全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 8期, 2010年 8月 829
收稿 2010-04-12 修定 　2010-05-27
资助 国家自然科学基金(30 9 70 2 7 5)。
* 通讯作者(E-mail: hqtian@xmu.edu.cn; Tel: 0592-2186486)。
洋葱花药发育中钙离子分布特征
陈肖 1, 魏冬梅 2, 田惠桥 1,*
1厦门大学生命科学学院, 福建厦门 361005; 2台州学院生命科学学院, 浙江台州 317000
提要: 采用焦锑酸钾沉淀钙离子技术, 对洋葱(Allium cepa)花药发育中Ca2+分布进行了研究。在小孢子母细胞时期, 小孢子
母细胞中的钙沉淀颗粒很少, 但绒毡层细胞的内切向壁已出现明显的钙沉淀颗粒。在四分体时期, 四分体小孢子的胼胝质
壁中出现较多的钙沉淀颗粒; 绒毡层细胞内切向壁的钙沉淀颗粒消失, 而在外切向壁和径向壁部位的钙沉淀颗粒增加。在
小孢子早期, 小孢子中也出现了钙沉淀颗粒, 而绒毡层细胞内切向壁表面出现了很多絮状物, 其上附有细小钙沉淀颗粒。到
小孢子晚期, 小孢子中出现一些小液泡, 细胞质中的钙沉淀颗粒有所下降。此时绒毡层细胞已明显退化, 但在绒毡层膜上
仍有一些乌氏体和钙沉淀颗粒。在二胞花粉早期, 营养细胞中的液泡收缩、消失, 细胞质中又出现了较多的钙沉淀颗粒, 在
质体和其内部的淀粉粒表面上附有较多的钙沉淀颗粒。到二胞花粉晚期, 花粉中的钙沉淀颗粒已明显下降, 仅在花粉外壁
中还有一些钙沉淀颗粒。
关键词: 洋葱; 花药; Ca2+
Distribution of Calcium in Developing Anthers of Allium cepa L.
CHEN Xiao1, WEI Dong-Mei2, TIAN Hui-Qiao1, *
1School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361005, China; 2School of Life Sciences, Taizhou College, Taizhou,
Zhejiang 317000, China
Abstract: The distribution of calcium in developing anthers of Allium cepa L. was studied by using potassium
antimonite technique. At microspore mother cell (MMC) stage, no calcium precipitates appeared in MMC
cytoplasm, but some already on the inner tangential wall of tapetum. During the tetrad microspore stage, many
calcium precipitates accumulated in the callose wall of tetrad and on the outer tangential wall and radial wall of
tapetum. However, the large calcium precipitates on the inner tangential wall of tapetum disappeared. At the
early microspore stage, the calcium precipitates appeared in microspores, and many very tiny calcium precipi-
tates distributed in the cytoplasm and on surface of tapetum cells. In the late microspore stage, some small
vacuoles appeared in the microspores and the calcium precipitates decreased in microspore cytoplasm. The
tapetum cell had showed degeneration characteristics, though still with some Ubisch bodies and calcium pre-
cipitates on its inner tangential wall. At early bicellular pollen stage, the calcium precipitates increased again in
the cytoplasm of bicellular pollen, especially on the surface of plastids and small vacuoles which were shrinking
and disappearing. At nearly anthesis (late bicellular pollen stage), some calcium precipitates still located in the
exine but a few in the cytoplasm of pollen.
Key words: Allium cepa; anther; calcium
钙是生物体内的重要元素之一, 具有许多的生
理功能(Bush 1995)。在被子植物有性生殖过程中
钙的功能也越来越多地被揭示出(Ge等2007a)。有
关花粉管顶端 Ca2+梯度分布与花粉管的生长关系
已非常清晰(Hepler 1997; Holdway-Clark等1997; 田
惠桥和远彤2000)。在体内雌蕊组织中可能有一个
特异 Ca2+分布以吸引花粉管生长的推测也在多种
植物中得到了证明(张劲松等1995, 1997; 余凡立等
1998; Tian和 Russell 1997; Tian等 2000; Zhao等
2002)。然而, 在花药发育过程中, 钙的分布动态
和花粉发育的关系还研究得很少。高等植物花药
发育复杂, 从花药原基形成到花药成熟、释放出可
育花粉经历了诸多复杂环节, 其中对小孢子母细胞
的减数分裂过程、胼胝质壁形成与降解、小孢子
植物生理学通讯 第 46卷 第 8期, 2010年 8月830
中大液泡的形成、产生细胞极性、花粉内、外
壁的形成、绒毡层细胞的退化等一系列事件的调
控机理还不清楚(Dickinson 1981; Polowick和
Sawhney 1993; Twell 1999)。细胞中 Ca2+数量的
改变往往预示着植物细胞功能的改变。Tian等
(1998)在研究光敏核不育水稻花粉败育时发现正常
可育花药发育中有较多的钙沉淀颗粒积累在花药药
室中, 但花粉细胞质中的钙沉淀颗粒一直较少。在
不育花药中败育小孢子的细胞质中积累了较多的钙
沉淀颗粒, 表明花药发育中Ca2+特异分布及其异常
导致花粉败育。在光敏胞质不育小麦(孟祥红等
2000)和在水稻三系的不育系和保持系(利容千等
2001)花药中也发现花粉败育与Ca2+的异常分布有
关。最近, 对枸杞(杨淑娟等 2006)、烟草(Ge等
2007b)和莴苣(Qiu等2009)花药发育的Ca2+分布研
究都发现: 在小孢子母细胞和四分体的胼胝质壁中
以及在小孢子形成大液泡过程中有较多的钙沉淀颗
粒。葱属植物花药的超微结构已有研究(席湘媛
2000)。对洋葱花药发育中ATP酶(吕丹等 2007)、
糖和脂类(魏冬梅等2007)的组织化学状态也做了分
析。洋葱小孢子不形成大液泡, Ca2+的分布特征还
未做过研究。本文用焦锑酸钾沉淀技术对洋葱花
药发育中的钙沉淀颗粒分布特征进行研究, 探索洋
葱花药发育中的 Ca2+分布特征。
材料与方法
实验材料选用食用洋葱(Allium cepa L.)。11
月中旬将洋葱鳞茎球种植于厦门大学网室中, 第二
年 4月中旬开花。分别取不同发育时期的花药, 迅
速投入到含 2.5% 戊二醛、1% 焦锑酸钾、用 50
mmol·L-1磷酸缓冲液配制的前固定液中, 室温固定
3 h。前固定后, 用 50 mmol·L-1磷酸缓冲液洗涤 3
次, 每次 30 min。然后将花药转入 1%锇酸、1%
焦锑酸钾、50 mmol·L-1磷酸缓冲液配制的后固定
液中, 在 4 ℃下固定过夜。用相同的洗涤液洗涤
3次, 每次 30 min。最后用系列梯度丙酮脱水,
Spurr树脂包埋。包埋的花药用 Leica Ultracut R
型超薄切片机做超薄切片, 切片厚 100 nm。贴有
花药切片的铜网用 2%醋酸双氧铀染色 25 min, 双
蒸水洗涤 3次, 自然晾干后, 用 JEM2100透射电子
显微镜对其进行观察拍照。
实验结果
为了叙述方便, 根据花药的发育特征, 我们人
为地将花药的发育分为6个时期: 小孢子母细胞时
期; 四分体时期; 小孢子早期; 小孢子晚期; 二胞花
粉早期; 接近开花时的二胞花粉晚期。因洋葱花药
细胞比较大, 电镜难以取得各个时期的花药横切面
的全貌, 每一时期用光镜照片呈现出花药横切的全
貌, 便于理解花药各个部位的特点。
1 小孢子母细胞时期
被子植物小孢子母细胞的一个独有特征是在
细胞外形成一层很厚的胼胝质壁。以此作为形态
标准人为划分造孢细胞和小孢子母细胞的界限。
洋葱小孢子母细胞时期的花药已形成了4层药壁细
胞, 从外向内分别是表皮, 药室内壁, 中层和绒毡
层, 其中表皮和药室内壁细胞的体积较大, 液泡化
程度较高, 而中层和绒毡层细胞则呈薄层状。在绒
毡层以内是体积较大的小孢子母细胞, 其细胞核较
大, 核中的染色质呈弥散状。此时, 小孢子母细胞
外的胼胝质壁刚开始形成, 细胞之间也开始出现较
大的空间, 呈现出小孢子母细胞早期的特征(图 1-
A)。这一时期, 在小孢子母细胞内基本没有钙沉淀
颗粒(图 1-B)。然而, 此时在绒毡层细胞的内切向
壁表面则积累了明显的钙沉淀颗粒, 在绒毡层细胞
之间的径向壁上也有较少的钙沉淀颗粒(图 1-C)。
随着小孢子母细胞的继续发育, 细胞间隙加大,
细胞外的胼胝质壁明显加厚, 细胞核中的染色质浓
缩形成染色体, 小孢子母细胞已进入减数分裂前
期。花药壁的表皮和药室内壁细胞体积有所增加,
仍然高度液泡化。中层的体积稍有膨大, 而绒毡层
仍呈扁形的不规则形(图 1-D)。此时, 小孢子母细
胞中的钙沉淀颗粒依然不多, 但在胼胝质壁中的钙
沉淀颗粒明显增加(图 1-E)。绒毡层部位的钙沉淀
颗粒发生了变化, 原来在内切向壁的钙沉淀颗粒减
少, 而在其径向壁上出现一些大的钙沉淀颗粒(图1-
F), 在其外切向壁部位也出现一些较小的钙沉淀颗
粒(图 1-G)。在绒毡层细胞内形成很多小液泡, 其
中有一些膜状的片层, 类似线粒体嵴的残迹。在这
些小泡中, 聚集了明显的钙沉淀颗粒, 推测这些小
液泡可能是由线粒体的液泡化形成(图 1-H)。
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图 1 Ca2+在洋葱小孢子母细胞时期的花药中分布
Fig.1 Calcium distribution in anther of Allium cepa at the stage of microspore mother cell
A: 早期小孢子母细胞(MMC)排列紧密, 染色质松散, 表皮(Ep)、药室内壁(En)、中层(ML)和绒毡层(T )已分化形成(标尺 =8
μm); B: 早期小孢子母细胞的细胞质里基本没有钙沉淀颗粒, 但质体(p)内有少量钙沉淀颗粒(标尺 =0.5 μm); C: 在绒毡层(T)细胞内切
向壁(与MMC相邻)上有较多的钙沉淀颗粒(箭头), 在径向壁上钙沉淀颗粒较少(雪花号) (标尺 =0.5 μm); D: 晚期小孢子母细胞的胼胝
质壁(Ca)加厚, 染色质凝聚; 表皮(Ep), 药室内壁(En)和中层(ML)细胞的体积有所增加, 但绒毡层细胞体积没有明显变化(标尺 =8 μm);
E: 晚期小孢子母细胞(MMC)的细胞质和细胞核(n)中的钙沉淀颗粒依然很少, 但在胼胝质壁(Ca)中分布有很多钙沉淀颗粒(标尺 =1 μm);
F: 此时绒毡层(T)细胞之间的径向壁上出现许多钙沉淀颗粒, 而内切向壁的钙沉淀颗粒减少(箭头) (标尺 =0.4 μm); G: 小孢子母细胞晚
期的绒毡层(T)和中层(ML)之间的外切向壁上出现钙沉淀颗粒(雪花号)(标尺 =0.4 μm); H: 小孢子母细胞晚期的绒毡层细胞(T)线粒
体(m)内含较多的钙沉淀颗粒, 线粒体的脊降解, 形成小液泡(标尺 =0.4 μm)。
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2 四分体小孢子时期
小孢子母细胞经减数分裂形成四分体小孢子,
4个小孢子通常呈等四面体排列, 被包在厚厚的胼
胝质壁中。药壁的表皮、药室内壁和中层细胞没
有明显的形态变化, 绒毡层的体积稍有增加(图 2-
A)。在四分体小孢子细胞表面已形成了花粉外壁
的基本结构, 外壁外层的基粒层和覆盖层可清晰区
分, 但花粉内壁还未开始形成。小孢子细胞质和细
胞核内的钙沉淀颗粒比以前明显增加(图 2-B)。在
小孢子外的胼胝质壁中依然聚集了较多的钙沉淀颗
粒(图 2-C)。四分体时期的绒毡层细胞内切向壁上
已形成低电子密度的乌氏体, 其上附有一些细小钙
沉淀颗粒(图 2-D)。此时, 绒毡层内切向壁部位聚
集的钙沉淀颗粒几乎完全消失, 但在绒毡层细胞的
外切向壁和径向壁部位仍有许多大的钙沉淀颗粒
(图 2-E)。
3 小孢子发育早期
当四分体的胼胝质壁解体后, 4个小孢子被释
放出。此时, 药壁组织最明显的变化是绒毡层细胞
体积明显膨大, 相当于其他3层药壁细胞的厚度, 细
胞呈较有规则的长方形, 细胞核圆而大, 处于细胞
中央, 细胞之间接触紧密无间隙; 细胞内形成较多
的大液泡(图 2-F)。这一时期小孢子壁继续发育和
加厚, 形成了完整的花粉壁结构, 覆盖层、基粒
层、外壁内层和花粉内壁都清晰可见; 在花粉外壁
表面积累了一些大的钙沉淀颗粒, 而花粉内壁中钙
沉淀颗粒则细小。此时, 小孢子细胞质和细胞核中
仍含有较多的钙沉淀颗粒(图 2-G)。此时的绒毡层
细胞内出现一些细小的钙沉淀颗粒, 主要集中在液
泡中。在绒毡层细胞的内切向壁表面也有一些细
小的钙沉淀颗粒, 有些小的钙沉淀颗粒附在被絮状
物包裹的乌氏体上一起向药室中转移(图 2-H)。
4 小孢子发育晚期
洋葱小孢子发育晚期并没有形成大液泡, 但其
细胞核依然迁移到细胞边缘, 形成一种极性分布, 为
小孢子核的不均等分裂做准备。这种细胞核靠边
分布为小孢子发育晚期。从横切面看, 洋葱晚期小
孢子呈现半月形, 已形成萌发孔, 小孢子核紧贴半
月形的直边, 和萌发孔相对(图 3-A)。这时花粉壁
的内壁和外壁继续加厚, 并在外壁外层的内部和表
面分布着较多的钙沉淀颗粒。在小孢子细胞质中
分散有许多小液泡, 然而这些小液泡并没有汇聚融
合形成大液泡, 因此洋葱小孢子细胞核的靠边行为
并不是由于大液泡的挤压造成的。此时, 小孢子细
胞质和细胞核中的钙沉淀颗粒比以前有所减少, 只
在小液泡内有一些絮状物分布(图 3-B)。此时, 药
壁绒毡层细胞呈现出退化的迹象, 细胞原生质团开
始皱缩, 形状变得不规则, 细胞核浓缩, 体积减小
(图 3-A)。由于绒毡层原生质团的收缩, 在其原内
切向壁部位形成了绒毡层膜, 其上仍分布着一些乌
氏体和钙沉淀颗粒(图 3-C)。
5 二胞花粉早期
小孢子进行一次不对称的胞质分裂, 产生二胞
花粉。洋葱花粉的生殖细胞体形较小呈透镜状, 紧
贴在半月形花粉粒直线的一边。药壁的绒毡层细
胞进一步解体, 细胞内含物明显减少, 呈现出空泡
状态。不规则的细胞核进一步凝缩(图 3-D)。这
一时期花粉粒内部的钙沉淀颗粒再次明显增加, 小
液泡呈现收缩迹象, 液泡膜不规则, 在其内部和表
面都有许多钙沉淀颗粒(图 3-E)。营养细胞内的质
体和其内部的淀粉粒表面也聚集了较多的钙沉淀颗
粒(图 3-F)。
6 二胞花粉晚期
洋葱开花时只有营养细胞和生殖细胞, 为二胞
型花粉。接近开花的二胞花粉细胞质浓厚, 生殖细
胞趋于变圆, 并已移入营养细胞的细胞质中。此
时, 绒毡层和中层已几乎解体, 只留有一残破轮廓。
表皮细胞壁有明显的加厚, 形成了角质类的覆盖层
(图 3-G)。此时花粉粒内部产生较多脂体, 小液泡
完全消失, 细胞质中的钙沉淀颗粒再次明显减少, 只
是在花粉壁的外壁外层中和表面保留了一些体积较
大的钙沉淀颗粒。此时, 花粉内壁也已形成, 电子
密度较花粉外壁低, 其中没有钙沉淀颗粒分布(图3-
H )。
讨　　论
1 洋葱发育花粉中Ca2+的分布特征和生理功能分
析
洋葱早期小孢子母细胞中钙沉淀颗粒的数量
非常少, 在晚期小孢子母细胞胼胝质壁中积累了较
多的细小钙沉淀颗粒, 但细胞质中仍很少。Ca2+特
异聚集在胼胝质壁中的现象暗示 Ca2+可能与小孢
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图 2 Ca2+在洋葱小孢子早期的花药中分布
Fig.2 Calcium distribution in anther of Allium cepa at the early stage of microspore
A: 经过减数分裂形成由 4个小孢子组成的四分体, 4个小孢子(M)仍被包裹在厚厚的胼胝质壁中, 绒毡层(T)体积膨大不明显(标
尺 =8 μm); B: 四分体小孢子(M)已开始形成 3层状的花粉外壁。细胞质和细胞核(n)中的钙沉淀颗粒明显增加(标尺 =0.4 μm); C: 四
分体时期的胼胝质壁(Ca)中依然有很多的钙沉淀颗粒(标尺 =0.5 μm); D: 绒毡层(T)细胞的内切向壁上的乌氏体(ub, 箭头)和与之相邻
的四分体胼胝质壁(Ca)中的钙沉淀颗粒分布(标尺 =0.5 μm); E: 此时, 绒毡层(T)细胞外切向壁和径向壁上依然聚集了较多的钙沉淀颗
粒, 但在内切向壁(箭头)部位钙沉淀颗粒很少(标尺 =1 μm); F: 四分体胼胝质壁降解后, 小孢子(M)释放成为游离状, 此时绒毡层(T)细
胞膨大明显, 其中有较大的液泡分布(标尺 =8 μm); G: 游离小孢子(M)已形成了完整的花粉外壁结构, 在外壁之下的花粉内壁处聚集了
很多细小钙沉淀颗粒。小孢子细胞质中钙沉淀颗粒也很多(标尺 =0.5 μm); H: 小孢子早期的绒毡层(T)内切向壁上乌氏体(ub)被絮状
物包裹分泌到药室内, 絮状物中有一些细小的钙沉淀颗粒(标尺 =0.4 μm)。
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图 3 Ca2+在洋葱小孢子晚期和二胞花粉时期的花药中分布
Fig.3 Calcium distribution in anther of Allium cepa at the later stage of microspore and the bicellular stage
A: 小孢子晚期时细胞核迁移、靠边, 产生极性; 绒毡层(T)明显收缩, 细胞质中形成许多脂团(标尺 =8 μm); B: 晚期小孢子(M)细
胞质内产生许多小液泡(v), 内部分布着一些絮状钙, 但细胞质基质中的钙沉淀颗粒较前下降。此时萌发孔(gp)已形成(标尺 =1 μm);
C: 小孢子晚期, 收缩的绒毡层(T)内切向壁上形成了绒毡层膜, 其上仍有一些乌氏体(ub)和钙沉淀颗粒(标尺 =0.6 μm); D: 小孢子经过
一次不均等分裂形成二胞花粉, 生殖细胞呈透镜状贴在花粉粒边缘, 而绒毡层(T)的脂团开始消失, 细胞内出现空泡(标尺 =8 μm); E: 二
胞花粉早期的细胞质中钙沉淀颗粒再次增加, 尤其是在造粉体(a)、收缩的小液泡(v)内部和表面都聚集了较多的钙沉淀颗粒(标尺 =1
μm); F: 放大的造粉体(a)表面和其内部淀粉粒的表面都覆盖着一层钙沉淀颗粒(标尺 =0.25 μm); G: 趋于成熟的花粉粒细胞质浓厚, 生
殖细胞变圆迁移到营养细胞质内; 此时, 中层和绒毡层基本解体, 药壁组织只剩下表皮(Ep)和药室内壁(En) (标尺 =8 μm); H: 晚期的二
胞花粉粒细胞质中含很多脂体和造粉体, 但钙沉淀颗粒明显减少; 花粉外壁内部和表面还有一些钙沉淀颗粒, 但在内壁中没有(标尺 =
1 μm)。
植物生理学通讯 第 46卷 第 8期, 2010年 8月 835
子母细胞的胼胝质壁形成有关。减数分裂后, 随着
花药的发育, 大量的 Ca2+流入药室, 表现为早期小
孢子中的钙沉淀颗粒呈现增加的趋势。但在晚期
小孢子中, 钙沉淀颗粒减少, 直到二胞花粉形成后,
二胞花粉的营养细胞中又重新出现较多的钙沉淀颗
粒, 随着花粉的成熟, 其细胞质中的钙沉淀颗粒逐
渐减少, 仅在花粉外壁部位有一些钙沉淀颗粒。洋
葱花粉发育中钙沉淀颗粒的分布特征与枸杞(杨淑
娟等2006)、烟草(Ge等2007b)和莴苣(Qiu等2009)
花药中的研究结果一致, 表现出特异性分布。
小孢子母细胞胼胝质壁中聚集较多 Ca2+的现
象还没有做过分析。但在多种植物中都发现这种
现象说明该现象具有一定的代表性。虽然 Ca2+与
胼胝质壁的关系还没有具体的结论, 然而在花粉管
的管壁中 Ca2+具有一定的功能。花粉管壁分为两
层, 内层为胼胝质鞘, 外层为富含果胶的纤维素层
(Heslop-Harrison 1987)。外源 45Ca2+可结合到花粉
管壁, 与花粉管壁中的果胶羧基结合(Brewbaker和
Kwack 1963; Kwack 1967), 形成强度增加的硬化果
胶(McNeil等 1984)。小孢子母细胞的胼胝质壁是
一种临时性的结构, 减数分裂完成后, 胼胝质壁分
解, 释放出游离小孢子。Ca2+是否也具有类似在果
胶中的功能, 通过Ca2+使胼胝质凝聚成一定结构的
胼胝质壁？需要深入研究。
通常被子植物小孢子发育到晚期时都会形成
一个大液泡, 将细胞核挤到一边, 形成极性, 为小孢
子的不等分裂做准备。对小孢子中大液泡的形成
机制还没有详细报道。在烟草中发现由小液泡融
合成大液泡时在小液泡中聚集了较多的钙沉淀颗
粒, 尤其是在液泡膜部位, 形成了一层钙沉淀层。
推测烟草小孢子中的 Ca2+是大液泡形成的一个原
因: 高Ca2+可以作为渗透压调节剂使液泡持续吸水
膨大; Ca2+作为膜的保护剂也可促使液泡膜的迅速
扩大(Ge等 2007b)。洋葱小孢子不产生大液泡, 只
有一些较小的液泡, 分布在细胞核的一侧, 使其细
胞核迁移到细胞的周缘区域, 位于萌发孔的对面、
半月形细胞的直边部位。洋葱小孢子中的这些小
液泡可能是细胞核位置迁移, 形成极性的原因之
一。在洋葱小孢子发育过程中, 细胞质中的钙沉淀
颗粒减少, 而小液泡中有一些絮状物, 其上聚集了
一些细小的钙沉淀颗粒。我们推测细胞质中的钙
沉淀颗粒可能都溶解到小液泡中, 呈现出细胞质基
质中的钙沉淀颗粒减少的趋势。当小孢子分裂形
成二胞花粉后, 液泡又通过收缩消失, 这时, 液泡内
和细胞质基质中的钙沉淀颗粒又明显增加(图3-E)
也支持这一推测。洋葱小孢子中不形成大液泡, 但
Ca2+调控小液泡的形成, 进而使小孢子形成极性, 性
质上与烟草、枸杞和莴苣中的研究结果相一致。
2 洋葱绒毡层细胞中Ca2+的分布特征和生理功能
分析
花药中的Ca2+是由体内他处转运到药室中的,
Ca2+向药室内运输必然要经过药壁体细胞组织。
绒毡层细胞是直接与花粉联系的体细胞。洋葱花
药绒毡层的内切向壁表面在花粉母细胞早期就已经
聚集了一些钙沉淀颗粒。然而, 从小孢子母细胞晚
期到四分体时期, 绒毡层内切向壁的钙沉淀颗粒明
显减少, 但在径向壁和外切向壁上相继出现许多钙
沉淀颗粒。我们推测在洋葱小孢子母细胞之前
Ca2+就由体内其他部位向花药转移, 但此时药室中
早期小孢子母细胞对 Ca2+需求不大, 因而, 就积累
在绒毡层的内切向面, 为转移到花粉母细胞的胼胝
质壁中做好准备。从小孢子母细胞晚期到四分体
时期, 绒毡层内切向壁上的钙沉淀颗粒向小孢子母
细胞和四分体的胼胝质壁中转移, 该部位的钙沉淀
颗粒就呈现出减少的现象。然而, 除了胼胝质壁部
位外, 四分体小孢子对 Ca2+需求并不高, 或者绒毡
层细胞转运Ca2+的速度较慢, 就出现了绒毡层细胞
外切向壁部位聚集钙沉淀颗粒的现象。绒毡层细
胞中的钙沉淀颗粒分布表现出与小孢子母细胞和小
孢子的发育密切相关。
绒毡层细胞通常在花药发育中途就退化了。
目前对绒毡层细胞的退化开始用细胞程序性死亡
(PCD)的观点进行深入研究。洋葱花药绒毡层细
胞在其发育过程中显示出来独特的形态特征: 在母
细胞和四分体时期, 绒毡层细胞体积小形状很不规
则, 当小孢子从四分体中释放成游离状后, 绒毡层
细胞体积明显膨大, 比其他 3层药壁细胞加起来还
厚。最后在二胞花粉早期绒毡层细胞显示出退化
的迹象。绒毡层细胞的体积增加可能和 Ca2+涌入
导致细胞膨压增大以及液泡的大量形成有关。在
花粉母细胞晚期的绒毡层细胞中出现了许多含钙沉
淀颗粒的小液泡, 其中有些还有类似线粒体嵴的残
植物生理学通讯 第 46卷 第 8期, 2010年 8月836
余膜结构, 推测可能是由于Ca2+的过量积累导致了
线粒体液泡化。这种来自线粒体的液泡一方面使
绒毡层细胞的体积增大, 另一方面也可能使绒毡层
细胞启动了 PCD。Varnier等(2005)对百合花药发
育过程进行研究时就发现由小孢子母细胞到四分体
时期的绒毡层细胞已经发生PCD时, 线粒体内部出
现空泡化现象。在白菜花药发育中也曾推测绒毡
层细胞中Ca2+增加可能启动了绒毡层细胞退化(谢
潮添等 2005), 但当时没有看到线粒体中积累钙沉
淀颗粒和液泡化的过程。在洋葱花药发育中, 绒毡
层细胞中的线粒体积累了较高的 Ca2+并出现液泡
化的现象, 为研究绒毡层细胞PCD的调控机制提供
了线索。
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