全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(2)：98～104
Journal of Wuhan Botanical Research
三棱栎开花结实习性、小孢子发生及雄配子体发育
曾春霞 ，孙卫邦
(1．中国科学院昆明植物研究所，昆明 650204}2．南京林业大学森林资源与环境学院，南京 210037))
摘 要 ：濒危植物三棱栎(Trigonobalanus doichangensis)株高约 4 m就进入生殖期。不同居群或居群内不同小环境
植株的始花期略有不同，纬度偏北或高海拔地段的植株开花早，低海拔或低纬度分布的植株开花相对较晚，多数植
株的花果期为 lO月至翌年 5月，而居群内其它壳斗科植物的花果期为当年 4～lO月。三棱栎花药具 4个小孢子囊 ，
药壁发育方式为双子叶型；腺质绒毡层，细胞多具二核．，J、孢子母细胞在减数分裂过程中胞质分裂为同时型；小孢
子四分体排列多为四面体形，偶为交叉型；成熟花粉为二细胞型花粉粒。在三棱栎小孢子发生、雄配子体形成及花
药壁发育过程中未见败育或其它异常现象。三棱栎的雄蕊发育过程不存在生殖上的缺陷，不是造成其结实率低的
原因。
关键词：三棱栎；濒危植物；开花结实；小孢子发生；雄配子体发育
中图分类号：Q944．45 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2004)02—0098—07
Blooming and Fruiting Habits，M icrospore Genesis and Development
of M ale Gametes of rfgD忍D 口Z口忍 doichangensis
ZENG Chun—Xia ．SUN W ei—Bang ·。
(1．Kunming Institute of Botany，The Chinese Academy of Sciences，Kunming 650204，Chinal
2．College of Forest Resources and Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China)
Abstract：Trigonobalanus doichangensis may flower when its height is about 4 meters，and the
starting date of blooming is slightly different among populations or population’S micro—climatic
habitants．In general，the plants in the higher altitude and further north latitude may have an ear—
lier starting date of blooming．But the duration of blooming and fruiting is mostly from October
until next M ay，and this phonological character is obviously different in comparing with that of
other fagaceous species within the same populations．Observations on the microspore genesis and
the development of male gametes in T．doichangensis revealed that the anther is 4-sporangiate and
its anther wall formation conforms to the dicotyledonous type．And also the tapetum is of the
glandular type and its most cells are 2一nucleate。and cytokinesis at meiosis of microspore mother
cells iS simultaneous and tetrads are tetrahedral，occasionally decussate．Besides。mature pollen
grains are 2一celled．Therefore。it can be concluded that microspore genesis and development of
male gametes in T．doichangensis are normal，and they are not the factors caused the lower rate of
fructification．
Key words：Trigonobalanus doichangensis；Endangered species；Blooming and fruiting habits：
Ⅳ【icrosporogensis；Development of male gametophyte
三棱栎属是栎属的祖先类群 卜引，在第三纪或 以前分布就十分广泛(可能是整个古北大陆)[4]，有
收稿 日期：2003—06—27，修回日期：2003一10—17。
基金项目：中国科学院知识创新工程方向性项目(KSCX2．SW．104)。
作者简介：曾春霞(198O一)，女，硕士研究生，植物学专业，从事植物引种驯化研究。
通讯作者(Author for correspondence．E．mail：wbsun@mail．kib．ac．cn)。
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第 2期 曾春霞等：三棱栎开花结实习性、小孢子发生及雄配子体发育
着古老的地史。三棱栎(Trigonobalanus doichangen—
sis)是壳 斗科三棱栎属 中惟一 分布在 中国的种
类L1 ]，是现存三棱栎属 3个种中和栎属(Quercus)
关系最近的类群L1 ]，对研究壳斗科植物系统演化及
大陆漂移和环境变迁有较高的价值。三棱栎还是我
国分布区内土著民族喜爱的薪炭树种和制作农用工
具的优 良材料。
三棱栎仅见于我国云南南部及泰国北部等地，
散生于热带、亚热带常绿阔叶林中。由于分布区域狭
窄，植株稀少，又因砍伐森林和毁林开荒，现处于濒
危状态[6]。1984年被国务院环境保护委员会列为国
家重点保护对象 ([84]国环字第 002号文件)，在
1999年 8月 4日国务院批准的《国家重点保护野生
植物名录(第一批)》([993国家林业局、农业部第 4
号令)中也被列为国家二级重点保护种类。自三棱栎
属建立以来[7 ]，国内外学者从不同分支领域对该属
植物的系统演化E1,9-1]和植物区系成分[12]等进行了
较为深入的研究。然而，作为一种珍稀濒危植物仅周
元等E13,14]对三棱栎的种子萌发特性进行了探讨，而
其保护生物学的研究尚未见报道。
生殖生物学是保护生物学研究的重要内容，生
殖的失败是物种濒危的重要内在因素之一[】引。周元
等[】。 ]的研究表明，三棱栎可产生大量的果实，但
其有效结实率(有种胚的果实比率)仅 9．8％。目前
三棱栎的胚胎学研究尚属空白，为了探讨三棱栎结
实率低及其生殖过程与物种濒危的关系，我们研究
了三棱栎的开花结实习性和有性生殖过程中的小孢
子发生及雄配子体发育，现报道研究结果。
1 材料和方法
本研究选取分布于云南沧源、孟连、西盟和澜沧
4个地区的三棱栎作为 4个研究居群。在花果期(9
月至翌年 6月)对 4个居群内三棱栎植株的开花结
实习性进行观察，同时选取不同发育时期的花器官，
用 FAA(50 乙醇 ：冰乙酸 ；甲醛一90：6：4)固
定并保存。常规石蜡切片法制片，厚度为 5～7 m，
铁矾一苏木精染色，橘红G衬染。Olympus BX一51光
学显微镜镜检并拍照。
2 结果与分析
2．1 开花结实习性
三棱栎在株高约 4 m就进入生殖期。三棱栎的
花单性，雌雄同株，雄花多数呈小球状簇生于序轴节
上，蓁荑状花序单生于叶腋或簇生于无叶短枝上，长
8～14 cm，雄花多数，雄蕊 6，花药长 0．75 mm。雌花
1～3朵聚生于序轴各节上，直立的穗状花序单生于
顶端小枝叶腋内，子房明显具 3翅，长 2 mm，3室，
每室含 2枚胚珠。不同居群或居群内不同小环境下
的始花期略有不同，纬度最北、海拔最高 (1 550～
1 730 m)的沧源南滚河国家 自然保护区内的植株开
花最早，低海拔(1 020 m)、低纬度的孟连灯掌寨相
对较晚，但多数植株的花果期为 1O月至翌年 5月。
三棱栎始花期是居群内其它壳斗科植物如刺栲
(Castanopsis hystrix)、杯状栲(C．calathiformis)、短
刺栲(C．echinocarpa)、华南石栎(Lithocarpus fe．es—
tratus)等的果熟期，而三棱栎的果熟期又是其它壳
斗科植物的始花期。因此，三棱栎有较为特殊的开花
结实习性。有关资料[1 ]记载三棱栎瓣裂的壳斗内常
有 1～3个坚果，而我们的观察则发现其瓣裂壳斗内
4个坚果的情况也较普遍，也偶见 7个坚果现象；三
棱栎的坚果多为三棱，同时也发现有四棱的坚果。
2．2 小孢子发生
三棱栎花药具有 4个小孢子囊(图版 I：A)。幼
嫩花药是一团被表皮细胞包围着的分裂旺盛的细
胞。由于花药4个角隅的细胞分裂较快，使花药变为
4裂瓣状。在每一瓣的表皮细胞下分化出孢原细胞，
其体积比其它细胞大，径向延长并有显著的细胞核。
孢原细胞平周分裂，形成初生壁细胞和初生造孢细
胞。初生造孢细胞有丝分裂形成次生造孢细胞：细胞
多边形，细胞排列紧密，其细胞质浓，细胞核大，圆
形，核仁大而显著(图版 I：B)。
次生造孢细胞经过生长发育，细胞体积逐渐增
大，由多边形变为圆球形的小孢子母细胞(图版 I：
C)。小孢子母细胞的形状与周围药壁细胞显著不
同，其体积大，细胞核较大，细胞质浓厚，没有显著的
液泡。接着小孢子母细胞的细胞质浓缩，染色质开始
凝集，进入减数分裂期。其第 1次减数分裂完成后，
细胞质不分裂，形成一个双核细胞而没有二分体时
期(图版 Ⅱ：A)；第 2次减数分裂完成后，四核细胞为
共同的胼胝质包围(图版 I：B)，因此小孢子母细胞
的减数分裂为同时型(simultaneous)。随着细胞板
的逐渐产生，小孢子四分体形成(图版 I：C)。四分体
排列方式为四面体形 (tetrahedral type)(图版 I：
D)，少有交叉形(decussate type)(图版 I：E)。
小孢子母细胞的减数分裂在同一个花药的一个
药室中同步或相差 1～2个时期 ，不同药室之间可相
差 4～6个时期，但同一花药的不同药室之间或同一
药室内，在单核小孢子之后，表现为同步。
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lOO 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
2．3 雄配子体形成
当减数分裂完成后，形成的 4个小孢子被共同
的胼胝质壁包围，而且在各个小孢子之间也都有胼
胝质分隔 (图版 Ⅱ：C)。三棱栎的四分体时期短暂，
最后由于胼胝质的溶解，4个小孢子彼此分离，释放
到充满绒毡层分泌物的药室中。刚从四分体分离出
来 的小孢子仍为四分体时期的形状(图版 I：F)。4
个小孢子细胞壁薄，细胞质紧贴内壁周围。随着细胞
体积的增大，细胞壁增厚，小孢子变成圆球形，萌发
孔也清楚可见(图版 Ⅱ：G)。
三棱栎的小孢子在其发育过程中，细胞核的位
置要经过一系列的变化。刚形成不久的小孢子，原生
质非常浓厚，细胞核位于细胞的中央(图版 Ⅱ：F，G)。
随着小孢子的生长发育，原生质中液泡化加强，位于
细胞的中央，原生质分布于细胞的周边，其细胞核随
着小孢子的液泡化由中央移到距萌发孔最远一端的
原生质中，此时即单核靠边期小孢子(图版 Ⅱ：H，I)。
单核靠边期的小孢子不断积累物质，在贴近细胞壁
的边缘行有丝分裂，形成二核，贴近花粉粒的壁，即
生殖核，另一个为营养核(图版 Ⅱ：J)。接着两核之间
发生细胞质分裂，产生细胞板，进而形成细胞壁，分
隔成 2个细胞。由于分裂的高度不均等性，所形成的
2个细胞大小悬殊，大的为营养细胞，小的为生殖细
胞。以后小孢子内合成作用增强，原生质不断增多，
大液泡逐渐分解成小液泡，两核间的壁开始消失，营
养核也随着原生质的增多由边缘移至中央，生殖细
胞也被包入营养细胞的细胞质中(图版 Ⅱ：K)。至此，
二细胞型的花粉粒发育完毕。在花药散粉之前，生殖
细胞不发生有丝分裂，故成熟花粉为二细胞型花粉
粒。
2．4 花药壁的发育
孢原细胞平周分裂形成初生壁细胞和初生造孢
细胞，初生壁细胞继续进行平周和垂周分裂形成4～
5层同心圆排列的细胞(图版 I：B)。当小孢子母细
胞发育成熟即将进行减数分裂时，药室壁发育完全，
成熟的花药壁从外到内分别为表皮、药室内壁、中层
(1～2层)和绒毡层(图版 I：C)。
在小孢子母细胞形成的过程中，绒毡层细胞体
积逐渐增大，原生质不断增多，细胞核也增大。小孢
子母细胞时期，绒毡层细胞为单核。至小孢子母细胞
减数分裂时期，绒毡层细胞经核分裂成为双核细胞
(图版 I：I)。此时，该层细胞体积与所包围的小孢子
母细胞差不多，细胞核为圆球形或椭圆形，内含多个
核仁，细胞质浓厚，液泡少而小，排列紧密(图版 I：
J)。小孢子母细胞第二次减数分裂结束时，绒毡层细
胞之间开始彼此分离(图版 I：D)；小孢子四分体时
期，绒毡层细胞呈解体的迹象(图版 I：E)；单核小孢
子时期，绒毡层细胞加剧解体(图版 I：F)；随着小孢
子的进一步发育，绒毡层细胞的核逐渐模糊，细胞质
弥散，在原处自溶(图版 I：G)；至二细胞花粉形成
时，仅见其残迹(图版 I：H)。因此，绒毡层属于腺质
型绒毡层。
中层细胞较早消失，在小孢子母细胞时期就变
得扁平(图版 I：C)。减数分裂过程中，逐渐趋于解体
和被吸收(图版 I：D)。在单核小孢子释放阶段 ，中层
细胞几乎全部退化仅剩残迹(图版 I：E)。
药室内壁在造孢组织时期即分化完全(图版 I：
B)。细胞于小孢子母细胞减数分裂时期开始径向延
长。单核小孢子之后，体积明显增大。花粉成熟时，
该层细胞的细胞壁带状纤维加厚。此时，由于囊间的
隔壁细胞解体同侧的 2个小孢子囊相互贯通，花药
壁在原来与隔壁相连的地方形成裂缝，花粉由此散
出(图版 I：H)。
表皮细胞形成时间最早，只有一层细胞。刚形成
时，细胞排列紧密。在花药发育过程中，进行垂周分
裂增加细胞的数目以适应内部组织的迅速增长。自
单核小孢子时期，表皮细胞逐渐扩展成扁长形。花药
成熟时，花药壁只剩下两层：表皮层和药室内壁(图
版 I：H)。
3 讨论
三棱栎属壳斗科植物中的特殊类群，曾被置于
栎 亚 科 (Quercoideae)[8 、水 青 冈亚 科 (Fagoi—
deae)[18]、三 棱 栎 亚 科 (Trigonobalanoideae)E1]。
Nixon等E1]和王萍莉等E 主张把三棱栎属中的3个
种作为 3个独立的单型属处理。目前，壳斗科植物的
胚胎 学研究资 料有 限，仅 Stairs(见 Johri el al，
1992)E193对栎属植物小孢子发生与雄配子体形成进
行过研究。本研究结果表明，三棱栎的小孢子发生及
雄配子体形成的主要特征与Stairs研究的栎属植物
的结果一致；其它特点，如绒毡层细胞最初为单核、
后期经核分裂成为双核细胞、细胞核具有多核仁现
象、四分体的排列方式为四面体形而少有交叉形等
与一般被子植物相同。关于三棱栎小孢子发生与雄
配子形成的特征在壳斗科系统演化上的意义有待深
入研究。
三棱栎植物小孢子母细胞的减数分裂过程与一
般被子植物相同Ezo]。本研究共对 4个居群 400余朵
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第 2期 曾春霞等：三棱栎开花结实习性、小孢子发生及雄配子体发育 101
不同发育时期三棱栎的花进行了观察，在花药壁发
育、小孢子发生以及雄配子体的形成过程中未见败
育或者其它异常现象，三棱栎的雄蕊发育过程不存
在生殖上的缺陷，不是直接造成三棱栎结实率低的
原因。作者在三棱栎小孢子母细胞减数分裂时期观
察到，不同花药或同一花药不同的花药囊中表现出
不同步性。有关小孢子母细胞减数分裂的同步与否，
一 些学者[2卜 曾基于各 自的研究对象和研究结果
提出了不同的观点。笔者认为，小孢子母细胞减数分
裂的不同步性在被子植物中应属普遍现象，三棱栎
小孢子母细胞减数分裂的不同步性不影响其育性，
属正常现象。
植物有性生殖过程的实现，除了大、小孢子发生
发育及雌、雄配子体的形成无异常外，还要保证植物
体的有效传粉、授精及胚的正常发育，而这些过程的
实现和群体分布区的环境生态因子有密切的关系。
一 些学者认为[2引，残存在历史“避难所”中的许多植
物 如 水 杉 (Metasequoia glyptostroboides)、银 杉
(Cathaya argyrophyla)、鹅掌楸(Liriodendron chi—
nensis)等，走向濒危是其原来所处的优越生境中的
群体突发灾难性环境剧变所消灭，而其边缘分布的
群体，被保存下来，这种群体往往处在非适宜的濒危
生境中。三棱栎属在第三纪或以前分布就十分广泛
(可能是整个古北大陆)，现在的分布格局是由于地
质地理和古气候等原因在北美和欧洲灭绝后而形成
的L4]，因此三棱栎作为一个残存在历史“避难所”中
的脆弱物种，目前的生境可能也非适宜生境。气象资
料L26j显示，三棱栎的花果期的当地气温相对较低，
并有较多的降雨，每年 IOb12月盛花时的连续降雨
无疑会对三棱栎的有效授粉造成影响，低温对果实
的发育也会不利。毫无疑问，三棱栎结实率低的原因
有待深入研究，但从其发展过程中的地史灾难[4]、分
布区气候资料，以及其花果期和居群内其它壳斗科
植物的花果期极不一致等事实提示我们，三棱栎生
境中的某些生态因子，可能不是其生殖发育的最佳
因子。
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图版 I：A．花药横切面，示 4个小孢子囊；B．示次生造孢细胞；C．示小孢子母细胞 ，中层细胞开始解体；D．小孢子母细胞减
数分裂时期的绒毡层；E．四分体时期的绒毡层；F．单核小孢子时期的绒毡层；G．单核靠边期小孢子时期的绒毡层；H．花粉
散发时的药室内壁结构；I．双核的绒毡层细胞；J．绒毡层细胞的多核仁现象。A×200；B，E×550；C，H×400；D，F，G，I，J×
l 000
图版 Ⅱ：A．小孢子母细胞减数分裂末期 I；B．小孢子母细胞减数分裂时期 I；C．小孢子四分体形成，外有胼胝质包围；D．四
面体形四分体；E．交叉形四面体；F．刚从四分体散出的小孢子；G．小孢子长大 ，其细胞壁加厚；H．液泡化的单核小孢子 ；I．
单核靠边期小孢子；J．二核花粉粒；K．二细胞花粉粒。A～D，G～K ×1 200；E，F×1 000
Explanation of plates
Plate I：A．A young anther in transverse section(T．S．)with 4 sporangia；B．Secondary sporogenous cells；C．M icrospore
mother cells when the middle layers begin to degenerate；D．Microsporocyte at the meiosis and full developed tapetum；E．Mi．
crospore tetrads when tapetum begins to disintegrate；F．Tapetum at the stage of uninucleate microspore；G．Tapetum at the
stage of vacuolated period of uninucleate microspore；H．The anther wall of the time of the pollen spread；I．The binucleate
cells of tapetum；J．Muhinucleolate characters in tapetal cells．A×200；B，E ×500；C，H×400；D，F，G，I，J×1 000
Plate 1I：A．Microsporocyte at the telophase I of meiosis；B．M icrosporocyte at the telophase II of meiosis；C．Showing the
formation of microspore tetrads surrounded by callose；D．Tetrahedral miscrospore tetrads；E．Decussate mierospore tetrads；
F．Young microspores just released from tetrads；G．Microspore grows and becomes rounded，its wall begins to thicken；H．
vacuolated period of uninucleate microspore；I．Uninucleate microspores；J．Bicellular pollen；K．The mature bieellular pollen
grain．A — D ，G — K × 1 200；E，F × 1 000
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第 2期 曾春霞等 ：三棱栎开花结实习性、小孢子发生及雄配子体发育 103
曾春霞等：图版 I
c
： 一
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■
ZENG Chu"fl—Xia et a1．：Plate I
H
口
-
●
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104 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
曾春霞等：图版 I ZENG Chun—Xia et a1．：Plate I
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