全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (6): 565~569 565
收稿 2011-02-25　　修定 2011-04-20
资助 国家自然科学基金(30970275)和公益性行业(农业)科研专
项课题(200903016)。
* 通讯作者(E-mail: hqtian@xmu.edu.cn; Tel: 0592-2186486)。
水鬼蕉花药发育中多糖和脂滴组织化学研究
包晗, 宋玉燕, 马燕, 田惠桥*
厦门大学生命科学学院, 福建厦门361005
摘要: 水鬼蕉(Hymenocallis littoralis)花药发育中, 脂滴的积累和分布具有明显的特点。在花药中部的造孢细胞中积累了很
多脂滴。在形成胼胝质壁的小孢子母细胞中仍有大量脂滴的分布；与此同时, 在花药壁绒毡层细胞中的脂滴也明显增加,
而在其他药壁细胞中出现了少量淀粉粒。在四分体时期, 四分体小孢子形态不规则, 依然含有大量脂滴。在小孢子早期,
形态不规则的小孢子开始形成花粉外壁, 细胞质中的脂滴明显减少；绒毡层细胞外形变得不规则, 内部仍含较多脂滴。在
小孢子晚期, 小孢子形成许多液泡, 小孢子变为圆形, 在花粉外壁内侧出现红色多糖成分；此时, 绒毡层细胞降解, 在退化
细胞残迹中仍有较多脂滴。在二胞花粉早期, 花粉粒中的液泡逐渐消失, 脂滴数量又明显增加；而绒毡层细胞残迹变为很
大的脂滴。水鬼蕉成熟花粉为二胞型, 其中积累了大量的脂滴作为花粉储存物。
关键词: 水鬼蕉; 花药发育; 多糖; 脂滴
Histochemical Observation of Polysaccharide and Lipid on the Developing An-
thers of Hymenocallis littoralis (Jacq.) Rome
BAO Han, SONG Yu-Yan, MA Yan, TIAN Hui-Qiao*
School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361005, China
Abstract: The distribution of polysaccharides and lipids during the anther development of the Hymenocallis lit-
toralis displayed some distinct features. A mass of lipids were accumulated in sporogenous cells. At microspore
mother cell (MMC) stage, many lipids were still located in the MMCs which had formed a thick callose wall.
At same time, lipids also increased in tapetal cells, but a few starches appeared in other cells of anther wall. Af-
ter MMC meiosis, tetrad microspores were irregular and full of lipids. After released from tetrad, the irregular
microspores began to form pollen wall. The lipids in the microspores decreased during the cell developing and
forming many vacuoles, which made irregular microspores become round. In late microspore there were some
polysaccharide materials appeared in the inner side of pollen wall. During the microspore stage tapetal cells de-
generated, and the cell residue became many lipids. At early bicellular pollen stage, the vacuoles of the pollen
disappeared and the lipid number increased evidently. The tapetal residue became massy lipid. The mature pol-
len of H. littoralis is bicellular and many lipids were accumulated in the pollen as a storage material.
Key words: Hymenocallis littoralis; anther development; polysaccharides; lipid
被子植物花药结构复杂, 组成花药壁的四层
细胞紧密相邻, 但它们的形态、结构和功能截然
不同。药室中的雄配子体发育也很特殊, 小孢子
母细胞完成减数分裂后, 开始雄配子体发育, 形成
的小孢子经不等分裂形成大小差异明显的生殖细
胞和营养细胞, 由生殖细胞在花粉粒中或花粉管
中分裂形成两个精细胞。此外, 在花药发育过程
中, 如小孢子母细胞的胼胝质壁形成和四分体胼
胝质壁的降解、小孢子中大液泡形成与二胞花粉
中大液泡消失, 绒毡层和中层细胞的中途退化等
也都是花药发育的特色(胡适宜2005)。然而, 目前
对被子植物花药发育的调控机制还不清楚。被子
植物花粉发育的一个显著特点是其作为营养物质
的库积累大量营养物质, 通常是淀粉或脂滴, 为以
后花粉萌发时利用。已有的资料显示, 花粉中营
养物质的积累具有一定的时空特性: 一般是在小
孢子分裂后的二胞花粉中才开始大量积累营养物
质(Rudramuniyapa和Annigeri 1985; Tiwari和Gun-
ning 1986; El-Ghazal和Jensen 1987; Calzoni等
1990)。然而, 在不同的植物中, 花药的发育规律不
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尽相同, 积累的营养物质也有差别, 已发表的有关
结果也因植物种类不同而呈现出多样性。对不同
植物花药发育中的营养物质转运和转化规律还不
清楚, 需要进行更多的探索。
水鬼蕉为石蒜科水鬼蕉属的多年生球根植物,
原产美洲, 我国引种栽培(中国科学院植物志编委
会1985)。其花葶灰绿色, 花筒部常带绿色, 花被片
线形, 白色, 花形如蜘蛛, 故也称作美丽蜘蛛兰。
其别致的花型、素雅的花姿, 加之排列有序的翠
叶, 在南方地区被广泛栽种。邱淑芬等(2008)对水
鬼蕉的花粉发育做了初步观察, 描述了水鬼蕉的
花药壁组成特征和小孢子发生类型。本文对水鬼
蕉花药发育中多糖和脂滴类营养物质的分布特征
进行组织化学研究, 以了解该种植物花药发育中
营养物质积累特征。
材料与方法
水鬼蕉[Hymenocallis littoralis (Jacq.) Rome]
于2010年6月下旬采自厦门大学校园内。分别取
不同发育时期的花药 , 迅速投入到含2.5%戊二
醛、50 mmol·L-1二甲胂酸钠(pH 7.0)缓冲液配制的
前固定液中, 室温固定3 h。用50 mmol·L-1二甲胂
酸钠(pH 7.0)缓冲液配制的洗涤液换洗3次, 每次30
min; 再将材料转入50 mmol·L-1二甲胂酸钠(pH
7.0)、1%锇酸配制的后固定液中, 在4 ℃下固定过
夜, 次日用相同的洗涤液洗涤3次, 每次30 min。梯
度系列丙酮脱水, spurr树脂包埋。用Leica Ultracut
R型超薄切片机制作半薄切片, 切片厚1 µm。染色
步骤参照胡适宜和徐丽云(1990)的方法, 用高碘
酸-希夫反应(periodic acid-Schiff stain, PAS)标记细
胞中的多糖类物质, 呈现红色; 用苏丹黑B复染细
胞中的脂类物质, 呈现黑色。用Leica DMR显微镜
观察与拍摄。
实验结果
1 造孢细胞时期花药中的脂滴分布
水鬼蕉花药在造孢细胞时期就已基本分化出
药壁各类细胞, 由外向内依次是: 表皮、药室内
壁、中层及绒毡层。其中, 中层有2~3层细胞。药
室内壁与中层的差别非常小。而绒毡层与相邻中
层细胞相比, 除体积稍大外, 并无其他明显特征。
在这个时期, 花药中间的造孢细胞体积很大, 很容
易与药壁细胞区分, 其中积累了大量的脂滴。在
与造孢细胞相邻的药壁绒毡层细胞中也有少量脂
滴, 但在药壁的其他细胞中则基本没有脂滴。这
时花药中基本没有淀粉粒分布(图1-A)。
2 小孢子母细胞时期花药中的脂滴分布
水鬼焦的造孢细胞直接发育为小孢子母细
胞。二者最早的区别是原来紧密排列的造孢细胞
之间出现了较大的空隙, 细胞之间的界限更加清
晰, 并逐渐沉积胼胝质壁。这时的小孢子母细胞
的细胞质中有大量脂滴分布(图1-B)。随着小孢子
母细胞的继续发育, 外面被一层厚厚的红色胼胝
质壁包围, 由于胼胝质壁中含有多糖, 因而呈现出
红色。胼胝质壁是小孢子母细胞的最显著特征。
此时, 小孢子母细胞核位于细胞中央, 在厚厚的胼
胝质壁包裹的小孢子母细胞内有较多的脂滴。这
一时期的花药壁细胞的结构也发生了一些变化:
表皮细胞的体积没有明显变化, 但液泡化程度增
加; 药室内壁细胞的体积有所增大, 液泡化明显;
中层细胞体积减小, 呈现扁平状; 绒毡层细胞的体
积也有增大, 由于绒毡层细胞内出现了液泡以及
细胞质中的脂滴大量增加使其与其他药壁细胞明
显区分(图1-C)。这时在药室内壁细胞和中层细胞
中有少量的淀粉粒。
3 四分体时期花药中的多糖和脂滴分布
水鬼蕉小孢子母细胞的分裂很不规则, 形成
的小孢子呈不规则形状, 被包裹在厚厚的胼胝质
壁中, 小孢子中也含有较多的脂滴。组成花药壁
的细胞在形态和结构方面没有明显变化, 此时, 绒
毡层细胞的径向壁和内切向壁完整, 呈现具有多
糖性质的红色, 细胞质中有许多脂滴分布。药壁
的其他细胞仍与以前相似(图1-D)。
4 小孢子早期花药中的多糖和脂滴分布
小孢子从四分体中释放出后, 细胞核位于中
央, 为小孢子早期, 也称为单核中位期。早期的小
孢子外形依然很不 规则, 但在细胞表面已具有一
定的纹饰, 形成花粉外壁。在小孢子细胞质中, 脂
滴的数量明显减少。花药壁的表皮、药室内壁和
中层细胞的形态没有很大的变化, 但绒毡层细胞
的形态则发生了变化: 其径向壁和内切向壁部位
的多糖红色已消失, 细胞的界限变得不规则, 原来
包晗等: 水鬼蕉花药发育中多糖和脂滴组织化学研究 567
图1 水鬼蕉花药发育中的多糖和脂滴分布
Fig.1 Distribution of polysaccharides and lipids in the developing anther of H. littoralis
除图B放大1 000倍外, 其余图都放大700倍; 标尺=10 µm。A: 造孢细胞时期的花药已分化出了内部的造孢细胞和外部的药壁结构, 在
造孢细胞(SC)中有大量的脂滴分布, 但在外部的药壁细胞中则很少。 B: 造孢细胞开始向小孢子母细胞转变, 细胞之间开始出现空隙。小
孢子母细胞(MMC)中有大量脂滴分布。C: 小孢子母细胞被具有多糖成分的胼胝质壁包裹, 小孢子母细胞中仍有大量的脂滴。药室内壁
(En)和中层细胞(ML)中出现了少量淀粉粒, 但没有脂滴积累; 绒毡层细胞(T)变得液泡化, 体积增大, 细胞中的脂滴明显增加。D: 小孢子母
细胞减数分裂后, 包裹四分体的胼胝质壁呈红色多糖性质, 4个小孢子外形不规则, 其中仍有大量脂滴分布。E: 从四分体中释放出的早期
小孢子形状仍不规则, 其含有的脂滴有所减少。绒毡层细胞外形不规则, 其中的液泡减少, 但仍含有很多脂滴。F: 晚期小孢子中形成了许
多液泡, 小孢子外形也变为规则的圆型。在预定形成萌发孔的部位聚集了一层多糖物质, 而细胞核分布在萌发孔对面。此时的绒毡层细
胞退化, 但在细胞残迹中仍有大量脂滴。G: 在二胞花粉早期, 花粉中的脂滴数量又开始增加。H: 成熟花药的药壁只由表皮(Ep)和药室内
壁和没完全退化的中层细胞组成, 药室内壁细胞的径向壁加厚。成熟花粉中充满了脂滴和脂类物质。
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细胞中的大液泡消失, 但其中仍有许多脂滴(图
1-E)。
5 小孢子晚期花药中的多糖和脂滴分布
水鬼蕉小孢子发育到后期时形成大大小小的
液泡将细胞核挤到边缘区域, 为小孢子晚期, 也称
为单核靠边期。由于液泡的形成, 不规则的小孢
子逐渐变圆。小孢子细胞中的脂滴依然较少。在
预定形成萌发孔的部位被染成红色, 可能是含纤
维素性质的多糖。此时, 药壁中的绒毡层细胞已
退化、降解, 在残留物中依然有大量的脂滴。有
时整个小孢子都包埋在绒毡层残留物中。绒毡层
外方的表皮、药室内壁和中层细胞的形态没有很
大的变化(图1-F)。
6 二胞花粉早期花药中的多糖和脂滴分布
小孢子有丝分裂后形成一个体积较小的生殖
细胞和一个体积较大的营养细胞 , 构成二胞花
粉。原来小孢子中形成的一些较大液泡逐渐分解,
贴花粉壁分布的生殖细胞移动到营养细胞中。花
粉粒中脂滴明显增加。花药壁的表皮、药室内壁
和中层细胞的结构完整, 仍有一些绒毡层细胞残
留物转变的脂滴存在。在中层细胞中也有少量脂
滴出现(图1-G)。
7 成熟花粉时期花药中的多糖和脂滴分布
在开花的前一天, 花粉已基本发育成熟, 外形
呈圆形, 内部充满了脂滴。此时, 花粉内壁也完全
形成, 显示出红色, 表明其多糖性质。花药壁由一
层表皮、一层药室内壁和一层中层组成, 绒毡层
完全退化。在药室内表面出形成了一层很大的球
状脂块。药室内壁细胞的内切向壁也径向加厚,
形成一些径向突起, 但并不显示红色, 暗示这些突
起是一些非糖类物质, 与药室内壁的细胞壁性质
不同(图1-H)。
讨　　论
被子植物花药发育中, 以花粉为库的营养物
质运输和转化是一个特征, 与花粉育性有直接关
系。在不同植物中, 营养物质的运输和转化特征
呈现出多样性。在玉竹花粉发育中, 二胞花粉早
期伴随着营养细胞中大液泡消失, 开始出现淀粉
粒和脂滴(罗玉英和胡适宜1995)。在白菜花药发
育中, 先是药隔组织中出现淀粉粒, 表明由体内其
他部位向花药输送的营养物是多糖。在绒毡层细
胞中, 多糖类物质被转化成脂类物质, 为发育中的
花粉粒所利用。当花药即将成熟时, 绒毡层细胞
完全消失, 在成熟花粉粒中储存了大量的脂类颗
粒(谢潮添等2004)。在枸杞花药发育中, 药隔和药
壁组织最先出现淀粉粒, 接着在绒毡层中出现脂
滴, 表明体内向花药转运的营养物质也是多糖, 但
在绒毡层细胞中, 多糖物质被转化成脂类物质供
花粉粒吸收(徐青等2006)。在洋葱花药发育中, 小
孢子母细胞时期的绒毡层细胞中先出现淀粉粒;
在减数分裂时期脂滴明显增加; 到二胞花粉时期,
退化绒毡层细胞中的脂类物质被二胞花粉吸收(魏
冬梅等2007)。在巴戟天花药发育中, 早期二胞花
粉中先是积累了大量的淀粉粒, 但随着花粉的发
育, 成熟花粉中的储存物质主要是脂类, 暗示由花
粉将糖类转化为脂类。另外, 还发现四分体时期
的绒毡层细胞中出现的脂滴可能和以后的花粉外
壁合成有关(郑松等2010)。在本实验中, 水鬼蕉花
药从造孢时期就有大量脂滴积累。在小孢子母细
胞时期, 表皮、药室内壁和中层中有少量淀粉积
累, 绒毡层细胞含有一定量的脂滴和淀粉粒。在
小孢子母细胞中也有一定脂滴 , 没有淀粉粒多
糖。减数分裂后, 小孢子中的脂滴仍很多, 而绒毡
层细胞中的脂滴明显增加, 表明此时是体内营养
物质向花药中运转的主要时期。到二胞花粉早期,
绒毡层细胞完全退化, 细胞残迹中聚集了较多的
脂滴, 成为花粉吸收营养物质的主要形式。到成
熟花粉时期, 花粉中积累了大量的脂滴作为储存
物。水鬼焦花药发育中营养物质的转化和分布与
其他已做过相应研究的植物不同。一般植物在二
胞花粉时期才积累营养物质(淀粉或脂滴), 如中国
鹅掌楸(尹增芳和樊汝汶1998)、白菜、枸杞、洋
葱、巴戟天(郑松等2010), 这也是花粉中的营养细
胞和生殖细胞分化的一种表现。但水鬼焦花药在
造孢细胞中就积累了大量脂滴, 并一直保持到成
熟花粉。这种现象还未被报道过。从营养物质代
谢的角度看, 这也反映出被子植物花药发育中物
质代谢的多样性。
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