， ， ， ， (.延邊大學農(nóng)學院， 吉林 延吉 3300, .龍井市智新鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 吉林 延邊 33400 )

長白山區(qū)紫草小孢子發(fā)生的細胞形態(tài)學觀察

呂爽1，付爽1，吳松權(quán)1，南海燕2，全雪麗1
(1.延邊大學農(nóng)學院， 吉林 延吉 133002, 2.龍井市智新鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站， 吉林 延邊 133400 )

采用常規(guī)石蠟切片法，觀察了長白山區(qū)紫草的小孢子發(fā)生過程和各時期的形態(tài)特征。結(jié)果表明：長白山區(qū)紫草小孢子發(fā)育直到四分體為止發(fā)育都正常，小孢子母細胞減數(shù)分裂為同時型，四分體排列方式為四面體型。小孢子發(fā)育受阻于四分體分離后的單核小孢子時期開始，是因為這時期絨氈層細胞異常膨脹，占滿整個藥室，小孢子沒有可發(fā)育的空間，最終導致小孢子敗育。

長白山區(qū)； 紫草； 小孢子發(fā)生； 細胞形態(tài)學

紫草(LithospermumerythrorhizonSieb.et Zucc.)，又稱硬紫草，屬于紫草科紫草屬多年生草本植物[1-2]，紫草根是我國傳統(tǒng)中藥，根肥厚，暗紫色，其主要有效成分是紫草素[3]。紫草具有抗艾滋病、抗腫瘤、抗炎、止血抑菌、保護肝臟、抗氧化等多種藥理作用，臨床應用廣泛[3]。近年來，紫草被大量采集，加之野生條件下形成的種子少，難以收集，加劇了紫草野生資源的破壞[2]。目前關(guān)于紫草的研究主要集中在化學成分及藥理方面[2-6]，關(guān)于紫草胚胎學方面的研究甚少，尤其是小孢子發(fā)育方面的研究。因此，本研究采用常規(guī)石蠟切片法，觀察研究了長白山區(qū)紫草小孢子發(fā)育的過程，以期為紫草的生殖生物學研究提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

多年生紫草植株采自延吉周邊地區(qū)，經(jīng)延邊大學農(nóng)學院石鐵源教授鑒定后，栽種于延邊大學農(nóng)學院農(nóng)園內(nèi)，常規(guī)栽培管理。等紫草開花后(2015年5月28—30日)，取紫草植株上的不同大小的花蕾待用。

1.2 方 法

采集的新鮮材料(處于不同發(fā)育時期的花蕾)用FAA固定液立即固定并保存帶回實驗室。各材料經(jīng)過逐級脫水、透明、浸蠟、包埋、修整、切片(切片厚度12μm)，之后用番紅-固綠雙重染色法染色，中性樹膠封片，干燥后用OLYIMPUS顯微鏡觀察，觀察小孢子不同發(fā)育時期，并進行顯微照相。

圖版

2 結(jié)果與分析

紫草花為兩性花，輻射對稱花，總狀聚傘花序，每朵花內(nèi)有5枚雄蕊(圖版1～2)。

2.1 紫草花藥壁的發(fā)育

紫草每個花藥橫切面為蝶形，由4個花粉囊組成(圖版2)?；ㄋ幈谑怯涉咴毎至旬a(chǎn)生的周緣細胞經(jīng)過分裂分化形成。初期花藥壁分化不明顯(圖版3)，各層細胞形態(tài)相似。隨著花藥的進一步發(fā)育花藥壁分化越來越明顯(圖版3～6)，花藥壁從外向內(nèi)分別是表皮(1層細胞)、藥室內(nèi)壁(1層細胞)、中層(1層細胞)和絨氈層(1～2層細胞)(圖版5)。四分體分離之前花藥壁無異?，F(xiàn)象，從四分體分離后形成小孢子開始絨氈層發(fā)育出現(xiàn)異常，即絨氈層細胞不斷膨大，內(nèi)部細胞質(zhì)分布不均勻，出現(xiàn)大液泡，因體積不斷增大占滿整個藥室，導致小孢子沒有發(fā)育的空間，被絨氈層擠壓、變形(圖版6～7)。到后期雖然絨氈層萎縮、變小，但又被藥室內(nèi)壁的細胞縱向伸長和纖維化，占滿整個藥室(圖版8～9)，導致小孢子仍然沒有可發(fā)育的空間。總之，花藥壁中最外層表皮的發(fā)育、藥室內(nèi)壁后期的徑向伸長、增大、纖維化、中層細胞的解體都是正常的。只有絨氈層細胞發(fā)育出現(xiàn)不正常。到最后花粉囊壁各層干縮，變形，花粉囊有開裂跡象，但不是很明顯(圖版10)。此外，在藥隔薄壁細胞中觀察到簇狀晶體。

2.2 紫草小孢子各發(fā)育階段的細胞學特征

造胞細胞經(jīng)過分裂后形成小孢子母細胞，體積較大，核明顯，呈多邊形(圖版3)，此時絨氈層細胞分化還不是很明顯。小孢子母細胞進入減數(shù)分裂，經(jīng)第1次分裂后形成的2個核之間沒有形成細胞壁，因此沒有二分體時期(圖版4)。這時期絨氈層細胞已經(jīng)出現(xiàn)膨大，大多部位出現(xiàn)2層絨氈層細胞。在第2次分裂后形成的4個核之間產(chǎn)生細胞壁，即四分體時期(圖版5)。因二分體時期沒有出現(xiàn)細胞壁，減數(shù)分裂屬同時型。四分體為四面體型，被胼胝質(zhì)包圍，四分體形態(tài)正常。四分體能夠正常分離后形成小孢子。但從小孢子發(fā)育開始出現(xiàn)異常。因周圍的絨氈層細胞異常膨大，內(nèi)部出現(xiàn)大液泡，可見單核或雙核，絨氈層細胞繼續(xù)膨大，有的成為特大細胞，侵入藥室擠壓小孢子，導致小孢子發(fā)育沒有空間，被擠壓，粘連在一起(圖版6～9)，最后小孢子細胞和部分殘留的絨氈層細胞粘連在藥室內(nèi)壁內(nèi)側(cè)，最終徹底敗育(圖版10)。

3 討論與結(jié)論

絨氈層細胞是花藥壁最內(nèi)一層細胞，是最接近花粉母細胞和小孢子的細胞。絨氈層主要功能是將來自植物體內(nèi)的各種物質(zhì)進行加工轉(zhuǎn)化并輸入藥室為小孢子發(fā)育提供營養(yǎng)物質(zhì)和酶，同時為雄配子體的發(fā)育創(chuàng)造了一個特殊的空間環(huán)境[7]。大量研究表明，小孢子發(fā)生過程中絨氈層的正常發(fā)育與花粉生長有著緊密的聯(lián)系[8]。幾乎所有的雄性不育植物小孢子的敗育都與絨氈層有關(guān)[9-12]。不同植物雄性不育材料敗育的時期不一，從雄蕊分化到成熟花粉形成的各個時期都有可能，單子葉植物多數(shù)發(fā)生在單核和雙核期，雙子葉植物多發(fā)生在四分體至小孢子形成期[12]，且敗育的方式也多種多樣，主要表現(xiàn)在減數(shù)分裂時期絨氈層細胞液泡化、中層細胞肥大、小孢子淀粉粒減少、孢粉素沉積異常、花粉內(nèi)壁不能正常形成等。同時, 敗育的原因也是多方面的, 歸納起來, 與絨氈層、胼胝質(zhì)、ATP 酶、Ca2+濃度、細胞骨架和細胞程序性死亡等因素有關(guān)[8]。

本研究發(fā)現(xiàn)，長白山區(qū)紫草小孢子發(fā)育出現(xiàn)敗育現(xiàn)象，敗育從四分體分離后的小孢子時期開始，這說明絨氈層能正常分泌胼胝質(zhì)酶，降解胼胝質(zhì)壁，使四分體分離。小孢子時期開始絨氈層異常膨脹，液泡化明顯，占滿整個藥室，小孢子被擠壓、變形、粘連，無法正常發(fā)育，最終無法形成正常的花粉粒，導致雄性不育。因此，可以認為長白山區(qū)紫草花粉敗育是由于絨氈層細胞在花粉形成和發(fā)育過程中過度肥大液泡化引起的。

[1]中國科學院植物研究所.中國高等植物圖鑒(第3冊)[M].北京:科學出版社,1972:551.

[2]張靜怡,張麗莎,鄭宏麗,等.紫草的組織培養(yǎng)及快速繁殖研究[J].河南科學,2009,27(1):55-58.

[3]艾慶波,劉玉璇,國大亮.中藥紫草的研究進展[J].齊魯藥事,2010,29(10):609-611.

[4]嚴松柏,談獻和,胡玉濤.紫草的研究進展[J].時珍國醫(yī)國藥,2003,14(2):103-105.

[5]李立榮,崔志高,肖潤禾,等.對紫草中紫草色素的初步研究[J].湖南中醫(yī)學院學報,2000,20(2):25-26.

[6]蘆韋華,潘頎,王芳,等.培養(yǎng)條件對新疆紫草毛狀根生長及紫草素含量的影響[J].西北植物學報,2012,32(8):1 686-1 691.

[7]逯紅棟,鞏振輝,王曉敏,等.辣椒雄性不育材料小孢子發(fā)生的細胞形態(tài)學觀察[J].西北植物學報,2006,26(9):1 842-1 845.

[8]田英,李云翔,秦墾,等.寧夏枸杞雄性不育材料小孢子發(fā)生的細胞形態(tài)學觀察[J].西北植物學報,2009,29(2):263-268.

[9]耿三省,王志源,蔣健箴,等.辣椒雄性不育系小孢子發(fā)生的細胞學觀察[J].園藝學報,1994,21(2):165-169.

[10]郭晶心,孫日飛,宋家祥,等.大白菜雄性不育系小孢子發(fā)生的細胞形態(tài)學觀察[J].園藝學報,2001,28(5):409-414.

[11]吳松權(quán),全雪麗,樸雪梅,等.桔梗雄性不育花藥的發(fā)育解剖學研究[J].廣西植物,2009,29(6):729-731.

[12]余曉娟,袁月,王繼源,等.葡萄半不育花粉粒形態(tài)和細胞學觀察及相關(guān)基因表達分析[J].西北植物學報,2015,35(7):1 317-1 325.

Cyto-morphological Observations of Microspore Development ofLithospermumerythrorhizonin Changbai Mountain

LüShuang1,FUShuang1,WUSongquan1,NANHaiyan2,QUANXueli1
(1.Agricultural College of Yanbian University,Yanji Jilin 133002，China；2.Center for Popularization of Agricultural Technical of Zhixin Town,Yanbian Jilin 133400，China)

Microsporogenesis and morphological characteristics ofLithospermumerythrorhizonof Changbai mountain were observed with the method of paraffin.The results showed that microspore development was normal till tetrad,microspore mothercell meiosis belonged to simultaneous type and the arrangement of microspore tetrads was tetrahedral inL.erythrorhizon.Microspore development ofL.erythrorhizonwas hindered at the initiation of mononuclear microspore stage after tetrad separated.This was because tapetal cells were abnormal expansion and occupied the whole anther chamber so that microspores had no developmental space and finally leaded to abortion.

hangbai mountain;Lithospermumerythrorhizon; microspore development;cell morphology

2016-10-13

校級教育教學研究項目(延大教發(fā)[2014] 13號)。

呂 爽(1993—)，女，碩士研究生，研究方向：中草藥生物技術(shù)。

全雪麗(1973—)，女，博士，碩士生導師，教授，研究方向：植物學教學與科研；E-mail:qxl2000@aliyun.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.02.030

S 567.23+9

A

1001-4705(2017)02-0030-03