全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 30(3)：333— 338 2010年 5月
四种石斛兰种胚发育进程研究
李振坚1，于 耀 ，王 雁 ，彭镇华 ，缪 岜 ，亢秀萍
(1．中国林业科学研究院 林业研究所 ，国家林业局林木培育重点实验室，
北京 100091；2．山西农业大学 园艺学院 ，山西 太谷 030801)
摘 要 ：以玫瑰石斛、尖刀唇石斛、短棒石斛 、兜唇石斛种子为材料 ，进行种胚非共生萌发研究，并对其种子形
态和胚的发育进程进行了显微观察。结果表明：处于球形胚阶段的石斛兰种子，种胚吸胀后突破种皮 ，发育至
吸收毛和芽生长点出现后 ，种胚形成原球体 ；种子萌芽后胚尚未成熟 ，只进入心形胚阶段 。呈纺锤形种子的种
皮两端形状不同，一端存在结点，呈弯曲状的尖形 ，另一端种皮呈收拢的圆 口形。4种石斛兰种子，玫瑰石斛
种子最长，为两端狭长的纺锤形 ；兜唇石斛种子最短 ，呈两端稍细的纺锤形 。玫瑰石斛、短棒石斛、尖刀唇石斛
种子胚培养需要 5～10 d萌发 ；兜唇石斛种子和胚皆偏小 ，萌发需要 30 d。石斛兰种胚和种皮吸水膨胀后，种
胚向种皮的一端移动、脱出或种胚撕裂种皮中央后突破而出，形成裸胚 。玫瑰石斛种子撕裂种皮后主要从种
皮中央突破；短棒石斛、尖刀唇石斛、兜唇石斛部分种胚从种皮一端脱出，部分种胚则从中央撑破种皮脱出。
充分膨胀、变绿后萌芽的裸胚，存在极性，顶部芽生长点萌动，下部出现成群散射状吸收毛。
关键词 ：石斛兰 ；胚培养 ；球形胚 ；原球体；吸收毛
中图分类号：Q949 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3l42(2O1O)O3—0333—06
Seed embryo growth course：of four COU s U
species of Dendrobium orchid
LI Zhen-Jian1，YU Yao2，Ⅵ NG Yan1，PENG Zhen-Hua1，
MIAO KunI．KANG Xiu-Pingz
(1．Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation，State Forestry Administration，Research
Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China；2．College
of Horticulture，Shanxi Agriculture University．Taigu 030801。China)
Abstract：Morphological and anatomical microexamination of the embryo development of the seeds of Dendrobium
crepidatum ，Den．heterocarpum ，Den．caillipes and Den．aphyllum were studied．The results showed that the am—
bryo consisted of relatively undifferentiated cells at globular stage．Protocorms were formed after embryo sweling
breaking through the seed coat，forming absorbing hairs and initiating shoot apex from the surface．After the seeds
germinated，the embryos remained immature and stayed at heart-shaped embryo stage．The two ends of the spindly
seed were different，one was oblique and subacute，the other was ova1．The seed volume and germination time were
different in species，and the spindly seed of Den．crepidatum was the longest with sharper points，and the seed mainly
broke through the seed coat from the midst of the seed coat．Den．aphyllum seed was the shortest in length with two
dulish spindly ends，and the seed germination needed the least 30 d which was much longer than the 5—10 d of other
3 species．In general，after full water absorption，the seed showed swelled，and the embryo seemed tO come out from
one end or broke through the midst of the seed coat surface，being a naked embryo．The bud growing point sprouted
from the upper of the bare embryo，and many absorbing hairs grew out at the base after swelling，turning green and
收稿 日期：2009-03-29 修回日期 ：2009—06-05
基金项目：中央级公益性科研院所专项(2060302)；国家林业局“948”项目(2006—4-C07)[Supported by the Spcial Fund for Basic Scientifid Research
of Central Public-interest Scientific lnstitution(206O3O2)；“948’Item of State Forestry Administration of China(2006-4-C07)]
作者简介：李振坚(1974一)，男，山西祁县人，博士。副研究员，从事兰花种质创新与遗传改良研究，(E-mail)zhenjianli@163．com。
334 广 西 植 物 30卷
germinating，and protocorm formed at last．
Key words：Dendrobium orchid；embryo culture；the globular embryo；protocorm；the absorbing hairs
石斛属 (Dendrobium)植 物种类 繁多，为兰科
(Orchidaceae)第二大属，本属植物在全球共计有
1 200多种。在中国云南、广西、海南等省区，石斛
兰野生种质资源丰富(陈心启等，1998)，观赏价值
高。目前已发现的石斛兰种及变种已达 81种(王雁
等 ，2007)。在我国兰科植物中野生原种数仅次于石
豆兰(Bulbophyllum)。兰科植物种子结构简单，自
然界唯有与真菌共生才能萌发，发芽率极低，幼苗生
长缓慢。石斛属植物每个果实含有数万至数十万粒
种子，种子细如粉尘，呈纺锤形，每粒重约 0．3～O．5
g。种子胚呈 细小 的圆形 或椭 圆形 ，为原胚 阶段，
分化不明显，无胚乳，由几十个细胞组成。种子胚内
含有很少的糖和淀粉类养分，绝大部分为脂质和蛋
白质内含物。种子成熟时，种皮细胞质、细胞器消
失，为失去生命力的死细胞，只有一层透明的薄壁细
胞 ，有加厚的环纹。
目前对兰科胚培养的组培条件研究较多，但对
石斛兰甚至兰科植物胚学的研究较少，兰花种子萌
发的解 剖 学 研 究 仅 局 限 于 墨 兰 (Cymbidium
sinense)、蕙兰(C．faberi)、卡特兰(Catleya)、虾脊
兰(C．discolor)等 (王卞琼等，2006；李枝林等，
1995；陈进勇等，1998；丁兰等，2007)；也有关于蝴蝶
兰(Phalaenopsis)种子胚萌发的报道(章玉平等，
2004；郭顺星等，l990)；对石斛属植物胚培养已有一
些研究(李晖，1990；张启香，2005；曾宋君，1998；陈
庭，2005；Men，2003；唐桂香，2005)，但缺乏胚发育
解剖学机理的研究，也尚无胚在显微及亚显微水平
的相关报道。本文通过对 4种石斛兰种子结构、种
胚萌发进程进行显微观察，从胚学水平探讨石斛兰
的萌发机理及发育特性，为石斛兰非共生萌发机制
及应用提供科学依据。
1 材料与方法
1．1材 料
供试材料：玫瑰 石斛 (Dendrobium crepida—
turn)、尖刀唇石斛(Den．heterocarp“ )、短棒石斛
(Den．cailipes)、兜唇石斛 (Den．aphyllum)植株为
野生原种，采自云南，在中国林业科学研究院玻璃连
栋温室栽培 1年 以上，于 2008年春季进行 自交 ，用
同年秋季成熟的蒴果进行试验。
1．2方法
1．2．1显微观察 种子胚培养后 ，在培养过程中，对
播种后的种子以后每 隔 2 d取样一次 ，用扫描电镜
对种胚动态发育进行观察。所取样用载玻片压片后
在 Olympus BX51正置荧光生物显微镜上进行显微
观察 ，所有图的放大倍数 皆为 lOx 2O。
1．2．2扫描电镜观察 种子胚培养后，分别取萌发
中的种胚 ，迅速固定于 3 戊二醛 中，间歇振荡固定
24 h后，用 0．1mol／L pH7．2的 PBS缓冲液冲洗，
再使用 1 锇酸溶液固定 1～2 h，经重蒸水冲洗 3O
min，期间要注意换液 3～4次。冲洗好的材料分别
用 30％、5O 、7O％、8O％、9O 9／6、100 的乙醇梯度
脱水，每级 15～20 rain，最后用 100 乙醇重复2～3
次，保证材料绝对无水。材料脱水后，放人醋酸异戊
酯中置换 30 min或过夜。置换好 的材料经过临界
点干燥后，要尽快用双面胶带粘于样品台上，立即镀
金处理，避免从空气中吸水。喷涂完成后将材料置
于日立 S～570扫描电镜下观察、照相。
2 结果与分析
2．1种子形态特征
供试石斛兰的种子均为黄褐色，呈两端稍尖的
纺锤形，中间有一细小椭圆状的胚(图版I)。胚外层
种皮为一层长形薄壁细胞，细胞透明，无内容物，细胞
壁呈纵横交错的加厚环纹。显微结构观察发现，纺锤
形状的种皮两端不同，一端粘连较细尖，呈弯勾状，另
一 端则为松散的聚拢状，钝圆(图版I：E)，种皮较为松
散的这种结构有利于种胚 的脱出和萌发 。
4种石斛属植物种子 ，从 大到小依次 为玫瑰石
斛、短棒石斛、尖刀唇石斛、兜唇石斛；种胚由大到小
依次为短棒石斛、尖刀唇石斛、玫瑰石斛、兜唇石斛，
短棒石斛与尖刀唇石斛种胚大小一致(表 1)。4种
石斛兰种子宽度基本一致，约 100 1am，种胚宽度差
异也较小，种胚长度差异大。玫瑰石斛种子最长，为
两端狭长的纺锤形，种皮和胚偏小(图版 I：A)；兜
唇石斛种子最短，呈两端稍细的纺锤形(图版 I：
D)。尖刀唇石斛种子较 短 ，约 300,am，种胚长 150
m，种胚和种子长度 比为 50 (图版 I：B)。兜唇
3期 李振坚等：四种石斛兰种胚发育进程研究 335
A
图版 I 四种石斛属植物种子显微结构(fOX20) A．玫瑰石斛；
B．尖刀唇石斛；C．短棒石斛；D．兜唇石斛；E．石斛兰种皮显微观察。
Plate I Seed microstructure of four species of Dendrobium orchid A．Den．crepidⅡrum；B．DP ．herPrDfnrP“m
C．Den．caillipe；D．Den．aphyllum；E．Seed coat of Dendrobium orchid microexamination
表 1 石斛兰种子与种胚的形态指标
Table 1 Seed and embryo shape indexes in Dendrobium orchid
石斛种皮和胚皆偏小，种子长 200-~300 m，种胚长
约 100 pm。
2．2种胚吸胀与萌发进程
石斛兰种子在培养基上易萌发，接种到培养基
后开始吸水膨胀，种胚和种皮不断胀大，颜色由黄褐
色变为淡黄色(图版Ⅱ：1A，3A)。2～3 d时种子就已
明显膨胀，5 d时玫瑰石斛有种胚突出种皮形成裸胚，
7～lO d时玫瑰石斛 、尖刀唇石斛 、兜唇石斛种胚大量
萌发形成裸胚(图版Ⅱ)。兜唇石斛发育则 明显滞后 ，
直到 30 d时，种胚才脱出种皮，萌发出来。
胚培养试验发现种胚萌发比较容易。种胚萌发
后经过 5～7 d膨胀，由长椭圆形转变为圆形。伴随
种胚膨胀，种皮也有一定程度扩张，呈纺锤形或瓜芽
形。在种胚膨胀发育中，胚细胞有叶绿体形成，胚本
体颜色先变成黄色、淡绿色，后细胞团转变为绿色
(图版Ⅱ：1A-1C)。部分种胚吸水后迅速膨胀，在尚
未分化变绿前就突破种皮，形成裸胚后变绿(图版Ⅱ：
3B)；部分种胚在种皮内形成叶绿体，然后才突破种皮
(图版Ⅱ：3D)。种胚发育进程还观察到，在种皮内就分
化变绿的种胚，其分化速率比种皮内未变绿的种胚
快，应与叶绿体光合作用有关。
胚培养首先是种皮和胚开始吸水膨胀，后随着种
子和胚相对大小不同，出现种皮撕裂或向种皮的一端
移动，最后脱出种皮外 ，形成裸胚。石斛兰种皮由一
层细胞构成，在种胚膨胀的压力和种皮张力作用下，
整个种皮形成圆锥形或瓜芽形，一端张开呈喇叭口
状。种胚和种皮在培养基中膨胀，种胚膨胀下种皮弹
性大则种皮一端打开种胚脱出，否则种胚撑破种皮。
部分种胚突破种皮时，从种皮的中央撑破种皮脱出，
种皮中间撕裂一道缝，或整个种皮被撑成碎片状。
336 广 西 植 物 3O卷
种胚脱 出方式 与种 子、种 胚相对大小 、形状有
关。玫瑰石斛种子为狭纺锤形，主要为撕裂种皮后
从种皮 中间突破 (图版 Ⅱ：1B)。种胚相对小 ，在种
皮中有移动的空间，种皮一端张开从种皮中脱出。
短棒石斛部分种胚从种皮一端脱出，部分种胚则撑
破种皮脱 出(图版 lI：3B，3C)。在尖刀唇石斛和兜
唇石斛 中也能 同时观察 到类 似现象 (图版 Ⅱ：2A，
2B)。
图版 Ⅱ 4种石斛属植物种子吸胀 、变绿 、萌发的过程(10×20) 1A．玫瑰石斛种子吸胀(z d)；1B．玫瑰石斛呈淡绿色种胚突
破种皮(5 d)；lC．玫瑰石斛绿色胚撑破种皮从中央脱出(8 d)；1D．玫瑰石斛撕裂种皮形成裸胚(10 d)；2A．尖刀唇石斛淡绿色种胚从种皮
一 端脱出(7 d)；2B．尖刀唇石斛脱出时种皮部分裂开(1O d)；3A．短棒石斛种子吸胀后种皮和胚膨胀(3 d)；3B．短棒石斛种胚从种皮中问
撑破种皮突破时尚未变绿(8 d)；3C．短棒石斛变绿后种胚从种皮一端脱出(10 d)；3D．短棒石斛种皮撕裂状(15 d)；4A．兜唇石斛种胚膨
大，种皮一端撑开(30 d)；4B．兜唇石斛胚脱出(30 d)。
Plate II The seeds of four Species of Dendrobium orchid 1A．Sweled Den．crepidutum seed(2 d)；IB．Light green embryo
breaking through seed coat in Den．crepidatum(5 d)；1C．Green embryo breaking through seed COat in Den．crepidatum(8 d)；1D．Embryo
breaking through seed COat，being a bare embryo in Den．crepidatum(10 d)：2A．Light green embryo breaking through seed COat from one end
in Den．heterocarpum(7 d)；2B．breaking though midst of seed coat in Den．heterocarpum(1O d)；3A．Sweled seed and embryo(3 d)in Den．
caillipe；3B．Embryo breaking through midst of seed coat，then turning green in Den．caillipe(8 d)；3C．Embryo turning green，then break—
ing through seed coat(10 d)in Den．caillipe；3D．Bare embryo and seed coat(15 d)in D．caillipe；4A．Embryo swelling and breaking through
seed coat from one end(30 d)in Den．aphylum：4B．Embryo breaking through seed coat(a0 d)in D．aphyllum．
2．3原球体形成过程
种胚在突破种皮形成裸胚后不断生长分化，种
胚两端出现极性，顶端细胞不断分裂突起生成芽生
长点，后半部自胚内出现群体散射状吸收毛(图版
Ili)。芽生长点一端颜色深绿，细胞较密，吸收毛一
端色浅或有褐色，细胞较稀。吸收毛附近的细胞分
裂速度慢，顶端细胞急剧分裂，细胞密度大，颜色深。
分化吸收毛的一端首先脱出种皮，常造成吸收毛一
3期 李振坚等：四种石斛兰种胚发育进程研究 337
端粘连撕裂 的种皮 (图版 1]I：E)。种胚 未突破种皮
前膨胀过程中，种胚顺着吸收毛的方向向种皮一端
移动 ，突破种皮时吸收毛端先突破 ，芽生长点端顺势
脱出(图版 Ⅲ：A)。
尖刀唇石斛在胚培养 45 d时，整个胚体下部出
现群体散射状吸收毛，此时胚略呈椭圆形，芽生长点
图版 Ⅲ 扫描电镜下种胚的萌发 A．尖刀唇石斛胚下部长出吸收毛(45 d)；B．短棒石斛原球体两端分化出的芽生长点和吸收毛
(47 d)；C．玫瑰石斛深绿色的芽生长点；D．兜唇石斛原球体 (50 d)；E．带残留种皮尖刀唇石斛种胚萌发出吸收毛；F．短棒石斛吸收毛伸
出胚外；G．兜唇石斛脱掉种皮并有芽生长点出现；H．短棒石斛芽生长点；I．玫瑰石斛种胚分裂形成愈伤组织。
Plate Il Seed embryo germination observed under scanning electron microscope A．Embryo growing absorbing hairs at one
end(45 d)in Den．heterocarpum；B．Protocorm being shoot apex and absorbing hairs at two ends in Den．caillipes(47 )；C．Deep green shoot
apex in D．crepidatum；D．．Protocorm in Den．aphyllum(5O d)；E．Embryo developing absorbing hairs with residual seed coat in Del1．het—
erocarpum ；F．Absorbing hairs growing outside of embryo in Den．caillipe；G．Shoot apex breaking through seed coat and coming out in Den．
aphyllum：H．Shoot apex in Den．caillipe；1．Embryo turning tO callus in Den．crepidatum．
尚未明显分裂形成(图版Ⅲ：A)。短棒石斛则在 47
d时出现了吸收毛和明显突出的芽体(图版Ⅲ：B)。
在胚的分化和发育中，形状、颜色相应变化，玫瑰石
斛胚发育形成的原球体，芽生长点明显分裂、伸长
(图版Ⅲ：C)，整个芽体转为深绿，吸收毛一端颜色
变浅，整个胚发育进入心形胚阶段，原胚发育成原球
体此时尚无明显的胚芽、胚根形成，未进人鱼雷胚阶
段形成成熟的胚 。进入心形胚 阶段后 ，出现 了吸收
毛和芽生长点，原胚发育成了原球体。兜唇石斛的
心形胚向芽生长点一端延伸成尖状，另一端着生若
干吸收毛(图版Ⅲ：D)。在芽顶尖处呈现出深绿色，
分裂分化最旺盛。种皮已被撑裂呈碎片状，同时吸
收毛自胚伸长突出。试验对心形胚进行扫描电镜显
微观察，发现吸收毛是从胚内部细胞向外发育而成，
并非胚表皮细胞分裂形成(图版Ⅲ：F)；芽体的发育
则是表皮细胞不断分裂和伸长形成，圆形的原球体
338 广 西 植 物 30卷
经过不断分裂伸长形成心形、长锥形(图版 Ⅲ：G，
H)。吸收毛附近的细胞分裂速度慢，色浅，细胞较
稀。芽生长点处的顶端细胞分裂最旺盛，细胞密度
大，呈现出深绿色。试验发现，玫瑰石斛部分胚发育
形成吸收毛和芽生长点，后分化形象横幼嫩植株；部
分直接分化形成幼嫩植株，部分脱分化成细胞增生
状，形成愈伤组织(图版Ⅲ：I)，后由愈伤组织再分化
形成根茎。
3 结论与讨论
兰科植物的胚培养，具有遗传保守性，在兰花的
栽培和育种中有特殊的地位，兰花野生原种的种性
保持和延续主要依靠种内自交后的播种繁殖。在国
兰的播种繁殖中，其致密坚硬的种皮制约着种子的
萌发。而石斛兰等洋兰的种皮薄而疏松，种胚容易
吸水膨胀突破种皮，种子容易萌发。本文的种子结
构和胚培养试验也证明了种子播种后胚膨胀、变绿、
萌发比较快。
种子接种到培养基 2～3 d后吸水膨胀，经过 5
～ 7 d，种胚由长椭圆形转变为近圆形，开始突出种
皮，7～10 d时，种胚大量萌发形成裸胚。石斛在胚
培养 45~47 d时，裸胚顶端细胞不断分裂突起生成
芽生长点，下半部 自胚内出现群体散射状吸收毛。
石斛兰种子成熟后胚处于球形原胚阶段，无胚根、胚
芽、胚轴的分化。在种子萌发后，吸收毛从胚里面分
裂突出，另一端出现成群散射状吸收毛。胚的顶端
细胞分裂分化形成芽生长点，进人心形胚阶段。在
成熟种子胚培养过程中，球形胚经过种胚吸胀，突破
种皮萌芽，原球体形成 ，发育至心形胚 。
芽生长点处的顶端细胞急剧分裂，细胞密度大，
颜色深，吸收毛附近的细胞分裂速度慢。试验发现，
兜唇石斛的种子在 4种石斛兰中最小，其胚萌发晚
于其它 3种，其发育滞后是否由于胚体积小或与种
胚成熟度相关，还需继续研究。同时试验发现种皮
的变绿和脱出并无固定模式或顺序，而与种子的结
构和吸胀程度有关。膨胀后的种胚有极性存在，胚
的两端也存在差异，胚从种皮固定一端脱出，分化吸
收毛部位先脱出，芽生长点在后 。但极性 出现时问
是在种子胚膨胀时或是萌发后，尚需验证。
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