南瓜花粉發(fā)育過(guò)程中絨氈層細(xì)胞的變化

張濤 劉林

摘 要： 為了解南瓜花粉發(fā)育過(guò)程中絨氈層的變化，對(duì)不同發(fā)育階段的南瓜絨氈層進(jìn)行觀察。結(jié)果表明，南瓜絨氈層細(xì)胞在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂前呈四邊形；隨著花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂開(kāi)始，絨氈層細(xì)胞向花粉囊方向伸長(zhǎng)；當(dāng)減數(shù)分裂完成后，絨氈層的細(xì)胞壁解體，細(xì)胞膨大并向藥室內(nèi)凸起；當(dāng)花粉發(fā)育進(jìn)入二細(xì)胞時(shí)期，少數(shù)絨氈層細(xì)胞退化，多數(shù)絨氈層細(xì)胞分化出大量造油體，造油體積累大量脂滴；當(dāng)花粉發(fā)育進(jìn)入二細(xì)胞晚期，絨氈層細(xì)胞完全解體。絨氈層細(xì)胞在原位解體，屬于腺質(zhì)絨氈層。關(guān)鍵詞： 南瓜； 花藥壁； 絨氈層； 細(xì)胞Dynamics of Tapetal Cells during Pollen Development in PumpkinZHANG Tao1， LIU Lin2（1. Feichengzhen Junior Middle School， Feixian， Shandong 273400， China； 2. Institute of Modern Chinese Traditional Medicine， Linyi University， Linyi， Shandong276005， China）Abstract： In order to understand the dynamics of tapetal cells during pollen development in pumpkin，anthers at various developmental stages were investigated. Tapetal cells were quadrilateral before pollen mother cells began meiosis. As pollen mother cells began meiosis，tapetal cells elongated dramatically. After meiosis of pollen mother cells，cell walls of tapetum began degeneration，and tapetal cells enlarged unevenly，resulting in a curved surface. As pollen developed into 2-celled stage，a few tapetal cells degenerated quickly，while the long lived tapetal cells contained a large quantity of elaioplasts，which produced numerous lipid droplets. Tapetal cells were completely disappeared when pollen developed into late 2-celled stage. Since tapetal cells degenerated in situ，pumpkin tapetum belonged to glandular type.Key words： Pumpkin； Anther wall； Tapetum； Cell

被子植物雄配子體發(fā)育在花粉囊內(nèi)進(jìn)行，花粉囊由花藥壁包圍而成，花藥壁對(duì)雄配體發(fā)育和成熟花粉的散發(fā)具有重要作用。花藥壁由表皮、藥室內(nèi)壁、中層和絨氈層構(gòu)成，各層細(xì)胞在雄配子體發(fā)育過(guò)程中發(fā)生一系列特異性變化，如藥室內(nèi)壁細(xì)胞形成帶狀次生壁，絨氈層細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞壁降解、細(xì)胞退化以及貯藏物質(zhì)積累[1-2]。

在花藥壁的各細(xì)胞層中，絨氈層對(duì)花粉發(fā)育所起的作用最受關(guān)注，它為配子體發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)和適宜微環(huán)境，參與對(duì)雄配子體發(fā)育的調(diào)控[3-6]。絨氈層細(xì)胞的退化時(shí)期和貯藏物質(zhì)的積累對(duì)確保雄配子體正常發(fā)育至關(guān)重要，絨氈層細(xì)胞退化時(shí)間提前或延遲都可能導(dǎo)致雄性不育[7-8]，所以絨氈層細(xì)胞退化和貯藏物質(zhì)積累仍然是胚胎學(xué)和生殖生物學(xué)研究的重要內(nèi)容[4-5，9]。盡管很多植物的絨氈層細(xì)胞退化解體時(shí)期及所積累貯藏物質(zhì)的類(lèi)型已有研究，但仍然有大量植物其絨氈層細(xì)胞活動(dòng)特點(diǎn)和積累貯藏物質(zhì)的方式并不清楚。南瓜是常見(jiàn)瓜類(lèi)作物，該植物絨氈層細(xì)胞的退化特點(diǎn)和貯藏物質(zhì)的積累形式還鮮有報(bào)道，因此，我們采用塑料制片技術(shù)對(duì)南瓜絨氈層細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞解體時(shí)期和細(xì)胞內(nèi)貯藏物質(zhì)進(jìn)行顯微觀察，為認(rèn)識(shí)南瓜絨氈層在雄配子體發(fā)育中的作用提供基礎(chǔ)資料，并為南瓜育種工作提供參考。

1 材料與方法

供試南瓜為‘曲阜吊南瓜（Cucurbita moschata Duoh.‘Qufudiaonangua），常規(guī)方法種植。采集不同發(fā)育時(shí)期的花藥，切成小于1 mm3的小塊，用2% 戊二醛和1% 四氧化鋨各固定2 h，梯度乙醇脫水，環(huán)氧樹(shù)脂包埋，Leica切片機(jī)切片，切片厚度1 μm。切片經(jīng)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

南瓜花藥具2個(gè)花粉囊（圖版-A，B），花粉囊是花粉發(fā)育的場(chǎng)所。2個(gè)花粉囊之間由藥隔組織分隔，藥隔組織由薄壁細(xì)胞組成（圖版-B）?；ǚ勰矣苫ㄋ幈诎鼑桑ㄋ幈诎鄬蛹?xì)胞，最外是1層細(xì)胞的表皮，向內(nèi)依次為1層細(xì)胞的藥室內(nèi)壁，2~3層細(xì)胞的中層，和1~2層細(xì)胞的絨氈層（圖版-C）。

絨氈層細(xì)胞隨著花粉發(fā)育進(jìn)展而發(fā)生一系列相應(yīng)變化。在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂前，絨氈層細(xì)胞基本呈四邊形，細(xì)胞縱向和橫向長(zhǎng)度比約為1︰1（圖版-C）。在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂開(kāi)始后，絨氈層細(xì)胞向藥室內(nèi)伸長(zhǎng)，而橫向變化不大（圖版-D，E）。當(dāng)減數(shù)分裂進(jìn)行到四分體時(shí)期，絨氈層細(xì)胞縱向伸長(zhǎng)明顯（圖版-F，G）。隨著減數(shù)分裂完成，絨氈層的細(xì)胞壁解體，細(xì)胞壁解體首先發(fā)生在面對(duì)藥室的一面，而后縱向壁解體，結(jié)果細(xì)胞變成了主要由質(zhì)膜包圍的原生質(zhì)體，原生質(zhì)體向藥室方向膨脹，呈現(xiàn)出圓滑凸面（圖版-H，I）。在小孢子完成有絲分裂形成二細(xì)胞花粉時(shí)，少部分絨氈層細(xì)胞解體，而大部分細(xì)胞進(jìn)一步膨大（圖版-J）。二細(xì)胞花粉中期，絨氈層細(xì)胞分化出大量直徑2~4 μm的造油體，含有大量脂滴，造油體主要位于細(xì)胞靠近藥室的一端（圖版-K，L）。花粉成熟時(shí)，絨氈層完全消失（圖版-M）。絨氈層細(xì)胞在原位解體，不產(chǎn)生周原質(zhì)團(tuán)。顯然，絨氈層細(xì)胞壽命不同，少數(shù)細(xì)胞壽命較短，在小孢子完成有絲分裂形成二細(xì)胞花粉時(shí)解體，壽命較長(zhǎng)的細(xì)胞在二細(xì)胞花粉中期分化出油體，二細(xì)胞后期絨氈層細(xì)胞全部解體。

花藥維管束周?chē)谋”诩?xì)胞積累大量淀粉粒。淀粉積累從花粉母細(xì)胞時(shí)期開(kāi)始（圖版-A，N），一直持續(xù)到花粉成熟（圖版-O）。

3 討 論

南瓜絨氈層有些細(xì)胞在小孢子完成有絲分裂時(shí)退化解體，大部分細(xì)胞生存到二細(xì)胞花粉早期至中期，這與西瓜[10-11]絨氈層非常相似。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂期間，絨氈層起著簡(jiǎn)單地運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)到藥室的作用；小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂完成后，絨氈層細(xì)胞分泌胼胝質(zhì)酶降解胼胝質(zhì)壁，四分體小孢子得到釋放；小孢子游離后，絨氈層細(xì)胞在花粉壁的形成上起重要作用，提供構(gòu)成孢粉素的外壁物質(zhì)以及外壁上的附屬物如花粉鞘和含油層；絨氈層細(xì)胞完全降解后的降解物也可以作為花粉合成核酸、淀粉、脂類(lèi)貯藏物質(zhì)的原料。南瓜絨氈層中，壽命短的細(xì)胞經(jīng)歷小孢子母細(xì)胞時(shí)期、小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期和小孢子時(shí)期，顯然在對(duì)小孢子母細(xì)胞和小孢子提供營(yíng)養(yǎng)方面發(fā)揮了作用，在小孢子壁發(fā)育的早期階段也發(fā)揮作用；壽命較長(zhǎng)的絨氈層細(xì)胞存在到二細(xì)胞花粉早期和中期，對(duì)后期花粉營(yíng)養(yǎng)和花粉壁發(fā)育發(fā)揮作用。

壽命較長(zhǎng)的絨氈層細(xì)胞中分化出大量造油體，造油體合成并積累大量脂滴，這一現(xiàn)象在瓜類(lèi)作物中是否普遍存在，尚缺少充分資料，但在十字花科植物中十分普遍[12]。在西瓜[11]中，絨氈層細(xì)胞不含造油體，脂類(lèi)物質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累，積累脂類(lèi)物質(zhì)的區(qū)域從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)游離到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)后形成脂滴，這樣的脂滴大小不均勻，與造油體中的脂滴明顯不同。造油體積累的脂類(lèi)物質(zhì)主要為中性脂、極性脂和游離脂肪酸，中性脂主要為固醇酯和三酰甘油，固醇酯主要為豆固醇、菜油甾醇、谷固醇和膽固醇；極性脂主要為單半乳糖二酰甘油[12]。這些脂類(lèi)物質(zhì)最終轉(zhuǎn)移到花粉表面，為花粉發(fā)育所利用，并在花粉外壁空隙內(nèi)和壁表面形成花粉鞘[11]或含油層[1]。

絨氈層發(fā)育后期的細(xì)胞活動(dòng)方式因植物種類(lèi)而表現(xiàn)出很大區(qū)別[1]，有些植物中，絨氈層細(xì)胞在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中始終維持在原來(lái)的位置，通過(guò)細(xì)胞的內(nèi)表面分泌各種物質(zhì)滿足小孢子發(fā)育的需要，直到花粉成熟后絨氈層細(xì)胞完全自溶，具有這種活動(dòng)特點(diǎn)的絨氈層稱(chēng)為腺質(zhì)絨氈層或分泌絨氈層。另一些植物中，絨氈層細(xì)胞較早地發(fā)生內(nèi)壁和徑向壁解體，原生質(zhì)體移動(dòng)到花粉囊腔內(nèi)，在那里融合形成絨氈層的周原質(zhì)團(tuán)，游離到小孢子之間的空隙中，具有這種活動(dòng)特點(diǎn)的絨氈層稱(chēng)為變形絨氈層或周原質(zhì)團(tuán)絨氈層。南瓜絨氈層細(xì)胞的內(nèi)壁和徑向壁在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂完成后解體，但細(xì)胞壁的解體并不引發(fā)周原質(zhì)團(tuán)的產(chǎn)生，細(xì)胞在原位解體，因此南瓜絨氈層屬于腺質(zhì)絨氈層。這與西瓜[10-11]絨氈層相同，但是否葫蘆科植物都具有腺質(zhì)絨氈層，還需要對(duì)葫蘆科其他成員進(jìn)一步觀察。（本文圖版見(jiàn)彩插22版）

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收稿日期： 2013-10-15； 修回日期： 2014-02-10

基金項(xiàng)目： 山東省自然科學(xué)基金（ZR2011CL002）； 臨沂市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目（010304）

作者簡(jiǎn)介： 張 濤，男，教師，從事農(nóng)業(yè)生物技術(shù)教學(xué)與推廣

通信作者： 劉 林，男，副教授，博士，從事植物發(fā)育學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究。電話： 15653976105；電子信箱： liulinlyu163@163.com