全 文 ：BULLETIN OF BOTANICAL BESEARCH
第 16 卷　第 1 期 1996 年　1 月
Vol.16　 No.1 Jan., 　1996
甘蓝型油菜珠孔与胚囊的超微结构研究①
孙　芹　张劲松　杨弘远
ULTRASTRUCTURAL STUDIES ON THE MICROPYLE
AND EMBRYO SAC IN BRASSICA NAPUS L.
Sun Qin　Zhang Jing -song　Yang Hong-yuan
　　〔摘　要〕　甘蓝型油菜的外珠孔基本上为开放结构 ,内珠孔为闭合结构。胚
囊成熟时反足细胞已退化 ,仅由二个助细胞 、一个卵细胞 、与一个中央细胞组成。
助细胞极性不明显 ,二个助细胞在花粉管到达前均显示同等退化迹象 。卵细胞极
性明显 。中央细胞中含结构独特的质体。受精前 ,卵与中央细胞的质膜之间含有
特殊的电子致密物质 。
关键词　甘蓝型油菜;珠孔;胚囊;超微结构
在多数被子植物中 ,珠孔是花粉管进入胚囊实现受精的通道。但在雌蕊组织内的花粉
管生长途径中 ,对珠孔的研究是最为薄弱的环节。近年本研究室对向日葵〔10〕以及陆地棉〔2〕
珠孔的超微结构作了报道 ,但尚需在更大的物种范围内进行研究 ,方能对珠孔的结构类型作
出全面的概括。胚囊的超微结构研究已在多种植物中有过详细的报道 ,其中也包括白菜型
油菜(Brassica campestris)〔7—9〕。但对于另一种重要油料作物甘蓝型油菜(B .napus),国内
外迄今尚没有关于其胚囊超微结构的研究 ,而这方面的研究无论在该作物的生殖生物学和
遗传育种工作中均是有重要意义的 。
材料与方法
甘蓝型油菜品种“4312”种植于实验地 。于四月正常开花期内上午 8—9 时人工授粉。
取授粉前与授粉后 18 、24小时的子房 ,切成 1 —3mm 小段 ,在磷酸盐缓冲液中剥出胚珠 ,用
3%戊二醛与 1%锇酸双固定 ,乙醇系列脱水 ,环氧丙烷过渡 ,Epon 812树脂包埋 。用 So rval
M T —6000型超薄切片机切片 。超薄切片经醋酸双氧铀与柠檬酸铅染色后 , 在 JEM —
100CX/ Ⅱ型透射电镜下观察与摄影。
① 　　本文作者单位:武汉 ,武汉大学生命科学学院植物生殖生物学研究室(Laboratory of Plant Reproductive Biol-
ogy , College of Life S cience , Wuhan University , Wuhan 430072)。＊高等学校博士点专项研究基金和国家自然科学基金资助的课题。
1995年 7月收到本文。
观察结果
甘蓝型油菜胚珠属倒生型 ,有两层珠被。胚囊成熟时 ,包围胚囊珠孔端及侧面的珠心已
退化 。胚囊呈弯曲形 ,含二个助细胞 、一个卵细胞 、一个中央细胞;反足细胞退化 。
一 、珠孔
珠孔由外珠被构成的外珠孔和内珠被构成的内珠孔两部分组成 。外珠孔基本上是开放
的结构 ,但开放程度在各部位有所不同 。纵切面的光镜观察表明 ,外珠孔外端较窄狭 ,往内
变阔 ,再往内又变狭 。构成外珠孔的外珠被细胞 ,在超微结构上的特点是:液泡化程度较高 ,
核与胞质分布在细胞周边区域 ,细胞质中含线粒体 、内质网 、脂体等 ,而质体与淀粉粒较少。
图版Ⅰ 、1示外珠孔周围的外珠被细胞的低倍整体观 。内珠孔则是闭合的结构;构成内珠孔
的两侧内珠被表皮细胞 ,其角质层互相紧贴 ,不留孔道 ,仅局部位置稍微分离形成窄狭间隙 ,
其中含电子浓密物质(图版Ⅰ ,2)。内珠孔区的细胞 、核大而富含异染色质;细胞质浓厚 ,富
含线粒体 ,含淀粉质体 、高尔基体;内质网在质膜附近常呈平行排列并有小囊状物与质膜相
连 ,液泡分散;相邻细胞间有发达的胞间连丝(图版 Ⅱ , 2 、3)。内珠孔区的这些细胞特征 ,颇
似引导组织的特征 ,表明它们可能具有为花粉管提供营养或活性物质的功能。
二 、胚囊
1 、卵细胞　呈梨形 ,珠孔端狭而合点端较阔。极性明显:珠孔端具大液泡 ,核居合点端。
核质均匀 ,核仁大而致密 ,含小形核仁液泡。细胞质富含线粒体 、质体 、淀粉粒 、高尔基体 、核
糖体 ,还有脂体与众多小液泡(图版 Ⅰ , 5)。细胞壁从珠孔端到合点端逐渐变薄 ,在合点端仅
以质膜与中央细胞为界。传粉前 ,卵与中央细胞的两层质膜局部分开 ,其间含电子致密物质
(图版 Ⅰ ,4)。还观察到一些电子致密的椭圆形体成串排列于这两个细胞质膜的间隙中 ,其
间夹杂膜状与絮状物质。在间隙区段两侧的卵细胞与中央细胞中 ,线粒体众多且具较发达
的嵴 ,核糖体丰富 ,高尔基体分泌小泡(图版 Ⅰ , 6)。受精以后 ,卵与中央细胞间的这些结构
破坏消失 。传粉后 24小时 ,在卵与助细胞间也出现会众多絮状物与小泡的区段 ,似乎与合
子壁的再生有关(图版Ⅰ ,7)。
2 、助细胞　呈梨形或卵形 ,其珠孔端与中央细胞相邻处呈钩状。甘蓝型油菜的助细胞
和一般 植物的助细胞不同 ,没有明显极性:除珠孔端有发达的丝状器表现极性外(图版 Ⅱ ,
9),没有一般助细胞特有的珠孔端大液泡 ,而只有众多分散的小液泡;核不偏居合点端 ,而是
居于细胞中部(图版Ⅰ ,8)。细胞质中富含内质网 、线粒体 、高尔基体 、核糖体。细胞壁由珠
孔端向合点端逐渐变薄 ,合点端仅具间断的壁 。
传粉前 ,少数胚珠的助细胞已显现退化迹象:质膜与核膜破坏;液泡膜 、线粒体膜上沉积
电子浓密物质;高尔基体拉长并减少分泌小泡;内质网断裂为深色的小圆球状结构(图版 Ⅱ ,
10)。多数胚珠在传粉后 、受精前 ,两个助细胞均退化;细胞质电子密度加大;质膜与内质网
破坏;线粒体失去内嵴;高尔基体几乎消失(图版Ⅱ ,11)。
3 、中央细胞　极性明显:合点端有几个大液泡 ,极核与细胞质位于珠孔端 。线粒体 、粗
面内质网 、游离核糖体丰富;高尔基体分泌小泡(图版 Ⅱ ,12)。质体形态特殊 ,体积很大 ,具
发达的片层结构 ,有些质体含 2—5个淀粉粒 ,这种质体在其他植物的胚襄中较为少见(图版
Ⅰ ,4;图版 Ⅱ ,14)。两个极核含很大的核仁 ,其中具分散的小形核仁液泡 。传粉后 18—24
小时 ,两个极核的核膜间局部融合(图版 Ⅱ ,13)。传粉后的中央细胞中 ,线粒体仍很丰富;质
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体有的仍具发达片层结构 ,有的则电子密度加深 、片层减少;高尔基体减少;脂体增多(图版
Ⅱ ,14)。中央细胞的外周壁(胚囊壁)很厚 ,呈多层结构。其珠孔端有发达的壁内突(图版
Ⅱ ,12),往合点端壁内突逐渐减少与变小(图版Ⅱ ,15),终至消失 。
讨　　论
一 、关于珠孔的结构
珠孔是花粉管进入胚珠的通道 ,过去常被认为是一个孔道。实际情况并不一定如此。
由于采用了系列横切片的超微结构观察方法 ,在向日葵中发现 ,其由单珠被构成的珠孔是闭
合的〔10〕 。陆地棉的外珠孔是开放与闭合并存的结构 ,而内珠孔完全是闭合的〔2〕 。甘蓝型油
菜珠孔总体上和陆地棉近似:外珠孔基本上是开放的 ,内珠孔闭合。在上述三种经过超微结
构的研究的植物中 ,有一个共同特征 ,即珠孔区(甘蓝型油菜是内珠孔区)的细胞具有引导组
织的特征 ,表现在细胞内的各种超微结构显示活跃的生理功能;珠孔间隙中富含电子致密物
质。在向日葵与棉花中均观察到花粉管在珠孔引导组织的胞间隙中生长。甘蓝型油菜中本
文虽然未观察到花粉管 ,但亦可作上述推测。在被子植物中 ,是否存在典型 的开放型珠孔?
如果存在的话 ,珠孔的开放型与闭合型是否和花柱的开放型与闭合型有相关性 ?这是值得
进一步研究的问题。
二 、甘蓝型油菜胚囊的超微结构特点
甘蓝型油菜的胚囊有一些特点:(1)助细胞除珠孔端具丝状器外没有明显的极性 。白菜
型油菜同样如此〔7〕 。这种情况和多数植物不同而更类似禾本科植物的助细胞〔11〕 。(2)卵细
胞与中央细胞质膜间有一间隙区带 ,其中含串珠状及絮状结构。在大豆〔5〕 、白菜型油菜〔8〕
中也观察到类似情况 。在烟草与白花丹中 ,用荧光探针发现这种间隙区带中含肌动蛋白成
分 ,在整体上呈“冠状”结构 ,被认为有引导精细胞到达受精靶区的作用〔6〕 。(3)中央细胞中
含独特的质体。白菜型油菜的中央细胞中也有类似报道〔8〕。看来这也许是芸苔属植物的
共同特点 。
三 、关于助细胞的退化
助细胞是花粉管进入胚囊后在其中释放精细胞的场所。在许多植物中 ,两个姊妹助细
胞中的一个是在传粉的诱导下预先退化 ,花粉管正是进入该退化助细胞释放精细胞;但也有
些植物的助细胞是在传粉前即已退化 、或在花粉管进入其中之后方才退化的〔1〕 。甘蓝型油
菜的助细胞退化可能在传粉前开始发生 ,并且是两个助细胞均退化 。这种情况与小麦〔11〕 、
白菜型油菜〔9〕和珍珠谷〔3 ,4〕非常相似 。这表明这类植物中助细胞并不依赖传粉的刺激 ,而
是由雌配子体本身的发育程序所控制的事态 。
ABSTRACT
The micropyle of Brassica napus includes anexostome and an endostome.The exostome is
basically open , but the endostome is a closed structure w ith only narrow gaps between two cuti-
cle layers of the inner integumental epidermis.The embryo sac is composed of tw o synergids ,
an egg cell and a central cell;the antipodal cells are degenerated before the embryo sac matura-
tion.The synergid has a micropylar filifo rm apparatus , but not a chalazal vacuole , and its nu-
cleus is cent rally located.Therefore it has not a typical polarity as synergids of most o ther plant
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species.Befo re pollination , the synergids of some ovules already show symptom of degenera-
tion.After pollination but before entry of pollen tube , tw o synergids of the same embryo sac
degenerate simultaneously.The egg cell is a typical polarized cell , with a big micropy lar vacuole
and a chalazally located nucleus.Before fertilization , the arch-shaped gap betw een two plasma
membranes of the egg cell and central cell is filled wi th elect ro-densed g ranular and amorphous
substances.The central cell possessed several big chalazal vacuoles;the polar nuclei and most
cytoplasm are micropylarly located.The plastids in the central cell is characterized by big vol-
ume and quite prominent lamellae.The micropylar portion of the embryo sac w all bear well-
developed ing row ths , which gradually sooth down tow ards the chalazal end.
Key works　Brassica napus;Micropyle;Embryo sac;Ultrastructure
参　　考　　文　　献
〔1〕 杨弘远 , 1994:植物学通报 , 11:1—5.
〔2〕 张劲松 、何才平 、杨弘远 , 1994:植物学报 , 31:727—729.
〔3〕 Chaubal , R., Reger , B.J., 1993:Sex Plant Reprod., 6:225—238.
〔4〕 Chaubal , R., Reger , B.J., 1994:Sex Plant Reprod., 7:22—134.
〔5〕 Dute , R.R , Peterson , C.M., Rushing , A.E., 1989:Ann.Bot., 64:123—134.
〔6〕 Russell , S.D., 1993:The Plant Cell , 5:1349—1359.
〔7〕 Sumner , M.J., Van Caeseele , L., 1989:C an.J.Bot., 67:177-180.
〔8〕 Sumner , M.J., Van Caeseele , L., 1990:C an.J.Bot., 68:2553-2563.
〔9〕 Van Went , J.L., C resti , M., 1988:Sex Plant Reprod., 1:208-216.
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〔11〕 You , R.L., Jensen , W.A., Can , J.Bot., 63:163-179.
图　版　说　明
1—6 , 8—10 , 12 , 15 ,授粉前胚珠的切面。 7 、11 、13 、14 ,授粉后胚珠的切面。 CC—中央细胞;d—高尔基体;DS—退化
助细胞;E—卵细胞;EN —内珠孔;er—内质网;EX —外珠孔;ew —胚囊壁;f a—丝状器;l—脂体;m—线粒体;n—细胞核;
p—质体;pn—极核;s—淀粉粒;S —助细胞;w—液泡;v—细胞壁;wi—壁内突。
图版Ⅰ :1 、外珠孔的横切面 ,外珠被细胞中有线粒体、高尔基全 、脂体和大液泡等细胞器×9280;2 、内珠孔的横切面 ,
内珠被细胞中细胞器丰富 ,质体中含有淀粉粒×5760;3、内珠孔的横切面 , 示内珠孔附近细胞间的胞间连丝(箭头 )和
胞间基质(箭头←)×22400;4—6　胚囊的纵切面;4 、示卵细胞与中央细胞间的无壁区域(箭头 ),注意中央细胞中质体
的特殊形态×30400;5 、示卵细胞的核及细胞器×5760;6 、示卵细胞与中央细胞间的电子致密颗粒(箭头 )及附近的细
胞器×22400;7 、8　胚囊的横切面;7 、示卵细胞与退化助细胞间的小泡与絮状物密集的区域(简头 )×30400;8 、示助细
胞的核 、细胞壁和细胞器×4640。
图版Ⅱ
9 、胚囊的纵切面 ,示助细胞的丝状器×9280;10 、11、胚囊的横切面;10 、示传粉前出现退化迹象的助细胞的核及细胞
器×16000;11 、示传粉后两个退化助细胞内部已破坏的膜系统和不易辨认的细胞器×16000;12—15 、胚囊的纵切面;12 、
示中央细胞的细胞器和壁内突×16000;13 、示两个极核部分融合的融合桥(箭头 )×5760;14 、示中央细胞的细胞器×
22400;15 、示胚囊壁内突的减少与变小 16000。
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