微镜下观察并照相 。
种子发育的统计材料采集时间是上述时间的 5
月上旬开花末期到 8月底果实成熟期。在莱卡(Le-
ica)实体显微镜下观察并解剖 实子房 ,并统计其
种子的数量变化 。
1.2　方法
将扫描电子显微镜(SEM)材料 ,在实体显微镜
下用解剖用具切开;种子剥出用于观察。材料经乙
醇和乙酸乙酯脱水 , CO2 临界点干燥 ,粘台 ,真空喷
金镀膜 。在 HITACHI S-570型扫描电子显微镜下
观察并照相。
2　结果与分析
2.1　 实的胚胎学发育特点
在西安地区 , 实 4月 8日至 4月 12日开始形
成孢原细胞 ,大孢子发生始于珠心中表皮下分化的
一个孢原细胞(图 1-A)。孢原细胞在形态上表现
为:体积大 ,细胞质浓厚及具较大而显著的细胞核 。
实的大孢子发生是由孢原细胞不再分裂直接发育
为大孢子母细胞(图1-A)。大孢子母细胞只有一
层珠心表皮所包围 ,胚珠是薄珠心胚珠(图 1-B)。
同时整个胚珠的本体倒转 ,珠孔于珠柄非常接近 ,形
成倒生型胚珠(图 1-A ,B ,C)。
大孢子减数第一次分裂产生两个细胞分布两极 ,
即大孢子二分体时期。后合点端和珠孔端的两个细胞
进行第二次分裂 ,产生四个细胞 ,即大孢子四分体(图1
-C ,D)。在西安地区4月14日至 4月 24日大孢子由
四分体发育成雌配子体 , 实胚囊发育是单孢子胚囊
的蓼型发育。大孢子母细胞衍生的四个大孢子中只合
点端的一个发育成胚囊 ,其余三个大孢子退化。即胚
囊由一个大孢子衍生 ,为单孢子胚囊(图 1-E ,F)。
E.卵;PN.极核;HC助细胞;AN.反足细胞;AC.孢原细胞;MM.大孢
子母细胞;FM.功能大孢子;Q.四分体;L.子房室;CL.新月形子房室;
OW.子房壁;O.胚珠 ;S.种子 NDO.正常发育胚珠;AS.败育种子 ;C.
子叶;EB.胚芽。
E.Egg PN;Polar nucleus;HC.Help cell;AN.Antipodal cell;AC.Archespori-
al cell;MM.Macrospore mother cell;FM.Functional macrospore;Q.Quad-
rant ;L.Locule;CL.Crescent locule;OW.Ovary wall;O.Ovary;S.Seed;
NDO.Normal development ovary;AS.Abortive seed;C.Cotyledon;EB.Em-
bryonic bud.
A.孢原细胞×330;B.胚珠为薄珠心 ,单珠被 ×400;C.四分体早期×
400;D.珠心及四分体 ,箭头所指为四分体细胞×750;E.大孢子四分
体中除功能大孢子外其余三个开始逐渐退化 ,箭头所指为功能大孢
子和正在退化的大孢子×660;F.第 5图的时期 ,图为胚珠的横切面;
箭头所指为退化的大孢子痕迹;G.雌配子体的二核时期×660;H.第
7图的时期 ,图为胚珠的横切面;I.成熟胚囊 ,箭头所指分别为反足
细胞 、助细胞及卵细胞;J.子房横切面 ,示正常发育胚珠×200;K.子
房纵切面 ,示正常发育胚珠×300;L.果实横切面 ,示正常发育和萎焉
种子×300;M～ P.示正常发育的种子;M ～ O.为剥离果实种子的显微
照片;O ,Q , R.为扫描电子显微镜图片;M.×660;N.×1800;P.×660。
图 1　 实的胚胎学发育
Fig.1　Embryological development of Kolkwitzia amabilis
大孢子发生细胞体积的增大 ,与此同时发现液泡 ,
接着发生连续三次核有丝分裂先后形成二细胞胚囊
328　 华　北　农　学　报 24卷
(图1-G ,H)、四细胞及成熟胚囊(图1-I)。在珠孔端
有三个核组成细胞 ,即一个卵和两个助细胞 ,它们合称
为卵器 ,合点端也有三个核形成细胞 ,即三个反足细
胞。珠孔端和合点端各有一个核移向胚囊中心 ,形成
中央细胞(此图可以看到极核的细胞质)(图1-I)。
4月 28日以前即开花前期 ,在 实子房的三个
子房室 ,其中两个子房室中的单个子房室的胚珠数
目为 6 ～ 8个 ,另一个子房室由于两朵花的子房紧靠
在一起 ,在发育过程中逐渐相互挤压形成“新月形”
子房室 ,因而我们称它为新月形子房(图 1-J)。这
时新月形子房胚珠数目为 1 ～ 2个 。此时期胚珠为
椭圆型 ,随时间的变化 ,胚珠的体积逐渐地增大 ,未
见枯萎的胚珠(图 1-J ,K)。
4月 28日至5月 8日为盛花期 ,盛花前期(即单
个花的花瓣开始张开到全部开放前) 实子房室中
的胚珠还保持饱满 ,未出现萎缩(图 1-J ,K)。到盛
花后期(即单个花的花瓣开始凋落到全部凋落前)大
量未受精的胚珠开始逐步萎缩 ,只有新月形子房室具
有1 ～ 2个胚珠保持饱满 。到了盛花后期果实三个子
房室的大量胚珠已经干瘪 ,仍只有新月形子房室的胚
珠正常发育 ,果皮继续发育增大(图 1-K ,Q ,R)。
5月 8日以后即受精后 ,新月形子房室的胚珠
逐渐增大 ,子房壁即成为果皮不断地扩大。此时期
依然出现败育的种子(图 1-Q ,R)。
2.2　种子发育特点
实胚两片子叶突出明显 ,但胚芽 、胚轴 、胚根
各部分分化不明显 ,原形成层未见分化形成 ,组成胚
体个部分的细胞在形态结构及大小方面差异不大。
实胚体积很小 ,约占整个种子长度的十分之一 ,位
于种子的珠孔端(图1-M ,N)。
2.3　种子发育的统计学分析
通过对华山地区 实果实种子的剥离 ,测得种
子千粒重为 1.680 g ,平均发育率为 38.14%,败育率
61.86%,可见败育率非常高是影响 实繁育的主要
原因之一 。另外 ,种子饱满度极为不均 ,不饱满的种
子较多。 实为子房三室 ,但子房中其中一室胚珠
发育为种子(1 ～ 2枚)只占统计的果实数33.87%,二
室同时各具一枚种子仅为 4.38%(表 1)。
表 1　华山 实果实中种子数量的统计表
Tab.1　The statistics of seed quantity in fruit of Kolkwitzia amabilis in Huashan mountain
统计次数
Order of
statisti cs
剥离果实/枚
Fruit amount
of Peeling
一室发育1/枚
One ovarian
development
二室发育2/枚
Two ovarian
development
空壳数3/枚
No development
ovary
发育率4/ %
Developmental rate
一室 二室
总发育率/ %
Total developmental
rate
第 1次 First 36 12 3 21 33.33 8.33 41.66
第 2次 Second 38 12 1 25 31.59 2.64 34.21
第 3次 Third 50 20 1 29 40.00 2.00 42.00
第 4次 Fourth 64 21 2 41 32.82 3.13 35.94
第 5次 Fifth 65 20 4 41 30.77 6.16 36.92
平均发育率Developmental average rate 33.87 4.38 38.14
总计Total 251 85 11 157
　注:1.三室子房中有一室能够发育形成种子的果实数;2.三室子房中有二室能够发育形成种子的果实数;3.三室子房中种子全部败育的果实
数;4.发育率:可发育的果实数量/总果实数。
　Note:1.It is the number of the fruit in which only one ovary can develop;2.It is the number of the fruit inwhich two ovaries can develop;3.It is the number
of the fruit in which all ovaries can′t develop;4.Developmental rate;the developed fruit/total fruit.
图 2　 实单个果实中胚珠数量变化
Fig.2　Quantitative change of the ovule
in Kolkwitzia amabilis single fruit
从图 2曲线的变化程度 ,可以明显的看出 ,在采
样的时间中 , 实果实中胚珠数目变化能够分为 3
个阶段:花芽期(4月 28日以前);盛花期(4月 26日
至 5月 8日);受精后期(5月 8日以后)。
花芽期:这个时期果实中胚珠的数目很多 ,在
实果实的 3个子房室中 ,均含有大量的胚珠 ,甚至在
单个子房室中含有多达 8个胚珠(图 1-J ,K)。这
个时期的胚珠数目变化幅度为 7%左右。
盛花期:4月底到 5月初的 实处于全面的生
殖高峰期 ,同时果实中胚珠开始变化 ,大量未受精的
胚珠开始干枯 ,死亡。在短短 10 d内 ,胚珠数目由
原来的 14.2个急剧下降到 2.1个(图 1-L)。这个
时期胚珠数目变化幅度高达 85%。
受精后期:从 5月中间开始 , 实的花期结束 ,
从此进入 实的种子成熟期 ,这时 实的果实中胚
增刊 李智选等:我国特有珍稀花卉植物 实生殖生物学特性研究 329　
珠的数目已经很少发生变化。
3　结论与讨论
根据Davis等[ 9 ,12]论述及本研究结果初步认为
实的大孢子发育以及成熟胚囊和果实种子的发育
是:① 实是倒生型的胚珠 ,胚珠整个本体倒转 ,珠
孔与珠柄非常接近而且 实的胚珠是单珠被 ,为薄
珠心胚珠 。大孢子母细胞只被一层珠心表皮所包
围 ,不形成周缘细胞 ,孢原细胞直接起大孢子母细胞
的功能 ,这与忍冬科的基本特征符合。 ② 实胚囊
是从一个大孢子衍生 ,大孢子四分体中其余三个退
化 ,所以 实胚囊发育类型是单孢子胚囊 。 ③功能
大孢子是四分体合点端的那个大孢子 ,以及雌配子
体的形成发生三次核的连续分裂 ,共形成八核 ,成熟
胚囊包含一枚卵细胞 ,两个助细胞 ,三个反足细胞和
一具两个极核的中央细胞 ,因此 ,它属于单孢子胚囊
中的蓼型发育[ 16] 。 ④胚发育停留在鱼雷型时期 。
⑤对华山地区 实果实种子的剥离和切片观察 ,测
得种子千粒重为 1.680 g ,平均发育率为 38.14%,败
育率 61.86%,可见败育率是影响 实繁育的植物
种群内因主要原因之一。
黄仕训等[ 16]对狭叶坡垒的生物生态学及致濒
原因研究认为:种子含水量高 ,没有休眠期 ,成熟后
在湿热条件下 ,很快丧失发芽能力 ,是典型的顽拗型
种子。这和 实的种子特性完全不同 , 实的种子
是干果类的闭果 ,种子胚是延迟发育。田昆等[ 14]对
木兰科植物华盖木(Manglietiastrum sinicum Law.)的
生境脆弱性进行了观察 ,认为华盖木的自然更新能
力在减退 ,天然更新困难 ,自然繁衍能力衰退 。华盖
木的 果很难自然张开 ,影响种子萌发 ,种群繁
衍。这些特点和 实有相似之处。一方面 , 实果
实属干果中闭果类 ,果皮木质化 ,果皮外具刺刚毛 。
在自然环境中直接影响其种子萌发 ,进而影响种群
的繁育 、繁衍。另一方面 ,在以前研究工作中发现:
实小孢子和雄配子发育为正常 ,且花粉粒着落于
柱头产生正常的花粉管 , 产生两颗圆形的正常精
子[ 8] 。本试验结果表明 ,在 实胚珠的胚囊中有完
整的八核胚囊(七细胞)结构 ,说明卵细胞及极核的
存在 。受精后胚胎发育停留在鱼雷形胚阶段 。 实
胚胎发育中小孢子和雄配子的发育[ 8]及在本试验结
果中大孢子及雌配子发育一直是正常的 ,与该植物
的濒危问题无直接关系。然而本研究发现 实果实
中平均24枚胚珠中 ,只有 1 ～ 2胚珠的卵受精 ,而且
只发育为鱼雷形时期 。我们认为可能是该植物濒危
的内在原因 ,或者是稀有植物 实的生殖生物学方
面的主要原因 。
我们认为: 实胚发育停留在鱼雷形阶段是植
物胚胎的延迟分化 ,或者称为种子的后熟现象中的
一种表现形式 ,也可能是此种植物主动适应环境的
一种对策 ,只是由于环境中其他因子发生异常 ,使其
在种子繁殖产生实生苗这一有性繁殖方式受阻 ,进
而用分蘖的方式进行营养繁殖 ,这就是 实的繁殖
对策 。要切实有效的保护珍稀 实的濒危 ,需要多
种学科 、全方位地和进一步开展研究工作 ,准确找到
植物珍稀濒危的真正原因 ,才能切实保护到该物种
的种群数量。
致谢:在进行稀有植物 实项目研究过程中 , 得到了
兰州大学王耀芝教授以及西北大学胡正海教授 、田兰馨教授
等的指导和帮助 , 特此致谢。
参考文献:
[ 1] 　中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第 72
卷)[ M] .北京.科学出版社 , 1988:114-116.
[ 2] 　中国科学院西北植物研究所.秦岭植物志(第1 卷第 5
册)[ M] .北京:科学出版社:1981:51-57.
[ 3] 　中国环境保护局.中国濒危植物名录[ M] .北京科学出
版社 , 1987:33.
[ 4] 　宋延龄 ,杨亲二 , 黄永青.物种多样性研究与保护[ M] .
杭州:浙江科学技术出版社 , 1998:7.
[ 5] 　中国科学院植物研究所.中国珍稀濒危植物[ M] .上
海:上海教育出版社 , 1989:92-93.
[ 6] 　李智选 ,苏建文 , 王玛丽.稀有花卉植物 实在华山地
区的种群繁育和分布特征[ J] .西北植物学报 , 2004 , 24
(11):2113-2117.
[ 7] 　李智选 ,杨　静 , 赵大鹏.珍稀花卉植物 实物候学观
察及栽培技术[ J] .江苏农业科学 , 2003(4):76-77.
[ 8] 　李智选 ,朱文清 ,李 立.小孢子发生及雄配子体发育研
究[ J] .西北大学学报:自然科学版 , 1995 , 25(4):328-
330.
[ 9] 　Davis G L.Systematic Embryology of the Angiosperms [ M] .
New York:John Wiley Sons , 1996:74-75.
[ 10] 　Foster A S , Gifford Jr E M.Comparative Morphology of Vas-
cular R Plants [M] .W H Freeman and Company , 1974:532
-562.
[ 11] 　Jonathan Silvertown , Deborah Charlesworth.简明植物种群
生物学[ M] .李　博 , 董慧琴 , 陆建忠等译.北京:高等
教育出版社 , 2003:256-258.
[ 12] 　胡适宜.被子植物生殖生物学[ M] .北京:高等教育出
版社 , 2005:100-103 , 117-128 , 204-219.
[ 13] 　李景侠 , 张文辉 杨赵洁.陕西省地方保护植物及保护
对策[ J] .西北林学院学报 , 1999 , 14(3):6-12.
[ 14] 　田　昆 ,张国学 , 程小放 , 等.木兰科濒危植物华盖木
的生境脆弱性[ J] .云南植物研究 , 2003 , 25(5):551-
556.
[ 15] 　潘耀芝 , 龚洵 ,梁汉兴.濒危植物香木莲的胚胎学研究
[ J] .武汉植物研究 , 2003 , 21(1):1-8.
[ 16] 　黄仕训 ,陈　泓 , 唐文秀 ,等 ,对狭叶坡垒的生物生态学
及致濒原因研究[ J] .生物多样性 , 2008 , 16(1):15-23.
330　 华　北　农　学　报 24卷