錦繡杜鵑花藥發(fā)育及散粉孔形成的形態(tài)與解剖學研究

摘"要： "被子植物中部分類群的花藥開裂方式為孔裂，人們對此類花藥的發(fā)育與散粉孔的形成及散粉機制了解甚少。杜鵑屬（Rhododendron）植物的花藥普遍為頂孔開裂，為探究其花藥的發(fā)育和散粉孔的形成及散粉機制，該研究對錦繡杜鵑（Rhododendron × pulchrum）進行了解剖觀察和石蠟切片。結果表明：（1）錦繡杜鵑花藥頂端成孔區(qū)與花藥主體具有不同的組織構成，成孔區(qū)由薄壁組織構成，起源于雄蕊原基頂端的分生組織，花粉成熟時薄壁細胞分解成為散粉孔；花藥的主體由孢原細胞發(fā)育而來，孢原細胞經多次分裂分化成為具多層花藥壁的花粉囊。（2）錦繡杜鵑的花藥壁在小孢子母細胞至小孢子四分體時期發(fā)育完全，有6～7層細胞，包括1層表皮、2～3層藥室內壁、1～2層中層和1層絨氈層，中層在小孢子四分體形成后即分解，絨氈層在花粉完全成熟前分解消失，花藥壁在花粉成熟時有表皮和2～3層藥室內壁。（3）與縱裂型花藥不同，錦繡杜鵑的藥室內壁在花粉成熟時不發(fā)生纖維化，但因積累多糖而增厚，具有韌性和彈性。（4）錦繡杜鵑花粉發(fā)育過程中小孢子母細胞產生的4個小孢子不分離，成熟花粉為四合花粉，花粉間具有粘絲。推測錦繡杜鵑具多層藥室內壁且加厚可使花粉囊空間縮小，從而將上部花粉“擠出”散粉孔，而花粉間的粘絲使昆蟲傳粉時可將花粉成團帶出，其藥室內壁多層且積累多糖是與頂孔開裂相適應的特征。

關鍵詞： 杜鵑屬， 錦繡杜鵑， 花藥發(fā)育， 孔裂， 藥室內壁， 薄壁組織

中圖分類號： "Q949

文獻標識碼： "A

文章編號： "1000-3142（2024）04-0721-09

Anther development and formation of dehiscence

pore in Rhododendron × pulchrum

MA Haiying1， YANG Rui2， YANG Liu1， DING Kaiyu1

（ 1. School of Ecology and Environmental Science， Yunnan University， Kunming 650504， China;

2. School of Life Sciences， Yunnan University， Kunming 650504， China ）

Abstract： "Flowers of Rhododendron have unique poricidal dehiscence anther， but the formation of the dehiscence pore and the mechanism of pollen releasing are not fully known. The purpose of this research was to study the anther development of Rhododendon × "pulchrum "through microdissection and paraffin section to find out how the dehiscence pore develops and what tissues are involved in its development. The results were as follows： （1） The tissue forming the apical pore and the main body of the anther diverged from the very beginning of the stamen development. The dehiscence pore is formed by breaking down of parenchyma tissue， which is derived from the apical meristem of stamen primordium. The body part of the anther comes from the archesporial cells and they develop into regular pollen sacs with multi-layered anther walls. （2） The anther wall is fully differentiated at the stages from microspore mother cell to microspore tetrad， with "6-7 layers of cells， including 1 layer of epidermis， 2-3 layers of endothecia， 1-2 layers of middle layers and 1 layer of tapetum. The middle layers soon break down after completion of microspore tetrads and the tapetum disappears before the pollen tetrads are fully mature. The epidermis and 2-3 layers of endothecia remain to the end. （3） Unlike those of longitudinal dehiscent anthers， the endothecia of Rhododendon× pulchrum are not fibrous at maturation. Instead， they are persistent and somewhat elastic through accumulation of polysaccharide granules in cells. （4） The four microspores produced by one microspore mother cell do not separate from each other and the pollens are released as tetrads， with viscous threads between pollens and among tetrads. The authors assume that the thickened multi-layer endothecia reduced the inner volume of the pollen sacs， therefore the pollen tetrads at the top are “squeezed out” from the dehiscence pore， and the viscous threads allow the pollen tetrads to be pulled out in clusters by pollinators.

Key words： Rhododendron， Rhododendron × pulchrum， anther development， poricidal dehiscence， endothecium，parenchyma

花藥是雄蕊的重要組成部分，含有與花粉粒形成及釋放有關的生殖和營養(yǎng)組織。成熟的花藥適時開裂，才能釋放花粉，從而保證傳粉與受精過程的順利進行（丁澤琴等，2013）。被子植物中花藥的開裂方式有4種，即縱裂、橫裂、孔裂和瓣裂?；ㄋ幙v裂是最普遍的花藥開裂方式，其過程和機制已非常清楚。絕大部分植物的花藥為縱裂（Endress，1996）；橫裂見于部分錦葵科植物（馬煒梁，2015）， 橫裂實際上與縱裂相似，僅開裂方向因與花藥的縱軸垂直而不同，有學者不把橫裂作為一種單獨的類型（Endress， 1996）；孔裂見于杜鵑花科（Hermann amp; Palser， 2018）、野牡丹科（Renner， 1989; Cortez et al.， 2014）、部分茄科（Garcia et al.， 2008）和部分豆科（Marazzi et al.， 2007）植物中；瓣裂出現(xiàn)在小檗科（Batygina， 2002）、金縷梅科（Huford amp; Endress， 1989）和木蘭類（Huford amp; Endress， 1989）的一些類群中。

花藥孔裂出現(xiàn)于少數(shù)類群，因此關于這方面的研究較少。García等（2008）和Cortez等（2014）分別對茄科茄屬（Solanum）和野牡丹科絹木屬（Miconia）的花藥孔裂研究表明，兩個科中花藥頂孔或裂口部位的花藥壁都只有一層細胞，這層細胞分解或斷裂后形成了頂孔，而頂孔周圍的花藥壁由多層細胞構成，具有表皮和藥室內壁。Hermann和Palser（2018）對杜鵑花科多個種屬的成熟花藥結構研究發(fā)現(xiàn)，這些種類花藥的頂孔部位均無表皮和藥室內壁，而有兩種薄壁組織，即回吸組織（resorption tissue）和塌陷組織（collapse tissue）。這在一定程度上揭示了孔裂型花藥散粉孔的解剖結構和組織構成，但這些研究主要集中觀察頂孔開裂前和開裂時的結構，沒有揭示完整的散粉孔發(fā)育過程。散粉孔處的解剖結構和周圍花藥壁的結構有何不同，它們的解剖結構差別源于何時，是否來源于相同的組織，發(fā)育的過程如何，散粉孔形成后如何散粉等都沒有完整解答。散粉孔的形成是整個雄蕊發(fā)育過程的一部分，尤其與花藥壁的發(fā)育密切相關，只有對雄蕊發(fā)育的全過程進行研究才能完整揭示頂孔的發(fā)育過程。

杜鵑花科是花藥孔裂的一個代表科，有的是典型的頂孔開裂，有的散粉孔在側面，還有一些是形成裂縫（Hermann amp; Palser， 2018）。該科種類較多，約有125屬4 000種（Fang et al.， 2005）， 其中種類最多的是杜鵑花屬（Rhododendron）， 全世界共約1 000種，我國571種 （Fang et al.， 2005），其中大多數(shù)是特有種（馬宏等，2017）。杜鵑花屬具有典型的頂孔開裂型花藥，此前關于杜鵑花屬雄蕊發(fā)育的研究很少，僅在Hermann和Palser （2000，2018）的研究中涉及一兩種且無詳細過程。張玉紅 （2014） 和戴利燕 （2018）研究了杜鵑屬中另一個常見種映山紅（Rh. simsii）的雄蕊發(fā)育過程，但未涉及頂孔的發(fā)育。錦繡杜鵑（Rhododendron × pulchrum）是杜鵑屬中廣為栽培的種類，花多量大，由于取材及各時期的雄蕊均易獲得，因此對其進行雄蕊發(fā)育的形態(tài)學觀察和解剖學研究，以探究散粉孔的形成過程和散粉機制。

1"材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料為錦繡杜鵑（Rhododendron "× pulchrum），采自云南大學呈貢校區(qū)。

1.2 實驗方法

1.2.1 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育外部形態(tài)觀察"取錦繡杜鵑的花蕾、幼花直至頂孔開裂的雄蕊，在尼康體視顯微鏡下用解剖針小心剝去花的苞片、萼片和花瓣，留下花芽頂端和雄蕊，并觀察拍照。

1.2.2 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育組織形態(tài)觀察"用普通石蠟切片法對不同發(fā)育時期的花蕾及單獨的雄蕊進行切片觀察。于2022年2—6月采集不同發(fā)育時期錦繡杜鵑的花蕾和花朵，固定于FAA固定液（ 50%酒精∶冰醋酸∶甲醛 = 90∶5∶5） 中，系列酒精濃度脫水，常規(guī)石蠟切片法制片，切片厚度為8 μm，番紅固綠染色，中性樹膠封片，參考植物組織制片學的方法（李正理，1987）。在Olympus B51顯微鏡下進行鏡檢和照相?；ㄋ幍陌l(fā)育類型判斷按照被子植物生殖生物學標準（胡適宜，2005）。

一般雄蕊發(fā)育的研究只進行橫切觀察，因我們要觀察其頂端散粉孔的形成，所以對雄蕊同時進行橫切和縱切實驗，并且縱切還采用多個方向的切面，以全面觀察散粉孔的發(fā)生和發(fā)育過程。

2"結果與分析

2.1 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育的外部形態(tài)

錦繡杜鵑雄蕊從發(fā)生到成熟的整個發(fā)育過程形態(tài)變化如圖1所示。當花瓣原基發(fā)育為半圓形時，雄蕊原基開始發(fā)生（圖1：A）。雄蕊原基的發(fā)生為2/5式，首先有5個原基按順時針或逆時針方向發(fā)生，形成一圈（圖1：A），然后在之前發(fā)生的5個原基的間隙再發(fā)生一輪，最后10個雄蕊原基共同形成一圈（圖1：B，C）。雄蕊原基發(fā)生有先后，第二輪原基發(fā)生時，第一輪中最早的已分化出花絲和花藥（圖1：B）。雄蕊原基發(fā)生時為小而扁的突起（圖1：A），稍大即分化出上部膨大的花藥和下部較細的花絲（圖1：B），此時花藥為基著藥，花藥與花絲連接為鉤狀，花藥橫向生長（圖1：B）。此后，花絲向上生長，花藥轉而向下生長且迅速增大，花藥由最初的基著藥（圖1：B）變?yōu)楸持帲▓D1：C-E）， 著藥點位于近頂部（圖1：C-E）。隨著細胞分裂，花藥向下向外生長，花粉囊逐漸膨大飽滿，花絲被埋于兩側花粉囊之中（圖1：F-I）；花粉囊顏色逐漸加深，最初為近透明（圖1：B-D），之后變?yōu)榘咨?：E，F(xiàn)），再變?yōu)榉凵▓D1：G-I），成熟時花粉囊為紫色（圖1：J-L）。早期構成花藥的左右兩側如圓棒狀，發(fā)育過程中同側的2個花粉囊都發(fā)育增大，各自產生1個縱溝（圖1：H-L），雄蕊最終在外形上呈現(xiàn)4個可明顯分辨的花粉囊。

成孔區(qū)在雄蕊上的出現(xiàn)很早，雄蕊原基剛分化出花藥時頂端就出現(xiàn)2個凹陷，即將來的成孔區(qū)（圖1：B），此后自始至終存在于花藥頂端。起初因整個花藥無色，成孔區(qū)（dz）僅表現(xiàn)為凹陷（圖1：D-F）， 隨著花粉囊顏色加深， 成孔區(qū)越來越明顯，可以明顯看出成孔區(qū)與周圍花藥壁有不同的組織構成（圖1：G-I）?；ㄋ幊墒鞎r整個花藥無縱裂口，僅頂部成孔區(qū)組織分解，成為散粉孔（dp）（圖1：J，K）；由于白色花粉（p）從散粉孔向外“吐出”（圖1：L），并且花粉間有很細的粘絲使花粉相連，因此花粉成團粘在散粉孔周圍（圖1：L）。

2.2 錦繡杜鵑花藥發(fā)育的解剖學研究

2.2.1 橫切面上花藥壁與花粉的發(fā)育"從橫切面來看，錦繡杜鵑的花藥為四室花藥。發(fā)育初期在4個角隅處表皮下分化出孢原細胞，孢原細胞比周圍細胞體積稍大，細胞質濃厚（圖2：A）。孢原細胞進行一次平周分裂產生2層細胞，即初生周緣細胞和初生造孢細胞（圖2：B）。初生周緣細胞再次分裂產生次生周緣細胞（圖2：B），再經過數(shù)次平周分裂和垂周分裂形成多層花藥壁；初生造孢細胞經過多次分裂形成次生造孢細胞（圖2：C），次生造孢細胞胞質濃厚，緊密排列，形狀為三角形或四角形等不規(guī)則形（圖2：C）?；ㄋ幈谠诖紊戽呒毎麜r期分化出4層細胞，即一層表皮、一層藥室內壁、一層中層和一層絨氈層（圖2：C）。其中，表皮細胞體積較大，細胞壁較厚，有大液泡，其余幾層細胞體積都很小，胞質較濃（圖2：C）。

造孢細胞繼續(xù)發(fā)育成為小孢子母細胞。錦繡杜鵑的小孢子母細胞在藥室內并不分散開，依然緊密排列， 但在細胞外生成厚的胼胝質使小孢子母細胞相互隔離（圖2：D，F(xiàn)）。小孢子母細胞進行

A. 花頂端第一輪雄蕊原基剛剛發(fā)生； "B. 第二輪雄蕊原基發(fā)生，第一輪已分化出花藥和花絲，花藥頂端具2個淺的凹陷； C. 所有雄蕊都已分化，花藥頂端具2個凹陷的成孔區(qū)； D. 單個幼嫩花藥，成孔區(qū)在頂端，花藥向下發(fā)育而傾斜； E. 發(fā)育中的雄蕊背面觀， 示背著藥，著藥點靠近頂部； "F-H. 連續(xù)發(fā)育的花藥，表皮顏色逐漸變紅，成孔區(qū)逐漸明顯，花粉囊外側出現(xiàn)縱溝； I. 即將成熟的花藥頂面觀，示成孔區(qū)； J. 紫色的成熟花藥，散粉孔已開； K. 成熟花藥頂面觀，散粉孔已開放，露出花粉； L. 已散粉的花藥，花粉自散粉孔“吐出”， 花粉被粘絲連接成團，粘在頂孔周圍。 "St. 雄蕊; P. 花瓣； p. 花粉； dp. 散粉孔； dz. 成孔區(qū); f. 花粉囊發(fā)育后期產生的縱溝; vt. 花粉間的粘絲。 標尺=100 μm。

A. First whorl of stamen primordia just initiated at the apex of the floral primordium; B. Second whorl of stamen primordia initiated， and the first whorl of stamens have differentiated into anthers and filaments， each with two shallow pits at the top of the anther; C. All stamens are differentiated， each with two small pits at the top of anther; D. Young stamen showing downward anther; E. Dorsal view of the developing stamen; F-H. Progressive development of the anther， showing gradually deepened and widened dehiscent zones; I. Top view of the anther about to mature， showing dehiscent zones; J. Mature anther with dehiscence pores; K. Top view of mature anther， showing pollen tetrads released from the dehiscence pore; L. Side view of mature anther， showing pollen tetrads linked by viscous threads and sticking around the dehiscence pores. St. Stamen; P. Petal； p. Pollen； dp. Dehiscence pore; dz. Dehiscence zone； f. Furrow of pollen sac； vt. Viscous thread. Scale bars=100 μm.

減數(shù)分裂成為小孢子二分體和四分體（圖2：D），此過程發(fā)生很快，一個藥室內同時具有小孢子母細胞、二分體和四分體（圖2：D，F(xiàn)），全部緊密排列在藥室內。花藥壁在造孢細胞時期并未發(fā)育完全，藥室內壁和中層在小孢子減數(shù)分裂期間仍繼續(xù)分裂，直至四分體前花藥壁才分化完全，有6～7層細胞，從外到內依次是1層表皮、2～3層藥室內壁、2層中層和1層絨氈層（圖2：D，E）。表皮細胞較大，細胞壁較厚；藥室內壁細胞比表皮細胞??；中層細胞最小且扁平（圖2： E）；絨氈層細胞大且胞質濃厚，與造孢細胞緊密連接但與中層分離（圖2：D，E）。因此，絨氈層可能與造孢細胞同源，但不來自周緣細胞。

四分體形成后，四分體外部的胼胝質壁分解變薄，四分體與四分體之間相互分散（圖2：G），但四分體內的4個小孢子并不從中釋放出來，而是以四分體的形式共同發(fā)育，成為四合花粉。小孢子相鄰的細胞壁緊密結合在一起形成花粉壁，構成復合花粉的基礎（圖2：G），每個小孢子從絨氈層吸收營養(yǎng)迅速增大成為單核花粉，之后再進行核分裂成為二細胞的花粉，成熟花粉外壁具有顆粒狀的紋飾，從而使整個小孢子四分體最終發(fā)育為四合花粉（圖2：J）。

在四分體發(fā)育為四合花粉的過程中，花藥壁發(fā)生復雜的變化。中層在小孢子減數(shù)分裂期間有2層細胞，由于四分體完成后迅速分解，到四分體分散開時中層就已消失，因此中層存在時間非常短暫。中層分解后絨氈層開始分解，絨氈層為腺質絨氈層，在原位分解，為四分體內的小孢子發(fā)育提供營養(yǎng)，小孢子迅速長大成為單核花粉，之后再核分裂為二核花粉（圖2：G）。此時絨氈層向外推移，將藥室內壁擠壓為扁平狀，緊貼表皮（圖2：G）?；ǚ郯l(fā)育完成時，絨氈層的營養(yǎng)尚未完全消耗，此時絨氈層緊貼藥室內壁，為藥室內壁提供營養(yǎng)使其重新發(fā)育，細胞內積累多糖顆粒（圖 2：H，I）。最終花藥壁在散粉前由一層表皮和2～3層藥室內壁構成，藥室內壁細胞因積累多糖而加厚，具有韌性和彈性（圖2：H，I）。

錦繡杜鵑有4個藥室，在橫切面上呈蝶形（圖2：A ），左右各2個藥室（即花粉囊）。橫切面上同側2個藥室之間最初由薄壁組織分隔（圖2：A），藥室發(fā)育后，中層和絨氈層構成藥室之間的分隔部分（圖2：K）。中層和絨氈層先后分解（圖2：K），薄壁組織也完全分解，最終同側的2個藥室在散粉前完全貫通成為一體（圖 2：L ）。接近頂部的花藥橫切面結構與整個花藥不同，頂端沒有正常的花藥壁，僅由薄壁組織構成（圖3：H），這部分為成孔區(qū)，組織分解后成為散粉孔。

2.2.2 縱切面上花藥壁的發(fā)育"從縱切面來看，雄蕊原基首先分化出下部的花絲（圖3：A），然后上部頂端分生組織進行分裂，外側分裂較快，最后使原基頂端向內彎曲（圖3：A）。此時頂端分生組織細胞仍在分裂，頂端稍下的部分先分化出表皮，表皮內又有四團分生組織，其中有孢原細胞 （圖2：B）。孢原細胞再進行細胞分裂，經多次分裂分化形成花藥壁和造孢細胞（圖3：C，D）；頂端分生組織則分裂形成薄壁組織（圖3：C，D）。由于孢原細胞位于頂端分生組織以下且生長方向向下，故薄壁組織始終位于花藥頂端（圖3：C，D）?；ㄋ幏譃樽笥?個部分，各自向下向外生長；由于中部花絲的生長，最初的分生組織被分隔成左右2個薄壁組織區(qū)（即將來的成孔區(qū)），位于左右花藥的上端（圖3：

C，D， F-H）。起初花藥很小，頂端的薄壁組織位置高于花藥（圖3：C，D），由于頂端薄壁組織先停止分裂，而花藥持續(xù)發(fā)育，因此頂端薄壁組織所占比例越來越小，低于周圍的花藥壁，形成凹陷，即成孔區(qū)（圖3：F-H）?；ǚ鄢墒鞎r，花藥壁的中層和絨氈層分解消失，表皮和藥室內壁仍然存在（圖3：I）；由于頂端成孔區(qū)僅有薄壁組織而沒有花藥壁，故薄壁組織分解后成為散粉孔（圖3：I）。

花藥發(fā)育的早期、中期在橫切面上具有4個藥室，但最終只有2個散粉孔，這是因為花藥的4個藥室中，左右兩側每一側的2個藥室是以薄壁組織構成的室間隔相分離，二室的頂端為共同的薄壁組織構成的成孔區(qū)（圖3：G）。橫切面上的花藥結構除頂孔部位（圖3：H）之外都是相同的，但縱切面上因所切角度不同而有3種情況：一種是不通過花絲和室間隔，能觀察到左右完全2個分離的花粉囊（圖3：E）；一種是通過花絲以及兩側花藥的室間隔，顯示的大部分是薄壁組織構成的室間隔（圖3：F）；還有一種是只切到一側花粉囊，顯示的是同側2個花粉囊被室間隔分隔，但上部有共同的薄壁組織區(qū) （圖3：G）。起初室間隔的薄壁組織細胞較多，后來逐漸分解（圖3：G）， 兩室貫通成為一室，上端成孔區(qū)的薄壁組織分解后形成1個散粉孔（ 圖3：I）。此外，從近頂端的橫切也可清楚看到頂端每側花藥具有一個薄壁組織區(qū)（圖3：H）。

3"討論與結論

3.1 錦繡杜鵑花藥發(fā)育的特征

前人對杜鵑花科的雄蕊發(fā)育進行研究， 發(fā)現(xiàn)它們具有的共同特征主要有腺質絨氈層、藥室內壁無纖維化和帶狀加厚以及四合花粉（Matthews amp;

A. 花藥發(fā)育初期為四角形，角隅處表皮下分化出孢原細胞； B. 孢原細胞分裂為初生周緣細胞和初生造孢細胞，初生周緣細胞再分裂為2層次生周緣細胞； C. 次生造孢細胞時期，花藥壁有4層細胞； D. 小孢子母細胞、二分體及四分體時期的1個藥室，花藥壁進一步分化為6～7層； E. 小孢子二分體和四分體時期分化完全的花藥壁，具1層表皮，2～3層藥室內壁，1～2層中層和1層絨氈層； F. 小孢子母細胞、二分體及四分體共同存在于同一藥室內； G. 小孢子時期的花藥，中層已消失，絨氈層原位分解且外移，藥室內壁被壓成扁平狀； H. 四合花粉成熟時，絨氈層殘余緊貼藥室內壁，藥室內壁積累多糖顆粒而增厚； I. 花粉成熟后散粉期的花藥壁，有1層表皮和2～3層藥室內壁，細胞內有多糖顆粒； J. 四合花粉； K. 四分體初期完整的四室花藥，左右各二室，同側藥室間以薄壁組織及絨氈層相隔; L. 散粉時完全成熟的花藥，同側的2個藥室完全貫通，室間薄壁組織及絨氈層均已被分解吸收。ep. 表皮; en. 藥室內壁; ml. 中層; tp. 絨氈層; pm. 薄壁組織; aw. 花藥壁; ac. 孢原細胞; ps. 初生造孢細胞; ss. 次生造孢細胞; sp. 次生周緣細胞; mmc. 小孢子母細胞; mt. 小孢子四分體; pt. 四合花粉; pg. 多糖顆粒; rt. 絨氈層殘余。標尺=50 μm。

A. Early quadrangular anther， archesporial cells are initiated under the epidermis at the corner; B. Young anther with two layers of secondary peripheral cells and a few primary sporogenous cells; C. The anther wall consisting of four layers at the secondary sporogenous cell stage; D. A pollen sac in which microspore mother cells， dyads and tetrads coexist， the anther wall consisting of 6-7 layers; E. Detailed anther wall structure at the microspore tetrad stage： 1 layer of epidermis， 2-3 layers of endothecia and 1-2 layers of middle layers and 1 layer of tapetum; F. Microspore mother cells， dyads and tetrads coexisting in one pollen sac; G. The microspores starting to develop and increase in size， the middle layer decomposed， and the tapetum starting to decompose and expanding outward; H. Anther wall about to mature， showing 2-3 layers of thickened endothecia and residue of tapetum; I. Anther wall when pollen tetrads released， with persistent endothecia; J. Pollen tetrads; K. Anther of the early pollen tetrad stage showing four pollen sacs， two on each side， separated by parenchyma and tapetum; L. Anther after pollen tetrads released， parenchyma separating two sacs has degenerated. ep. Epidermis; en. Endothecium; ml. Middle layer; tp. Tapetum; pm. Parenchyma; aw. Anther wall; ac. Archesporial cell; ps. Primary sporogenous cell; ss. Secondary sporogenous cell; sp. Secondary peripheral cell; mmc. Microspore mother cell; mt. Microspore tetrad; pt. Pollen tetrad; pg. Polysaccharide granule; rt. Residue of tapetum. Scale bars=50 μm.

Knox， 1926; Bowers， 1930; Copeland， 1943; Davis， 1966; Hermann amp; Palser， 2000; 高連明等，2002），其中杜鵑花亞科（Rhododendroideae）有一個區(qū)別于其他亞科的特征是花粉間具有粘絲 （Matthews amp; Knox， 1926; Bowers，1930; Copeland， 1943; Waha， 1984; Hesse， 1986; Clemants， 1995）。不同類群間的差異主要在花藥壁的構成上，報道的花藥壁層數(shù)從2層到4層（Chou， 1952;

A. 雄蕊原基，下部為花絲，上部為頂端分生組織，因外側分裂較快而向內彎曲; B. 雄蕊原基頂端，示頂端分生組織和孢原區(qū); C. 幼花縱切示花藥和子房的相對位置，花藥的生長方向向下; D. 幼嫩雄蕊縱切，頂端為薄壁組織，下方為造孢細胞時期的花藥; E. 成熟花藥縱切不通過花絲的部分，示左右2個分離的花粉囊縱切面; F. 成熟花藥縱切通過花絲和室間隔的部分，示室間隔的薄壁組織及頂端的薄壁組織; G. 單側花粉囊縱切，示單側由室間薄壁組織分隔的2個花粉囊，頂端為共同的薄壁組織區(qū); H. 花藥頂部橫切，左右花粉囊各具一個薄壁組織構成的成孔區(qū); I. 單側成熟花粉囊散粉后縱切，室間隔完全分解，2個花粉囊貫通為一室，頂端薄壁組織分解后成為散粉孔。fl.花絲; ov. 胚珠; "aw. 花藥壁; am. 頂端分生組織; pm. 薄壁組織; spm. 室間薄壁組織; acz. 孢原區(qū); sc. 造孢細胞; dp. 散粉孔。A， B， C， F中標尺=100 μm。D， E， G， H， I中標尺=50 μm。

A. Stamen primordium， the lower part is filament， the upper part is apical meristem and it is curved inward because the outer side division is faster; B. Archsprorial cell zones under the epidermis; C. Longitudinal section of young flower showing the relative position of the anther and the ovary， and the top of anther is parenchyma; D. Young anther with parenchyma at the top and developing pollen sacs below; E. Longitudinal section of anther that does not pass through the filament and septal parenchyma， showing two separate pollen sacs; F. Longitudinal section of anther that passes through the filament and the septum， showing mostly the septal parenchyma and apical parenchyma; G. Longitudinal section of anther that passes through the two pollen sacs on one side， showing two pollens sacs separated by septal parenchyma and sharing same apical parenchyma; H. Transvers section of the top of anther， showing two parenchyma zones at the top; I. Longitudinal section of pollen sac after pollen tetrads released， showing dehiscence pore. fl. filament; ov. ovule; aw. anther wall; am. apical meristem; pm. parenchyma; spm. septal parenchyma; acz. archesporial cell zone; sc. sporogenous cell; dp. dehiscence pore. Bars in A， B， C， F=100 μm. Bars in D， E， G， H， I=50 μm.

Batygina et al.， 1963; Budell， 1964; Yakobson，1968; Hermann amp; Palser， 2000），尤其是藥室內壁的差異較大，有的甚至認為某些種類沒有分化完全的藥室內壁（Chou，1952; Davis， 1966）。

本研究觀察到的一些結果與前人對杜鵑花科的研究結果相同，如腺質絨氈層、花藥內壁無纖維化和帶狀加厚、具有四合花粉以及花粉間具有粘絲等，但花藥壁的發(fā)育尤其是藥室內壁的發(fā)育卻與前人的研究結果不盡相同。本研究發(fā)現(xiàn)錦繡杜鵑的藥室內壁在各階段持續(xù)發(fā)育和變化，不同時期觀察到的藥室內壁層數(shù)和形態(tài)不同，至少可以觀察到4種不同的情況：一是造孢細胞時期藥室內壁僅有1層且細胞較小；二是在小孢子減數(shù)分裂期間具有2～3層藥室內壁細胞，此時藥室內壁之外還有2層中層；三是花粉發(fā)育期間絨氈層向外推移，藥室內壁被擠壓成扁平狀，此時中層已分解消失，藥室內壁緊貼絨氈層；四是散粉前藥室內壁細胞內積累多糖顆粒，使藥室內壁重新加厚。前人對杜鵑花科報道的花藥壁層數(shù)從2層到4層不等（Chou， 1952; Batygina et al.， 1963；Budell， 1964；Yakobson，1968; Hermann amp; Palser， 2000），有的報道甚至認為沒有發(fā)育完全的藥室內壁，這種差異可能是種屬間的系統(tǒng)差異，也有可能是沒有觀察到藥室內壁的各種情況，有的作者提到自己可能沒有觀察到全部情況（Chou， 1952）。張玉紅（2014）和戴利燕（2018）在對杜鵑屬另一常見種杜鵑（映山紅）雄蕊發(fā)育的研究中，也觀察到藥室內壁在花藥成熟時積累多糖，至少這一點是一個穩(wěn)定的特征。

關于絨氈層的來源，有的研究認為杜鵑花科的絨氈層來源于周緣細胞，而Davis（1966）則認為絨氈層與造孢細胞同源；本研究中錦繡杜鵑早期絨氈層與造孢細胞緊密結合，但與花藥壁的其他幾層細胞分離，推斷其與造孢細胞同源；張玉紅（2014）對杜鵑的研究也認為絨氈層與造孢細胞同源。由于后期絨氈層又向外推移與藥室內壁緊貼，為藥室內壁提供營養(yǎng)，所以如果僅觀察到后期則會認為絨氈層來源于周緣細胞。

此外，前人研究發(fā)現(xiàn)杜鵑花科許多種的雄蕊在早期發(fā)育時有生長方向的倒轉，花藥從發(fā)生時的基著藥轉變?yōu)楹髞淼谋持帲ˋrtopoeus， 1903；Matthews amp; Knox， 1926；Hermann amp; Palser， 2000）。本研究從形態(tài)也觀察到了這一現(xiàn)象，縱切結果顯示這是由孢原組織發(fā)生于分生組織的下方且向下生長所致。

3.2 散粉孔的發(fā)生、發(fā)育過程和散粉機制

通過對錦繡杜鵑各個時期花藥的形態(tài)觀察和橫向與縱向的石蠟切片，可以得出其頂端散粉孔的形成過程：花藥頂端的成孔區(qū)由薄壁組織構成，薄壁細胞分解成為散粉孔，薄壁組織來源于雄蕊原基早期的頂端分生組織；而花藥的主體部分則由孢原細胞發(fā)育而來，孢原發(fā)生于分生組織下方且發(fā)生后向下生長，經多次分裂分化后發(fā)育為花粉囊，花粉完全成熟時花藥壁保留表皮和2～3層藥室內壁。也就是說，形成散粉孔的成孔區(qū)與花藥其余部分在雄蕊發(fā)育的早期即已發(fā)生分異。此前也有學者認為杜鵑花科的散粉孔來源于分生組織（Artopoeus，1903；Hermann amp; Palser，2018），本研究再次證實了這一推測。

在普通縱裂型花藥中，花藥縱裂一般涉及3個不同的組織和過程，即絨氈層分解、藥室內壁纖維化和裂口形成。花藥發(fā)育過程中中層和絨氈層先后分解消失，藥室內壁的內切向壁和橫向壁纖維加厚，但在2個花粉囊之間的交界處有幾個不加厚的細胞，稱為“唇細胞”（橫切面上幾個，縱向成列），花藥成熟時由此開裂形成裂縫（周云龍和劉全儒，2004；丁澤琴等，2013）。簡而言之，唇細胞是在花藥發(fā)育的后期與其他藥室內壁細胞產生差別，而早期是與藥室內壁細胞同源的一類細胞?？梢?，錦繡杜鵑的孔裂和普通縱裂的發(fā)生機制有很大的差別，不僅有發(fā)生部位的差別，而且有發(fā)生時期和組織細胞的差別。

在此前學者對杜鵑花科花藥孔裂機制的研究中，一般認為與兩種組織有關，一種叫做回吸組織，另一種叫做塌陷組織或萎縮組織（Artopoeus 1903；Maclachlan，1929; D’Arcy et al.， 1996; Hammer amp; Palser， 2018）。這兩種都是薄壁組織，前者的細胞可以吸收草酸鈣等無機鹽形成晶體，形成大的囊袋，細胞破裂后釋放晶體形成散粉孔，而萎縮組織不吸收無機鹽，僅細胞縮小萎縮形成散粉孔。本研究中，錦繡杜鵑花藥成孔區(qū)的細胞既沒有積累晶體形成囊袋也沒有發(fā)生萎縮塌陷，而是分解消失，我們將其稱為更廣義的薄壁組織。

縱裂的花藥只要花藥壁裂開，花粉就可自然散出，而頂孔開裂的花藥，其散粉孔位于頂端，若無特殊機制花粉難以從頂孔散出。本研究發(fā)現(xiàn)錦繡杜鵑花藥壁的一些發(fā)育特征適應頂孔開裂。第一，錦繡杜鵑的花藥壁有2～3層藥室內壁，成熟時并不發(fā)生纖維化，反而在花粉成熟前積累多糖而加厚，這使花藥壁保持完整并增加了厚度、韌性和彈性。第二，錦繡杜鵑的花粉為四合花粉且花粉間具有粘絲，推測多層藥室內壁使花藥壁增厚，積累多糖后進一步加厚且具有一定彈性，使得花粉囊內部空間縮小，從而將上部的花粉從頂孔“擠出”，這與我們在解剖鏡下看到花粉從散粉孔“吐出”一致；而四合花粉間的粘絲使花粉粘連成團，在蜜蜂傳粉時可以被成團帶出，彌補了散粉孔位于頂端造成的散粉困難。第三，絨氈層早期為小孢子發(fā)育提供營養(yǎng)，后期外移，為藥室內壁提供營養(yǎng)，使藥室內壁再次發(fā)育增厚，這也是其適應頂孔散粉的一個發(fā)育特征。

總之，本研究表明錦繡杜鵑的散粉孔來源于頂端特殊的成孔區(qū)，成孔區(qū)由薄壁組織構成，分解后成為散粉孔；錦繡杜鵑的花藥壁有多層藥室內壁，藥室內壁細胞于花粉成熟前因積累多糖而使花藥壁加厚，具有四合花粉且花粉間具粘絲等都是與孔裂相適應的特征，能促進花粉從頂孔散出。

參考文獻：

ARTOPOEUS A， "1903. über den Bau und die ffnungsweise der Antheren und die Entwickelung der samen der Erikaceen ［J］. Flora， 92： 309-345.

BATYGINA TB， 2002. Embryology of flowering plants： Terminology and concepts. Generative organs of flowers "［M］. 1st ed. Enfeld： Science Publishing Inc.

BATYGINA TB， TERIOKHIN ES， ALIMOVA GK， et al.， 1963. Genesis of male sporangia in families Gramineae and Ericaceae ［J］. Bot Zh， 48： 1108-1120.

BOWERS CG， 1930. The development of pollen and viscin strands in Rhododendron catawbiense ［J］. Bull Torrey Bot Club， 57： 285-313.

BUDELL B， 1964. Untersuchungen der Antherenentwicklung einiger Blütenpflanzen ［J］. Z Bot， 52： 1-28.

CHOU YL， 1952. Floral morphology of three species of Gaultheria ［J］. Bot Gaz， 114： 198-221.

CLEMANTS SE， 1995. Bejaria Mutis ex Linnaeus ［M］ // "LUTEYN JL. Ericaceae—Part II. The superior-ovaried genera （Monotropoideae， Pyroloideae， Rhododendroideae， and Vaccinioideae）： 54-106. Flora Neotropica Monograph 66. Bronx， New York： New York Botanical Garden.

COPELAND HF， 1943. A study anatomical and taxonomic of the genera of Rhododendroideae ［J］. Am Midl Nat， 30： 533-625.

CORTEZ PA， CAETANO APS， CARMELLO-GUERREIRO SM， et al.， 2014. Elucidating the mechanism of poricidal anther dehiscence in Miconia species （Melastomataceae） "［J］. Flora， 209 （10）： "571-579.

DAI LY， 2018. Study of histological and cellular anatomy of pistils and other floral parts of Rhododendron simsii "［D］. Ganzhou： Gannan Normal University： 22-25. "［戴利燕， 2018. 杜鵑（Rhododendron simsii） 雌蕊及其它花部發(fā)育的組織細胞解剖研究 ［D］. 贛州： 贛南師范大學： 22-25.］

DAVIS GL， 1966. Systematic embryology of the angiosperms ［M］. New York： John Wiley and Sons： 1-528.

DING ZQ， WANG ZM， NIU Y， et al.， 2013. Research progress on plant anther dehiscence mechanism "［J］. Chin Veget， 1（8）： 12-18. "［丁澤琴， 王志敏， 牛義， 等， 2013. 植物花藥開裂機制研究進展 ［J］. 中國蔬菜， 1（8）： 12-18.］

D’ARCY WG， KEATING RC， BUCHMANN SL， 1996. The calcium oxalate package or so called resorption tissue in some angiosperm anthers ［M］// D’ARCY WG， KEATING RC， The anther： form， function and phylogeny. Cambridge， UK： Cambridge University Press： 159-191.

ENDRESS PK， 1996. Diversity and evolutionary trends in angiosperm anthers ［M］ // "D’ARCY WG， KEATING

RC. The anther： form， function and phylogeny. Cambridge， UK： Cambridge University Press： 92-110.

FANG M， FANG R， HE M， et al.， 2005. Rhododendron "［M］// WU CY， RAVEN PH， HONG DY. Flora of China. Beijing： Science Press; St. Louis： Missouri Botanical Garden Press， 14： 242-455.

GAO LM， ZHANG CQ， LI DZ， et al.， 2002. Pollen morphology of the Rhodoreae （Ericaceae） and its systematic implication ［J］. Acta Bot Yunnan， 24（4）： "471-482. "［高連明， 張長芹， 李德銖， 等， 2002. 杜鵑花族花粉形態(tài)及其系統(tǒng)學意義 ［J］. 云南植物研究， 24（4）： 471-482.］

GARCI′A CC， MATESEVACH M， BARBOZA G， 2008. Features related to anther opening in Solanum species （Solanaceae） ［J］. Bot J Linn Soc， 158（2）： 344-354.

HERMANN， PM， PALSER BF， 2000. Stamen development in the Ericaceae. I. anther wall， microsporogenesis， inversion， and appendages ［J］. Am J Bot， 87（7）： "934-957.

HERMANN PM， PALSER BF， 2018. Stamen development in the Ericaceae. II. Granular pouches and dehiscence ［J］. Flora， 239： 122-140.

HESSE， 1986. Nature， form and function of pollen-connecting threads in angiosperms ［M］ // BLACKMORE S， FERGUSON IK. Pollen and spores： form and function. Orlando， Florida， USA： Academic Press： 109-118.

HU SY， 2005.Reproductive biology of angiosperms "［M］. Beijing： Higher Education Press： 286. "［胡適宜， 2005. 被子植物生殖生物學 ［M］. 北京： 高等教育出版社： 286］

HUFORD LD， ENDRESS PK， 1989. The diversity of anther structures and dehiscence patterns among Hamamelididae ［J］. Bot J Linn Soc， 99（4）： 301-346.

LI ZL， 1987. Plant slice production technology "［M］. Beijing： Science Press： 130-139. ［李正理， 1987. 植物制片技術 ［M］. 北京： 科學出版社： 130-139.］

MA WL， 2015。 Botany "［M］. 2nd ed. Beijing： Higher Education Press： 240. "［馬煒梁， 2015. 植物學 ［M］. 2版. 北京： 高等教育出版社： 240.］

MACLACHLAN CM， 1929. The structure of certain poricidal anthers ［J］. Trans Proc Bot Soc Edinb， 30： 104-122.

MARAZZI B， CONTI E， ENDRESS PK， 2007. Diversity in anthers and stigmas in the buzz-pollinated genus Senna （Leguminosae， Cassiinae） ［J］. Int J Plant Sci， 168（4）： "371-391.

MATTHEWS JR， KNOX EM， 1926. The comparative morphology of the stamen in the Ericaceae ［J］. Trans Proc Bot Soc Edinb， 29： 243-281.

MH H， LI TQ， LIU XF， et al.， 2017. Research progress in conservation biology of Rhododendron ［J］. World For Res， 30（4）： 13-17. "［馬宏， 李太強，劉雄芳， 等， 2017. 杜鵑屬植物保護生物學研究進展 ［J］. 世界林業(yè)研究， 30（4）： 13-17.］

RENNER SS， 1989. A survey of reproductive biology in neotropical Melastomataceae and Memecylaceae ［J］. Ann Mo Bot Gard， 76（2）： "496-518.

WAHA M， 1984. Zur Ultrastruktur und Funktion pollenverbindender F?den bei Ericaceae und anderen Angiospermenfamilien "［J］. Plant Syst Evol， 147： 189-203.

YAKOBSON LY， 1968. Structure and development of Rhododendron L. anthers ［J］. Izv Akad Nauk Latv SSR， 12： 101-109.

ZHANG YH， 2014. The histochemical and ultrastructural study of anther development in Rhododendron L.［D］. Xiamen： Xiamen University： 1-63. "［張玉紅， 2014. 杜鵑花藥發(fā)育的組織化學及超微結構的研究 ［D］. 廈門： 廈門大學： 1-63.］

ZHOU YL， LIU QR， 2004. Plant biology ""［M］. 2nd ed. Beijing： Higher Education Press： 196. "［周云龍， 劉全儒， 2004. 植物生物學 "［M］. 2版. 北京： 高等教育出版社： 196.］

（責任編輯"蔣巧媛"王登惠）

DOI： 10.11931/guihaia.gxzw202212009

馬海英， "楊瑞， 楊柳， 等， 2024.

錦繡杜鵑花藥發(fā)育及散粉孔形成的形態(tài)與解剖學研究 ［Ｊ］.廣西植物， 44（4）： 721-729.

MA HY， YANG R， YANG L， et al.， 2024.Anther development and formation of dehiscence pore in Rhododendron × pulchrum "［J］.Guihaia， 44（4）： 721-729.

馬海英等： 錦繡杜鵑花藥發(fā)育及散粉孔形成的形態(tài)與解剖學研究

收稿日期： "2023-04-30"接受日期： ""2023-09-13

基金項目： "國家自然科學基金 （31060029）。

第一作者： 馬海英 （1971—）， 博士，副教授，研究方向為植物形態(tài)與系統(tǒng)分類， （E-mail）mahy@ynu.edu.cn。

通信作者