白蘚雄配子體形成及花器腺點(diǎn)解剖學(xué)特征觀察

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(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，　吉林 延吉 133002)

白蘚(DictamnusdasycarpusTurcz.)為蕓香科白蘚屬多年生草本植物，全株有特異的刺激味[1]。其干燥根皮俗稱白蘚皮，為重要的皮膚科用藥，具有清熱燥濕，祛風(fēng)解毒之功效[2-3]。白蘚在我國(guó)主要分布于東北、華北、西北和華東等地，朝鮮、蒙古和俄羅斯也有分布[4-5]。白蘚植株不高(40～80 cm)，株形挺拔、美觀，開淡紫紅色的花，而且花期較長(zhǎng)，單株開花期在1個(gè)月左右，有一定的觀賞價(jià)值[6]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)白蘚研究多集中在白蘚皮的化學(xué)成分研究[7-9]、藥理[9-13]、組織培養(yǎng)[14-15]、種子特性研究[2,6,16-18]、栽培技術(shù)[16-18]等方面，而未見到胚胎學(xué)方面的研究資料，本試驗(yàn)在觀察白蘚花器形態(tài)特征基礎(chǔ)上，對(duì)白蘚雄配子體發(fā)生與形成及花粉活力進(jìn)行研究，以期為其生殖生物學(xué)和傳粉生物學(xué)研究提供參考。

1　材料與方法

1.1　材　料

試驗(yàn)材料來(lái)自于延邊地區(qū)周邊野生的白蘚植株。

1.2　方　法

2016年5月10—15日，用小剪子切取處于不同發(fā)育期的花蕾，部分材料用FAA固定液固定，另一部分新鮮花蕾帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行花器調(diào)查。固定后的試驗(yàn)材料，用徠卡石蠟切片機(jī)采用常規(guī)石蠟切片法切片，切片厚度為16μm，番紅-固綠雙重染色法染色，在顯微鏡下拍照并測(cè)量。采用常規(guī)TTC法測(cè)定不同發(fā)育時(shí)期的花粉活力(重復(fù)5次)。

2　結(jié)果與分析

2.1　白蘚花器調(diào)查結(jié)果

白蘚花器調(diào)查結(jié)果見圖1～圖5。白蘚在延邊地區(qū)4月中旬開始出苗，5月初開始長(zhǎng)出花序，花序軸、花梗和花萼表面有很多白色絨毛，也有黑紫色腺點(diǎn)。花序?yàn)榭偁罨ㄐ?，頂生，花兩?圖1、圖2)。從即將開放到完全開放的花朵進(jìn)行花器內(nèi)外部調(diào)查，其結(jié)果如圖3、圖5。隨著花蕾的發(fā)育，花瓣外面、花絲的上部分、子房表面出現(xiàn)大量黑紫色腺點(diǎn)(圖3)?；ò甑霞t色，花藥黃綠色，花絲由初期的綠色變?yōu)楹笃诘牡仙?圖4、圖5)。每朵花包含10枚雄蕊，長(zhǎng)度不一(圖4)。柱頭小，淡黃色，花柱細(xì)長(zhǎng)由初期的綠色變?yōu)楹笃诘姆凵?圖5)。花柱短于雄蕊，子房上位(圖4)。單株白蘚花期約1個(gè)月(5月初至6月初)。果期為6月初至7月中旬。

圖1　白蘚花序

圖2　白蘚花

2.2　白蘚小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂及小孢子發(fā)生

白蘚每個(gè)花藥由4個(gè)花粉囊組成(圖版Ⅰ，1)?；ㄋ巸?nèi)部4個(gè)孢原細(xì)胞經(jīng)過平周分裂形成初生造孢細(xì)胞和初生周緣細(xì)胞(圖版Ⅰ，2)。造胞細(xì)胞經(jīng)過分裂，發(fā)育形成小孢子母細(xì)胞(圖版Ⅰ，3)，小孢子母細(xì)胞體積大，核明顯。每一個(gè)小孢子母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂(圖版Ⅰ，3～7)，產(chǎn)生4個(gè)單倍體細(xì)胞，即小孢子(圖版Ⅰ，7)。

圖3　不同發(fā)育時(shí)期花蕾

圖4　去掉花瓣后的花蕾

圖5　去掉雄蕊后的花蕾

2.3　白蘚雄配子體發(fā)育

剛釋放的小孢子體積小，核在中央，這時(shí)期叫單核中央期(圖版Ⅰ，7，8)。隨著發(fā)育小孢子體積逐漸變大，形態(tài)也發(fā)生變化。由初期的圓形變成菱形(圖版Ⅰ，8，9)。小孢子細(xì)胞核的位置也相應(yīng)變化，由初期的中央移到細(xì)胞的邊緣，這時(shí)期叫單核靠邊期，液泡化明顯(圖版Ⅰ，9)。小孢子除了形態(tài)上發(fā)生變化(圓形-菱形-圓形)，表面也出現(xiàn)萌發(fā)孔溝(圖版Ⅰ，8～10)。之后小孢子的核進(jìn)行1次有絲分裂，變成2個(gè)核，這時(shí)期叫2核期(圖版Ⅰ，11)。再進(jìn)一步發(fā)育成成熟的花粉粒(圖版Ⅰ，12)。

2.4　白蘚花粉活力測(cè)定

對(duì)圖3的5個(gè)材料，采用TTC法進(jìn)行了花粉活力測(cè)定(從左到右編號(hào)為1，2，3，4，5號(hào))，測(cè)定結(jié)果如表1。從表1可知，白蘚總花粉活力偏低，只有花蕾剛開放時(shí)有活力，其他時(shí)期都沒有活力，而且平均花粉活力只有50.12%。

表1白蘚花粉活力

序號(hào)12345花粉活力(%)00050.120

2.5　白蘚腺點(diǎn)解剖學(xué)特征

白蘚的花萼、花瓣、花絲、子房表面都有大量的腺點(diǎn)。腺點(diǎn)解剖學(xué)特征如圖版Ⅱ。觀察發(fā)現(xiàn)，花藥、花萼、花瓣、花絲、子房表面有非腺毛(圖版Ⅱ，1)，沒有頭部，由單細(xì)胞組成的細(xì)長(zhǎng)細(xì)胞，包含1個(gè)核，這類細(xì)胞是沒有分泌功能的。除此之外還存在大量的腺毛，腺毛分頭部和柄部(圖版Ⅱ，2，3)，頭部由大量細(xì)胞組成，柄部由一列或二列細(xì)胞組成(圖版Ⅱ，3)；而有些腺毛沒有柄部，只有頭部(圖版Ⅱ，4)。這些腺毛由原表皮細(xì)胞經(jīng)過分裂發(fā)育而來(lái)(圖版Ⅱ，2，3)。

注：1.每個(gè)花藥具有4個(gè)花粉囊×100；2.初生造孢細(xì)胞與初生周緣細(xì)胞×400；3.小孢子母細(xì)胞時(shí)期×400；4.第1次減數(shù)分裂中期×400；5.二分體時(shí)期×400；6.四分體時(shí)期×400；7.四分體分離，小孢子發(fā)生×400；8.單核中央期×400；9.單核靠邊期×400；10.出現(xiàn)萌發(fā)孔×400；11.2-細(xì)胞時(shí)期×400；12.成熟花粉粒×500。PPC：初生周緣細(xì)胞 PSC：初生造孢細(xì)胞 Ep：表皮 En：藥室內(nèi)壁 ML：中層Ta：絨氈層MMC：小孢子母細(xì)胞 MNM：?jiǎn)魏诵℃咦?Dy:二分體時(shí)期Te：四分體 DTa：開始退化的絨氈層 GC：生植細(xì)胞 VC：營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。圖版Ⅰ　白蘚小孢子發(fā)生及雄配子體形成

注：1.花絲表面表皮毛×200；2.腺毛發(fā)育×500；3.花絲表面腺毛×400；4.沒有柄部的腺毛×400。圖版Ⅱ　白蘚腺點(diǎn)解剖學(xué)特征

3　結(jié)論與討論

對(duì)白蘚小孢子發(fā)生和雄配子體形成進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)：白蘚花序?yàn)榭偁罨ㄐ?，每花包?0枚雄蕊，長(zhǎng)度不一致，每一雄蕊包括4個(gè)花粉囊。不同花序之間、同一花內(nèi)不同雄蕊之間、同一雄蕊不同花藥之間、同一花藥不同花粉囊之間、甚至同一花粉囊內(nèi)小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂存在不同步性，這是植物適應(yīng)環(huán)境的一種進(jìn)化表現(xiàn)，對(duì)種群繁殖具有重要意義[19]。減數(shù)分裂胞質(zhì)分裂屬同時(shí)型，小孢子四分體為四面體型，成熟的花粉粒為2-細(xì)胞型。整個(gè)減數(shù)分裂過程和小孢子的發(fā)育均屬正常，花藥壁發(fā)育也正常，都未見到異常，但經(jīng)測(cè)定，花粉活力只有50%(花朵剛好開放時(shí))，其他時(shí)期為0。在果期果實(shí)內(nèi)結(jié)的種子不多，結(jié)實(shí)率在50%左右。引起植物敗育的原因很多，生殖力、存活力、適應(yīng)力低下等內(nèi)在因素，種群生活史多個(gè)脆弱環(huán)節(jié)疊加作用，也可導(dǎo)致個(gè)性生長(zhǎng)發(fā)育不良和早衰[20]，外部因素包括自然因素、人為因素、歷史因素等也是植物瀕危的主要原因[21]。白蘚結(jié)實(shí)率低的原因之一很有可能是花粉活力低，也可能還有一些其他原因，需要進(jìn)一步研究。對(duì)白蘚花器中腺點(diǎn)解剖特征觀察發(fā)現(xiàn)，其由頭部和柄部組成，有的腺點(diǎn)沒有柄部，頭部有分泌功能，具體分泌哪些物質(zhì)尚不清楚。