全 文 ：第3 卷 第5 期
1 9 9 0 年1 0月
林业 科学研 究
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1 9 9 0
马尾松胚胎发育的观察研究”
王培蒂 秦国峰
(中国林业科学研究院亚热 带林业研 究所)
摘要 在 自然 条件下 , 马尾松成熟花粉拉 发育需 6 个 月, 授粉有效期在珠解展
开的头 5 天 。 授粉后雌配子体游离核时期持续 12 个 月 , 从游离核到细胞化约需 7 天。
颈印器 2 ~ 3 个 , 受精作 用发生在授粉后第13 个 月。 原胚期 约30 天 , 幼胚期 约40 天 ,
成熟胚期约 60 天 , 从球花茅分化到种子成熟约需 24 个 月。 在形态发育的观察中, 发
现低温冻害会引起花粉在发育各阶段的形态异 常及 大量败育。
关键词 马尾松 , 胚胎 发育 , 花粉拉败育 ; 低温
近年来 , 国内对马尾松花粉粒的发育及成熟花粉细胞结构特征曾 有 一 些 阶 段 性 的 研
究 Il, “J, 但在胚胎学方面的研究甚少 。 为此 , 我们在完成“马尾松雌雄球花的形态发育研究” 工“」
之后 , 继续对马尾松种子胚胎阶段的发育进行研究 。 现将结果报道如下 。
一 、 材料和方法
1
. 采样地点 试样采自浙江淳安县姥山林场马尾松试验观察区的当地种源植株 。 该 场
地处2 9 0 3 7 ‘N , 1 1 9 0 0 3 ‘ E , 年平均气温 1 7 ℃ , 日平均气温》 1 0 ℃的年积温为 5 4 1 o c ; 年
降水量 1 4 30 r叨n , 年日照 1 9 51 h 。 固定采样株为生长良好的 6 年生实生植株 。
2
。 采样时间 雄球花 : 1 9 8 7年 3 月16 日至 4 月10 日及 19 8 8年 3 月至 4 月17 日, 芽鳞全数
张开前后 , 每隔 5 天或每天采样 1 次。 雌球花 : 1 9 8 7年 4 月 8 ~ 16 日及1 9 8 8年 4 月 9 ~ 27 日
隔 5 天或 2 天采样 l 次 。球果 : 授粉后当年球果 1 9 8 8年 4 月30 日至 6 月每 5 天采样 ; 7 ~ 12 月
每30 天采样 。次年(即第 2 年球果 ) l ~ 10 月每隔 5 ~ 15 天采样 l 次 。球果采样后测定生长量 。
3
. 试样处理 及时切取球花之中、 上部 , 于当年 5 月至翌年 5 月取其胚珠 , 以后直到 10
月份取其种子 。 每次取样 15 ~ 20 个 , 浸于 FA A 液中固定 。 常规石蜡切片法制片 , 试样均为
纵切 , 切片厚 1 0 卜m , 铁矾苏木精与固绿对染。
4
。 球果剖析 于 10 月底球果成熟时采集同一种源的 4 株松树的全部球果 。 逐个瓣开球
果种鳞 , 检查种鳞内结籽情况 , 分别计算空鳞率 (种鳞腹面无翅无籽 )、 残翅率 (种鳞内无种
子仅残存种翅 )、 瘪籽率 (有种翅和外形完整的外种皮 , 但无种仁 )及实籽率(发育完全的种子 )
等。 并对球果上、 中、 下不同部位的结籽情况进行比较, 用“可数资料率差异显著性测验”统
计分析工‘] 。
本文 于 1 9 8 9年1 1月 2 0 日收到 .
* 该项研究及论文 , 承蒙李文铂教授指导与 审阅 , 特此致毋。
4 4 2 林 业 科 学 研 究 3 卷
二 、 观 察 结 果
(一 ) 雌配子体的发育
4 月1 1 ~ 1 7 日珠心游离端的珠被细胞分离形成珠孔道 , 开始接受花粉 。 在此时间 , 深埋
在珠心组织内的大抱子母细胞形成 ; 3 ] , 偶而见有 2 个并列大抱子母细胞 。 减数分裂后期见于
4 月 1 3 日至 19 日 , 4 月23 日珠被的中间层细胞以垂直于珠孔壁方向伸长 , 珠孔道闭合 , 停 止
接受花粉。 5 月上旬花粉管长入珠心 (图版 工一 5 )。 授粉当年的 5 月至翌年的 5 月雌配子沐为
游离核时期(图版 I 一 6 )。 6 月上旬雌配子体开始形成细胞壁 , 呈 蜂窝状发育生长 (图版 工一 9 ) ,
最后形成多细胞的雌配子体 。 6 月中旬雌配子体近珠孔的一端 , 有的细胞成为颈卵器原始细
胞 , 原始细胞分裂形成颈细胞和中央细胞 , 后者又分裂形成卵细胞和腹沟细胞(图版 兀 一1 0 ) 。
卵细胞有一卵核和许多蛋 白泡。 马尾松的颈卵器有 2 ~ 3 个 , 〕近生 。
海绵组织出现在大抱子母细胞时期 , 以 4 ~ 5 层细胞 (在合点处多些 )包围着雌配子体 ,
在雌配子体开始细胞化时逐渐解体(图版 I 一 9 ), 到颈卵器原始细胞形成后海绵组织消失 。
(二 ) 雄配子体在珠心中继续发育
授粉时 , 珠鳞张开花粉粒直接落在花粉室内 , 经过 9 ~ 12 天萌发出花粉管 冈 , 5 月初花
粉管开始长入珠心 , 花粉粒单管 (图版 I 一4 ) , 至第二年 3 月花粉管一直在珠心组织内缓慢生长
(图版 工一 5 )。 以后随着气温大幅度升高 , 花粉管迅速生长 , 不断伸向珠心深处。 5 月下旬可
见到花粉管 内有异型精子出现 (图版 工一8 ) , 形成了 含 6 细胞的成熟雄配子体 。 据测定此时花
粉管内的各细胞周围有很多淀粉粒物质 。
(三 ) 受精和胚的形成
G 月底花粉管进入雌配子体 (图版 1 一 1 1 ) , 7 月中句 受精后受精卵形成具有初生胚柄和
胚细胞层的原胚 , 细胞排列整齐 , 故原胚 的发育属松型(图版 亚一 1 2 ) 。 雌配子体直接发育成营
养组织—胚乳 。 7 月3 0 日至 9 月 10 日为幼胚发育时期 : 起初原胚迅速生长 , 穿过颈卵器下部胞壁 , 进入雌配子体 , 随着卷曲状的胚柄伸长, 颈卵器壁逐渐消失。 初生细胞分裂形成幼
胚 。 在此期间产生多胚现象 , 马尾松的多胚现象有 2 种 : 即简单多胚 (图版 兀一 1 3) 和裂生多
胚 (图版 五一 1 4 ) , 据观察马尾松幼胚可多达n 个 。 由于幼胚细胞分裂旺盛 , 于 8 月 10 日见到根
原始细胞分裂分化 , 形成明显的柱状组织和环状组织 , 此时胚芽端开始形成。 8 月20 日左右
见到胚芽分化 , 子叶原基 已在胚芽肩部突出 , 下胚轴有髓 , 胚柄被发育中的胚体所挤压 , 开始
姜缩 (图版 l 一 1 5) 。 8 月30 日至 9 月10 日胚芽长大 , 子叶形成 。
9 月2 0 日至10 月30 日为胚的成熟期 , 在胚胎发育竟争中 , 原来的多个胚 , 最后仅有一个
完全发育 (图版 兀一 1 6 ) 。 其它幼胚相继姜缩。 此时期胚的各种结构已全部分化形成 , 以后主要
是胚轴伸长 , 子叶长大 。 胚柄干枯残存 。 10 月底种子完全成熟 , 胚直立 (图版 兀一17 ) , 子叶
4 ~ 1 2枚 。
种子的中上部附生着乳黄或灰褐色的膜质物—种翅 , 纵径 1 ~ 15 m m , 横径 5 ~ 7 m m 。
(四 ) 球果解剖观察
将6 6 个成熟球果分 _ l- 、 , 1, 、 一「三个部位剥开种鳞(每球果含27 ~ 87 枚种鳞 )进行观测 , 结
果见表 1 。
弓期
裹 1
王培蒂等 : 马尾松胚胎发育的观察研究 4 4 3
马尾松球果各部位的种峨与结籽状况
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1
. 实籽 即饱满种子 , 集中在球果的上 、 中部 , 实籽率为8 . 5 %与9 . 6 % , 下部极少 ,
仅有 O。 2 % 。
2
. 瘩籽 即空粒种子(有种翅和种皮、 而无种仁 ), 多集中于球果的中部 , 其次是上部 ,
但两部位间差别不显著 , 下部仅有 。. 7 % 。
3
. 残翅 即无种子仅残存种翅 。 残翅多产生在下部 , 中部居中 , 上部最少 。 下部极显著
地高于上 、 中部 3 。 4倍和 2 。 3倍 ; 而中部极显著地高于上部达1 。 5倍 。
4
. 空鳞 空鳞现象均发生在球果下部 , 中、 上部位未曾见有空鳞存在 。
三 、 总结与讨论
(一 ) 低沮冻害对马尾松花粉发育 的 影
响
1
。 时发育进 程 的 影 响 根 据 1 9 8 7一
1 9 8 8年两年定株观察地点的低温气象资料 ,
直观地分析了低温冻害对马尾松花粉粒发育
进程的影响 (图 1 )。 1 9 8 8 年 春因频繁 的零
下低温(一 O。5 ℃ ~ 一 3 。 1 ℃ ), 致使 花 粉母
细胞形成、 减数分裂 、小抱子四分体 与 单核
花粉粒等各发育阶段 , 比1 9 8 7年延迟 20 ~ 35
天 , 4 一细胞花粉粒形成与成熟花粉囊开裂各
延迟约 7 天 。
2
. 对各发育阶段的影 响 显微观 察 发
现 , 低温冻害首先使小抱子囊壁绒毡层发生
早期败育(图版 工, l ) , 以后又导致花粉母细
胞、 减数分裂各期、 小抱子四分体 、 单核花
粉粒 (图版 工一2) 等的各种畸形与败育 。 当正
常单核花粉粒进入三次有丝分裂 时 期 出 现
“倒春寒” , 也会使成熟花粉粒败 育 (图版 工
一 3 )
。
E r iks s o n 等 (1 5 7 2 ) 曾报道 , 低 温 冻
害导致国外松内部败育仅发生在花粉母细胞
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图 1 低温冻害对马尾松花粉粒 发育进 程的影响
和— 飞9 8 7年 出现 的低温 , 。 和 · - ,一 1 9 8 8年出现的低温1 1 ( 2 1)花粉母细胞形成 1 2 ( 2幻减数分裂时期 1 3 ( 2 3 )单核
花粉粒形成 1 4 ( 2 4) 4 一细典花粉粒形成 1 5 ( 2 5) 散粉结束
4 4 4 林 业 科 学 研 究 3 卷
减数分裂时期 , 我们的研究结果认为不仅如此 , 在花粉母细胞减数分裂前后的各发育阶段 ,
都可能因低温冻害引起败育。
3
. 付花粉拉生活 力的影响 通过离体花粉发芽率的测定 , 受冻害年份的花粉发芽 率 为
3 4
.
7 %
, 比正常年份的花粉发芽率(85 沁)要低 1 . 45 倍 。 冻害年份花粉发芽率降低极为明显 。
(二 ) 马尾松雌球花的有效授粉期
从珠孔形成过程观察得知 , 有效授粉期与珠孔闭合时间是有关系的 。 授粉期间珠孔壁有
4 ~ 5 层细胞 , 珠孔闭合时 , 珠孔两侧(即珠心游离端上面附近的珠被 )的中间 2 ~ 3 层细胞
以垂直于珠孔壁方向伸长 , 形成突起 , 使珠孔两侧 内壁相接 , 珠孔道关闭 , 这时近珠心 内壁
的 l 层和外壁的 1 层细胞不伸长 。 从珠孔开放到闭合一般需要 5 天 , 也就是雄球花散粉的头
5 天与雌球花珠鳞展开的头 5 天 , 在这短促的时间里授粉效果好 。
(三 ) 马尾松有性生殖过程的时间工序
自然条件下马尾松的有性生殖过程较 一民, 前后跨越三个年头 , 现将发育全过程的时间顺
序列于表 2 。 马尾松球果有两次明显的生长 : 第一次是在当年授粉后的 5 一 6 月份 , 由雌球
花转变成淡黄褐色小球果 , 果长约为成熟球果的1 / 5( 未授粉雌球花在此期间枯萎凋落 ) ; 第二
次是次年的 4 ~ 7 月间 , 此时球果转绿 , 在上年基础上球果增长很快 , 受精后球果长度约为
成熟球果的 2 / 5~ 5 / 5 , 未受精球果在此期间脱落 。 两次缓慢或停止生长是在授粉后至第二年
3 月份 以及受精后的 8 ~ 1 0月份 。
表 2 马甩松有性生玻过程各发育阶段的时间. 序
年 份
1
1 9 8 6
1
月 · 11 1 0 · 5 ~ 2 · 5 2
·
9 ~
2
·
1 3
2 ”3一 2 ‘ ’‘⋯‘’卜 3
花粉毋 一 小袍
细胞减数 . 子四分
分裂 1体
·
16 ~ 3
·
3 1 3
·
3 1 ~ 4
·
5
4
·
6 ~
4
·
2 0
:一{4一 4 · 2 7~ 5 · 6造抱细胞
正常 了f丝分
裂
花粉
母细胞
单技花
粉粒的有
丝分裂
4 细胞
花粉粒
花粉
袭开裂
花粉拉
开始落在
珠 心上
大盈花
粉落在珠
心 上
了七扮软
开始 药发
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段⋯? }
夕卜 右}
珠瞬形 珠被 、
一
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大袍 子母 细胞 大抱 子
母细胞减
数分裂
具功能
大抱 子
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1 9 8 8
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· 王1 4 · 3 0 ~ 5 · 1 0 {‘5 · 11 ~ 1 2 · 3 1 1 · 1 ~ 5 · 1 0 5 · 1 5 ~ 6 · 1 0 } 6 · 2 0 to 6 · 3 0 6
‘“。一了 ·“”⋯ 一7 · 30 ~ 9 · 1 0 9 · 2 0 ~ 1 0 ·J O
花粉廿 长
入珠心
花粉份在珠 心 , : , 生 长
发 ’ 名
育
阶
拈原 细胞
分裂为 2 精
子 , 6细胞雄
配 一子体成熟
花粉管迸
入雌配 子体
精 犷十 卵
一
, 几〔胫。 雌
配子体继 续
发育 (胚 乳)
幼胚阶“⋯段成 ”‘阶⋯
段 早 雌配 于 体游高伙时期
雌配子 沐
全部细胞化 。
}颐卵器卵细
胞形成
(四 ) 球果不同部位种子质虽的差异
据城i-I · , 马尾松球果头 {:广率平均为18 . 3 % , 饱满种子集中于球果的中、 上部 , 瘪籽率为
6 期 王培蒂等 : 马尾松胚胎发育的观察研究 44弓
14
.
6 %
, 主要分布在球果的上 、 中部 ; 残翅率占53 . 8 % , 无种子而仅存残翅的在各部位都有 ;
空鳞率占13 . 3 % , 全在球果的下部 。
(五 ) 关于种翅之起源
有些研究认为种翅来源于外种皮的延伸部分Is1 , 但 S p o n n e (19 6 5 ) 认为 : “种子的翅是由
邻近胚珠的珠鳞近轴面的一部分分离形成 , 因此 , 在形态学上它不是种子本身的一部分 ” Is] 。
我们的观察结果也是与其相一致的 。 剥开授粉后达 12 个月之久的珠鳞 (种鳞 ) , 已看到其腹面
的中、 下部有白色膜状物出现 (即种翅 ) , 此时为雌配子体游离核时期 。 经 30 天左右 , 种翅向
上伸长 , 形成发育良好的种翅 。 我们又观察到 : 种翅的发育与胚珠的发育无相关关系 , 即使
珠被、 珠心严重萎缩和雌配子体全部败育(图版 I 一7 ) , 形成瘪籽 , 种翅仍可发育完好 。
参 考 文 献
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4 2 5 ~ 4 5 4
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