全 文 ：BU L L E T IN O F BO T A N ICA L RE SEA R CH
第 8 . , 第 4 摘
可0 1 . 8 . N o . 4
19公. 年 10月
o e t二 1. B.
黄 茂 的 胚 胎 学 研 究
I
、 雌雄配子体发育
王晓燕 申家恒
T HE EMB RYO L O G IC AL ST UD ! E S ON A ST RAG A L U S
MEMB R ANAC EU S ( F !SC H
。
) B G E
.
D E V E L O P M E N T O F T H E F E M A L E A N D M A L E G AME T O P HY T E S
W
a n g X i
a o
一
y a n S h
e n J i a
一
h e n g
〔提要〕 通过光学显微镜对黄茂雌雄配子体的发育过程进行观察 ,同时对花粉发育进行细胞
化学实验 , 其主要结果如下 : 1 . 花粉第一次有丝分裂形成一个较小的半球形生殖细胞和一
个较大的营养细胞 。 2 . 生殖细胞发育过程中存在暂短的细胞壁 , 经 P A S 反应和苯胺兰荧
光显微反应鉴定均为负反应。 即 : 生殖细胞壁并未显示出纤维素或麟眠质性质的壁 。 3 . 营
养细胞与生殖细胞之间壁的解体及生殖细胞进人营养细胞的过程。 4 . 成熟花粉中的生殖核
为孚尔根反应强阳性 , 营养核为弱的正反应。 5 . 雌配子体发育起源于珠心绍织亚表皮下的
抱原细胞其中只有一个抱原直接发育成为萝型胚囊 。
文中对黄茂花蕾外部形态及其内部雌雄配子体的发育作了相关性比较。
东北黄茂为我省主要中草药之一。 作为中药黄茂国内外已有很多 的 研 究 〔 :小 。 , 。 〕 ,
这些研究主要从黄茂的本草学 、 生药学和药理学等方面 。 对于黄茂属的胚胎学研究至今
未见报道。 此外 , 由于野生黄茂资源濒临枯竭以及社会对黄茂的需求里日益增加 , 将野
生黄茂变为栽培黄茂 , 选育优良品种已是势在必行 , 我们先报道黄茂雌雄配子体发育及
其相关性 , 从而为育种工作者提供有关的资料 。
* 文作者工作单位 : 黑龙杯 , 哈 尔缤 ,
U . 加 . .衍 一 .H 比 1. , H e i ! o n o j i` n o . )年实. 材科均由我不刘呜远教授提供 .
哈 尔城师范大学生物系 . ( D e p a r t . e n t o f b io lo 口, , .H r b i n No r一 t
谨致谢 t 。
e 1 5 3 一
材 料 和 方 法
本实脸采用东北黄茂〔A s打侧 , 1. 5 祝 e从 bar 助 c e . s ( F i s e h . ) B` e 。 〕 , 种植在我系植物
实验园里。 连续三年 , 每年 6 一 7 月采集固定 。 研究雌雄配子体采集大小不同的 花 曹 。
C a : n o y 产。 ( 3 : 1 ) 和 N a w a s 。 h i n 固定液固定。 石蜡切片法制片 。 切片厚度为 8一 1 0产m 。 ·
H ie d
e n
h ia
n 尹 s 铁矾苏木精和 E h r l让 h 声 s 苏木精整体染色 , 固绿复染。 生殖细胞壁进行 -
P人 S反应〔` 〕和苯胺兰荧光显微反应 〔” 〕。 成熟花粉用 F e 以 g e n 方法实验 。 iN k o n 显微镜
观察照相 , 荧光显微镜为 O L YM PU S 。
现 . 结 果
二子休的发育 .(一 ) , 养细脸和生殖细胞的形成
黄茂四分抱子是由花粉母细胞经减数分裂以同时型方式形成的 。 四分抱子呈四面体
排列 , 每个小抱子都被脱眠质包围 , 形成阱眠质壁 。 在一个平面上只能看到三个小抱子
(图版 I : 1 ) 。 眠饼质壁溶解以后 , 四分抱子被释放出来 , 形成游离的单核小抱子 。 每
个单核小抱子增大 , 细胞核位于中央 , 核质 、 胞质浓厚 , 小抱子的外壁开始加厚 , 这时
为单核花粉时期 (图版 I : 2 ) 。 随着小抱子的发育 , 圆球形的小抱子变为椭 圆形 , 细 ;
胞核由中央移向一端 ,此时小抱子里无大液泡。 核内染色质开始聚集浓缩 ,从而进人有丝
分裂的前期。 形成的染色体贴于核膜的内表面 , 核膜 、 核仁明 显 (图版 I : 3 ) 。 进 而
核膜 、 核仁消失 , 随着锤纺体的出现 ,染色体排列于赤道面上 ,时为中期。 花粉第一次有 .
丝分裂最明显的特征是纺锤休分布的不对称性 。即 : 纺锤体一端朝向花粉壁 , 另一端朝向
花粉胞质的中央。 因此中期的染色体位于花粉 胞 质 中的 1 4处 (图版 I : 4 )。 由于
纺锤丝的牵动 , 中期染色体开始均等地移向两极 (图版 I : 6 ) , 随着两组染色体 的移
动 , 在它们之间出现了中间丝 (图版 I : 6 、 7 ) , 染色体逐渐达到两极 , 中间丝 成 为
成膜体 (图版 I : 8 ) 。 移至两极的染色体由凝集 态 开始分散 , 转变成 为 染 色 质 , 核
膜 、 核仁重新出现 。 首先形成营养核 , 而后是生殖核 。 在两子核之间的成膜体不断地扩 -
展 (图版 I : 9 ) , 胞质分裂就在两核之间进行 。 花 粉 第一次有丝分裂的胞质分裂是高
度不均等的 。 首先是成膜体中间形 成 细 胞 板 (图版 I : 1 0) , 壁物质不断地在细胞 板
处沉积 , 成膜体逐渐地向花粉壁扩展 (图版 I : 1 1 ) , 细胞板也随着向四周离心式生长 ,
最后与花粉壁衔接 , 构成新的细胞壁 。 从而形成一个较小的半球形生殖细胞和一个较大
的营养细胞 。 生殖细胞只有整个花粉 的 1/ 4 大小 (图版 I : 1 2) 。 新 形 成的生殖细 胞
璧在光镜下是透明的 , 这与电镜的观察相 似 〔7 · , `〕。 关 于生殖细胞壁的物质性质经过高
碘酸— S o h i f f ( P人S ) 反应和苯胺兰荧光显镜实验 , 这种璧皆为负反应。 即: 黄茂生殖细胞壁并未显示出纤维素的壁或拼腻质的壁 。
( 二 ) 花粉的成热
随着营养细胞出现液泡以后 , 生殖细胞壁溶解消失。 生殖核与营养核被液饱 隔 开 ,
各处一方 (图版 I : 13 ) 。 离壁后的生殖核是圆球形的 , 其周围被较多的细抱质包围 , 生 .
殖核与营养核都表现 出核染色深 , 核物质致密 , 并且营养细胞的细胞质内贮 截物质誉
1 5 4
加 , 胞质变的浓厚 , ,被泡消失 (图版 I : 1 4 ) 。 随着生殖细胞 向营养细胞里的 移 动 , 生
殖细胞的胞质逐渐减少 . 最后 , 留有一薄薄透明的细胞质层 。 生殖核由圆球形逐渐变为
长椭圆形 , 整个生殖细胞的形状也随之变为长椭圆形 (图版 I : 5 ) 。 只有到了成 熟 花
粉 , 生殖核表现为核物质致密 , F e川 g e n 反应表现为强阳性 , 营养核 ( V N ) 反应很弱 。
花粉中的贮藏物质经 P A S 反应鉴定为负反应 , 可能为油质的帅 。 花粉为二 一 细 胞 型 ,
表面具三孔沟 , 花粉内外壁明显 , 成熟花粉的形态由单核花粉的椭圆形又恢复为圆球形
、
(图版 I : 1 6 ) 。
雌班子休发育
(一 ) 胚珠的发育
黄茂为单心皮子房 , 一室 , 具有 8一 12 个胚珠 , 一般以 10 个胚珠为多 。 胚珠的珠柄
着生在腹缝线上排成 2 列 , 边缘胎座 。 最初、 子房内壁表皮细胞发生突起 , 形成一团细
胞 , 称为胚珠原基 。 随着胚珠原基的长大 , 胚珠表皮下第二层分化出三个抱原细胞 (图
版 I : 1 ) , 有时多于三个抱原 。 这时期 , 内珠被的原基形成 , 外珠被原基的形成 是 在
大抱子母细胞时期 。 当胚囊成熟时 , 胚珠具双珠被 , 厚珠心 , 胚珠弯生 。
(二 ) 大袍子发生和胚班的形成
大抱子母细饱起源于珠心组织亚表皮下的 多抱原 。 这些抱原细胞略微变大和富有浓
厚的细胞质 细胞呈多边形 。 其中 , 只有一个抱原细胞直接发育成为大抱子母细胞 (图
版 n : 2 ) 。 其余的抱原细胞都变为液泡化的细胞 。 有时 。 可以看到两个大抱子母 细 胞
·
(图 n : 8 ) , 但是没有发现 2个大抱子四分体 。 大抱子母细胞按照常规的减数分裂 (图版
n : 4 , 5 )
, 最后形成线形排列的四分抱子— 大抱子 四分体 (图版 n : 6 ) 。 图 6 表示珠孔端第一个大抱子已退化 。 一般来说 , 合点端大抱子为功能大抱子 , 珠孔端三个大
一抱子退化消失而少数情况下 , 也观察到四个大抱子都有可能发育成为胚囊 。 当合点端的
功能大抱子纵向延长 , 2 个大液泡分别位于纵轴的两端时 , 此时为单核胚衰 (图版 n :
7 )
。 单核胚囊进一步发育 , 细胞核进行第一次有丝分裂形成含有 2 个子核的双核胚 囊
、
( 图版皿 : 8 ) 。 双核胚囊的 2 个子核再经过第二 、 三次的有丝分裂 (图版 n 。 : 9 )就形成
一了八核胚囊 。 图 10 合点端的 4 个子核与珠孔端 2 个子核在同一平面上 , 而珠孔端另外 2
一个子核被切于相邻的切面上 , 所以一个胚囊中只看到 e 个子核 。 由此看来 , 合点端的功
能大抱子经过三次连续的核分裂形成了八核胚襄。 其中珠孔端三核形成卵器 : 一个卵细
{饱 ( EO (图版 n : 12 B ) 和二个助细胞 (图版 n : 1 ZA , S C ) 。 助细胞具有典型的钩和
奸维质的丝状器 , 受精前 , 大部分胚囊的助细胞都退化 , 这与福井〔 ,。〕, 何孟元 5t 墉观
一察的现象类似 。 反足器是由合点端三核形成的 , 反足细胞是短命的 , 受精时退化。 珠孔
与舍点各有一核移向胚衰中央 , 构成中央细胞的极核 (图版 n : n ) . 并且在受 精 前 2
极核融合形成次生核。 黄茂胚襄发育属于萝型 。
花 , 外部形态及其雌雄叹子体发育的相关比较
引种在我系植物实脸园的东北黄茂在每年的 6 月中旬开始现蓄 。 黄茂为总状 花 序 ,
其上粉生有 10 一 30 个淡黄色的蝶形花 。 经过实验观察黄茂是异花授粉植物 , 这与前人的工作是一致的〔幻 。
一 1 5 5 一
表 1 . 花蓄外部形态 , 大小以及雌雄配子体发育过程的比较 单位 : m .
形态大小 雄配子体发育情况
花昔期 Z m m 小抱子母细胞前期 I
胞分细四母和子裂分抱小数花曹期 s m m 减抱子
}
}
{
花昔期 4 . m 单核花粉
花若期
花蓄期 6
花冠 < 花粤
s m过
m m
7 m m
二细胞花粉初期
花粉中期
花粉后期
花冠 < 花粤 8 . nI 花粉末期
大抱子四分体
单核胚澳
2一核胚襄
4一核胚襄
4一核胚囊
8 一核胚囊
8 一核胚衰
2 极核融合的胚囊
七一细胞胚班
花冠 = 花粤 1 2m m 花粉成熟 、 散粉
7 扭 m一 15m ln
体观察柱头花瓣开放 14 一 15 m m 外分泌寡长夹 。
讨 论
l
, 从我们的观察结果来看 , 黄茂雌雄配子体发育过程基本上符合蝶形花科的 胚 胎
学特征〔1 2〕。 虽然前人对蝶形花科的胚胎学研究做了大量的工作 , 而且对雌配子体 发 育
和胚胎发生有较为详细的报道 , 据所查资料表明 , 研究雄配子体的发育是粗略的 , 本文
力求从这方面着重细致观察了黄茂花粉发育的全过程以及一些细胞化学变化 , 从而为黄
茂属的胚胎学研究 , 同时也为探讨黄茂系统发育提供参考资料 。
2 , G
o r s k
a 一
B
r y l a s s ( 1 9 6 7 ) 第一次描述了 C h l o r o Ph百t u o e o m o s u二 ( T h o n b。 ) B a k e r -
等 6 种植物生殖细胞壁脱眠质的存在〔`“ 〕。 迄今发现 , 关于生殖细胞壁是饼眠 质 的 , 只
有在兰科植物比 , 1 3〕和百合科的一些属中报道过。 而在另一些其它植物中观察到生殖细胞 `
壁为纤维素或果胶质〔 ,` 〕。 但对黄茂生殖细胞壁的实验来看 , 都没有显示出纤维素 的 壁
或是拼眠质的壁 , 刚形成的生殖细胞壁在光镜下是透明可见的 , 随着花粉发育的 变化 , .
后来看不到生殖细胞壁 , 生殖细胞壁的存在是暂时的 , 可能是生殖细胞改变分化方向的
一个必要前提 。 因此 , 关于黄茂生殖细胞壁的性质还有待于今后进一步研究确定 。
8
, 雌配子体发育起始于珠心亚表皮下的抱原细胞 , 其中只有一个抱原细胞直接发
育成为大抱子母细胞 。 R o y ( 1 9 3 3 ) 〔` 7〕和 S a m a l ( 1 9 3 6 ) 〔` 8 〕在研究蝶形花科植物胚囊起
源时指出 , 大多数植物的胚衰是按照珠心表皮下抱原细胞分裂形成初生造抱细胞和初生
1 5 6
周缘细抱 , 初生造抱细胞再发育成为胚囊 , 他们认为只有少数植物其抱原发育是属于亚
. 表皮下的 。 R e ur b er t( 1 9 6 9 ) 研究蝶形花科大抱子发生时发现 , 抱原通常是位于表 皮 下
的 , 但也观察到了亚表皮下的抱原细胞〔`幻 。
4
, 本文初步地比较了黄茂花蕾外部形态变化及其雌雄配子体的发育相关 性 。 当花
冠小于花芬时 , 花药未完全开裂 , 去雄工作 。 当花冠大于或等于花粤 , 花瓣未开 放 时 ,
·做人工授粉是比较理想的指标 , 从而为栽培育种工作提供参考 。
A B S r RA C T
O 6 s
e r v a t i o n s o n t h . d e v e l o p m e n t a l p r o e e s s o f t h e e f e 爪 a l e a 妞d m a l .
名 a扭 e t o p h ; t e s 元。 汉: t
r’a z u : 爪古耐 , 娜。 , , 二 e r e e a r r未。 d 。 u t ` , t h o o p .t三。 a t` m i -·
c r o s e o P e , i n t h e m e a n t i m e
,
m a d e c y t o e h e m i e a l e x p . r i . e . t f o
r t h e p o l l
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·
d e v e l
o p m e n t
, t h e m a i n r e s “ l t s a r e a s f o l l o w s : z 。 A t f i r s t m i t o s i s o f p o l l e 。 ,
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a s m a l l e r h e m i s p h e r i e a l g e n e r a t i v e e e l l
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.
2
.
D u r i n g g
e n e r a t i 丫 e e e l l d e v e l o p m e n t , s t r o e t u r e o f e e l l 贫 a l l w a s
t e m P o r a r y
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a t t h e , a l l w a s t e s t e d 时 PA S r e a e t i o n a n d b y t h e f l u o r e s e -
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, g e n e r a t i v e
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产
t s h o w t卜e p r o P e r t i e s o f e e l l u s e o r e a l l o s e w a l l 。 3 。 C o u r s e
·
o f t h e d i s i n t e g r a t i o n o f w a l l b e t w e e n v e g e t a t i , e e e l l a n d g e n e r a t宜, e e e l l a s
下 e l l a s t h a t g e o e r a t i v e e e l l e a m e i n t o t h e v e g e t a t i v e e e l l。 4 . I n t h e m a t u r e
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p o l l
e n , g e n e r a t i v e n u e l e u s g i v e a s t r o n g p o s i t i v e F e u l ` e n r e a e t i o n , b u t
v e g e t a t i甲 e n u e l e u s g i v e a w e a k p o s i t i v e F e u lg e n r e a e t i o n 。 5 。 D e v e l o P m e n t
·
o f f e m a l e g a m e t o p h y t e s o r i g i n a t e f r o m s u b b y p
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a r e h e s p o r i a l e e l l
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i e n t e d i n t h e n u e e l l u s
,
b u t o n ly o n e o f t h
e s e d i r e e t l y d e v e l o P s i n ! 0 t h e
P o 1rJ o n u m t了p e 。脚 b r 了0 s a e .
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r e t a t i v i t丁 o f t h e e x t e r n a l 口 o r p h o l o g y o f t五e f l o w e r b u d a n d t五e
·
d e v e l o p m e
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e f e m a l e a n d m a l e g a m e t o p h y t e s i n A s t护ag a l u s 脚 。杭石, 口。 口 c ` 匆s
w e r e e o m P a r e d
。
·
( 1 〕
〔 2 〕
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n . 朋了6二 r A P皿。皿她 x . B , A . x帕 z : X a外K ” p盆叮 . 鱿 a e e x e盛 c , a 口 o ` p 、 , o c e二 a 皿曰 x 外口. . 口 o 口. , o3一
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.
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1 5 8一
图版 I
雄尼子体的发育 ( x l 417 ) 1 . 示四 分抱子 ; 2. 示单核花粉 、 3. 示 小抱 子核转向花粉 · 瑞 . 圆球形的小袍 r 变成翻
日形 , 有丝分裂的前期 , 4 . 示有丝分裂的中期 : 5一 7 .示 后期 , 8 . 示末期 , 成膜体出现 , 9一 10 . 首养核先形成 , 后面
是生班核形成 , 1 . 在曹 养核与生 殖核之间的细胞板处沉积壁物质 . 成腆体向四周扩展 , 12 . 一 个半珠形生殖 细施和
一个曹势细胞 , 靳形成的生殖细胞璧是透明的 (光镜 下 ) , 13 . 营养细胞出现大液泡以 及生殖细胞璧的解体 :
“ . 公井姻胞贮截物质增加 , 生殖细胞开始向营 养细 胞 质 移 动 : 15 . 生殖核由圈球形变为长椭日形 , 生殖核 与背养
该 . 段玻蜜 , 染色 深 , 16 . 成熟花粉 , 其花粉形态由椭圆形 又恢复 为圆球形 . ( G c : 生殖细胞 . v N 营 养核 )
一 1 5 9 一