全 文 ：园 艺 学 报 2007，34(6)：1443—1452
Acta Horticulturae Sinica
辣椒大、小孢子发生与雌、雄配子体发育的研究
申家恒 ，李 伟，杨 虹，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 150080)
摘 要：运用常规石蜡制片技术与光学显微镜技术研究了辣椒 (Capsicum annuum L．)大、小孢子发
生以及雌、雄配子体的发育。结果表明：五枚花药，花药四室，花药壁由表皮、药室内壁、2—3层中层和
腺质异型绒毡层组成。药室外侧绒毡层由初生周缘细胞衍生而来；药室内侧绒毡层由药隔细胞衍生而来，
共同对雄配子体的发育起关键作用。雄蕊中为多孢原，每个药室的横切面为两排小孢子母细胞，经减数分
裂后，胞质分裂为同时型，四分体的排列为四面体型和十字型。成熟花粉具 3个萌发孔 ，为二细胞型花粉。
中央特立胎座 ，多胚珠 ，倒生，单珠被 ，薄珠心，具有珠被绒毡层。胚珠内为单孢原，孢原直接发育为大
孢子母细胞，经减数分裂形成线形四分体 ，合点端倒数第 2个大孢子发育为功能大孢子，经连续三次有丝
分裂发育为七细胞七核的成熟胚囊，雌配子体的发育为蓼型。雄蕊发育早于雌蕊，花蕾开放前，雌、雄蕊
发育趋于同步。开花时 ，散出的花粉落到自身雌蕊柱头上，从而实现 自花授粉受精。讨论了异型绒毡层的
来源 、形态结构特点与雄性不育的相关性。
关键词：辣椒 ；大孢子 ；小孢子；雌配子体；雄配子体；花药壁；异型绒毡层；减数分裂
中图分类号：S 641．3 文献标识码：A 文章编号：0513．353X (2007)06—1443—10
Studies on the M egasporogenesis，M icrosporogenesis and Development of
Female and M ale Gametophyte of Capsicum annuum L．
SHEN Jia—heng ，LI Wei，YANG Hong，DING Jian—ting，and LI Ran—li
(Department ofBiology，Colege ofLife and Environment Science，Harbin Normal University，Harbin 150080，China)
Abstract：This paper studies the megasporogenesis，microsporogenesis and development of female and male
megaspo rogenesis of Capsicum anntltm L．by means of routine paraffin—embedded sectioning technique．The results
are as foHows：Five anthers，four locule．Th e anther wall comprises an epidermis，endothecium，2 or 3 middle lay—
ers and glandular heterotypic tapetum．Towards the outer side the tape tum is derived fmm the primary parietal lay—
er，whereas on the inner side it develops from the ceHs of connective．Both of the two kinds of tapetum contribute
to the development of male gametophyte．Archespo rium in the stamen is multicelular．Th ere are two roWS of micro—
spore mother ceHs on the transverse section of each locule．Meiotic divisions in mi crospore mother ceHs are followed
by simultaneous cytokinesis and result in tetrahedral an d decussate tetrads．Pollen grains are three—porate and two—
celed at mature stage．Free—central placentation and polyovulatus．Th e ovule is anatropous，unitegmic and tenuinu—
celal with the endothelimn．The single archesporial cel functions directly as megaspore mother cel1．The later un—
dergoes meiotic divisions an d develops into linear tetrad．Th e third megaspo re is the functional one which undergoes
three times mi tosis and develops into a mature embryo sac th 7 cels an d 7 nuclei．Embryo sac is of Polygonum
type．Th e development of stamen is earlier than that of pistil，they synchronize before blossom．When blossom，the
dispersed pollen grains arrive at the stigma of its own pistil SO that serf-pollination is completed．Here we discuss
the derivation of heterotypic tapetum，characteristics of its morpha an d structure，and relationship between the tape-
tun and male sterlity． 、
收稿日期：2007—05—14；修回日期：2007—09—07
基金项目：国家自然科学基金项 目 (3880041)
}E—mail：hsdshenjiaheng@yahoo．corn．cn
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园 艺 学 报 34卷
Key words：Capsicum annuum L．；Megaspomgenesis；Micmspomgenesis；Female gametophyte；Male game-
tophyte；Anther wall；Heterotypic tapetum；Meiosis
辣椒 (Capsicum annuum L．)不同品种中存在雄性不育现象，这对其杂种优势利用及杂交技术研
究十分重要。因此国内外学者对雄性不育材料的花粉母细胞减数分裂过程以及雄配子体和花药壁的发
育进行研究 (Davis，1966；吴鹤呜 等，1988；袁志勤和边正午，1989；Johri et a1．，1992；耿三省
等，1994；王述彬 等，2004；刘洪涛 等，2005)，以探讨雄性不育的发生机制。大孢子发生与雌配
子体发育的研究报道极少。本研究室近年来对辣椒胚胎学进行较为全面的研究，本文报道辣椒大、小
孢子发生与雌、雄配子体的发育过程，以期为辣椒生殖生物学、辣椒遗传育种等提供基本资料。
1 材料与方法
以黑龙江省农业科学院园艺分院选育的辣 (甜)椒品种 ‘宇椒 l号’为试材，种植于我系植物
园。2005～2006年，每年 7月中旬至8月上旬 (田问昼夜平均气温为 17～28~C左右)，早晨 8点按花
蕾大小不同分组取材，每组固定 l0个花蕾。卡诺固定液 (无水乙醇：冰醋酸 =3：1)固定4 h后转至
70％乙醇中，冰箱冷藏保存。爱氏苏木精整体染色，常规石蜡法制片，切片厚度为8 m，Olympus
BH-2型显微镜下观察并摄影。
2 结果与分析
2．1 小孢子发生与雄配子体发育
辣椒具有5枚花药，每枚花药有 4个药室，花药发育过程早于雌蕊。当花蕾长约2 mm时，药室
内为小孢子母细胞及其减数分裂时期。同一药室，减数分裂的前期 I基本保持减数分裂的同步性 ，经
历的时间较长，尤其是细线期；中期 I之后，同一药室内逐渐呈现减数分裂的异步性，大约有 2～3
个位相差，到雄配子体发育时又逐步趋向同步化，花药开裂时，成熟的雄配子体均发育为二细胞的花
粉。
2．1．1 小孢子发生
小孢子母细胞时期：从花药的横切面上显示，每个药室内小孢子母细胞呈双列式排列，细胞为多
边形，细胞核大，其内有一核仁，异染色质沿核膜分布，细胞质浓厚，整个小孢子母细胞染色较深
(图版 I，1)，容易与花药壁区分。
减数分裂的前期 I——细线期 ：小孢子母细胞形成后，很快进入减数分裂期，染色质转化为染色
线 (染色体)，在细胞核的范围内缠绕成线团状 (图版 I，2)，此时期停留的时间较长。
减数分裂的前期 I——偶线期：小孢子母细胞在经历细线期之后，由内向外产生胼胝质的细胞
壁，形态逐渐从多边形转变为椭球形，核内同源染色体配对，染色体开始分散 (图版 I，3)。
减数分裂的前期 I——粗线期：配对后的染色体纵向缩短变粗，可以追踪染色体 (二价体)的
首尾 (图版 I，4)。
减数分裂的前期 I——双线期：随着非同源染色体之间的交换，出现交叉现象，可以看到二价体
呈环状形态，染色体在缩短的同时沿核膜分布 (图版 I，5)。
减数分裂的前期 I——终变期：小孢子母细胞的胼胝质壁十分明显，细胞呈椭球状，彼此分离，
明显看到二价体染色体的个体性，并沿核膜分布，此时期是对核内的染色体进行计数的时期 (图版
I，6)。
减数分裂的中期 I：核膜消失，核仁消失，出现纺锤丝，形成纺锤体，染色体逐渐排列至赤道面
形成典型中期相 (图版 I，7)，此时从极面压片可获得分散的染色体图像，是染色体计数最佳时期。
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l448 园 艺 学 报 34卷
小孢子母细胞减数分裂的细线期：小孢子母细胞为两列，均处于细线期。其~I-N的来源于初生周
缘细胞的绒毡层已经开始分化，细胞径向延长，细胞核增大，细胞质浓厚。而内侧来源于药壁细胞的
绒毡层，细胞分化明显，细胞核分裂但是不伴随胞质分裂，形成双核的绒毡层细胞，同时细胞体积径
向延长 (图版 Ⅱ，3)。
小孢子母细胞减数分裂的四分体时期：药室内充满四分体，药室壁的2～3层中层受到挤压而退
化，药室内壁尚未进一步分化。外绒毡层细胞为双核，起源于药隔的内绒毡层细胞体积延伸至最大，
双核，液泡化程度高，两种类型的绒毡层均在原位开始呈现退化迹象 (图版Ⅱ，4)。
单核靠边期花粉时期：药室体积扩展，其内分散着大量单核花粉，两种类型的绒毡层细胞处于退
化状态，体积缩小，细胞核染色加深，处于凋亡后期 (图版 Ⅱ，5)。
成熟花粉时期：花粉体积增加，并大量贮存营养物质，药室扩展，绒毡层细胞在原位凋亡后只留
有少量痕迹，靠近药隔处的药室内壁为 2～3层，药室内壁 “U”型纤维加厚，花粉即将散出 (图版
I1，6)。
辣椒的绒毡层为腺质异型绒毡层，自小孢子母细胞形成至小孢子母细胞减数分裂的结束，绒毡层
均处于发育阶段，直到小孢子四分体时期 ，绒毡层才呈现开始退化的迹象。绒毡层的主要功能是为雄
配子体的发育提供营养等。
2．2 大孢子发生与雌配子体发育
辣椒的子房由2～3个心皮组成，形成特立中央胎座。各室之问由假隔膜组织分开。各室胎座上
着生多胚珠 ，胚珠倒生，薄珠心，单珠被，雌配子体发育为蓼型。
2．2．1 大孢子发生
辣椒的大孢子发生晚于小孢子。
当花蕾长 4～5 mm左右时，特立中央胎座的表皮下细胞平周分裂形成大量胚珠原基，胚珠原基
表皮下方的珠心细胞分化出单孢原 (图版IU，1)，细胞体积明显大于周围的珠心细胞，细胞核大，
具有核仁，此时单珠被原基刚刚形成。胚珠原基径向延长，孢原细胞直接发育为大孢子母细胞 (图
版IU，2)。
随着大孢子母细胞纵向体积的增加，很快进入到减数分裂期。与小孢子母细胞的减数分裂进程相
似，第 1次减数分裂的前期 I经历的时问较长，尤其在细线期阶段。细胞核内的染色质凝聚成为线团
状染色体，这便是细线期 (图版Ⅲ，3)；随着同源染色体配对进入偶线期 (图版Ⅲ，4)；二价体形
成后染色体长度缩短，可以追踪二价体的首尾时，便是粗线期 (图版Ⅲ，5)；二价体的交叉形成，
缩短的二价体形态呈现 0形、V形等，并逐渐沿核膜排列，此时为双线期 (图版IU，6)；终变期
(图版Ⅲ，7)时二价体呈短棒状或球状。
核膜消失后进入前中期 I (图版 Ⅲ，8)，可以识别染色体的个数。典型的中期 I为赤道面观
(图版IU，9)。
后期 1 (图版Ⅲ，10)两组子染色体被拉向两极。
末期 I (图版IU，11)时两子核之问可见成膜体。第一次减数分裂后没有明显的问期 ，二分体
很快进入减数第 2次分裂的前期 I1 (图版Ⅲ，12)，明显的特征为细胞核内的染色质凝聚成为染色
体。
核膜消失后进入前中期I1(图版Ⅲ，13)。图版 (IU，14)为典型中期 Ⅱ图像 ，通常两个纺锤体
呈平行排列。
图版Ⅲ，15为四分体大孢子时期 ，经减数分裂形成线形四分体。四分体内往往是第 3个大孢子
发育为功能大孢子 (图版Ⅲ，16)，其余大孢子退化。
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6期 申家恒等：辣椒大、小孢子发生与雌 、雄配子体发育的研究
2．3 花蕾大小与雌雄配子体发育的相关性
辣椒雄蕊发育早于雌蕊 (表 1)，到开花时雌、雄蕊发育趋于同步，开花散粉时花粉为成熟的二
细胞花粉，胚囊发育成熟，柱头可以接受花粉，雌蕊与雄蕊发育最终达到同步，为辣椒的自花授粉提
供前提。
表 1 花蕾长度与雌雄配子体发育的关系
Table 1 The relationship between the developmental stage of pistil and stamen and the size of the bud
花蕾纵长 雄蕊发育时期
L ongitude i
，
ze
、 ofthe bud (am)⋯ ⋯ ⋯ ‘。 。一
雌蕊发育时期
Stage of pistil
造孢组织；小孢子母细胞 胚珠原基
Sporogenous tissue；microsporocyte Ovular primodium
小孢子母细胞；减数分裂期 胚珠原基；大孢原
Microsporocyte；meiosis Ovular primodium；archesporium
减数分裂期；单核花粉；单核靠边期 大孢原；大孢子母细胞
Meiosis；monokaryotic pollen；monokaryotic side stage microspore Archesporium；megasporocyte
单核花粉；单核靠边期 大孢子母细胞；减数分裂期
Monokaryotic pollen；monokaryotic side stage microspore Megasporocyte；meiosis
单核靠边期；单核花粉分裂期；二细胞花粉前期 减数分裂期；二、四、八核胚囊时期
Monokaryotic side stage microspore；monokaryotic pollen mitosis； Meiosis；two-nucleate
． four-nucleate，and eight．nucleate
prophase of two-celled pollen embryo sac
二细胞花粉前期；二细胞花粉后期 二、四、八核胚囊时期 ；胚囊细胞化初期
Prophase of two-celled pollen；anaphase of two-celled pollen Two—nucleate
， four-nucleate，and elight-nucleate embryo；
early stage of cellularization embryo sac
二细胞花粉后期；成熟花粉 胚囊细胞化；成熟胚囊时期
Anaphaseof two-celled pollen；mature pollen Early stage of cellularization emb ryo sac；mature embryo,sac
3 讨论
3．1 茄科的胚胎学特征
辣椒 (Capsicum annuum L．)与已知的茄科绝大多数物种的胚胎学特征相同 (Davis，1966；Johri
et a1．，1992)。汇总前人和我们的研究结果，茄科胚胎学特征可以总结如下：5枚花药，花药 4室，
花药壁发育为基本型：表皮、药室内壁、中层 2～3层、腺质异型绒毡层；小孢子母细胞减数分裂为
同时型，四分体的排列为四面体型与十字型；成熟花粉为二细胞型，具 3个萌发孑L。子房由2～4个
心皮组成，具假隔膜，中央特立胎座，多胚珠；薄珠心，单珠被，倒生胚珠 ，具珠被绒毡层；大孢子
母细胞减数分裂形成的4个大孢子呈线性排列，合点端的大孢子有可能发育成功能大孢子；胚囊发育
为蓼型；成熟胚囊为七细胞七核，受精前两极核融合成次生核，反足细胞 3个，宿存至受精后。雌雄
蕊同步成熟，白花传粉。生殖细胞在花粉管内分裂成2个精子；珠孑L受精；花粉管进入胚囊时破坏 1
个助细胞；受精作用属于有丝分裂前配子融合类型；胚乳为细胞型；胚胎发育为茄型。
本文提供了辣椒大、小孢子母细胞减数分裂全过程的详细图版，同时指出辣椒中存在异型绒毡层
的结构，这在以往的文献中没有报道。异型绒毡层通常存在于玄参科、爵床科、唇形科、兰科等植物
中 (胡适宜，2005)。花药最明显的特征是药室外侧的绒毡层细胞较小，由初生周缘细胞衍生而来，
药室内侧绒毡层细胞较大，由药隔细胞衍生而来。两种类型绒毡层发育是否正常，直接关系小孢子母
细胞的减数分裂以及雄配子体的发育。
3．2 异型绒毡层与雄性不育
1984年Raghuvanshi和Singh报道 (Johri et a1．，1992)，在辣椒属的9个种中都有很高的雄性不
2 3 4 5 8 1
～ ～ ～ ～ ～ ～
1 2 3 4 6 6 8
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园 艺 学 报 34卷
育现象。败育花粉的形成是源于绒毡层功能失常，中层解体，绒毡层提前退化或绒毡层细胞变得异常
肥大，细胞核扩大，高度液泡化，细胞径向延长，进而导致减数分裂不正常，形成 2核或 4核小孢
子，最终核退化，花粉败育。国内研究者对雄性不育产生的机理基本上分两种：其一认为小孢子母细
胞减数分裂不能正常进行所致，原因是由于绒毡层细胞高度液泡化挤压小孢子母细胞，使其减数分裂
不能正常进行，不能形成正常的小孢子四分体，败育发生在小孢子四分体形成前 (吴鹤鸣 等，
1988；耿三省 等，1994)；其二认为小孢子母细胞减数分裂正常，可以形成小孢子四分体，败育发生
在雄配子体发育时期，自小孢子单核靠边期开始异常，绒毡层细胞径向异常膨大，挤压花粉粒致使小
孢子在形成二细胞花粉之前完全裂解，导致败育 (王述彬 等，2004)。
综上所述，辣椒雄性不育均直接或间接与绒毡层的发育相关，前者是绒毡层细胞异常肥大，挤压
小孢子母细胞，导致小孢子母细胞减数分裂不正常；后者是绒毡层细胞延迟退化，不能及时提供雄配
子体发育所需营养物质等，最终导致花粉败育，因而正确认识两类绒毡层的来源、发育特点、细胞结
构特征对判断雄性不育产生的原因有着至关重要的作用。
References
Davis G L．1966．Systematic embryology of the angiosperms．New York：John Wiley Sons Inc．
Geng San—sheng，Wang Zhi—yuan，Jiang Jian—zhen，Shen Huo—lin．1 994．Cytological studies on microsporogenesis of the male sterile lines of pep—
per．Acta Horticuhurae Sinica，21(2)：165—169 (in Chinese)
耿三省，王志源，蒋健箴，沈火林．1994．辣椒雄性不育系小孢子发生的细胞学观察．园艺学报，21(2)：165—169．
Hu Shi—yi．2005．Reproductive biology of angiosperm s．Beijing：Higher Education Press：106一l33．(in Chinese)
胡适宜．2005．被子植物生殖生物学．北京 ：高等教育出版社：106—133．
Johri B M，Ambegaokar K B，Srivastava P S．1992．Comparative embryology of angiosperm s．Berlin：Springer—Verlag．
Liu Hong—tao，Liu Xin-jun．Xin Hua，Jiang Guo—yong，Liu Jian—ping．2005．Observation on meiosis of microspore mother cel in pepper CMS
maintainer．Journal of Laiyang Agricultural Colege，22(3)：200—203．(in Chinese)
刘洪涛，刘新军，辛 华，姜国勇，刘建萍．2005．辣椒保持系小孢子母细胞减数分裂的初步观察．莱阳农学院学报，22(3)：
200—203．
Wang Shu—bin，Luo Xiang—dong，Dai Liang—fang，Qian Chun—tao，Chen Jin—feng，Liu Jin—bing，Pan Bao—gui．2004．Meiotic observation and male
gametes development in cytoplasmic male sterile of pepper(Capsicum annuum L．)．Acta Horticulturae Sinica，3 1(6)：807—8 t0．(in
Chinese)
王述彬，罗向东，戴亮芳，钱春桃，陈劲枫，刘金兵 ，潘宝贵．2004．辣 (甜)椒细胞质雄性不育系减数分裂和雄配子体发生
过程．园艺学报，3l(6)：807—810．
Wu He—ming．Yu Jian—ming，Zhao Hua—lun，Zhou Han—yang，Lu Wei—zhong． 1988． Cytological observation on the male—sterile and maintainer
lines ofCapswumfrutescens var．1ongrum Bailey．Journal of Jiangsu Agriculture，4(2)：35—38．(in Chinese)
吴鹤鸣，余建明，赵华伦，周邗扬，陆维忠．1988．羊角椒雄性不育系与保持系的细胞学观察．江苏农业学报，4(2)：35—38．
Yuan Zhi—qin，Bian Zheng—WU．1989．Study on the decreased division number of the maternal cell of Capswum polen．Journal of Hebei Agricuhur—
al University，12 (2)：93—98．(in Chinese)
袁志勤，边正午．】989．辣椒花粉母细胞减数分裂过程的观察．河北农业大学学报，12(2)：93—98．
维普资讯 http://www.cqvip.com