全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 , 一
扭 子为 凡
君子兰 曰艺
精过程的研究
优 刀 花粉贮藏寿命和 受
申家恒 ,
’ , 申 业 , , 李 伟 , , 尚娅佳 ’, 丁建庭 , , 李冉俐
哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物系 , 哈尔滨 巧 ’中国农业大学生物学院 , 北京
摘 要 利用花粉低温冷藏技术与常规石蜡制片技术研究了大花君子兰的花粉贮藏寿命以及受精过程 ,
为其杂交育种提供基础资料 。 结果如下 新鲜花粉结籽率为 一 ℃贮藏 的花粉结籽率为
贮藏 的花粉结籽率为 贮藏 的花粉结籽率为 。 两个精细胞具有二型性 。 成熟胚囊里次生
核位于反足细胞端 。 胚珠发育不同步 , 胚珠没有受精与胚珠败育成为结籽率低的内部原因 。 君子兰受精过
程经历时间为 人工异花授粉 左右花粉萌发 花粉管在花柱中生长 左右 花粉管在子房腔内生长
左右 授粉后 雌雄性细胞融合 授粉后 一 初生胚乳核分裂 授粉后的第 一 天 , 合
子进行分裂 , 合子休眠期为 一 。
关键词 君子兰 花粉 贮藏 寿命 异花传粉 结籽率 受精过程
中图分类号 十 文献标识码 文章编号 一 一 一
勿 她
一
,
’ ,
,
, ’ , 一 ’ , 一 ’ , 一 ’
’ 喇 动肠群 , 妙
, 沁 , 。 巧 , ’
邵 , 动 , 挤吧 ,
一 ,
,
一 ℃ ,
印 叮 , 巧
,
,
一 叮
一 邵 一
叮 一
动 一
君子兰 诚 为石蒜科君子兰属植物 , 原产非洲 , 世纪初传人中国 。 其中大
花君子兰 因其花期长 , 叶片 、
陈俊愉和程绪坷 ,
花朵和果实具有较高的观赏价值 , 成为著名的盆栽花卉 李祖清 ,
国内有关君子兰胚胎学的研究尚属空白。 唐佩华 , 曾以垂笑君子兰 、
收稿 日期 一 一 修回日期 一 一
基金项目 国家自然科学基金项 目
一
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 卷
为试材 , 研究人工培养条件下雄配子体发育过程中营养核与生殖细胞的动态及其细胞化学等 。
君子兰有性生殖过程中 , 只能在异株异花之间传粉才能结籽 , 由于经常碰到花期不遇情况 , 结籽
率通常较低 , 这给君子兰新品种的选育带来困难 。
据此 , 作者对君子兰的贮藏花粉时间
、
受精过程以及受精前后胚珠发育状态进行研究 , 以期为君
子兰的育种研究提供相关材料 。
材料与方法
材料
一 年 , 每年 月至翌年 月 , 白天室温为 ℃ , 夜间为 ℃条件下培育君子
兰 。
花粉贮藏寿命的研究
于开花第 天上午 时收集花药开裂的花粉于清洁的青霉素瓶内 , 贮藏于海尔牌
一 型家
庭用冰柜内 , 温度 一 ℃ 。 开花后第 天上午 一 时 , 雌蕊柱头出现分泌物时 , 表明雌蕊成熟 , 为
授粉的最佳时期 。 取贮藏 、 、 和 的花粉进行人工异花授粉 , 统计结籽率 , 以表示贮藏
花粉寿命的长短 。
受精过程的研究
开花后第 天上午 时进行人工异花授粉 。 取授粉后
、 、 、 、 、 、 和 的柱头与
花柱用固定液固定 , 每次 朵花 , 用于研究花粉萌发与花粉管在柱头中生长 。 授粉后 一 每
固定 次 , 第 天至第 天每天上午 时固定 次 , 每次 一 朵花 , 用于研究花粉管进人子房
、
胚
珠 、 精子
、
双受精以及合子与初生胚乳核的分裂情况 。
固定液为卡诺固定液 纯酒精 冰醋酸 二 , 固定 后转人 酒精内 , 冰箱冷藏室保
存 。 爱氏苏木精整体染色 , 常规石蜡切片法制片 , 切片厚度为 卜 , , 一 型显微镜观察
并摄影 。
结果与分析
花粉的贮藏寿命
贮藏花粉的 目的是延长花粉的寿命 , 以期为花期不遇的杂交工作提供充足的花粉 。 通常情况下 ,
随着花粉贮藏期的延长 , 花粉寿命逐渐缩短 。 本研究以一定贮藏期的花粉授粉后 的结籽率表示贮藏花
粉的寿命长短 。
君子兰的子房为 室 , 中轴胎座 , 每室两排胚珠 , 每排 至 枚胚珠 , 以每朵花 枚胚珠计算 。
表 的结果表明 , 在低温 一 ℃ 下贮藏的花粉寿命随贮藏时间的延长逐渐缩短 , 其结籽率
呈降低趋势 。 在一个生长季里 , 君子兰可以从上一年的 月至第 年的 月陆续开花 , 花粉贮藏 ,
表 花粉不同贮藏时间人工异花授粉结籽率的统计
切
花粉贮藏天数
找
花朵数 总胚珠数 结籽数 结籽率
‘
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
期 申家恒等 君子兰 诚 以 花粉贮藏寿命和受精过程的研究
结籽率可达 , 基本能克服花期不遇造成的杂交困难 。 简易低温条件下贮藏的花粉寿命可 以满足
杂交育种的需要 。
受精过程
雄配子体
君子兰开花释放的花粉为二细胞型 , 花粉粒较大 , 椭球状 , 长约 林 , 宽约 林 , 有两个萌
发孔 图版 , 。 生殖细胞浸在营养细胞质里 , 为长纺锤状 营养核为近圆球状 , 染色较浅 。
人工授粉 , 花粉在柱头上吸水膨胀 , 有少量花粉萌发 。
授粉 后较多花粉萌发 。 花粉管经一个萌发孔长出后 , 经乳突细胞之间进人柱头 , 进而沿花柱
道的内表面向子房方向生长 。 生殖细胞先进人花粉管 , 营养核尚留在花粉粒里 图版 , 。 生殖细
胞大小为 林 林 左右 , 为长椭球状 。
进人花粉管内的生殖细胞呈现有丝分裂前期相的特征 , 染色体出现 , 生殖核周围的细胞质在光学
显微镜下难以分辨 图版 , 。 花粉管中没能观察到营养核 , 也没有看到营养核与生殖细胞的 “ 贴
合 ” 状态 。
君子兰的花柱长 左右 , 花粉管向下生长至 处左右 , 生殖细胞进行有丝分裂 , 历经
前期 图版 , 、 、 中期 图版 , 、 后期 、 末期 图版 , , 形成两个精细胞 。
刚产生的两个精细胞较小 林 卜 , 林 冰 林 , 彼此相距较近 , 随着花粉
管向子房方向延伸 , 两个精细胞呈长柱状 。 大多数情况下 , 两个精细胞大小不 同 图版 , 一 ,
较小的精细胞在花粉管前部 ,
‘
较大的精细胞在后部 少数情况下 , 两个精细胞大小近似相等 图版 ,
、 。 花柱道内生长的花粉管 , 其末端距离两个精细胞较远 , 两个精细胞之间的距离大约维持在
一 林 之间 。
统计 对精细胞的大小 , 利用配对数据 检验进行差异显著性测验 。 结果表明 , 较大精细胞的
长度极显著大于较小精细胞的长度 二 而较小精细胞的宽度 , 则显著大于较大精细胞的宽度
二 , 两个精细胞的大小差异显著 。 君子兰两个精细胞具有二型性 。
进人子房腔内的花粉管沿中轴胎座表面向胚珠的珠孔方向生长 , 花粉管内的两个精细胞呈现短柱
状 , 相互之间距离拉近 图版 , 。
花粉管经珠孔进人胚囊的一个助细胞 , 在被破坏的助细胞里释放两个精细胞 图版 , 。 释放
于助细胞内以及卵细胞与中央细胞之间的两个精细胞呈现椭柱状 , 一个精细胞较大 , 一个精细胞较小
图版 , 、 。
在花柱道内生长的花粉管大约经历 后到达子房腔 , 由此推算花粉管的生长速度大约为
林 。
雌配子体
君子兰胚珠为倒生 , 双珠被 , 厚珠心 , 内珠被形成珠孔 , 珠孔受精 。 授粉后 一 花粉管在
子房内胎座表面生长 , 此时胚珠内的雌配子体已经发育为成熟胚囊 。
君子兰的雌配子体发育类型为寥型 。
受精前的成熟胚囊的珠孔端为卵器 , 两个助细胞位于同一平面 , 助细胞呈梨形 , 助细胞的丝状器
前期染色较深 图版 , , 后期染色较浅 图版 , , 细胞核位于合点端 , 细胞内看不到液泡 ,
细胞质浓厚 图版 , 巧 、 卵细胞与助细胞呈品字形排布 。
卵细胞高度液泡化 , 大部分体积被液泡占据 , 细胞核位于合点端 , 其内有一核仁 , 卵细胞极性明
显 图版 , 。
中央细胞体积大 , 两极核已经融合形成次生核 , 其内有一大核仁 , 次生核位于胚囊的合点端 , 与
反足细胞相靠 图版 , 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 卷
卵器与次生核之间有大液泡相隔 , 中央细胞的细胞质沿胚囊壁分布 , 联系卵器与次生核 。 成熟胚
囊时期 个反足细胞呈现退化状态 图版 , 。
双受精 雌雄性细胞融合
雌雄性细胞融合大约发生在授粉后 一 之间 。 通常精细胞与中央细胞的次生核融合较快 ,
而精细胞与卵细胞融合较慢 。
雌雄性配子融合 释放于卵细胞合点端的两个精细胞 , 其中 个精细胞的精核很快进人卵细胞内
贴合于卵核一侧 , 染色由深至浅 , 精核形态变为圆球状 图版 , 、 。 精核逐渐压向卵核 , 精核
外观呈透镜形 图版 , 。 随着精核染色质在卵核内分散 , 卵核内出现雄性核仁 图版 ,
、
并逐渐增大 图版 , 、 。 此时合子的细胞核内可以看到两个大小相似的核仁 。 合子分裂前期
图版 , 只看到一个核仁 。 雌雄性核仁的融合过程没能观察到 。
合子分裂大约发生在授粉后第 一 天 图版 , 。 图版 , 为二细胞原胚期 。 合子休眠期可
能长达 左右 。
精细胞与次生核的融合 成熟胚囊时期 , 次生核位于反足细胞附近 , 卵器与次生核之间的距离较
远 。 图版 , 犯 显示向次生核移动的精核呈流线形 , 这与移动时减少阻力便于迅速靠近次生核相关 。
而位于次生核附近的精核呈现椭球状 图版 , 可能与它的移动变缓有关 。 图版 ,
、
表明精
核与次生核的核膜接触 , 精核体积膨胀 进而精核贴在次生核的核膜上 图版 , 。 由于精核与次
生核的核膜融合速度较快 , 我们没能追踪到具体融合过程 , 只看到次生核内出现雄性核仁 图版 ,
一 , 即将分裂的初生胚乳核内有时看到一个核仁 图版 , 。 有时仍可看到没有融合的雌雄
性核仁 图版 , 。
初生胚乳核的分裂发生在授粉后 一 左右 , 初生胚乳核几乎没有休眠期 , 很快分裂形成胚
乳游离核 图版 ,
、 。
君子 兰受精过程经历 的时间
在夜间温度为 一 ℃ , 白天温度为 一 ℃的条件下 , 君子兰受精过程各阶段所经历的时间
如下 人工异花授粉 左右花粉萌发 萌发花粉数量增加 花粉管在花柱中经历 可到达子
房 花粉管在子房内生长大约经历 授粉后 一 雌雄性细胞融合 授粉后 一 初生胚
乳核分裂 授粉后的第 一 天 , 合子进行分裂 , 合子休眠期为 一 左右 。
胚珠发育进程的统计比较
君子兰为伞形花序 , 顶生 。 每个花序着花 朵 , 最多可达 余朵 。 一般情况下 , 花蕾开花
的顺序是顶端先开 , 两侧对开 。
君子兰花蕾之间的开放彼此相差 一 。 每朵小花可开放 一 巧 , 整个花序开放时间可延续
左右 。 如果开放时不进行人工异花传粉 , 其花期还可以延长 。
为了了解开花后胚珠发育的进程 , 选择授粉后 个不同时期的切片进行了统计比较 。 从表 可以
看出 , 君子兰授粉后 , 大部分胚珠的发育尚停留在细胞化胚囊初期
、 四核胚囊以及八核胚囊 , 胚
表 授粉后不同时期胚珠发育状况的统计表
切
授粉后时间 胚珠总数
四核胚囊
一
八核胚囊
一
叮
细胞化胚囊初期
叮
成熟胚囊 受精 合子 原胚℃
胚珠败育
八,
口
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
期 申家恒等 君子兰 诚 花粉贮藏寿命和受精过程的研究
珠发育不同步 。 授粉后 , 少数胚珠才开始受精 直到授粉后 仍有少量胚囊受精 , 受精后的
胚珠约占总胚珠的 , 没有受精和败育胚珠约占 , 考虑到胚胎发育过程 中尚有败育的可能 ,
因而君子兰的结籽率大约在 一 。 胚珠发育不 同步 , 胚珠没有受精与胚珠败育是造成君子
兰结籽率较低的内部原因 。
讨论
贮藏花粉的寿命取决于物种本身特性 , 也与贮藏条件有关 。 育种学家利用杂交技术试图培育
出更新的物种类型 , 其中遇到的困难之一就是双亲花期不遇 。 解决的办法之一就是将父本花粉贮
藏 。 贮藏花粉的条件包括温度 、 湿度 、 氧气等因素 , 其中低温条件对花粉寿命的影 响最 为明显
胡适宜 , 。 试验表明 , 利用冰柜 一 ℃的条件贮藏 后的君子兰花粉 , 其结籽率可 达
左右 , 基本可 以满足育种试验要求 。
关于人工异花授粉时机的选择 , 有不同的做法 北京林业大学园林系花卉教研室 , 。 根
据对君子兰开花习性的观察 , 每朵小花在开花的第 天早上花药开裂 一 , 与此同时雌蕊柱
头的乳突细胞向外分泌粘液物质 , 表明柱头 已成熟 , 此时正是收集花粉以及进行人工异花授粉的
最佳时期 。 由于花粉萌发存在集体效应 , 因此所授花粉数量要多一些 。 为确保获得足够的结籽率 ,
通常在开花的第 天上午重复授粉 次 。
君子兰子房内胚珠发育进程存在不 同步性 。 开花后 , 大部分胚珠仍在细胞化胚囊初期 , 直到
开花后两天 , 成熟胚囊数才逐渐增加 。 这种现象造成两个后果 其一 , 由于君子兰 为异株异花传
粉植物 , 在没有异花授粉的条件下 , 胚珠不能完成受精作用 , 每朵花的开放时间可 以延长至 巧
。 其二 , 人工异花授粉条件下 , 由于胚珠发育不同步以及胚珠败育直接影响受精作用 的完成 ,
导致君子兰的结籽率较低 。
合子是植物雌雄配子融合的产物 , 又是下一代抱子体的第一个细胞 , 准确掌握君子兰受精过
程进程以及合子期形成的时间 , 进而为实施物理 、 化学诱导以及利用各种现代育种手段导人外源
基因提供基本依据 。
一 , 一
陈俊愉 , 程绪坷 中国花经 上海 上海文化出版社
叮
一
北京林业大学园林系花卉教研室 花卉学 北京 中国林业出版社 一
一 叮 呵 一
,
胡适宜 被子植物胚胎学 北京 高等教育出版社 一
一 ,
‘
·
盯 一
·
李祖清 中国君子兰 成都 四川科学技术出版社 一
。卜 罗 扭 朋 台
, 一 五
唐佩华
,
在人工培养条件下君子兰 动她 司 雄配子体发育过程 中营养核与生殖细胞动态 —显微缩时电影记录
与一般细胞学观察
,
植物学报 , 巧 一
罗 , ,
罗 一 一
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 艺 学 报 卷
图版说明 图版为
柱头上萌发的花粉粒 , 箭头所示为生殖细胞 , 另一个为营养核 生殖细胞从花粉粒刚刚进人 花粉管
,
营养核在花粉粒
内 。
花粉管中的生殖细胞 花粉管中的生殖细胞处于有丝分裂前期 花粉管中的生殖细胞处于有丝分裂中期 花粉管
内刚刚形成的两个精细胞 两个精细胞逐渐离开 一 两个精细胞之间形态 、 大小相近 一 两个精细胞之间形态
、
大
小差别较大 。
子房内胎座附近花粉管内两个精细胞 巧 分化后的卵器 , 两个助细胞的珠孔端存在丝状器 , 细胞核位于合点端 , 没有
液泡 受精前的成熟胚囊 , 两个助细胞珠孔端的丝状器染色较浅 受精前的成熟胚囊
,
卵细胞高度液泡化 , 卵核位于合点
端 , 其中有一雌性核仁 受精前的成熟胚囊示位于退化反足细胞上部的次生核 , 其内有一大雌性核仁 , 进人一个助细
胞的花粉管释放两个精细胞 位于卵细胞合点端的两个精细胞 。
, 位于卵核一侧的精核 精核与卵核开始融合
,
精核呈透镜形
,
精核在卵核一侧融合
,
精核染色质在卵核
分散的同时出现雄性核仁 ,
,
合子里存在雌
、
雄性核仁 合子分裂前期 。
合子分裂中期相 二细胞原胚期 另一精核向次生核方向移动
位于次生核表面的精核由长流线形变为橄榄形
, 位于次生核表面的精核逐渐呈现球形
,
染色质松散 精核与
次生核融合 一 精核与次生核融合后 出现雄性核仁并逐渐长大 初生胚乳核处于有丝分裂前期相 , 核内有一 大核仁
初生胚乳核处于有丝分裂前期相 , 核内存在一个雄性核仁和一个雌性核仁 初生胚乳核第一次分裂的中期相 初生胚
乳核第一次分裂的末期相 , 形成两个胚乳游离核 。
廿 俪 火
, 罗 , 亡 郎之 姗之主
,
一 俪 一
,
, ’ 叮 , 飞 ,
一 叮 一
, 叮 , 仃
,
丈
, 一 ,
, ,
一 卿 。 仃
卿 叮 ,
尽 一 玲 , 盯
叮 , 叮
叮 叮
·