全 文 ：榴 花 学 报 A c ta (沁“ y pi i S ii ne a 1 9 9 4 . 6 ( 2) , 7 4 , ` 7 7
植物激素对棉属种间杂种胚乳细胞超微结构发育的影响
今;仲锦 梁正 兰 中国科学院遗传研究所 , 北京 1 0 0 1 0 1
蒸莲英 徐 伟 中闰科学院生物物理研究所 , 北京 10 1 01
摘 要 本文报道 了法地棉和 亚洲棉 杂文时 , 喷施植物激素 ( G A : , N A A )后 , 对杂
种肛襄: 细胞超微结构发 育的影响 . 观察发现 , ( 1 ) 外源激 素对原胚期的杂种胚乳
细胞 ;发育的影响 不 显著 , 但 明显 地促进 了胚乳细胞 中管状 内质网 的发育 。 (2 )外
源激 食能 明显 涎进 杂种胚乳细胞中 的 内质 网 、 质体和线拉体子细胞器 的发育 , 使
杂 种胚乳细胞保持 有一定的 发育能刀 。 ( 3 ) 外源激素未能促进杂种胚乳细胞中核
糖 体和 多聚核糖体的形成 , 也未能促进液泡和丈泡的发育 , 杂种胚乳 细胞之间仍
故 少胞 间连 丝 , 因此 , 喻施激素后 的杂种胚乳细胞总是没有 自文胚乳 细胞那样旺
盛地分裂与发育 。
关键词 植物激素 , 棉属 , 种间杂种 , 胚乳 细胞 , 超徽结构
在我们 以前的试验中已经证明3[J , 外施适宜的植物激素促进了杂种胚胎的分化与发
育 , 从而对克服棉花种间杂交的不亲和性发生了显著的效果 。 至于植物激素怎样促进胚胎
的发育 , 梁正兰等 ( 1 9 8 2) 的研究揭示阁 , 主要是外源激素促进了胚乳的发育 , 为胚胎的发
育提供了必需的生理条件 。 陆地棉栽培种的初期胚乳发育已有电镜研究报道 .s[ .〕 . 为了探
明外源激素对杂种胚乳细胞超微结构的发育 , 开展了这一试验 .
1 材料与方法
亲本材料为陆地棉 ( G仍 sy P l’u o h沁ut u m , A D : ) 品种科遗 2 号和亚洲棉 ( G . a 汉法陀赵二 ,
A : )品种完紫 , 两亲本均经多年纯化具有典型特征 。 在田间条件下进行杂交 . 母本于开花前
,一天下午去雄并隔离 , 父本花也于同时闭花隔离 。
杂交 组合为科遗 2 号 X 完紫 。 授粉处理 为母本 自交 、 杂交 、 杂交 + G A , 5 0m g / k g +
N A A 32 o m g / k g (从授粉当天开始 , 每天一次 , 交 替喷施 , 各喷 5 次 , 每毫升溶液喷 5 朵
花 ) 。 取样观察次数为授粉后 5 天 、 1 天及 14 天 . 采铃数为母本 自交组及杂交 + 激素组 ,
每次均固定 3 个铃 , 杂交组固定 5个铃 。
胚珠用乙二醇甲基丙烯酸醋 ( GM A )包埋和切片 , 高碘酸 一锡夫和 甲苯胺蓝染色 [’] 。在光
学显微镜观察的基础上 , 另取同样处理的棉铃 , 取出胚珠 , 用 3%戊二醛 (。 . l m ol / L 磷酸缓
冲液 , p H 7 . 2) 固定后 , 在解剖镜下剥去珠被 , 切去合点端部 , 然后经戊二醛一铁酸双固定 .
固定后的材料用同种缓冲液冲洗 3 次 , 经酒精系列脱水 , 再经过两遍环氧丙烷 , 包埋在 E -
oP sn lZ 环氧树脂中 。 用 L K B I 型超薄切片机切片 。 切片经醋酸铀一柠檬酸铅染色 . 用 EJ M
一 l o oc x 电子显微镜观察 、 拍片 .
2 结果与讨论
棉花为 自花授粉植物 , 属核型胚乳 , 开始发育时为游离核状态 , 以后才逐渐从珠孔端
本文收到 日期 : 1 9 9 5一 0 1一 2 8
2期 邱仲锦等 :植物激素对棉属种间杂种胚乳细 胞超微结构发育的影响
向合点端形成胚乳细胞 。 下 面按 自交胚胎发育前期的不 同阶段 , 观察 比较喷施植物激素后
对杂种胚乳细胞发育的效果 。
.2 1 原胚期
授粉后 5天 , 自交胚已发育为 4 ~ 8 个细胞的原胚 。 这时 , 胚乳 已开始细胞化 。
2
.
1
.
1 自交胚乳细胞的形成 : 自交胚乳从胚囊壁周缘向内至 中央液泡正在形成 细胞壁 。
胞质中有 丰富的多聚核糖体 , 活跃的液泡系动态 , 内质 网发达 , 大部分是管状的光滑 内质
网 。 高尔基体发育 良好 . 一般为 6一 8 个醋泡组成 , 且活跃地分泌小泡 (图版 I 一 1 ) 。
2
.
1
.
2 杂种胚乳细胞 的发育及开始衰败 : 喷施和未喷施激素的杂 种胚乳在珠孔端早 已形
成一些胚乳细胞 , 两者都处于不同程度的衰败状态 , 表现 出染色质 开始凝缩 , 细胞质开始
衰解 , 核糖体稀少 , 液泡少且开始变形 , 液泡膜渐趋解体 , 但胞核的结构仍保持完整 , 核仁
和核膜还清晰可见 (图版 I 一 2一 4 ) 。 所不同的是未喷施激素的杂种胚乳细胞 中 , 有的质膜
和细胞壁物质正在解体 , 内质网退化扭 曲呈线团状 , 线粒体等都呈退化状 (图版 I 一 2 、 3 ) ,
而喷施激素的胚乳细胞内有发育较好的管状内质网 , 几乎相互平行分布于胞质中 ( 图版 I
一 5 ) , 这与 自交胚乳细胞壁形成 过程 中出现的 内质网结构相类似 (图版 I 一 6 ) , 只是 自交
胚乳细胞中 , 内质网较为发达 . 这显示 内质 网似乎 与细胞壁形成有关 , N e w co m b 等 在繁缕
胚乳从游离核到细胞状态的变化中曾观察到类似的现象 。 他们认为 内质 网为细胞壁提供纤
维素形成酶川 。
从总体上看 , 外源激素对此时期 的杂种胚乳细胞发育的影响不显著 , 但明显地促进了
细胞中管状内质网的发育 。
.2 2 心形胚期
授粉后 n 夭 , 自交胚的子叶原基 已经分化 。
2
.
2
.
1 自交胚乳细胞的发育 : 根据胚乳细胞在胚囊 中所处的位置不 同 , 大体上形成 了两
种不同的细胞发育状态 。 ( 1) 从胚囊壁周缘向内进一步形 成细胞 。 它们胞质稠密 、 核大 , 胞
壁 已发育完全 , 且胞间连丝密布 。 有的胚乳细胞间开始 出现 间隙 , 有的间隙内存在一些 电
子致密物质 , 这可能是细胞间物 质交换和转运的结果 。 胞质 中的核糖体极为丰富 , 多数都
聚集成花簇状的多聚核糖体 。 线粒体呈圆形或长圆形 , 数量很多 , 内峪发达 。 管状 内质网
散生 。 质体圆形 , 基质致密 , 呈初期发育状态 。 液泡的 自体吞 噬活动十分 活跃 (图版 I 一
7乡。 ( 2) 近胚处的胚乳细胞正处于活跃的功能状态 , 为胚的成长提供养料 。 这类细胞质稀薄
化 、 液泡化 , 胞核变小 , 且被挤到细胞的一边 , 细胞 间隙明显增大 。 胞质中的线粒体数量很
多 , 内峪发达 。 质体进 一步 发育 , 体积增大并开始积累淀粉成造粉质体 , 近胞核或胞壁处
有新的液泡形成 , 这些液泡内有的内含小泡及细 咆质物质 , 是吞噬作用的结果 , 说 明液泡
作为溶酶体的功能是很活跃的 。 此外 , 大 、 小囊泡以单个或成堆状出现 , 它们多数临近新
形成的液泡或胞壁处 (图版 I 一 8 ) 。
2
,
2
.
2 杂种胚乳细胞的衰解 : 自胚囊壁周缘向内迅速衰败 , 近胚囊壁处的细抱因衰 败而
解体最后相互重叠在一起 。 在离胚囊壁较远处 , 即胚附近的胚乳细胞 , 它们虽然也处于衰
败之 中 , 表现为细胞质大片空化 , 胞核失去结构 , 有的解体胞核形状极不规则 , 有 的解体
核物质呈运动态 。 弯 曲的胞壁开始出现局部分解 , 各种细胞器和内含物都呈不同程度解 体
状态 . 但多数细胞 尚具有一定形状 、 大小 , 其中存在一些小泡和 电子致密物 , 它 们多数临
花 棉 花 学 报 6 卷
近胞壁处 , 有的经局部分解的胞壁而迁移到另一个细胞中 (图版 I 一 9 ) 。
2
.
2
,
3 喷施激素的杂种胚乳细胞的发育 : ( 1) 近胚囊周缘的胚乳细胞仍在不断形成 , 但没
有 自交胚乳细胞那样正常发育 。 这种细胞体积小 , 胞壁弯 曲 , 不扩展 , 细胞器不 丰富 , 核糖
体稀少 。 但胞核完整 , 核膜和核仁清晰可见 。 胞质中有发育较好的线粒体 , 圆形 , 具短囊状
的晴 。 此外 , 还有 质体 (图版 I 一 10 ) 。 (2 )近胚处的胚乳细胞具有一定的功能状态 。 胞质 中
的线粒体增大 , 圆形或椭圆形 , 内峪发达 , 有的线粒体呈哑铃状 , 可能正在分裂 。 质体开始
积累淀粉 . 管状内质网纤丝状地分布在胞质中 。 胞壁完整 , 但异常弯曲 . 胞质稀薄化 , 其 中
缺乏液泡和囊泡 ( 图版 I 一 1 1 ) 。 因此 , 外源激素促使杂种胚乳细胞具有 一定 的发育能力 ,
使胞质中的质体 、 线粒体和管状内质网发育较好 .
2
.
3 鱼雷形期
授粉后 14 天 , 自交胚的胚轴迅速生长 , 长度显著增加 , 呈现鱼雷形 .
2
.
3
.
1 自交胚乳细胞旺盛分裂与发育 : ( 1) 从胚囊壁周缘向内形成大量的胚乳细胞并处于
旺盛的分裂之中 , 这 类细胞的形态特征基本上与心形胚期的相似 , 只是胞质中的质体进一
步发育 , 其数量更多 , 有的质体呈长哑铃形 , 可能正在分裂 , 有的质体正在积累淀粉 ( 图版
I 一 1 2 ) 。 ( 2 )近胚处的胚乳细胞源源不断地为胚的迅速生 长输送养料而渐渐呈现 出解体
状 , 这类细胞还保持一定的形状 、 大小 , 胞壁完整 , 但胞质极稀薄 , 其中含有丰富的造粉质
体 . 积累的淀粉粒大而多 , 这些造粉质体 , 有的外膜完整 , 有的外膜破裂 , 释放出内含的淀
粉颗粒 (图版 I 一 13 ) 。
2
.
3
.
2 杂种胚乳细胞的衰解加剧 : 细胞质普遍解体 , 胞壁渐渐消解而断裂 , 胞核局部或大
部解体成不定形团块 , 有的解体核物质呈带状流动 , 各种细胞器和 内含物都已解体 (图版
I 一 1 4 ) 。
2
.
3
.
3 喷施激素的杂种胚乳细胞继续发育 : ( 1) 近胚囊周缘的胚乳细胞虽没有象自交胚乳
细胞那样生长旺盛 , 但仍保持其发育形态 。 完整的胞核中核仁和核膜仍清晰可见 。 管状内
质网散生 (图版 I 一 1 5 ) 。 (2 ) 近胚处的胚乳细胞体积未曾充分扩展 , 胞核完整 , 可见核仁 ,
胞壁也完整 , 但异常弯 曲 。 胞质中存在数量可观的造粉质体 , 积累的淀粉也大而 多 , 多数
造粉质体被消解 , 释放 出内含的淀粉颗粒 , 造粉质体的被消解 , 证明细胞 中水解酶类活性
提高 , 致使贮藏物质分解 , 淀粉粒转化成可溶性糖类 , 为胚的生 长发育提供能量 和原料 。
此外 , 还存在数量较多的线粒体 , 体积较大 , 呈长圆形 , 内峪发达 (图版 I 一 1 6 、 1 7) 。
观察可见 , 喷施植物激素后 , 明显地促进了杂种胚乳细胞中内质网 、 质体和线粒体等
细胞器的发育 。 首先是管状 内质网的发育 , 在喷施激素的杂种胚乳细胞的胞质中存在看一
定数量的管状 内质 网 。 很多分泌脂肪 、 油类物质和香油精的腺细胞中也都存在这种管状内
质网 。 这表明胚乳细胞很可能具有分泌的功能 , 可能合成和分泌某些植物激素 (可能是植
物生长素和赤霉素类等 ) 。 此外 , 是质体的发育 , 质体逐渐积累淀粉成造粉质体 , 为杂种胚
提供代谢的能量和原料 。 与 此同时 , 胞质中线粒体的发育与持续存在 , 为 杂种胚乳细胞的
生命活动提供能量来源 。 这 样 , 杂种胚乳细胞的衰解就大为减轻 , 它总保持有一定的发育
能力 , 从而促进了杂种胚的生长与分化 , 避免了大量夭亡 . 在梁正兰等 ( 1 9 8 2) 的试验中已
经证明川 , 外施适宜的植物激素对克服棉花种间杂交不亲和性具有明显的效果 。 一般都能
提高结铃率 80 %一 10 % , 并使每个铃 中具有发育正常的大胚数达到 1 . 0一 3 . 6 个 。
2 期 邱仲锦等 :植物激素对棉属种间杂种胚乳细胞超微结构发育的影响 7 7
但是 , 喷施激素的杂种胚乳细胞 的胞质中 , 缺少核糖体和多聚核糖体 , 这表 明细胞合
成内源蛋 白质的能力弱 , 造成细胞 自身的生长 、 发育受限制 。 此外 , 胞质中缺少液泡 , 这表
明细胞的溶酶体功能薄弱 。 同时 , 细胞间缺少胞 间连丝 , 这表 明细胞在物质交换和运输机
能上的衰退 。 因此 , 喷施激素的杂种胚乳细胞虽 比不喷施的有明显的发育优势 , 但总是没
有自交胚乳细胞那样旺盛的分裂与发育 , 致使杂种胚必须通过离体培养才能 比较容易地获
得大量 F , 植株 [3〕。
参 考 文 献
孙传渭 , 邱仲 锦等 . 植物激素对促进棉花种间杂种旺胎发育 的效果 . 植物学报 , 1 9 8 3 , 巧 ( 2 ) : 10 5 ~ 1 10
梁正兰 , 孙传渭 . 旺乳发育对棉花种间杂种形成的关健作用 . 遗传学报 , 1 98 2 , 9 ( 6 ) : 4 47 一 4 54
梁正兰 , 孙传渭 . 克服棉花种 间杂交不亲和性及杂种 F : 不育性的试验 . 遗传学报 , 1 9 7 8 , 5 ( 5 ) : 1 71 ~ 18 。
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m e n t o f E n d o s P e r m C e l l o f I n t e r s P e c i f i e H y b r i d i n G os s y P i u m
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d o s p e r m e e l l a t t h e p r o e m b r y o s t a g e
,
b u t t h e d e v e l o p r n e n t o f E R t u b u l e s ir l t h e e n d o s p e r r n e e l l
w a s p r o m o t o d e l e a r ly b y t h e e x o g e n o u s p l y t o h o r m o n e s
、
( 2 )W i t h t h
e in o r e a 、 e o f s p r a y ; n g t im c s
o f e x o g e n o u , p h y t o h o r m o n e s
,
t h e ef f e e t s o n ht e e n d o s p e r m d e v e里c p仇 e : : t w e r e a ls o i n 。: : e a s e d 。
F o r e x a m p le
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t h e d e v e l o p m e n t o f o r g a n e l le s s u e h a s e n d o p la s m i e r e t i: : ,】、 I n 、 , p la s t id a , 、d m i t o -
e h o n d r ia e t e
.
w a s a l l i爪 P r o v e d o b v io u s ly , 5 0 t h a t t h e h y b r id e n d o s P e r m e e ll s k 护P t be t t e r d e v e卜
o p m e n t t h o n t h a t o f t h e n o n 一 s p r a y in g g r o u p . ( 3 ) E x o 只e n o u s p h y 仁。 十、 。 r n l o n e o o u ld n : ,` p 、心 -
m o t e t h e f o r m a t i o n o f r ib o s o lr e a n d p o l y r ib o s o m e o r t h e d e v e lo p m e n t o f v o e u o le a n d
v o s i; ie
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t h e e n d o s P e r m e e l is
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t h o d e v e lo p叮 ze n t o f h y b r i d e n d o s p e r m e e l lo o f p h y t o h 。 : n 、 o n e o p r a y i n g 一 g r 〔 )纽 p
w a s n o 9 0 《〕d t h a l i t h a t o f t h e s e里f e d一 g r o u p ,
K e y w o r d s p h y t o h o t m o n e
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