全 文 ：武汉植物学研究
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水稻 6 7 8 3 细胞胚胎学研究
—不定胚的发生和发育
姚家琳‘ 蔡得田 9
∀
华中农业大学基础部 , 9 华中农业大学农学系 武汉 : ;。。 <∃
提 要 对水稻 6 7 8 3 胚胎发育过程的进一步研究表明 , 水稻 6 7 8 3 中有 9 = 9 > ∀
? : ;:∃
的不定胚发生和发育 。其不定胚起源于胚珠 内的珠心细胞 。不定胚起始细胞启动分裂时 , 胚囊
发育至 9 核或 : 核时期 , ≅ 核胚囊时期 , 胚珠内已形成多细胞不定胚结构 。 随后不定胚细胞不
断分裂并逐渐挤进胚囊 。开花传粉后 , 不定胚利用胚乳提供的营养可以继续发育和分化 。不定
胚可以和合子胚一起发育 ,有时合子胚败育 , 不定胚继续发育并分化 。 讨论了水稻 6 7 8 3 中
不定胚的发生 , 及其发生远早于合子胚的意义 。
关键词 无融合生殖 , 不定胚 , 胚胎发育
在水稻无融合生殖研究中 , 由于二倍性不定胚有可能应用于固定杂种优势 , 因此许多
研究者力图从多苗水稻中筛选具不定胚结构的材料 〔。 。 据报道 , 多胚水稻甲存在由珠心细
胞发育的不定胚比 “〕 , 水稻 Α 8 3 一
中具有低频率的 、 由子房壁细胞发育的不定胚 〔。 。 这些
不定胚的启动分裂 , 发生在胚囊成熟时期 , 在与合子胚的发育竞争中多处于劣势 , 而且频
率极低 ∀
>。& 9>。∃ 。 因此 , 为其进一步研究和利用带来很大困难 。

 
年 , 华中农业大学通过杂交选育 , 结合细胞胚胎学观察 , 筛选出
份新的无融合
生殖水稻材料— 6 7 8 3 “〕。研究已证明 , 它具有未受精胚囊内卵细胞的孤雌生殖和助细胞的无配子生殖特点 〔‘, , 并且存在二倍体无抱子生殖现象〔 〕。 本研究在此基础上 , 试图阐
明 6 7 8 3 另一 种无融合生殖方式— 不定胚的发生和发育 , 为进一步研究利 用水稻6 7 8 3 提供新的理论依据 。

材料与方法
供试材料为华中农业大学试验农场栽培的釉粳杂交后代 6 7 8 3 Β : 代 。 取不同发育
时期的颖花固定于 Β8 8 液中 。常规石蜡切片法制片 , 厚 ≅一
: 拜Χ , 爱氏苏木精整体染色 。
收稿日 %
  !一 < 一< , 修回日 %
  ! 一

一; < 。 第一作者 % 女 = ; ; 岁 , 讲师 ∀硕士 ∃ 。
, 本研究为国家“八六三, 计划资助项目 。
武 汉 植 物 学 研 究 第 巧 卷
Δ Ε ΦΓ Η Ι Α /6 ϑ 型显微镜观察并照相 。
9 结果
9 =
不定胚的发生
共观察胚囊发育过程的子房 :; : 个 , 其中
个胚珠 ∀9 = 9 > ∃在胚囊发育 的不 同时
期 , 具有珠心细胞的异常分裂 。多数异常胚珠中珠心细胞分裂形成的不定胚与胚囊发育同
时进行 。 少数 ∀9 个 ∃胚珠 , 由于珠心细胞的过早分裂形成胚性细胞团 , 抑制了胚囊的正常
发育 。
胚珠 中不定胚的发生时期很早 , 而且发生部位是多方位的 。 有一胚囊发育至 9 核时
期 , 可以请楚地观察到该胚囊内的 9 个核及中央的液泡 ∀图版 + %
, ; ∃ 。在 9 核胚囊的两端
∀珠孔端与合点端 ∃可 以观察到 由珠心细胞启动分裂形成的胚性细胞团 , 其细胞核大 , 细胞
质浓厚, 细胞壁清晰可见 ∀图版 + % 9 , : ∃ , 这 9 个胚性细胞团的起始细胞启动分裂时期可能
很早 。 有些胚珠内 , 不定胚起始细胞的启动分裂在 : 核胚囊时期 , 此时 , 在 : 核胚囊的合点
端部位 , 可以观察到由珠心细胞分裂的 9 个细胞 ∀图版 + % ! , Κ ∃ 。这 9 个细胞与其它珠心细
胞有明显差异 , 其核质比大 , 原生质浓厚 , 细胞 内无液泡 , 细胞体积也较大 , 而且具有胚性
细胞的形态特征 。 另
个胚珠内 , 胚囊已发育至 ≅ 核后期 , 中央细胞的 9 个极核 已移至胚
囊 中间 Λ此时在胚囊的侧方观察到一多细胞不定胚结构 , 该不定胚呈长条状 , 近合点端有
一小段类似胚柄的结构与珠心细胞相连 ,原胚细胞分裂异常活跃 , 胚的伸展方向由合点端
朝向珠孔端∀图版 + % 一  ∃ , 不定胚可能起源于合点端的珠心细胞 。从连续切片观察到 , 不
定胚的一部分细胞已包围了胚囊 。
某些胚珠中 , 不定胚启动分裂的时期和速度早于胚囊的发育进程 。曾观察到胚珠珠孔
端 已形成 数细胞的分生细胞 团 , 细胞结构十分清晰 , 在其下方近合点端 , 有一团着色很深
的 、趋于退化的多核结构 , 可能是退化的胚囊 ∀图版 亚 %  ∃ 。
9 = 9 不定胚的发育
为探明这些提早分裂的不定胚 发育前途 , 我们继续观察开花 后
& ; Μ 的子房 ; 
个 , 其中  个胚珠 ∀9 = ; > ∃的胚囊内观察到合子胚以外附加胚的发育和分化 。这些附加胚
多位于珠孔对侧 , 有时位于珠孔 同侧近胚囊中部 。 胚囊 内具双胚的胚珠占异常胚珠的多
数 , 少数具 ; 胚结构 。
部分胚珠内 , 合子胚败育 , 而胚囊中部的附加胚发育正常 。 在开花后 # Μ 的胚珠中曾
观察到珠孔端的合子胚细胞解体 , 细胞核 、细胞膜消失 , 原生质解体 , 留下一团着色深的退
化物质 。 而胚囊中部近中央部位具有
个球形原胚 , 胚细胞分裂生长很活跃 , 胚体周围有
数个胚乳游离核 ∀图版 + %
一 ; ∃ 。
有些胚珠 内 , 合子胚与附加胚共同发育 。 在开花后
一 ϑ Μ 的胚珠内曾观察到双胚结
构 , 珠孔端为合子胚 , 另外
个胚状结构位于胚囊 内近合点端 。 这 9 个胚均处于正常球形
原胚阶段 , 胚细胞分裂活跃 , 未见退化迹象 ∀图版 # % : & Κ ∃ 。
开花后 ; Μ 的某些胚珠 内可以观察到多胚的分化 。 在
个具双胚的胚珠中 , 观察到已
经分化的 9 个胚状结构 , 而且分化的极性相反 , 9 个胚都不在正常合子胚的位置而处于珠
孔对侧 。 胚状体由两部分组成 , 其形态明显不同于水稻合子胚而呈“蘑菇 ”状 , 在胚状体结
第
期 姚家琳等 % 水稻 6 7 8 3 细胞胚胎学研究—不定胚的发生和发育
构的内部具有 9 个明显活跃的分裂中心 ∀图版 # % , ≅ ∃ 。
对水稻 6 7 8 3 雌配子体形成及胚胎发育过程的连续观察表明 % 供试材料中有不定胚
的发生和发育 , 而且不定胚起始细胞启动分裂时期很早 Λ在胚囊发育进程中 , 某些特化的
珠心细胞分裂形成胚性细胞团 , 以后随着胚珠的进一步发育 , 这些不定胚细胞不断分裂并
逐渐挤进胚囊 Λ开花传粉后 , 不定胚的发育和分化依靠胚乳提供营养 , 但不定胚可能有其
独特的分化方式而呈特殊的形状 。还发现合子胚与不定胚可以同时存在 , 但由于不定胚的
发生时期远早于合子胚 , 在营养和空间上处于优势地位 , 有的可以导致合子胚败育 。
; 讨论
∀#∃ 自然界中 , 不定胚发生在柑桔类植物中是普遍的 。 芒果以了口( Ν 1Ο4 ∋1 ) 1( Μ1 2) ∃ 、紫
尊 ∀6 ∗5 0。 2) 。∋− #4 ) Π ∋) 0 = ∃和梨果仙人掌 ∀ΔΗ − (0 1。 成# 4( 1∃ 等植物都经常形成珠心的不定
胚 〔的 。 3 ) Ν . ) Θ ) ( 指出 , 根据种的不同 , 不定胚的出现可能是 自然的 , 或者需要以成功的传
粉和受精为条件〔的 。 在柑桔类某些 自花不亲和的品种上有珠心胚的形成“ 。〕 , 在蒲桃 ∀Ρ 、 Σ
Ν 4∋ #’) Τ) Χ Υ∗ 、∃中 , 不定胚的产生也不需要受精 〔≅〕。 胡适宜在研究紫尊多胚时曾报道 , 紫粤
不定胚的发生与传粉无直接关 系 , 但不定胚的分化需要胚乳的存在 〔, ‘〕。 已报道的水稻
Α 8 3 一
及多胚水稻中 , 不定胚发生在去雄套袋的子房 内 , 表明其不定胚的发生与传粉受
精无直接关系 〔9 一今〕 。 我们观察到水稻 6 7 8 3 中具有珠心细胞分裂形成的不定胚 Λ 不定胚
的启动分裂在胚囊发育早期 , 不需要传粉受精的刺激 。但比已报道的水稻不定胚的启动时
间有所提前 。
∀9∃ 根据胚囊内观察到的附加胚的位置 、发育时期及形态特征 , 我们判断开花后的胚
珠中 , 合子胚以外的附加胚有可能是由珠心细胞提早分裂形成的不定胚 。
∀;∃ 虽然在 6 7 8 3 中 , 不定胚发生很早与传粉受精无关 , 但其继续发育和分化需要
胚乳提供营养 。 因此 , 胚囊的正常发育与否 , 影响不定胚的发育前途 。 如果胚囊发育受抑
制 , 那 么不定胚发 育到一定阶段 由于营养 匾乏会出现败育 。 多数形成不定 胚 的胚汽
∀6 7 8 3 中∃ , 其胚囊发育是正常的 。 开花传粉后 , 胚囊内的不定胚吸收胚乳的营养可以继
续发育和分化 。 我们在种子萌发试验中曾观察到种子中部出苗的现象〔!〕 , 从形态学上证实
6 7 8 3 中具有发育成熟的不定胚 。
∀:∃ 前人报道水稻中的不定胚 , 因启动分裂时期在胚囊成熟之后 , 或稍早于合子胚 ,
或稍 晚于合子胚 , 因此在竞争中处于劣势 , 最 后能发育分 化的不 定胚频率极 低 ∀# >。一
9>。∃ , 而且在应用中存在如何去除合子胚的难题〔, 一 ‘〕。 本研究证明 6 7 8 3 中 , 不定胚的启
动在胚囊发育初期 。 当合子胚开始分裂时 , 不定胚多已形成数细胞的球形原胚 。 在二者的
发育竞争中 , 由于不定胚的启动分裂远远早于合子胚而具有明显优势 ,竞争的结果有时使
得某些胚珠内合子胚中途败育 Λ而不定胚能够继续发育和分化 , 这是一个很有利用价值的
特点 。 因此水稻 6 7 8 3 中不定胚的发生 、发育不同于其它材料 , 有其独特的优点 。
∀!∃ 起源于珠心或珠被细胞的不定胚 , 是能够重复的无融合生殖的一种类型 。 其二倍
性的体细胞进入生殖阶段 , 能够分裂形成不定胚 , 用它繁殖的后代不会发生分离 , 有可能
利用于固定作物杂种优势 。 因此 , 在水稻 6 7 8 3 丰富的无融合生殖类型中 , 定向选择并逐
步提高不定胚发生的频率 , 可能是其研究和应用中值得探索的一条途径 。
武 汉 植 物 学 研 究 第
! 卷
致谢 承武汉大学孙蒙祥博士鉴定部分切片 , 华中农业大学农学系马平福副教授 、祝虹助理工程师
参加试材栽培的部分工作 , 特致谢意 。
参 考 文 献
袁隆平 = 利用无融合生殖改 良作物的潜力 = 杂交水稻 ,
 ≅ ≅ ∀: ∃ 一
姚家琳 , 孙蒙祥 , 李 和平等 = 多胚水稻 不定胚的起源及胚胎犷 洲 “的异常现象 = 华中农业大学学报 ,
 
,
< ∀; ∃ %
9; ; & 9;
赵炳然 , 邓鸿德 = 黎垣庆 = 水稻双胚苗无融合生殖胚胎学研究初报 = 武汉植物学研究 ,
 9 ,
< ∀; ∃ % 9
; & 9
≅
周开达主编 = 水稻无融合生殖研究= 成都 % 四川科技出版社 ,
 
= 9≅ & ;!
蔡得 田 , 马平福 = 关和新等 = 高频率无融合生殖水稻研究= 华中农业大学学报 ,

,
< ∀; ∃ % # & ;
姚家琳 , 蔡得 田 , 马平福等 = 无融合生殖水稻 6 7 8 3 < <9 的胚胎学研究 = 华中农业大学学报 ,
 : ,
; ∀
: ∃ % ;  &
;: ;
姚家琳 , 蔡得 田 = 马平福等 = 无融合生殖水稻 6 7 8 3 多胚囊现象的观察 = 华中农业大学学报 ,
 ! =
: ∀
∃ % 9Κ 一 9
胡适宜 = 被子植物胚胎学 = 北京 %高等教育出版社 ,
 ≅9 = 99≅ & 9 ;<
3 ) Ν . ) Θ ) ( ς = Ρ Ω Ξ 4 ∋ 1Χ 4 ( 0 ) #Ρ Χ Υ ∋ Ψ ∗ Ν 4 ( 4 5 15 1( Ζ ) 5 4 − #) ∋ Η#) ( 0 5 = Ε ∗ ( Μ ∗ ( % 8 4 ) Μ 4 ( 飞14 Η ∋ 4 5 5 ,
 Κ = ; ! 9
中川昌一 果树原艺原论 = 曾骥等译 = 北京 % 农业出版社 ,
  = 9!

胡适宜 = 紫薯多胚现象的研究
= 胚胎的发育及多胚来源的观察 = 植物学报 =
Κ< , ∀ 9∃ %
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! 9
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Ρ Γ/ 3 Φ Δ Ε Δ ∴ +] 8 Ε Α Π Ι 7 +Ρ Α Δ Ζ 3 +] Ρ 6 7 8 3
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4 ∗ ( 0 1( − 4 Μ Μ 4 Θ 4 #∗ Ξ 1( Ν _ 10 . 0. 4 ( − 0 ∋ 14 ( 0 ∗ ΟΟ4 ∋ 4 Μ ΥΨ 4 ( Μ ∗ 5 Ξ 4 ∋ Χ ) Ο0 4 ∋ Ξ ∗ ##1( ) 0 1∗ ( · Ρ 10. 4 ∋ Μ 1Μ
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5 4 4 Μ = Π . 。 Ξ ∗ 5 5 1Υ #。 。Ξ Ξ #14 ) 0 1∗ ( , 。Ο 。Μ Θ 4 ( 0 101∗ − , 。Χ Υ ∋ Ψ。 , Μ 4 Θ 4 #∗ Ξ 4 Μ 。) ∋一14全0. ) 。 ⊥ ΨΝ ∗ 0 14
4 Χ Υ ∋ Ψ ∗ Μ 1Μ 1( ∋ 14 4 _ 4 ∋ 4 )#5 ∗ Μ 15 4 − 5 5 4 Μ 1( 0. 15 Η) Η 4 ∋ ) 5 _ 4 ##=
α 4 Ψ _ ∗ ∋ Μ 5 8 Ξ ∗ Χ 1Ω 15 , 8 Μ Θ 4 ( 0 101∗ − 5 4 Χ Υ ∋ Ψ ∗ , Ρ Χ Υ ∋ Ψ∗ Μ 4 Θ 4 #∗ Ξ Χ 4 ( 0
第
期 姚家琳等 % 水稻 6 7 8 3 细胞胚胎学研究— 不定胚的发生和发育
图 版 说 明
图 版 +

& : % 同一 个子房的不同切面 =
= 示 9 核胚囊近珠孔端的
个核 ∀ 个∃及部分液泡 ∀ Ω 5∗ ∗ ∃ , 9 = 珠孔端的胚性细胞团
∀ 个∃ ∀Ω 5∗ ∗ ∃ , ; = 示 9 核胚囊近合点端的 # 个核∀ 个∃及部分液泡 ∀ 又 ≅ < < ∃ = : = 合点端的胚性细胞 团 ∀ 个∃ ∀Ω 5∗ ∗ ∃ Λ ! &
Κ % 同一个子房的不 同切面 = ! = 示 : 核胚囊 ∀Ω 5∗ ∗∃ , Κ = 合点端珠心细胞分裂形成的 9 个胚性细胞 ∀个∃∀ 只 ≅ <<∃ Λ &  %
同一个子房的不同切面 = = 示 ≅ 核 胚囊内的
个极核 ∀个∃∀ Ω 5∗ ∗∃ , ≅ = 胚囊侧方的一部分不定胚细胞∀火 ≅。。∃ ,  = 不定
胚 , 合点端有一类似胚柄的结构 ∀个∃〔Ω ≅ ΔΔ∃
图 版 +

& ; % 为同一个子房 =
= 胚囊内的 ; 个胚∀火
Κ ! ∃ , 9 = 胚囊中部的 9 个不 定胚 ∀8 = / ∃∀ Ω ; ;。∃ = ; = 珠孔端的合子胚 ∀] ∃
∀ β ; ; Δ∃ Λ : & Κ % 为同一个子房 = : = 胚囊内败育的合子 胚 ∀ 个∃和发育的不定胚 ∀个个∃∀ Ω
Κ !∃ = ! = ∀个∃部分的放大 , 败
育的合子胚 ∀Ω : 9 <∃ , Κ = ∀ 个个∃部分的放大 , 发育的不定胚∀ Ω : 9 <∃ Λ & ≅ % 为同一个子房 = = 胚囊内 9 个分化的 、极性
相反的不定胚 ∀Ω
Κ! ∃ , ≅ = 其中一个不定胚的放大 , ∀个∃为不定胚的分裂中心 ∀Ω ; ; <∃ Λ  = 珠心细胞分裂形成的多细胞
团 , 其下方为退化的多核结构 ∀个∃∀ 又 ≅ < <∃
Ρ Ω Η#) ( ) 01∗ ( 心Ο Η#) 04 5
Η #) 04 #

& : % Η.∗ 0 ∗ 5 ∗ Ο ∗ ( 4 5 ) Χ 4 ∗ Θ ) ∋ Ψ ) 0 Μ 1ΟΟ4 ∋ 4 ( 0 5 4 4 0 1∗ ( 5 =
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) ( Μ ) Ξ ) ∋ 0 ∗ Ο Θ ) 4 − ∗ #4 1( ) ϑ 一 ( − 4 #4 ) 04 4 Χ Υ ∋ Ψ ∗ 5 ) 4 ∀ β ≅ < < ∃ , : = 8 ( 4 Χ Υ ∋ Ψ ∗ ( 14 4 4 ## ( #) 5 5 ∀ 个∃) 0 0.4 4 ( Μ ∗ Ο 4 .)#) ⊥ ) ∀Ω 5∗ ∗ ∃ Λ
! & Κ % Π _ ∗ 5 4 4 01∗ ( 5 ∗ Ο 5 ) Χ 4 ∗ ( 4 ∗ Θ ) ∋ Ψ = ! = : 一 ( − 4 #4 ) 0 4 4 Χ Υ ∋ Ψ ∗ 5 ) 4 ∀义 ! < < ∃ , Κ = Α.∗ _ 0_ ∗ 4Χ Υ ∋ Ψ ∗ ( 14 4 4##5 ∀个∃ Μ 4 ∋ 1Θ 4 Μ
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