党参小孢子发生及雄配子体发育研究

付爽+李美阳+王景然+吕爽+南海燕+全雪丽

摘要：以黨参不同大小花蕾为试验材料，采用常规石蜡切片法，观察党参小孢子发生及雄配子体发育的过程，以期为党参生殖生物学提供基础资料。结果表明：党参花药具有4个花粉囊，花粉母细胞分布为半圆形，四分体排列方式为四面体形；成熟花粉粒为2-细胞型，近圆形，花粉粒表面有6～7条萌发沟；花药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层细胞组成；花药成熟后仅留表皮和药室内壁，中层与绒毡层细胞解体消失。

关键词：党参；小孢子发生；雄配子体

中图分类号： S567.5+30.3 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0155-03

收稿日期：2016-12-02

基金项目：国家自然科学基金（编号：21462044）。

作者简介：付 爽（1991—），女，吉林磐石人，硕士研究生，从事植物资源研究。E-mail：2234839658@qq.com。

通信作者：全雪丽，博士，教授，从事植物学科研与教学工作。E-mail：qxl2000@aliyun.com。 党参[Codonopsis pilosula （Franch.） Nannf.]为桔梗科多年生蔓性草本植物[1-2]，为我国常用的传统补益药[3]，主要药用部位为其干燥根。党参具有调节血糖、促进造血功能、抗缺氧、耐疲劳、增强免疫力等功效[4]。党参主产区主要在甘肃、山西、湖北、四川、陕西等地。目前关于党参的研究比较多，而涉及到的方面也较多，如化学成分分析[3-7]、种子萌发[1，4，8-10]、栽培技术[11-12]、药理[13-14]、分子方面[15-18]等。但有关党参胚胎学方面的研究未见报道。本研究采用常规石蜡切片法对党参小孢子发生及雄配子体发育过程进行观察研究，旨在为开展党参遗传育种研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地概况

将党参种子（由甘肃省农业科学院提供）播种于延边大学农学院试验基地，等党参植株开花后采集处于不同时期的花蕾。

1.2 方法

用FAA固定液（V70%乙醇 ∶ V甲醛 ∶ V冰醋酸=90 ∶ 5 ∶ 5）固定新鲜的不同大小党参花蕾，拿回实验室用徕卡石蜡切片机进行常规石蜡切片。切片厚度为14～16 μm，番红-固绿双重染色，用中性树脂封片，最后在显微镜下拍摄。

2 结果与分析

2.1 党参开花动态

党参花为两性花，属辐射对称花，每朵花内包含5枚雄蕊，排成1轮（图1）。柱头3裂，子房3室，子房下位。个别党参花柱头4裂，子房4室。对党参开花动态进行初步调查发现，党参开花时，先是绿色的5个花萼往外开展（图1-A至图1-C）；之后黄绿色的花瓣开放，花瓣刚刚打开时，雄蕊的花药已经开裂，都围在柱头的周边（图1-D、图1-E）；然后雄蕊的花药慢慢从柱头周边往外移开到花瓣内侧，这时已经能看见好多成熟的花粉印在柱头表面（图1-F、图1-G）；再然后，3裂的柱头慢慢展开，最后反卷（图1-H、图1-I）。

2.2 党参小孢子发生

从党参很小的雄蕊原基中花药的横切面来看，党参每个花药由4个花粉囊组成，左右对称，呈蝶形（图2-A）。最初，花托上产生雄蕊原基，其顶端分化成花药，基部分化成花丝。花药初期最外面是1层表皮，内侧4个角隅部分细胞分裂旺盛，由造孢细胞组成。花药外侧部分是周缘细胞，分裂、分化后发育成花药壁的主要组成部分（图2-A）。花药横切面的中央部分是药隔部分，是由药隔维管束（细胞小、排列比较密集的部分）和药隔薄壁组织组成（维管束周边细胞比较大的部分）（图2-A）。造孢细胞进一步发育形成花粉母细胞，党参花粉母细胞在花粉囊内分布成半圆形，主要是因为药隔薄壁细胞延伸到花粉囊内部造成的（图2-B），此时，花粉母细胞体积很大，排列紧密，细胞核很明显，核也大，周缘细胞也通过分裂逐渐分化成花药壁，但这时分化不是很明显（图2-B）。花粉母细胞进入减数分裂时期，体积进一步变大，排列变得疏松，整个花粉囊空间逐渐变大，绒毡层细胞体积也迅速达到最大值（图2-C）。每个花粉母细胞经过减数分裂形成4个小孢子，党参的4个小孢子在空间上排成四面体形，每个小孢子之间由胼胝质相连（图2-D），这个时期叫四分体时期。四分体时期花药壁已经分化很明显，由表皮、药室内壁、中层和绒毡层细胞组成，但是中层细胞不是很发达，大多部位观察不到中层。四分体在绒毡层提供的胼胝质酶的作用下互相分离，形成游离状态小孢子。刚释放的小孢子形态像镰刀形，体积也较小（图2-E）。

2.3 党参雄配子体形成

小孢子进一步发育后，由镰刀形变成圆形，体积稍变大，核在中央，这个时期为小孢子单核中央期（图2-F）。小孢子体积继续变大，核移向一边，属单核靠边期（图2-G）。核再进行1次有丝分裂，形成2个核，即1个核大、1个核小，大的核与细胞质组成营养细胞，小的核与营养细胞的细胞质组成生殖细胞，就是说生殖核游离在营养细胞的细胞质中，这个时期叫双核初期（图2-H）。双核初期的花粉粒表面形成花粉壁，壁上出现数条萌发沟（6～7条），体积继续变大，最后形成成熟的花粉粒，属于2-细胞型花粉粒（图2-I）。花粉成熟后花粉囊开裂，最后花药壁仅留存表皮与药室内壁，绒毡层与中层细胞解体消失（图2-J）。药室内壁细胞在双核初期出现纤维加厚，有的部位出现2层纤维加厚，并径向伸长。

3 结论与讨论

本试验只是对党参的开花动态进行了初步调查，下一步应该定期（如每天同一时期或每几个小时）对开花动态进行跟踪调查，这样更能详细了解其开花进程。

党参花药由4个花粉囊组成，小孢子与雄配子体发育经历了造孢时期、花粉母细胞时期、四分体时期、单核中央期、单核靠边期、双核初期和成熟花粉粒时期。与大多数植物小孢子与雄配子体经历类似。四分体属于四面体形，没有观察到其他类型的四分体。成熟花粉粒属于2-细胞型。小孢子与雄配子发育过程中，同一药室小孢子之间、同一花药花粉囊之间、同一花不同花药之间小孢子发育基本同步。endprint

党参花粉母细胞时期分布呈半圆形，这与大多其他植物圆形分布不同。桔梗花药研究表明，桔梗花粉母细胞分布也呈半圆形[19]。笔者所在课题组对轮叶党参花药进行切片，也

发现其花粉母细胞分布呈半圆形，可能是桔梗属和党参属植物的特征，有待于进一步验证。

马琴国等对党参花粉形态扫描电镜观察表明，党参花粉粒近球形，具有7沟，极少数有6沟[20]，本研究观察结果与之吻合。

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