南瓜花粉發(fā)育解剖觀察

張濤　董文才　劉林

摘 要： 為了解南瓜花粉發(fā)育的特點(diǎn)，對(duì)南瓜不同發(fā)育階段的花藥進(jìn)行顯微觀察。結(jié)果表明，（1）南瓜成熟花粉含一個(gè)生殖細(xì)胞和一個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，為二細(xì)胞型花粉。（2）成熟花粉的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞積累大量淀粉粒，故南瓜花粉為淀粉型花粉。（3）生殖細(xì)胞在與花粉壁相連時(shí)期呈凸透鏡形，有細(xì)胞壁，進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部后變?yōu)榍蛐?，花粉成熟時(shí)延伸為紡錘形，細(xì)胞壁消失。（4）花粉壁有大量基粒棒和刺，不具覆蓋層。

關(guān)鍵詞： 南瓜； 花粉； 淀粉； 發(fā)育

科技工作者對(duì)被子植物花粉發(fā)育基本過(guò)程已經(jīng)相當(dāng)清楚，花藥內(nèi)分化出小孢子母細(xì)胞，母細(xì)胞減數(shù)分裂產(chǎn)生四分體小孢子，小孢子進(jìn)行有絲分裂產(chǎn)生一個(gè)生殖細(xì)胞和一個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，生殖細(xì)胞有絲分裂產(chǎn)生兩個(gè)精細(xì)胞[1]。雖然不同被子植物擁有相同的花粉發(fā)育基本途徑，但花粉發(fā)育的一些細(xì)節(jié)因植物種類而有明顯不同，例如，有些植物開(kāi)花時(shí)花粉是二細(xì)胞的，而另一些植物開(kāi)花時(shí)花粉是三細(xì)胞的[2]；成熟花粉所含貯藏物質(zhì)在有些植物中是淀粉粒，另一些植物中是脂滴；生殖細(xì)胞的細(xì)胞壁退化時(shí)期和花粉壁的結(jié)構(gòu)也因植物而異[1]，在很多植物中這些具體細(xì)節(jié)都有待進(jìn)一步研究。

瓜類作物胚胎學(xué)和生殖生物學(xué)已有很多研究[3-13]，但關(guān)于南瓜花粉發(fā)育過(guò)程中貯藏物質(zhì)積累規(guī)律、生殖細(xì)胞形態(tài)變化模式、花粉壁表面紋飾以及成熟花粉發(fā)育水平等還鮮有報(bào)道。為詳細(xì)了解南瓜花粉中淀粉的積累、生殖細(xì)胞的形狀變化、生殖細(xì)胞的細(xì)胞壁發(fā)育、花粉壁的表面結(jié)構(gòu)特征以及成熟花粉是二細(xì)胞還是三細(xì)胞類型，采用塑料制片技術(shù)對(duì)不同發(fā)育時(shí)期的南瓜花粉進(jìn)行研究，為被子植物胚胎學(xué)增添資料，也為南瓜育種工作提供參考。

1 材料與方法

供試材料為“曲阜吊南瓜”（Cucurbita moschata Duoh. ‘Qufudiaonangua）。采集不同發(fā)育時(shí)期的花藥與成熟花粉，用2% 戊二醛和1%四氧化鋨各固定2 h，梯度酒精脫水，環(huán)氧樹(shù)脂包埋，Leica切片機(jī)切片，切片厚度1 μm。切片用甲苯胺藍(lán)和高碘酸 希夫試劑染色，光學(xué)顯微鏡下觀察并照相。

2 結(jié)果與分析

南瓜花藥內(nèi)分化出花粉母細(xì)胞，花粉母細(xì)胞比周圍細(xì)胞大，含液泡（圖版-A，見(jiàn)彩插34版）。之后，液泡變小（圖版-B），減數(shù)分裂開(kāi)始后液泡消失（圖版-C）?；ǚ勰讣?xì)胞減數(shù)分裂伴隨著胼胝質(zhì)壁發(fā)育（圖版-C-E）。相鄰母細(xì)胞之間有直徑1 μm左右的胞質(zhì)通道（圖版-D）。經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂，1個(gè)花粉母細(xì)胞產(chǎn)生4個(gè)小孢子，包藏在共同的胼胝壁中形成四分體（圖版-F-G）。

四分體間的纖維素壁和胼胝質(zhì)壁解體后，小孢子游離于藥室中（圖版-H-I）。小孢子有絲分裂產(chǎn)生1個(gè)小的生殖細(xì)胞和一個(gè)大的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，形成二細(xì)胞花粉。剛產(chǎn)生的生殖細(xì)胞貼著花粉壁，凸透鏡形，含液泡，有細(xì)胞壁（圖版-K-L）。以后生殖細(xì)胞脫離花粉壁進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部，并向營(yíng)養(yǎng)核靠近，變成球形，細(xì)胞壁消失（圖版-M）。隨著花粉發(fā)育成熟，生殖細(xì)胞延伸為梭形（圖版-N-O）。開(kāi)花期，花粉只含1個(gè)生殖細(xì)胞和1個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，為二細(xì)胞型花粉（圖版-N-O）。成熟花粉球形，直徑0.15 mm左右（圖版-N）。

小孢子母細(xì)胞、四分體小孢子和游離小孢子均不含淀粉粒 （圖版-A-J），但小孢子核周圍有大量質(zhì)體（圖版-I）。二細(xì)胞花粉時(shí)期，生殖細(xì)胞不含淀粉粒，而營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞積累大量淀粉粒（圖版-K，M，O），因而南瓜花粉為淀粉質(zhì)花粉。

小孢子時(shí)期，花粉粒已經(jīng)具備完整的花粉壁?；ǚ郾谟赏腹庑院懿畹逆叻鬯赝獗诤屯腹庑暂^強(qiáng)的內(nèi)壁構(gòu)成。外壁有刺，刺與刺之間有大量較細(xì)的基粒棒（圖版-J）。壁表面沒(méi)有覆蓋層。

南瓜雌雄異花，具有聚藥雄蕊，5枚雄蕊花藥聯(lián)合而呈棒狀花藥柱（圖版-P-U），但花絲分3體，4枚花絲兩兩聯(lián)合形成2體，1枚花絲單獨(dú)成為一體?；ńz相對(duì)很短，花藥相對(duì)較長(zhǎng)，發(fā)生3次折疊。

花藥柱長(zhǎng)度和顏色與花粉發(fā)育階段的關(guān)系如表1?；ㄋ幹逃? mm、呈白色或無(wú)色時(shí)（圖版-P），花粉發(fā)育處于花粉母細(xì)胞階段；花藥柱長(zhǎng)1 mm、呈乳白色時(shí)（圖版-Q），花粉發(fā)育處于四分體階段； 花藥柱呈微黃色、長(zhǎng)度3 mm時(shí)（圖版-R），花粉發(fā)育處于游離小孢子階段；花藥柱淺黃色、長(zhǎng)度5 mm時(shí)（圖版-S），花粉發(fā)育處于二細(xì)胞花粉早期，生殖細(xì)胞從貼著花粉壁的位置向營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部轉(zhuǎn)移，有細(xì)胞壁；花藥柱黃色、長(zhǎng)度9 mm時(shí)（圖版-T），花粉發(fā)育處于二細(xì)胞花粉中期，生殖細(xì)胞向營(yíng)養(yǎng)核靠近，細(xì)胞壁消失；花藥柱深黃色、長(zhǎng)17 mm時(shí)（圖版-U），花粉成熟，生殖細(xì)胞呈梭形。

3 討 論

花粉在發(fā)育過(guò)程中積累淀粉和脂類貯藏物質(zhì)，為花粉管萌發(fā)和生長(zhǎng)儲(chǔ)備營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量。南瓜成熟花粉的貯藏物質(zhì)以淀粉為主，屬于淀粉質(zhì)花粉類型。這與另一種瓜類作物西瓜明顯不同，西瓜成熟花粉的貯藏物質(zhì)以脂類物質(zhì)為主[5-6， 14]，屬于脂質(zhì)花粉類型。南瓜與西瓜成熟花粉積累不同形式的貯藏物質(zhì)，表明葫蘆科是淀粉質(zhì)花粉類型植物與脂質(zhì)花粉類型植物的混合群體?？紤]到南瓜成熟花粉粒直徑約150 μm，而西瓜成熟花粉粒直徑約60 μm，相差懸殊，猜測(cè)花粉粒積累貯藏物質(zhì)的類型可能與花粉粒的大小相關(guān)，大型花粉粒傾向于積累淀粉，小型花粉粒傾向于積累脂類物質(zhì)。這種選擇可能與淀粉和脂肪所含能量的差異有關(guān)，相同質(zhì)量的脂類在細(xì)胞內(nèi)氧化所釋放的能量約為淀粉的二倍，小型花粉積累脂類物質(zhì)有利于在較小的空間內(nèi)貯藏較多能量。但要得出準(zhǔn)確的結(jié)論，還需要對(duì)其他瓜類植物的花粉進(jìn)行觀察。

南瓜生殖細(xì)胞產(chǎn)生后貼著花粉壁，呈凸透鏡形，有細(xì)胞壁；進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部以后逐漸變成球形，細(xì)胞壁消失；花粉成熟時(shí)變成紡錘形。南瓜生殖細(xì)胞的這一變化模式與西瓜[5-7， 14]生殖細(xì)胞完全相同，顯示其在瓜類作物中有一定的共性。小孢子有絲分裂產(chǎn)生的大小懸殊的生殖細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞具有不同功能，生殖細(xì)胞未來(lái)產(chǎn)生精子，營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞則為受精的實(shí)現(xiàn)積累必需的物質(zhì)與能量。生殖細(xì)胞一開(kāi)始有細(xì)胞壁，形成與營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞之間的隔離，這有利于兩個(gè)細(xì)胞沿不同的方向分化。當(dāng)生殖細(xì)胞進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞內(nèi)部，兩者分化基本完成，這時(shí)細(xì)胞壁消失有助于兩細(xì)胞密切交流。生殖細(xì)胞不積累貯藏物質(zhì)，需要從營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞獲取供應(yīng)，細(xì)胞壁消失有利于兩細(xì)胞之間的運(yùn)輸。

根據(jù)開(kāi)花時(shí)生殖細(xì)胞是否完成有絲分裂產(chǎn)生2個(gè)精子，可將花粉分為二細(xì)胞花粉和三細(xì)胞花粉2種類型[2]：開(kāi)花時(shí)生殖細(xì)胞不分裂，花粉含2個(gè)生殖細(xì)胞和2個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，這樣的花粉為二細(xì)胞花粉，相應(yīng)地，具二細(xì)胞型花粉的植物為二細(xì)胞花粉植物；開(kāi)花時(shí)生殖細(xì)胞分裂產(chǎn)生2個(gè)精細(xì)胞，這樣的花含有3個(gè)細(xì)胞，為三細(xì)胞花粉，具三細(xì)胞花粉的植物為三細(xì)胞花粉植物。本研究表明，南瓜成熟花粉含有生殖細(xì)胞和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，為二細(xì)胞型花粉，南瓜為二細(xì)胞花粉植物。其他葫蘆科植物，如西瓜[5-6， 14]、甜瓜[11]、苦瓜[2]、羅漢果[15]，也都是二細(xì)胞花粉植物，這顯示二細(xì)胞花粉是葫蘆科植物的共同特征。

花粉壁可分為內(nèi)壁和外壁，內(nèi)壁由多糖成分構(gòu)成，外壁由孢粉素構(gòu)成，孢粉素是脂肪酸、酚和類胡蘿卜素的復(fù)合物。外壁又可分為不連續(xù)的外層和連續(xù)的內(nèi)層，外層變化很大，形成花粉粒網(wǎng)狀、刺狀和疣狀等不同的表面特征[1]。南瓜花粉外壁外層由基粒棒和刺構(gòu)成，賦予花粉刺狀表面特征，這與西瓜花粉不同，西瓜花粉外壁外層由基粒棒和網(wǎng)狀覆蓋層構(gòu)成，沒(méi)有刺，因而花粉表面具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[16]。顯然，葫蘆科植物具有不同的花粉壁結(jié)構(gòu)，花粉壁的結(jié)構(gòu)與花粉粒的大小是否存在聯(lián)系，還需要對(duì)其他瓜類植物花粉進(jìn)行觀察。

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