全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(1)：113— 116 2008年 1月
防风体细胞胚发生和发育的组织学研究
乔 琦 ，肖娅萍1
(1．陕西师范大学 生命科学学院，西安 710062；2．河南科技大学 农学院，河南 洛阳 471000)
摘 要：采用石蜡切片和半薄切片法研究组织培养中防风体细胞胚发生和发育的形态和结构特征 ，以了解体
细胞再生形成胚胎结构的细胞分化和形态发生特征。结果表明 ：(1)胚性细胞 内含有丰富的淀粉体 ，随细胞分
裂和分化逐渐减少；(2)体细胞胚的发生发育经历了类似合子胚的各阶段 ；(3)多细胞原胚形成的分裂方式以
平周分裂为主，并由此表现出有序生长；(4)在体细胞胚迅速发育过程中，不同阶段的体细胞胚始终与周围细
胞存在明显界限；(5)胚柄发育不明显；(6)畸形胚常见，其中连体胚是胚性细胞发生密度过高造成的，而次生
胚则在原来胚的基础上又产生新的胚的发生中心。
关键词：防风；体细胞胚胎 ；解剖结构
中图分类号 ：Q944．4 文献标识码：A 文章编号 ：1000—3142(2008)01—0113-04
Histological study on the somatic embryogenesis
and development of Saposhnikovia divaricata
QIAO Qi1一．XIAO Ya-PingI
(1．College of Life Sciences，Shaanzi Normal University，Xi’an 710062。China；2．Colege of
Agriculture，Henan University of Science and Technology，Luoyang 471000，China)
Abstract：Paraffin slice and semithin section are utilized tO study the characteristics of morphogenesis and anatomica[
structure during the occurrence and development of somatic embryo in tissue culture of Saposhnikovia divaricata．
The results show：(1)there are lots of starch in the embryogenetic cell，and gradualy decreased accompanying the cel
fission and differentiation；(2)the somatic embryogenesis and development experience all the stages of zygote embryo；
(3)the multicellular embryo is developed from periclinal division primarily，and accordantly grows regularly；(4)there
is distinct boundary between the diferent stages of somatic embryo and the cels around；(5)the suspensor isn’t obvi—
OUS；(6)the abnormal joined embryo is caused by the high density of embryonic cels，and the subordinate embryo is
caused by the new occurrence center produced by the original embryo．
Key words：Saposhnikovia divaricata；somatic embryo；anatomy structure
防风(sⅡ 0s^n 愚0 a divaricata)系伞形科植
物，俗称北防风、关防风。药典以根供药用，有发汗、
祛痰、驱风、镇痛的功效，为国家重点保护野生药材
之一(张贵君等，1997)。迄今为止，国内外对防风的
研究多集中在化学成分(肖永庆等，2001)，药用成分
提取鉴定(Emi等，2001)、含量测定(李丽等，2006)
及药理作用(Wang等，1999)等方面。防风生长发
育的研究较少，仅对防风体细胞胚发生发育(慈忠
玲，1999)，大、小孢子发生与雌、雄配子体发育情况
(袁秋红等，2005)作了一定研究。
有关药用植物体细胞胚发生的研究部分学者作
了一些工作，如枸杞(魏琴等，2000)，何首乌(丘奉
收稿Et期：2006—08-25 修回Et期 ：2007-02-27
基金项目：国家“十五”科技攻关项目(2。o1BA7O1A35)~Supported by Key Technologies Research and Development Program of State Tenth Five-Year
Plan Projecf2001BA701A35)]
作者简介：乔琦(1971-)，女 ，河南洛阳人 ，硕士，讲师 ，长期从事植物生物技术研究。
通讯作者(Author for coHespondence，E—mail：yapingxiao@snnu．edu．on)
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同，2ooo)，菊叶薯蓣(何惠英等，2ooo)，罗布麻(魏凌
基等，2000)等。组织培养中发现防风具有体细胞胚
高频发生现象，为原生质体培养、人工种子制作、优
良无性系的繁殖 、植物基 因工程和突变体筛选等提
供了良好的实验体系(崔凯荣等，2000)。本试验对
防风体细胞胚发生发育的组织学进行了研究，以了
解体细胞再生形成胚胎结构的细胞分化和形态发生
特征，并比较此过程与合子胚形态发生的异同，以期
为胚胎发生的研究提供解剖学依据。
1 材料和方法
1．1植物材料
供试防风种子购自陕西省神农种子公司。
1．2方法
1．2．1防风体细胞胚的诱导 取防风种子置 70 酒
精浸泡 30 S，0．1 升汞浸泡 6～8rain，用无菌水冲
洗 5～7遍，接种于水琼脂培养基上。30 d后获得无
菌苗，待苗长至 3～4 cm时，取根、叶柄及幼叶的
0．5～1．5 cm的切段为外植体，接种于诱导愈伤组
织的培养基上获得愈伤组织，20 d后将筛选的呈疏
松颗粒状的胚性愈伤组织转入不同的分化培养基，
诱导体细胞胚的发生，选择已经发育成熟的胚继续
移接于成熟培养基上促进发育成苗。培养条件：培
养室温度(25±1)℃，光照时间 12 h／d，光照强度
40~80 mo1·m ·s～，以上所采用的培养基程序
参见防风的组织培养(乔琦等，2005)。
1．2．2组织学观 察 定期对 培养物进 行形态 学观
察，SonyF717数码相机照相；XTL-Ⅱ体视镜下挑取
不同发育阶段的正常体细胞胚和畸形胚状体，FAA
固定液固定 48 h，梯度酒精系列脱水，常规石蜡法
连续切片，厚度 8 gm，苏木精一伊红染色，中性树胶
封片。以半薄切片定位，采用常规电镜样品的制备
程序处理培养物，EponS12环氧树脂中包埋，普通切
片机切片，厚度 2 gm，PAS染色显示多糖的分布(胡
适宜等，1990)，Olympus BH一2光学显微镜照相。
2 观察结果
植物体细胞胚发生过程依次经过类似受精卵的
胚性细胞、二细胞胚、多细胞原胚 、球形胚、心形胚 、
鱼雷胚、子叶胚等阶段(图版 I：1-6)。胚性细胞的
分裂是不同步的，在同一切片上可看到单个的胚性
细胞N-细胞，四细胞以至多细胞原胚并存的多样
化原胚细胞群体(图版 l：卜2)。胚性细胞最先的细
胞分裂方式 以平周分裂为主，并由此表现 出有序生
长。在体细胞胚迅速发育过程中，不同阶段的体细
胞胚始终与周围细胞存在明显界限，表现在细胞壁
的明显加厚，而且部分相邻细胞处于解体状态，以致
在体细胞胚发生和发育的后期周围会出现较大的间
隙(图版 I：1)。有的体细胞胚具有类似胚柄的结构
(图版 I：3)，有的没有胚柄(图版 I：2)；胚根的进一
步发育比胚芽较晚 畸形胚常见到的连体胚是由于
胚性细胞发生密度过高造成的(图版 I：7)，而次生
胚则在原来胚的基础上又产生新的胚的发生中心，
常见于胚轴部位，甚至形成次生胚链(图版I：8)。
半薄切片的 PAS染色结果显示由根、茎、叶等
部位诱导的胚性愈伤组织中，胚性细胞和非胚性细
胞间有明显区别 。随胚性细胞 的发育 ，细胞壁不断
加厚，细胞核开始偏移，并出现大量淀粉体的积累，
淀粉体沿着细胞壁集中分布(图I：9，11)；非胚性细
胞的组织内仅发现较大的细胞核或一些小液泡，未
见大量的淀粉体(图I：10)，随体细胞胚的进一步分
裂和分化，细胞内淀粉体含量逐渐减少(图版 I：
12)
3 讨论
3．1重演合子胚形态发生的过程
植物体细胞胚的发生过程依次经过类似受精卵
到成熟胚等阶段(图版 I：1-6)，这表明了绝大多数
植物体细胞胚能够重演合子胚形态发生的进程(肖
显华等，1996)。
3．2与合子胚形态发生的不同
3．2．1胚性细胞的后含物 半薄切片结果显示在防
风体细胞胚发生过程中，胚性细胞与非胚性细胞的
显著不同是存在着大量淀粉体的积累(图 I：10
11)。淀粉体的出现是胚性细胞分化和开始发育的
标记，经几次分裂和进一步分化后其内的多糖被利
用降解，含量逐渐减少。由于在胚性细胞内淀粉体
呈现活跃的糖类代谢特征，因此其结构和功能不同
于常见的贮藏淀粉粒。
3．2．2起源 从发生部位看，少量在愈伤组织的内
部发生(图版 I：2)，绝大部分是从靠近表面或者表
面的愈伤组织形成的(图版I：3)。胚性细胞多由愈
伤组织表层或近表层的薄壁细胞分化而来。胚性细
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图版 I 1．胚性愈伤组织 ×400；2．多细胞原胚 ×600；3．球形胚 ×600；4．心形胚 ×800；5．鱼雷胚 ×400；6．子叶胚 ×600；7．不
同阶段的胚连接在一体 ×400；8．下胚轴上形成次生胚 ×600；9．胚性愈伤组织，示胚性细胞和非胚性细胞间的明显区别 ×600；10．
非胚性细胞，示细胞核和小液泡 ×2 400；11．胚性细胞，示大量的淀粉体 X 3 600；12．胚性细胞进一步分裂分化后，示减少的淀粉体 ×
3 600。EC：胚性细胞；NEC：非胚性细胞；s：淀粉粒。
Plate l 1．embryonic calus×400；2．normal muhicelular original stage×600；3．globular stage X 600；4．heart stage X 800；5．
torpedo embryo×400；6．cotyledon stage×600；7．tOO high density of embryos in different stages joined together×400；8．secondary
embryo on the hypocoty[s×GO0；9．embryogener．[c calus，showing the difference between EC and NEC × 600；10．NEC，showing the
nucleus and little vacuole×2 400；11．EC showing abundant starch×3 600；l2．EC after fission and differentiation，showing the decrea—
sing starch ×3 600．EC：embryogenetic cell；NEC：non embryogenetic cell；S：starch grain．
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胞核大，位于细胞中央，细胞质浓厚。未分化的细胞
呈无规则状态，细胞体积大，核小，胞质稀少，具有中
央大液泡，二者有明显区别(图版 I：2-3)。尽管慈
中玲等(1996)建立了防风体细胞胚发生的悬浮培养
体系，但仍发现当单细胞聚集成片时引发胚胎形成
效应。聚集现象是否为胚胎发生提供必须的条件尚
未明确，本实验在固体培养基诱导的胚胎发生体系
仅从石蜡切片上无法确定防风体细胞胚是否是单细
胞起源，经常发现胚性细胞聚集在一起，进行有规律
的分裂活动，以形成多细胞原胚 。推测有两种可能：
一 是由于取材原因，没有观察到单个的胚性细胞；二
是不排除多细胞共同起源的可能性。因此有待于用
同位素脉冲标记实验等技术来确切地验证起源。
3．2．3胚柄、胚乳的有无 在体细胞胚发生早期，胚
柄发育程度有很大差异，防风体细胞胚有的具类似
胚柄的结构(图版 I：3)，有的没有胚柄(图版 I：2)；
此外体细胞胚发育的全过程也没有胚乳的形成。说
明这两种结构在体细胞胚发育中并非起着不可代替
的作用，或者推测离体培养条件与细胞的相互作用
代替了胚柄与胚间以及胚和胚乳间的相互作用。体
细胞胚可通过根端或类似胚柄的结构从外植体或愈
伤组织吸取营养，在适宜条件下长成独立植株。
3．2．4畸形胚的发生 体细胞胚发生 中畸形胚的发
生率远高于合子胚，原因有外在培养条件的影响，特
别是激素的平衡、继代的次数有重要影响外，可能还
与发育过程中没有 明显的胚柄和胚乳等结构有关。
畸形胚常见的连体胚是由于胚发生密度过高造成的
(图版I：7)，而次生胚则在原来胚的基础上又产生
新胚的发生中心，常见于胚轴部位(图版 I：8)，这些
现象在合子胚中很少见，推测连体胚、次生胚发生的
原因是从体细胞脱分化形成愈伤组织后，再转移至
诱导分化胚性细胞时，细胞的状态和启动分裂的先
后不一致，从而存在多样化的原胚细胞群。在某些
条件下，体细胞胚发生是有先后或反复进行的，新的
胚胎发生中心有可能从原胚细胞群中或从胚体中产
生。还有些胚则是胚根发育不良，与胚性愈伤的疏
松程度有一定的相关性。而且发生的先后与培养基
的均匀接触有关。说明离体培养产生的体细胞胚可
能由于培养条件与真正的合子胚发生过程不同，基
因表达和调节不正常，导致畸形胚的发生。
3．3生理隔离
在体细胞胚迅速发育过程中，体细胞胚的各个
发育阶段和周围细胞存在明显界限，表现在发育前
期细胞壁的明显加厚，与周 围组织或细胞形成明显
的界限；在发育后期相邻细胞处于解体状态，以致在
体细胞发生和发育的后期周围会出现较大的缝隙
(图版 I：1-6)，推测体细胞胚周围的解体细胞是程
序性的细胞凋亡过程，以使体细胞胚的发生和发育
处于相对独立状态，有利于胚胎后期的脱落和发育
成苗。但是生理隔离只是相对的，并不意味着体细
胞胚的各阶段与周围组织在生理上完全隔离。因为
体细胞胚发生发育过程中，还要从周围细胞取得营
养、能量和激素等。
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32 广 西 植 物 28卷
种，我们在《津 巴布韦植物志 》网页上查到 B．punc—
tata应是B．galpinii的异名，通过实验结果证明这
两个样品的种子表皮微形态几乎完全吻合。
当然，以种子表面性状评价种子进化程度有待于
种子解剖、生理、萌发与分布机制等有关方面的证实。
但从另一个方面看，一个进化程度低的种子不可能不
对其植株的生长、分布和居群的兴衰、甚至对其它器
官，如花的进化程度产生影响。换言之，种子进化的
机制与其它来源的性状应在一定程度上相关。寻找
到相关性后，从相关性状的发展变化可侧面评价种子
形态的进化类型。种子表面形态在 系统学与分类学
上的意义因不同的分类群而异(鲁迎青等，1991)。因
此，对于羊蹄甲属这个种类繁多的大属，本文对种子
的形态的研究仅是管窥 ，还需要对种子形态更多的认
识从而丰富和完善人们对该植物类群的了解与判别，
探讨该属之间的系统位置与亲缘关系。
衷心感谢所有为本实验收集种子材料的老师和
国际友A-4~]!感谢华南植物园公共实验室胡晓颖高
级工程师协助扫描电镜实验。
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(上接第 116页Continue from page 116)
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