毛茛小孢子发生和雄配子体的形成

全雪丽，具红光，严一字，吴松权

（延边大学农学院，吉林 延吉 133000）

毛茛属植物在系统分类上属较为原始的一类植物。毛茛属植物中药用植物所占比例较高，在我国资源丰富且民间作为药用的种类极多，开发利用毛茛属药用植物前景广阔[1]。毛茛（Ranunculus japonicus Thunb.）为毛茛科（Ranunculaceae）毛茛属（Ranunculus）多年生草本植物[2-3]。野生于田野、湿地、河岸、沟边及阴湿的草丛中，除西藏外在我国各省区均有分布[3]。有关毛茛属植物的临床应用报道，主要集中在毛茛（全草）和猫爪草（毛茛科植物小毛茛Ranunculus ternatus Thunb.的块根）。新鲜毛茛全草加食盐少许捣成糊状外用治疗传染性肝炎[4]，或捏成药团外用治疗栗疹状眼病[5]；毛茛注射液痛点注射可治疗骨质增生性疼痛[6]；毛茛捣泥治疗牙痛[6]；还有毛茛外用治疗慢性血吸虫、支气管炎、哮喘、风湿病、类风湿性关节炎、银屑病的报道[7]。目前有关毛茛研究集中在成分分析、药理方面，对该种的小孢子发生与雄配子体发生问题还未见报道。

本文对毛茛的小孢子发生和雄配子体发育过程进行观察研究，揭示毛茛植物的胚胎学特征，为毛茛科毛茛属胚胎学研究积累资料。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为吉林省龙井碧岩山上的野生毛茛。

1.2 方法

2011年6月22日，晴天上午9:00～10:00，用手术刀切掉花梗后，把不同大小的花蕾立即固定在固定液中（FAA固定液），并带回实验室。对试材进行逐级酒精脱水，二甲苯置换，石蜡包埋。常规石蜡切片法制片（采用莱卡石蜡切片机），切片厚度为15μm左右，番红-固绿双重染色，加拿大树胶封片，显微镜观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 花药壁的发育

毛茛成熟的花内有数枚雄蕊（见图版Ⅰ-1），每一花药具有4个花粉囊（见图版Ⅰ-2），接近成熟时变成2个花粉囊（两个相邻药室之间的药隔消失，两个药室连通），最后囊开裂散粉(见图版Ⅰ-3)。幼嫩花药横切面呈蝶形（见图版Ⅰ-4)，是由于4个角隅处的细胞分裂较快，从而使花药变成4个裂瓣的形状。成熟花药横切面呈倒“V”形（见图版Ⅰ-1～2）。花药壁的几层细胞在分化初期形态上差别不大，都是扁平状（见图版Ⅰ-4）。随着小孢子母细胞减数分裂及花粉粒形成，药壁各层细胞形态结构发生一系列变化。分化完全的花药壁自外向内由表皮层1层、药室内壁1层、中层1层及绒毡层1层，共4个部分构成（见图4）。小孢子母细胞进入减数分裂时，绒毡层细胞发育达到顶点（体积达到最大值），绒毡层细胞内核进行分裂，但不形成细胞板，因此出现多核化现象（见图版Ⅰ-4～5）。四分体时期，绒毡层细胞开始出现解体迹象（见图版Ⅰ-6）。绒毡层细胞在整个发育过程中，始终维持在原来的位置上，通过细胞的表面分泌各种物质提供给小孢子发育的需要，直至花粉成熟后，绒毡层细胞完全自溶（见图版Ⅰ-4～10）。因此，毛茛花药的绒毡层发育属于分泌型[8]。单核期开始药室内壁细胞迅速变宽，呈径向伸长。当花药发育至成熟时，药室内壁达到最高程度的发育，即在细胞壁上有明显的纤维加厚，类似“马蹄形”（见图版Ⅰ-10～12）。有些植物的药室内壁在加厚时，常在两个花粉囊交接处的外侧，留下一条狭条状区域，这个区域的细胞不发生次生加厚[9]。囊开裂时也就在此开裂，花粉囊从裂缝处散出。而毛茛药室内壁，几乎所有细胞都出现加厚现象，只不过在两个花粉囊交界处的细胞壁没有比其他区域细胞壁厚。花药成熟开裂时，表皮及药室内壁细胞失水收缩，花药开裂散粉。花药完全成熟后花药壁中的绒毡层和中层细胞完全解体，只剩下表皮与药室内壁细胞（见图版Ⅰ-10～12）（此图彩版见封三）。

2.2 小孢子各发育阶段的细胞学特征

2.2.1 花粉母细胞时期

花粉母细胞由造孢细胞多次进行分裂后发育形成，其形态与周围的药壁细胞显著不同。刚形成的花粉母细胞群呈圆形排列，细胞体积大，每个细胞呈多边形，细胞核大，细胞质浓，核仁明显，染色质分散，无明显液泡（见图版Ⅰ-4）。最初花粉母细胞排列紧密，随着进入减数分裂期排列变得疏松，而且逐渐积累胼胝质的壁。

2.2.2 四分体时期

在花粉母细胞第一次减数分裂后没有形成细胞壁，因此双核细胞没有二分体时期，在第二次分裂中，2个核同时进行分裂，分裂完成时，在4个核之间产生壁，同时分隔成4个细胞（见图版Ⅰ-5～6）。因此，其胞质分裂属同时型[10]。花粉母细胞进行减数分裂后形成的4个小孢子，它们被一层厚的胼胝质包围成四分体，其排列方式属于四面体型（见图版Ⅰ-7）。同一花药中不同药室之间小孢子母细胞减数分裂几乎是同步的。

2.2.3 单核期与双核期

四分体的小孢子之间被胼胝质壁所分隔，后来由于胼胝质壁的溶解，多个小孢子彼此分开，释放到药室中（见图版Ⅰ-8）。这时小孢子细胞体积很小,后期细胞体积逐渐增大（见图版Ⅰ-7～9），由小圆形变大圆形。此时，典型的花粉壁和萌发沟已形成（见图版Ⅰ-9）。随着小孢子的进一步发育，细胞核偏向一侧，经不均等的有丝分裂，形成大小悬殊的两个细胞即营养细胞和生殖细胞（见图版Ⅰ-10），营养细胞体积较大，继承了原来小孢子的大部分细胞质及液泡；生殖细胞体积较小，只含有少量的细胞质。刚形成的生殖细胞呈凸透镜状，紧贴花粉壁。随着花粉发育过程的进行，生殖细胞逐渐脱离花粉内壁。当生殖细胞开始游离在营养细胞的细胞质中时，生殖细胞球形，为2-细胞花粉粒型（见图版Ⅰ-11）。成熟时的二胞花粉，生殖细胞变成弯月形，生殖细胞与营养核靠在一起组成雄性生殖单位（Malegermunit，MGU）（见图版Ⅰ-12）。

图版Ⅰ 毛茛小孢子发生及雄配子体的形成过程PlateⅠ Morphological study on anther development of Ranunculus japonicus Thunb.

3 讨论与结论

毛茛花药发育过程中花粉母细胞呈圆形排列，小孢子四分体属四面体型，绒毡层属分泌型，成熟花粉粒属2-细胞花粉，圆形。

毛茛花中的数枚雄蕊发育时期是不同步的，外围雄蕊先成熟，内部雄蕊后成熟，即外轮向内轮逐渐成熟。这与毛茛科植物尖萼耧斗菜特征是正相反的[11]，尖萼耧斗菜的雄蕊是内轮向外轮逐渐成熟。

毛茛成熟花粉中生殖细胞和营养核紧密相连，构成“雄性生殖单位”（MGU）。现有研究中许多植物的成熟花粉或花粉管中都有雄性生殖单位存在[13-16]。孔兰静等研究表明，用光镜观察显示营养核和生殖细胞很贴近，可以推断它们构成雄性生殖单位[17]。“雄性生殖单位”这个概念是由Dumas等在研究油菜的两精子与营养核特殊关系时提出的。认为两个精细胞和一个营养核在发育过程中作为一个单独的遗传单位存在。近年来，这个概念被推广到2-细胞花粉植物中[18]。胡适宜等认为形成雄性生殖单位是被子植物雄配子发育过程中的一个普遍特性。需要说明的是，有些植物在花粉粒中并不形成联合体，而是后来花粉粒萌发后，在花粉管中形成的。雄性生殖单位的最主要特征是有利于它们随花粉管的生长同步移动到管的末端，同时被释放至胚囊中[18]。

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