全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 27(6)：836—839 2007年 l1月
含笑小孢子的发生、雄配子体的
发育及其系统学意义
敖成齐
(温州大学 生命与环境科学学院，浙江 温州 325027)
摘 要：含笑的花药具4个小孢子囊，花药壁由表皮、药室内壁、3～6层中层和绒毡层组成。绒毡层细胞在发
育后期由单核分裂为 2核，原位解体，为腺质型；小孢子母细胞在减数分裂过程中胞质分裂为同时型，小孢子
四分体为四面体型，也有左右对称型的；成熟花粉为 3细胞型。在前人对含笑小孢子发生和雄配子体发育的
观察描述基础上，丰富了含笑的胚胎学资料，并对其系统学意义进行了探讨。
关键词：含笑 ；小孢子发生；雄配子体；花药壁 ；系统学
中图分类号 ：Q944．4 文献标识码：A 文章编号：1000-3142(2007)06-0836-04
M icrosporogq ，develog mt of maleenesis pmen
gametophyte in Michelia figo and
their systematic significan ce
A0 Cheng-Qi
(School of Li and Environmental Sciences，Wenzhou university，Wenzhou 325027，China)
Abstract：For M ichelia go，there are four microsparangia in the anther whose wall is composed of epidermis，endo—
thecium，3-6 middle layers and a tapetum．The antheral tapetum，consisting of monocyte or binucleated cels，degener-
ated in situ，thus belonging to glandular type．The simultaneous cytokinesis in microspore mother cels leads to tetra—
hedral as well as isobi1atera1(bi1atera1y symmetrica1)tetrads．The mature pollen grains are 3 celed． In the present
study embryological features of M figo were depicted further based on the former relative reports and their systemat—
ic significance was discussed．
Key words；M ichelia go；microsporogenesis；male gametophyte；anther wal；systematics
含笑(Michelia figo)是木兰科(Magnoliaceae)
含笑属(Michelia)的著名观赏树种，在我国已得到
广泛的栽培。含笑树形壮丽、幽雅，花开如笑、浓香
袭人。其木材优良，是良好的家具、建筑用材，在药
用、香料等方面也有较大用途，是具有巨大潜在应用
价值的珍贵植物(明军等，2004)。
植物大小孢子发生和雌雄配子体发育等胚胎学
特征的观察是植物生殖生物学研究的核心内容之
一
，也是制定濒危植物保护策略的主要依据之一。
关于含笑属的胚胎学，国外开展得较早，如 Hayashi
先后报道了 Michelia fuscata的大孢子发生和雌配
子体发育(Hayashi，1964)和含笑的小孢子发生和雄
配子体的发育(Hayashi，1966)，然而国内尚未见这
方面的文献报道。作为含笑胚胎学研究的一部分，
本文先报道含笑的小孢子发生、雄配子体的发育以
及花药壁的发育过程，为含笑的遗传育种积累基础
收稿日期 ：2006-05-08 修回日期 ：2006-10-05
基金项目：温州师范学院引进人才启动基金；浙江省高校青年教师资助计划项 目[Supported byInitial FoundationfortheIntroducedTalents of
Wenzhou Normal Colege；Foundation for Young Teachers in High Schools of Zhejiang Province]
作者简介：敖成齐(1967一)，男 ，安徽和县人 ，副教授 ，博士，主要从事植物分类学和胚胎学研究 。
维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 敖成齐 ：含笑小孢子的发生、雄配子体的发育及其系统学意义 837
性的资料。
1 材料与方法
供试材料取 自温州师范学院校 园。取 自然生长
植株上不同发育阶段的花，分别用 FAA固定并保
存 (取样时间是上午 9：00～l0：00)。制 片时，用 广
西岑溪市松香厂研制的TO型生物制片透明剂代替
二甲苯进行透明，常规石蜡包埋，依不同花期切片厚
度为 6～10 tim；铁矾一苏木精染色，固绿或番红复
染；Olympus BX40F-3型光学显微镜观察、照相。
2 观察结果
含笑花单生于小枝 的叶腋里 ，两性 ，白色 ，花被
6个，2轮，不分化为花瓣和萼片。花药长，花丝短。
雄蕊和心皮多数，螺旋状排列在膨大的花托上。花
的横切面显示雄蕊呈现明显的向心式发育，外围花
药的花粉粒较内侧花药的发育快。外轮雄蕊有退化
趋势(图版 工：1)。
2．1花药壁发育
早期花蕾的花被内最初形成的突起为雄蕊原
基，此时内部细胞无分化，随后，在幼小雄蕊上部将
来形成花药的4个角隅处表皮下分化出 1个孢原细
胞，孢原细胞平周分裂即形成初生壁细胞和初生造
孢细胞。初 生 壁 细胞 平周 分 裂形 成 药 室 内 壁 (1
层)，中层(3～6层)和绒毡层(1层)与表皮共同构成
花药壁(图版工：5)。此时绒毡层细胞在形态上与其
他药壁细胞无明显差异。早期绒毡层细胞为单核，
当小孢子母细胞减数分裂开始时，绒毡层细胞明显
增大，细胞质浓厚，核大并进入有丝分裂状态，经过
前期(图版 工：9一P)、中期(图版 工：9一M)、后期(图版
工：9一A)和末期(图版 工：9-T)形成 2核；绒毡层在
小孢子母细胞时期达到最高度的发育，随着细胞壁
的加厚，退化的绒毡层在原位被吸收，其核与质不进
入药室(图版 工：8)。从绒毡层的发育过程来看，含
笑的绒毡层为腺质型绒毡层。
小孢子母细胞减数分裂开始时，中层细胞即开
始退化。从图版 工：6，7看出，中层是逐步退化的：
在图版 工：6中，有2层中层保留下来，其余退化；而
在图版 I：7中，只有 l层中层被保留下来。四分体
释放时期，药室内壁细胞开始径向延长，先发生于 4
个角隅处，至单核和二核花粉时期，整个药室内壁明
显径向延长，且 出现 加厚 的壁 即形成 纤维层 (图版
工：8)。
2．2小孢子发生及雄配子体发育
初生造孢细胞经数次不定向的分裂后，形成多
角形排列更 紧密 的次生 造孢细胞 (图版 工：5中的
sgc)，次生造孢细胞继续发育，即行使小孢子母细胞
的功能(图版 工：9，箭 号所示 为一个小孢子母细胞 ，
注意此时的花药腔 已显著扩大)。小孢子母细胞在
减数分裂第一次分裂后，产生的 2个子核之间不形
成壁，双核细胞包埋在共同的胼胝质壁中，直到第二
次分裂结束后，在 4个核之间产生壁，所以胞质分裂
为同时型。小孢子四分体主要为四面体形的(图版
工：l2，l3)，也有左右对称型的(图版 工：lO，l1)。胼
胝质壁解体后小孢子四分体互相分离，此时的小孢
子形状很不规则，细胞核相对较大，位于细胞中央，
液泡不明显，其花粉壁呈收缩状态(图版工：14)。很
快细胞变圆，可见明显外壁 (图版 工：l5)，然后进行
有丝分裂。小孢子的有丝分裂为均等分裂，形成圆
球状的生殖细胞，与营养核形状、大小相近(图版 I：
l6)。此生殖细胞在花药壁即将开裂的时候，再分裂
成两个精细胞(精子)(图版 工：l7)。因此，含笑成熟
花粉为 3细胞型的。成熟花药中，除有少数败育的
花粉粒外，多数花粉粒发育正常。
同一花药中不同药室的花粉粒发育有时不同
步，但同一药室内花粉发育基本同步。
3 讨论
Hayashi(1966)可能是最早研究含笑小孢子发
生和雄配子体发育的人。他报道了含笑的孢原细胞
起源于表皮下；花药壁是 由表皮 、纤维化加厚的药室
内壁、2～3层中层和多核的绒毡层组成；小孢子四
分体是交叉成十字形的或两侧对称型的；成熟花粉
粒是 2细胞型的等。Hayashi为含笑的胚胎学研究
积累了宝贵的资料，在当时的研究条件下是十分可
贵的。但应该指出，他除了提供“交叉成十字形的或
两侧对称型的小孢子四分体”的清晰照片，其余的描
述都是局限在手工绘制的图版或文字上，因此很难
让人信服 。
本文首次观察到含笑的花药壁具有 3～6层中
层细胞、四面体型四分体以及典型的3细胞成熟花
粉，是对含笑胚胎学资料的有益补充。“含笑花粉粒
是在 2细胞状态下散发的”(Hayashi，1966)的论断
维普资讯 http://www.cqvip.com
838 广 西 植 物 27卷
图版 I fa。花轴 cap：心皮；sta：雄蕊 ep：表皮 en 药室内壁；ta：绒毡层；Jli：中层；P：前期 M：中期；A 后期；T：束期；Sgc：造孢细胞；
ve~；营养细胞；rec；生殖细胞；sp：精子。1．花顶部横切；2．小孢子母细胞时期的花药横切；3．小孢子四分体时期的花药横切；4．成熟花药横
切；5．造孢细胞(sgc)时期的花药壁是由表皮(印)，药室内壁(en)，3-6层中层(11i)和绒毡层(ta)组成；6．小孢子母细胞时期只剩下2层中层，
其余退化，箭头表示中层正在退化；7．小孢子母细胞减数分裂开始后，只剩下 1层中层，其余退化，箭头表示中层正在退化；8．药室内壁纤维
化成为纤维层I 9．绒毡层细胞有丝分裂的前期(P)中期(M)后期(A)和末期(T)，箭号所示为小孢子母细胞；10，11．左右对称型四分体；12，
13．四面体型四分体；14．剐由四分体释放出来的花粉，花粉壁呈强烈收缩状态；15．单核花粉；16．2细胞花粉；17．3细胞花粉。1-4：标尺一
100肿 ；5-17；标尺=10 btm；1o-13：拥有同一标尺。
PlateI fa floral axis cap：carpel sta stamen；ep epidermis；en：endotheclum；ta：tapetumt mi；n ddle layer~P：Prophase~MjMetaphase；A：
Anaphase；T：Telophase；Sgc,sporogenous cels；Vec：vegetative cel；rec：reproductive cel~sp：sperm ．1．a transection of floral axls~2．a transection
of anther in the stage of raicrosporoc~e；3．a transection of anther in the stage of microspore tetrad 4．a transection of mature anther~5．the anther
wal in sporogenous ceils consists of epidermis(ep)，endothecium (en)，3-6 middle layers(mi)and tapetum(ta)；6．only 2 middle layers are left and the
other middle layers degenerated at mi crosporocytes(the arrow head points to the degenerating middle layer)；7．only I middle layer are left and the
other middle Iayers degenerated at the beginning of meiosis in microsporocytes(the arrow head points to the degenerating middle layer)；8．the endo‘
thecium turns into fibrous layer；9．prophase，metaphase，anaphase and telophase of mitosis in a tapetum cel(the arrow points to a microsporocyte)；
1O一11．isobilateral tetrad；12—13．tetrahedral tetrad；14．a polen grain just released from tetrads with its wall shrunk heavily；15．uninudeated polen
grain；16．2一cell pollen grain；17．3-cei1 pollen grain．1-4：scale bar=100 btm；5—17：scale bar=10 ktm}10-13：shared the same scale bar．
维普资讯 http://www.cqvip.com
6期 敖成齐：含笑小孢子的发生、雄配子体的发育及其系统学意义 839
显然是观察不够全面的结果 。
含笑属原属于木兰属。因花腋生和雌蕊群具柄
这 2个显著的特征，含笑属被从木兰属中分出来
(Dandy，1927)。但越来越多的证据表明，含笑属与
木兰属中的玉兰亚属的亲缘关系密切。如 RFLP、
matK、ndhF序列分析均显示含笑属与玉兰亚属为
单系类群(王亚玲等，2003)，从而暗示着含笑属与木
兰属的不可分。比较含笑和凹叶厚朴的小孢子发生
和雄配子体的发育(王利琳等，2005)，不难发现含笑
与凹叶厚朴存在着一定的差异：含笑的幼小花药壁
有3～6层中层细胞，而凹叶厚朴的幼小花药壁有 2
～ 3层中层细胞；含笑的小孢子四分体有四面体型
的和左右对称型的，虽然据王利琳等(2005)的描述，
凹叶厚朴只有左右对称型的小孢子四分体，但在图
版 I：7中，小孢子四分体应属于四面体型，和本文
的描述应该是一致的。含笑的成熟花粉为 3细胞
型，而凹叶厚朴的成熟花粉为 2细胞型。这些客观
存在的差别应该成为含笑属从木兰属分离出来的一
个佐证。
在木兰科的进化系统中，叶常绿、花顶生、胚珠
多数的木莲属被认为是本科中最原始的类群，而花
腋生、雌蕊群具柄的含笑属为较进化的类群(王亚玲
等，2003)。木兰属胚珠减少到 2枚，但仍保留花顶
生这一原始性状，在进化上应属于上述两个属的中
间类型。从目前报道的木莲属和木兰属的胚胎学资
料来看，成熟花粉都是 2细胞型的(潘跃芝等，2001，
2003；王利琳等，2005；肖德兴等，2004)。在调查过
的2000种被子植物中，有 7O 9／6的种类成熟花粉是 2
细胞型花粉(胡适宜，1982)。Brewbaker(1967)的
研究证实，所有系统发育原始的种成熟花粉都是 2
细胞型的。按照这一观点推断，木莲属和木兰属应
是原始类群，而含笑属具有 3细胞型成熟花粉粒，应
当是属于比较进化的类群。这和当今大多数分类学
家对上述三个属在系统位置上的安排(即木莲属一
木兰属一含笑属)是一致的。
被子植物雄配子体发育中，单核花粉的第一次
核分裂往往高度不均等，导致 1个大的营养核和 1
个小的生殖核(胡适宜，1982)。含笑小孢子核的第
一 次有丝分裂为均等分裂，形成圆球状的生殖细胞，
与营养核形状、大小相近。这种现象李铭等(2000)
在单穗升麻的雄配子体发育中观察到，其在系统发
育中的意义如何还有待于今后进一步研究。
日本林业林产研 究所 Shuichi Noshiro教授提
供 了与本研 究相 关的重要文献 ，谨此致谢 。
参考文献：
胡适宜．1982．被子植物胚胎学[M]．北京：高等教育出版社：
4O。43
Brewbaker J L．1 96 7．The distribution and phylogenetic signif—
cance of binucleate and trinucleate polen grains in the anglo—
sperms[J]．American J Bot，54：1 O69—1 083
Dandy J E．1927．The genera of Magnoliaceae[J]．Kew Bulletin，
7：257— 264
Li M(李铭)，Chen xL(陈晓麟)，You RL(Jr瑞麟)．2000．A
study on the development of the anther and the male gameto—
phyte in Cimicifugas implex Wormsk(单穗升麻的花药和雄配
子体发育)[J]．Acta Sci Nat Univ Pekinensis(北京大学学报
(自然科学版))，36(2)：186—192
Hayashi Y． 1964．The embryology of the family Magnoliaceae
sens．1at．m．Megasporogenesis，female gametophyte and embry—
ology of Magnolia liliflora and Michelia fuscata[J-I．Sci Rep
丁0 ku Univ Ser IV(Bio1)，30：89—98
Hayashi Y．1966．Embryology of the family Magnoliaceae sens．
1at．1V．Microsporogenesis and development of the male gameto—
phyte in Michelia figo Spreng[J]．SciRep Tohoku Univ Ser IV
(Bio1)，32：111—118
Ming J(明军)，Gu WC(顾 万 春)．2004．Research advances on
Michelia in China(中国含笑属植物研究进展)[J-I．J Central
South Fore Univ(中南林学院学报)，24(5)：147—152
Pan YZ(潘跃芝 )，Gong X(龚洵 )，Liang HX(梁汉兴)．2001．
studias on the formation of mi crospores and development of male
gametes in Ma nglietia insignis(濒危植物红花木莲小孢子发生
及雄配子体 发育 的研究)[J-I．Acta Bot Yunnan(云南植物研
究)，23(1)：85—90
Pan YZ(潘跃芝)，Gong X(龚洵)，Liang HX(梁汉兴)．2003．A
study on the embryology of endangered plant Manglietia faro—
matica(濒危植物香木莲的胚胎学研究)[J-I．J Wuhan Bot Res
(武汉植物学研究)，21(1)：1—8
Wang LL(王利琳)，Hu JQ(胡江琴)，Pang JL(庞基良)，et a1．
2005．Studies on the megasporogenesis and microsporogenesis
and the development of their female and ma le gametophyte in
Ma gnolia biloba(凹叶厚朴大小孢子发生和雌雄配子体发育
的研究)[J-I．Acta Biologiae Experimentalis Sin(实验生物学
报)，38(6)：490—500
Wang YL(王亚玲)，Cui TC(崔铁成)，Zhang SZ(张寿洲)．2003．
The studying progress of classification in Magnoliaceae(木兰科
植物系统学研究进展)[J]．J Northwest Fore Univ(西北林学
院学报)，18(2)：22-28
Xiao DX(肖德兴)，Yu ZX(俞志雄)．2004．Anther development
in Sinomanglietia glauca(Magnoliaceae)(华木莲花药的发生发
育)[J-I．J Trop Subtrop Bot(热带亚热带植物学报)，12(4)：
309— 312
维普资讯 http://www.cqvip.com