全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 042292204
四倍体刺槐大小孢子发育时期与花器形态的相关性
郝　晨　李　云　姜金仲　刘　洋
(北京林业大学生物科学与技术学院Π教育部林木花卉遗传育种重点实验室 ,北京　100083)
摘 　要 :本研究通过观察四倍体刺槐花器 , 得出相应的花蕾外部形态、大小、颜色和花序中不同序位花蕾
发育时期与大小孢子细胞学发育时期密切相关。因此根据花器形态特征可判断大、小孢子发育细胞学
的时期 ,从而为四倍体刺槐花器离体培养接种外植体的选择提供依据。
关键词 :四倍体刺槐 ;大、小孢子发育 ;花器形态 ;相关性
THE CORRELATION BETWEEN MICRO AND MEGA SPOROGENESIS’S DEVELOPMENT AND
MORPHOLOGY OF FLOWER ORGAN OF TETRAPLOID BLACK LOCUST
HAO Chen 　LI Yun 　J IANGJin2zhong 　LIU Yang
( College of Biological Sciences and Technology , Beijing Forestry UniversityΠKey Laboratory for Genetics
and Breeding in Forest Trees and Ornamental Plants , Ministry of Education , Beijing 　100083)
Abstract : The results of observing the morphology flower organ development and cytological development period of both
microspore and megaspore of tetraploid black locust ( Robinia psendoacacia) show that the outside shapes , size , color of flower
organ are highly related to the development period of micro and mega sporogenesis. So the micro and mega sporogenesis’s
development period can be judged by the outside observation of flower. The judgments may be applied to choose suitable
explants while flower2organ2tissue2cultures are done.
Key words :tetraploid black locust ( Robinia pseudoacacia) ;megaspore and microspore cytological development ;shape of flower
organs ;correlation
收稿日期 :2005210214
基金项目 :国家自然科学基金项目 (30471412)和国家农业科技成果转化基金项目 (03EFN216700307)
作者简介 :郝晨 (19812) ,男 ,辽宁锦州人 ,在读硕士 ,主要从事生物技术与林木遗传育种等研究。李云为通讯作者 ,Tel : 010 62336094 ; Email : yunli
@bjfu. edu. cn
　　四倍体刺槐 ( Tetraploid , Robinia pseudoacacia) 是几
年前由北京林业大学从韩国引入我国的[1 ] ,根据用途
可分为速生用材型和饲料型两种类型。速生用材型与
普通刺槐相似 ,但其速生性明显 ;饲料型四倍体刺槐干
性稍差 ,但叶大而肥厚、营养价值高、适口性好 ,特别适
合作为饲料树种。两种类型均根系发达、耐低温、耐干
旱瘠薄、具有较强的抗逆性 ,是水土保持、防风固沙、退
耕还林、发展畜牧业的优良品种[2 ] 。国内学者对豆科
蝶形花植物如红小豆[3 ,4 ] 、国槐[5 ]等胚胎学研究做过系
统报道 ,但对豆科其他种类的报道则较为少见。
本文试图通过对四倍体刺槐开花过程的观察和不
同发育阶段花器的解剖 ,找到花的外部形态与大、小孢
子发育阶段之间的相关性 ,以便在进行有关遗传改良
或其他生物技术研究活动时 ,依据花的外部形态变化 ,
判断大、小孢子的发育阶段。
1 　材料及方法
111 　材料
观察材料均采自河北省香河县钳屯苗圃 4 年生饲
料型四倍体刺槐植株。文内所述发育阶段均为苗圃所
在地气候条件下发育的结果。
112 　试验方法
从可以观察到花序开始 ,每天上午选取生长良好 ,
292　 核 农 学 报　2006 ,20 (4) :292～295Journal of Nuclear Agricultural Sciences
且代表平均发育时期的 10 个花序 ,测量花序和花蕾大
小 ,并记录与发育时期相应的形态特征 ;同时取一部分
花蕾分放入卡诺固定液 3h ,制片[6 ] ,醋酸洋红染色[7 ] ,
光学显微镜观察花粉母细胞、四分孢子以及花粉粒的
发育状况 ;另取一部分放入 FAA 固定液 1d ,石蜡法切
片 ,切片厚 8～10μm ,铁矾苏木精染色 ,光学显微镜观
察大孢子母细胞及胚囊的发育状况 ,对大、小孢子各细
胞学发育时期及相应的花器形态进行显微照相。
2 　结果与分析
211 　花芽及开花特性概况
冬芽为混合芽和叶芽 ,在冬季均隐藏在叶轴基部
两托叶刺之间的枝条内 (图版 1 ,见封三 ,下同) ,混合
芽 4 月中旬萌发出枝和花序 (图版 2) ,抽出的嫩枝上
着生复叶和花序 ,每个嫩枝上有 1～3 个花序 ,刚发出
的花序仅有 014～016cm ,每朵小花基部有一苞片 ;叶
芽只萌发出枝。
总状花序 (图版 4) 或复总状花序 (图版 5、6) ,腋
生 ,长 10～20cm ;小花蝶形花冠 ,花萼 5 齿裂 ,微成二
唇状 ,密被绒毛 (图版 7、8) ,上部在花冠初露时呈红
色 ;花瓣白色 ,具爪 ,包括旗瓣 (圆形 ,外翻) 、翼瓣 (镰状
长圆形) 、龙骨瓣 (钝 ,内弯) ,下覆瓦状排列 (图版 10) ,
也有些出现异常花器 (图版 11) ;花冠初裂后雌蕊基部
分泌具清香的花蜜 ,子房具柄 ,边缘胎座 ;二体雄蕊
[ (9) + 1 ]。
212 　小孢子细胞学发育时期与花蕾外部形态的相关
性
4 月 21 日左右 ,切片观察可见花序中每朵小花的
小孢子母细胞均未达到减数分裂时期 ,尚处在减数分
裂之前 ,细胞核很大 ,核仁明显 ,染色体呈丝状 ,排列杂
乱无序 (图版 12) ;此时幼蕾长约 013cm ;花粉母细胞呈
多角形 ,核大质浓 ,排列紧密 (图版 13) ;小花序成火焰
形 ,每花序有 20～28 个花蕾 ,着生于一个苞片内 ;每朵
小花均有一个自己的小苞片 (图版 3、4) 。
4 月 23225 日 ,花粉母细胞进行减数分裂形成四分
孢子 ,四分孢子呈四面体形 ,包于共同的胼胝质壁内
(图版 14) ,此时幼蕾生长到 014cm(图版 4) ,花序的长
度可生长至 210cm 左右 (图版 3) ;当四分孢子已彼此
分离形成四个单核中央期花粉粒 (图版 15) 时 ,花萼顶
端已出现裂缝。
4 月 25227 日 ,花药发育已近成熟 ,绒毡层细胞已
经退化 ,花粉囊内充满花粉粒 ,即将开裂 ;花粉粒大部
分为微三角状圆形 ,具有 3 个萌发孔 (图版 16) ,也有
部分花粉粒具有 4 或 5 个萌发孔 ,呈现出四边形或五
边形 (图版 17) ,花粉粒的内外两层壁都很明显 ,外壁
比内壁稍厚 ,表面具有不明显的颗粒状雏纹 ;此时花蕾
长约 016～017cm ,花萼顶端已出现明显裂缝。
上述单核花粉粒阶段历时约 12d ,然后由单核中
期至细胞内出现液泡而为单核靠边期 (图版 18) ,这时
花冠已经开始显露 (露白) (图版 7) 。花粉粒这发育阶
段细胞内含有丰富的营养物质。
4 月 28 日花药压片 ,见有双核花粉粒 ,细胞内有
一个圆形的营养核和一个梭形的生殖核 ,细胞质内仍
含有大量的淀粉粒 ,为花粉粒的萌发提供了充足的营
养物质。花粉粒从花粉囊中散粉时大部分处于双核期
(图版 19) 。
4 月 29 至 5 月 1 日前后 ,花冠生长较快 ,可伸长到
019～112cm ,但花萼生长缓慢并逐渐停止 (图版 8) ,当
花药切片上可见花药壁已经破裂时 ,花粉大量散出 (图
版 20) ,花瓣即将初裂 ,这时花萼与花冠总长达到最大
约为 118cm ,取花柱作整体压片荧光显微观察 ,柱头上
已落有花粉粒及萌发的花粉管 (图版 21) 。
当柱头上落有大量的花粉粒 ,萌发出花粉管 ,且花
粉囊已空瘪时 ,花冠已盛开 ,旗瓣、翼瓣都展开。柱头和
雄蕊均露出龙骨瓣。因此当花冠初裂或未裂 ,花朵的花
冠长度超过花萼约 110cm之际收集花粉较为适宜。
212 　大孢子细胞学发育时期与花蕾外部形态的相关
性
雌蕊为单心皮单室子房 ,边缘胎座 ,通常具有 15
～20 个胚珠着生于腹缝线上 ,珠被内层由珠心基部产
生 ;4 月 21 日左右 ,014cm 长的花蕾切片中可见胚囊母
细胞己经发生 ,位于 2～3 层珠心细胞内 ,属于厚珠心
型 (图版 22) ,孢原细胞由一小群细胞组成 ,只有一个
能继续发育[5 ] ;胚珠经过约 4d 的发育 ,即 4 月 25 日左
右 ,珠被伸长包裹珠心 ,外珠被形成珠孔 ,因珠被生长
不均 ,胚珠呈弯生状 (图版 23) ,花萼长约 016～017cm ;
胚囊母细胞阶段约历时 10d ,时间从 4 月 20～28 日 ,接
着进行减数分裂形成四个大孢子 (图版 24) ,此时花蕾
长约 018cm。
随着胚囊的发育逐渐成熟 ,合点端仅存一个功能
大孢子 (图版 25) ,此时花蕾长约 018cm ;经过 3 次连续
的有丝分裂 ,先后形成二核胚囊 (图版 26) 、四核胚囊
(图版 27) ,此时 ,花冠已开始显露 (露白) ,即花萼长度
达到最大约为 112cm ;八核胚囊 (图版 28) 形成时 ,花冠
与花萼长度大致相等 ,即花蕾长约 118cm ,其中八核胚
囊为珠孔端四核 ,合点端四核 ,然后由两端各向中央游
离出一个核 ,形成中央的两个极核 ,合点端的三核分化
392　4 期 四倍体刺槐大小孢子发育时期与花器形态的相关性
为 3 个反足细胞 ,很快开始退化 ,珠孔端的三核分化为
卵器 ,形成蓼形八核胚囊 (图版 29) ,卵器初分化时 ,卵
细胞和助细胞在形态上尚难区别。
随后卵器中一个接受精子的助细胞先退化 (图版
30) ,胚囊已完成了双受精作用 ,这时花冠盛开 ,且已开
始萎缩 ,花萼宿存。
四倍体刺槐大、小孢子发育及花器形态相关性详
见表 1。
表 1 　四倍体刺槐大、小孢子发育及花器形态相关性
Table 1 　Interrelation of cytological development period of micro and mega sporogenesis and the
morphology of flower organ
生长时期
development stage
日期
date
(月Π日 mΠd) 大、小孢子发育micro and mega sporogenesis 花器形态morphology of flower organ雄蕊发育阶段
microspore development
胚珠发育阶段
ovule development
花序
inflorescence (cm)
花蕾
bud(cm)
花萼
calyx(cm)
花冠
corolla (cm)
幼蕾形成期
early stage of
bud development
冬季至 4 月中旬
winter to
middle of April
未发育
not developed
未发育
not developed
花芽分化后冬季休眠
after flower bud differentiation dormancy in winter
幼蕾期
stage of bud
development
4Π1424Π29 4Π1524Π20 花粉母细胞microspore mother cell 珠心内形成大孢子母细胞megaspore mothercell appear 015～115 013～014 包裹花蕾bundled bud 开始分化differentiationbegin
4Π2124Π23 减数分裂期
prophase
分化形成珠被
integument appear
115～210 014 包裹花蕾
bud is bundle
开始分化
differentiation
begin
4Π2324Π25 四分体
tetrad
分化形成
双层珠被
double deck
integument appear
210～212 014～016 顶端出现裂缝
top with
several cleft
旗瓣分化
vexilla appear
4Π2524Π27 单核早期early uninucleate
stage
珠被包裹珠心 ,
珠心弯生
campylotropous
ovule11
212～310 016～017 顶端出现裂缝
top with
several cleft
旗瓣长于
翼瓣
vexilla longer
than wing
4Π2724Π28 单核中央期early uninucleate
stage
大孢子母细胞减
数分裂
prophase
018 顶端出现裂口
top with
several cleft
逐渐增长
growth gradually
4Π2824Π29 单核中央期early uninucleate
stage
大孢子母细胞
减数分裂
prophase
单核胚囊
tow2nuclei embryo sac 018～110 顶端出现多齿芽裂口top withseveral cleft 微露花瓣corolla appear
花冠显露期
stage of
corolla appear
4Π2925Π2 4Π2925Π1 单核靠边期late uninucleate stage 二核胚囊tow2nuclei embryo sac四核胚囊four2nuclei embryo sac 310～515 111～115 多齿芽裂口扩大several cleftenlarge 长约 013cmlength about 3cm
5Π125Π2 单核靠边期
late uninucleate stage
四核胚囊
four2nuclei embryo sac 515～1010 115～118 ～017 ～017
展花期
stage of anthesis
5Π225Π5 5Π225Π5 双核花粉粒tow2nucleipollen granule 八核胚囊eight2nucleiembryo sac > 15 118～210 ～018 ～112旗瓣展开vexilla blossom out
双核花粉粒
tow2nuclei
pollen granule
> 210 不再增长
stop growing
翼瓣展开
wing blossom out
花粉粒散出
pollen granule
spill out
双受精
fertiliza2tion 盛开petalsblossom out
谢花期
stage of flower fall
5Π62 花药枯萎
anther shrink
完成双受精
fertilization finish
逐渐萎缩
shrink gradually
逐渐萎缩
shrink gradually
脱落
petals fall
492 核　农　学　报 20 卷
3 　结论与讨论
雌雄配子各发育时期与外部形态特征关系非常密
切 ,表现为可以根据花蕾的形态、大小及花序的发育状
态来判断雌、雄配子的主要发育阶段。同一花序各花
蕾的发育时期不同 ,不同花序的发育可相差约 7d ,这
为延长某个适宜的特定取样时期具有重要意义。
四倍体刺槐的胚胎学主要特征表现为 :花粉囊壁
表皮细胞在花药成熟后宿存或消失 ,药室内壁的细胞
增厚并不明显 ,在小孢子母细胞减数分裂过程中 ,细胞
质分裂为同时型 ,形成四面体形的四分体 ,成熟花粉为
22细胞型。珠被为双珠被 ,珠心为厚珠心型[8 ] ,胚囊发
育为单孢型中的蓼型 ,小孢子四分体均为四面体型 ,成
熟胚囊为八核胚囊 ,在胚囊发育后期中央两极核融合
为次生核[9 ] 。
同源四倍体刺槐与其二倍体原种相比 ,两者正常
发育花器 ,在花冠与花萼外部形态以及雌雄配子的发
育等方面的过程基本一致 ,但在发育进度上 ,即发育的
时间 ,同源四倍体约慢 9d ,这可能由于基因剂量 (倍数
性)会影响发育进度 ,而有些性状可能只与基因型有
关 ,而与基因剂量可能关系不大。
环境因素的改变会加速或推迟花的发育时期 ,如
花前忽冷忽热 ,寒潮频繁 ,会使开花推迟 ,先叶后花 ,开
花不齐 ,泌蜜不稳 ,而高温会缩短开花进程等。
因此 ,对于雌、雄配子有丝分裂与减数分裂等时期
与外部形态严格相关性的制片镜检研究仍需进一步深
入研究。
参考文献 :
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111 Synthesis of starch. Jap J Crop Sci , 1989 , 58 (2) :253～259
封三图版说明 :
Explanation for Plate at Cover Page Three :
1 :bud in winter ; 2 : branch and inflorescence in spring ; 3 : inflorescence at the
early stage of bud development ;4 :bud at the early stage of bud development ;5 :
compound raceme at the early stage of bud development ;6 :compound raceme at
the later stage of bud development ;7 :bud at the early stage of corolla appear with
five cleft ;8 :the corolla is the same long as calyx ;18 :inflorescence the stage of
corolla appear ;9 :inflorescence at the stage of corolla appear ; 10 : bud at flower
come out ;11 :exceptional flower organ ;12 :microspore mother cell and pollen wall
structure ;13 :microspore mother cell at the prophase ;14 :tetrad ( ×1000) ;15 :
isolate microspores in the early uninucleate stage ;16 :microspore with 3 apertures
( ×400) ;17 :microspore with 4 apertures ( ×400) ;18 :pollen granule in the late
uninucleate stage ;19 :tow2nuclei pollen granule ;20 :pollen granule spill out ;21 :
chapiter with pollen granule ; 22 : campylotropous ovule ; 23 : ovule at stage of
archesporium ;24 :megaspore mother cell at the prophase ;25 :nucellus at the stage
of functional megaspore ;26 :tow2nuclei embryo sac ;27 :four2nuclei embryo sac ;
28 :eight2nuclei embryo sac ; 29 : anther parenchyma and pollen grains ; 30 : egg
apparatus at the stage of fertilization. Except 14 , 16 and 17 , all other pictures
were enlarged 600 times ( ×600)
第五届全国核农学青年科技工作者学术交流会圆满召开
由中国原子能农学会和中国农业科学院核农学研究中心共同主办 ,湖北省农业科学院辐照加工研究所承办 ,
江苏省农业科学院里下河地区农科所协办的第五届全国核农学青年科技工作者学术交流会 ,于 2006 年 7 月 6 日
至 9 日在湖北宜昌三峡坝区召开。来自全国各地的近百名核农学科技工作者到会。会议得到国家自然科学基金
委员会的资助。湖北省农业科学院及宜昌市的领导到会祝贺。
会议组织我会的专业委员会主任做了专题报告 ,与会代表围绕辐射诱变与航天育种、同位素示踪与放射生
态、辐射加工与应用等主要领域 ,交流了各自的研究成果和工作进展 ,并就新时期我国核农学的发展以及加速推
进核农学领域的自主创新活动等项内容进行了专题讨论。会议通过中国学术期刊 (光盘版)电子杂志社将所有论
文收录至中国重要会议论文全文数据库。论文集共收录学术论文 43 篇。 (中国原子能农学会秘书处)
592Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2006 ,20 (4) :292～295