全 文 ：植物学通报 2006, 23 (1): 37~43
Chinese Bulletin of Botany
收稿日期: 2005-08-06; 接受日期: 2005-09-26
基金项目: 广东省自然科学基金 (003062, 04010374)
* 通讯作者 Author for correspondence. E-mail: wangxj@scnu.edu.cn
** 华南师范大学 01级本科生
.研究论文.
南美蟛蜞菊花的生长发育
陈笛** 刘家亮** 孟祥春 王小菁*
(华南师范大学生命科学学院, 广东省植物发育生物工程重点实验室 广州 510631)
摘要 本文根据花粉的发育结合花序的显著特征, 将南美蟛琪菊(Wedelia trilobata)花的后期发育分为
P1~ P7七个时期。对舌状花和盘状花的生长进行了观察。研究表明, 分化完全的舌状花在P3期、即花粉
细胞四分体出现之后长度超过盘状花, 在盘状花的雄蕊出现具有萌发孔的花粉粒之后, 舌状花开始着色。
P2以后的花序经离体培养可以开放, 光、糖和GA3对花序的生长和开放有显著的促进作用。
关键词 花生长发育, 离体培养, 南美蟛琪菊
Flower Growth and Development in Wedelia trilobata
Di Chen, Jialiang Liu, Xiangchun Meng, Xiaojing Wang*
(College of Life Sciences, South China Normal University, Guangdong Key Lab of Biotechnology for Plant
Development, Guangzhou 510631)
Abstract From investigation of the development of pollen grains combined with flower growth, the
inflorescence development in Wedelia trilobata was divided into 7 phases, from P1 to P7. The growth
of ray and disc florets was determined during inflorescence development. Ray florets elongated
faster than disc florets from phase P3, when tetrads of haploid microspores appeared, and the pig-
mentation of the ray floret began when the pollen grains showed germination apertures in the disc
florets of the first whorl. The effects of light, sugar and GA3 on flower growth and development were
investigated in vitro. Inflorescences in the P2 phase or later could grow and bloom in vitro, and
sucrose, GA3 and light promoted flowering.
Key words flower growth and development, in vitro culture, Wedelia trilobata
花瓣的生长与着色对花的品质形成十分重
要。随着植物功能基因组研究的深入, 对控制
模式植物花瓣生长和特征的基因近年来已有陆
续报道(Hileman et al., 2003; Bey et al., 2004;
Crawford et al., 2004; Perez-Rodriguez et al., 2004;
Zenoni et al., 2004)。菊花在观赏花卉中占有重
要的地位, 但至今对菊花头状花序发育的研究还
很少。芬兰的 T e e r i 实验室曾以非洲菊
(Gerbera hybrida)为材料, 对花序分化发育的
MADS盒基因和花瓣生长的相关基因GEG进
行了研究(Kotilainen et al., 1999; 2000; Uimari et
al., 2004), Shchennikova等(2004)报道了菊花发
育中的 4个MADS盒基因及其功能。而对菊
花的花原基决定之后, 花序后期生长和发育缺乏
研究。菊花外轮舌状花(ray floret或 ray flower)
的大小、色泽直接影响花的观赏品质, 而头状
38 23(1)
花序中不同类型的小花之间有什么样的相互关
联？外部舌状花的发育是否受到内轮盘状花
(或称管状花disc floret或 disc flower) 的影响？
如果受影响, 其生化本质和信号转导途径又如
何？这些问题的研究对最终阐明复杂花序的生
长发育有重要意义。陈丹生等(2004)的研究表
明, 非洲菊外轮舌状花的发育和着色与内轮盘状
花的发育有对应关系; 外轮舌状花的生长发育
和着色严格受光的调控(Meng and Wang, 2004;
Meng et al., 2004), 但至今对其他的菊科植物还
没有类似的报道。南美蟛蜞菊( W e d e l i a
trilobata)为菊科蟛蜞菊属多年生草本植物, 在
广州地区全年有花, 病虫害较少, 适于作为研究
菊花发育的材料。我们根据花粉的发育结合
花序的生长和形态特征, 对南美蟛琪菊花的后
期发育进行了分期, 对舌状花与盘状花生长发
育的对应关系进行了初步探讨, 并研究在控制
环境因子的离体培养条件下, 花序的开放和着
色, 为进一步开展发育的分子生物学研究提供
基础资料。
1 材料和方法
1.1 植物材料
南美蟛琪菊(Wedelia trilobata), 栽种在华
南师范大学校园内。取正常发育的不同时期
的蟛蜞菊作为实验材料。
1.2 花序后期生长发育的观察及时期的划
分
参照陈丹生等(2004)对非洲菊发育时期的
划分以及Brukhin等(2003)对番茄(Lycopersioon
esculentum cv. Sweet Cherry)花发育过程的研
究, 从盘状花的雄蕊中出现造孢细胞开始, 对蟛
蜞菊花后期生长发育过程进行观察、描述并
进行阶段划分。新鲜采摘的花序以 N i k o n
SMZ1500体视显微镜进行观察拍照。
1. 3 舌状花和盘状花的观察和生长测量
取不同发育时期的花序。将最靠近舌状
花的一轮盘状花定为第1轮, 以此论推, 共有4
轮。新鲜采摘的花序, 取下舌状花和盘状花, 置
于Nikon SMZ1500体视显微镜下观察并拍照。
测量舌状花和盘状花的生长时, 将照片置于电脑
中, 用 Photoshop的测量工具配合标尺来测量
长度, 记录数据。实验重复 3次, 每次取 10个
花序, 每个花序取3朵舌状花, 每轮取3朵盘状
花测量。盘状花的长度包括花柄, 当雌蕊伸出
时也包括雌蕊。
1.4 雄蕊与花粉粒的观察
在Nikon SMZ1500解剖镜下观察不同发育
时期雄蕊的特征。每次取10个花序, 每轮盘状
花取3朵小花进行观察。将第1轮盘状花的雄
蕊进行压片, 用 0.055%中性红染色, 然后用
Nikon elipse TS100显微镜观察花粉的发育状
况。每次取10个花序, 每轮盘状花取3朵小花
的雄蕊。
1.5 花序离体培养
根据发育时期划分, 采不同时期的南美蟛
琪菊花序, 以1% NaClO表面消毒 10分钟, 在含
有0.8%琼脂和3.0%蔗糖的培养基上进行无菌
培养, 培养条件为14小时光照 /10小时黑暗, 温
度 23~25℃。14天后记录结果。在研究光、
糖和GA3影响时, 在培养基中分别加入GA3 和
(或)不同类型的糖, 在黑暗或光照条件下培养花
序, 记录花序的开放和着色情况。
2 结果与讨论
2.1 花序的观察以及发育时期划分
观察表明, 南美蟛琪菊花轴极度缩短而膨
大, 扁形, 铺展, 为头状花序, 由 2轮萼片、1轮
舌状花与4轮盘状花组成。我们从盘状花的雄
蕊中出现造孢细胞开始, 将花序的后期生长发育
划分为P1~P7七个时期。各个时期的特征描述
如表1所示, 花序和小花的形态如图1所示。可
以看出, 在花序的生长发育中, P1的雄蕊透明无
色, 从P2到P3, 颜色由绿变黄, 再到黑色(P4), 此
时出现成熟的花粉粒。盘状花着色(P3)先于舌
状花 (P4), 当盘状花1、2轮雄蕊开始观察到具
392006 陈笛 等: 南美蟛蜞菊花的生长发育
萌发孔的花粉粒时, 舌状花才开始着色。此外,
盘状花发育是由外向内, 第 1轮先发育。盘状
花的开放顺序也是如此。舌状花在P4期开始,
平均长度超过盘状花。
南美蟛琪菊花序的生长发育与非洲菊花序
(陈丹生等, 2004)相似, 舌状花的着色与内轮盘状
花的发育有对应的关系, 舌状花着色的时期(P4)
也与非洲菊基本相同。Weiss等(1989)报道, 矮
牵牛花瓣的生长依赖于其雄蕊的正常发育, 可能
是由于雄蕊提供了GAs。Rebers等(1999)通过
原位杂交发现, 催化产生活性GAs的代谢酶
Le20ox2基因在番茄早期花芽中雄蕊的绒毡层
中表达, 说明发育中的雄蕊是活性GAs产生的
重要场所。在我们的实验中, 盘状花的雄蕊是
否通过产生GAs来影响舌状花的生长和着色还
需进一步的研究证实。
2.2 舌状花与盘状花的生长发育
从图2中可以看出, 从P1到P7舌状花持续
生长, 长度不断增加。P1比 P2的长度增长了
将近1.6倍, P3的长度比P2增长了1.4倍(此时
期开始出现四分体)。P4比P3长度增长 51%。
P5、P6和 P7以比较平均的速度增长, 分别为
表 1 非洲蟛琪菊花序发育时期的划分
Table 1 Classification of inflorescence developmental phases of Wedelia trilobata
Developmental Inflorescence Characters of Characters of Characters of Pollen development
phases diameter (cm) ray floret disc floret stamen
P 1 0.35-0.40 Vitreous green, Vitreous green, Vitriform Pollen mother cells
0.07-0.08 0.05-0.06 cm
in length in length
P 2 0.40-0.50 Vitreous green, Light green, Vitreous light Pollen mother cells
0.10-0.20 0.11-0.16 cm
in length in length
P 3 0.40-0.55 Green, 0.34- Pigmentation in Vitreous light Pollen mother cells
0.38 cm in the 1st and 2nd yellow in 1st and observed in 3th and
length whorls with vitr- 2nd whorls and 4th whorls and Tet
eous light yellow, vitreous green in rads observed in 1st
0.32-0.35 cm in 3th and 4th whorls and 2nd whorls
length
P 4 0.50-0.75 Pigmentation Yellow in all, Yellow in all Tetrads and some
beginning with 0.35-0.47 cm mononuclear pollen
yellow and gre- in length with germination
en, 0.48-0.57 aperture
cm in length
P 5 0.60-1.00 Full pigmenta- Yellow on the top 5 stamens united Mature pollen
tion in orange and black below, with black color
yellow, 0.65- 0.45-0.59 cm and pollen sac
0.85 cm in in length open
length
P 6 2.20-3.15 Petals began to Disc florets open Stamensi the 1st Mature pollen
unfold, 1.00- in the 1st whorl, whorl wilted
1.25 cm in 0.50-0.62 cm in
length length
P 7 2.85-3.85 Petals fully All disc florets All the stamens Mature pollen
unfolded, 1.60- opened, 0.78- wilted
1.95 cm in 0.99 cm in
length length
40 23(1)
47%、51%和 57%.
南美蟛琪菊盘状花有4轮, 我们取第1轮进
行生长测定。从图3可以看出, 前期生长快, P2
的长度比P1的长度增长了1.1倍, P3的长度比
P2增长了1.12倍, 此后增长速度减慢, P4比P3
增长了16.2%; P5和P6分别增长20%和15%。
可见在P1~P3, 盘状花的快速生长已经启动, 出
现四分体后, 增长减缓。到了 P7, 由于雌蕊的
伸长, 盘状花的整体长度又增加了 48%。南美
蟛琪菊盘状花伸长生长的先快后慢的趋势与非
洲菊舌状花的生长(陈丹生等, 2004)相同。
图 1 非洲蟛琪菊花的发育时期
A-G. P1~P7的花序; H-N. P1~P7的盘状花; O-U. P1~P7的舌状花
Fig.1 Flower developmental phases of Wedelia trilobata
A-G. Florescences from P1 to P7; H-N. Disc florets from P1 to P7; O-U. Ray florets from P1 to P7
图 2 南美蟛琪菊盘状花和舌状花的生长
Fig.2 Growth of the ray florets and disc florets of
Wedelia trilobata
412006 陈笛 等: 南美蟛蜞菊花的生长发育
2.3 雄蕊和花粉的发育
P1的雄蕊非常幼嫩, 一旦被解剖便开始萎
蔫。在水中, 被剖开的雄蕊颜色透明, 共有5个,
彼此并不相连, 5个雄蕊围在雌蕊周围。P2可
以清楚辨认 4个药隔所在位置。到第 1、2轮
雄蕊开始着色的时候(P3), 雄蕊的外围出现一层
薄膜, P5 时5个雄蕊完全连在一起, 围住雌蕊,
药隔裂开后, 雄蕊变黑, 并且连成一体, 合生成
盘状, 顶部封闭。盘状花开放(P6)后, 连体雄蕊
便慢慢开始萎蔫。
蟛蜞菊小孢子母细胞(图4A)直接分裂成为
四分体(图 4B)。从 P3开始盘状花的雄蕊中就
出现了四分体。P3第 1、2轮盘状花的雄蕊
当中可以观察到处于单核靠边期的花粉。P4
可观察到已经出现沟与棘刺的花粉, 呈球形(图
4C)。在P5时, 药隔壁破裂消失, 花粉囊也破裂,
花粉粒散在雄蕊连成的筒状结构中。花粉粒
金黄色, 表面有许多萌发孔及棘刺。到 P7时,
盘状花全部开放, 花粉粒散出。对盘状花花粉
发育的观察表明, 蟛琪菊从小孢子母细胞到四分
体阶段是一次完成的, 不经过二分体阶段。而
非洲菊盘状花小孢子母细胞则是先形成二分体,
再分裂形成四分体; 两种植物的成熟花粉粒形
状也不相同(陈丹生等, 2004)。
2.4 南美蟛琪菊花序离体培养
取P1至P4的花序, 培养在琼脂蔗糖培养基
上, 光照下培养14天后, 统计花序的开放数, 结
果(未列出)表明, 处于P2的花序即可用于进行
离体培养。
取P2的花序, 分别放在含有不同糖类和添
加或不加GA3的培养基上光照培养, 14天后的
统计结果(表2)表明, 培养基中含有GA3, 在不加
糖的培养基上, 花序开放率为 25%; 蔗糖、葡
萄糖、麦芽糖和果糖都可以促进离体条件下
花序的开放, 其中蔗糖效果最好; 而在甘露糖和
半乳糖培养基中的花序未能开放。培养基中
不含GA3, 则无糖条件下花序不能开放, 而加入
蔗糖, 花序开放率达 19%。此外, 我们还观察
到, 黑暗条件下即使培养基中有蔗糖和GA3, 花
序也不能正常开放和着色(结果未列出)。
孟祥春等(2005)利用非洲菊P2花序离体培
养, 发现光和葡萄糖、果糖、蔗糖的存在使花
序开放, 认为光和代谢性糖是花序开放所必需
的。而非代谢性的甘露醇和山梨醇没有明显
作用。我们在南美蟛琪菊 P2花序离体培养中
证明, 葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖具有促进
花序开放的作用, 而半乳糖、甘露醇和山梨醇
没有显著的促进作用(表 2)。光在南美蟛琪菊
花序离体培养中的作用也是必需的, 在黑暗中培
养的花序明显瘦小, 没有开放, 没有着色, 有的
甚至连萼片的绿色也变浅了(具体测量结果未列
出)。Leyva等 (1995)和Weiss(2000)提出, 高等
植物花的生长发育分为早期的慢生长期和晚期
的快生长期。花的着色常出现在第二个时期,
图 3 南美蟛琪菊花粉的发育
A. 花粉母细胞; B. 四分体时期花粉粒; C. 成熟花粉粒
Fig.3 Development of pollens of Wedelia trilobata
A. Pollen mother cells; B. Tetrads; C. Mature pollen grains
42 23(1)
这时细胞扩展, 花瓣快速生长, 色素的积累同细
胞的扩展过程紧密相关。花色素苷的合成和
花瓣的生长受同样的内部信号和外界环境因子
的调节, 其中 GAs、糖和光的作用最为关键
(Weiss, 2000; 王小菁等, 2003)。以南美蟛琪菊
进行的实验再次证明, 光、糖和GA3是花后期
生长发育所需要的重要因子。
另外, 在实验中我们发现, 与非洲菊的实验
结果(孟祥春等, 2005)相似, 即使有光和糖存在
时, 南美蟛琪菊P1花序也不能正常进行离体生
长和开花, 暗示在花发育早期, 花序的生长和着
色还必须有赖于整体植株营养和发育因子, 到一
定生长年龄后, 其生长和着色才可在添加糖的培
养基上离体生长发育。
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表 2 南美蟛琪菊 P2花序的离体培养
Table 2 In viro culture of the P2 inflorescences of Wedelia trilobata
Regims Inflorescence explant numbers Flowering numbers Flowering rate (%)
Sugar free＋GA3 16 4 25.00
Sorbitol＋GA3 16 1 0.06
Mannose＋GA3 16 0 0.00
Galactose＋GA3 16 0 0.00
Glucose＋GA3 16 15 93.75
Surcrose＋GA3 16 16 100.00
Maltase＋GA3 16 13 81.25
Frucotose＋GA3 16 12 75.00
Sugar free －GA3 16 0 0.00
Surcrose －GA3 16 3 19.00
432006 陈笛 等: 南美蟛蜞菊花的生长发育
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光合作用学术研讨会 2006 (第一轮通知)
为了加强我国光合作用科研人员的交流与合作, 促进我国光合作用研究进一
步发展, 中国植物学会、中国植物生理学会拟于 2006年 4月在扬州举行“光合作
用学术研讨会 2006” (具体时间、地点和日程安排请见第二轮通知)。会议由中国
科学院植物研究所光合作用研究中心、中国科学院植物生理生态研究所光合作
用研究实验室、北京大学生命科学院和扬州大学生命科学与技术学院等单位联
合承办。
会议将邀请国内和国际上从事光合作用的专家, 以及从事植物生物学研究的
知名专家参加会议。会议将以大会报告、报告、墙报和论文集的形式进行学术
研讨和交流。会议将与 Journal of Integrative Plant Biology合作出版光合作用研究
特刊或专题。热诚欢迎国内从事光合作用研究的专家、研究生和博士后参加研
讨会并积极投稿。Journal of Integrative Plant Biology编辑部将通过专家评审, 遴选
15 篇优秀原始研究论文出版。
联系人: 张立新 研究员 电话: 010-62836256 Email: zhanglixin@ibcas.ac.cn
通信地址: 北京市海淀区香山南辛村 100093
中国科学院植物研究所光合作用研究中心