红王子锦带小孢子发育与花器形态相关性研究

张 美 淑

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)



红王子锦带小孢子发育与花器形态相关性研究

张 美 淑

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)

本文采用常规石蜡切片法观察了红王子锦带小孢子不同发育时期的细胞学特征，探讨了小孢子发生和雄配子体的发育过程与不同发育阶段花器形态的相关性。研究结果表明：红王子锦带每个花药具4个花粉囊，花药壁由表皮、药室内壁、中层、绒毡层组成。小孢子四分体属四面体型，绒毡层发育属腺质型，出现多核现象。成熟的花粉粒属2-细胞型，具有3个萌发孔，花粉外壁具有针刺状结构。红王子锦带小孢子发育时期与花器形态具有一定的相关性：小孢子处于四分体时花蕾长度<0.5 cm，花药<0.3 cm，花药绿色，花瓣为紫红色。红王子锦带同一花蕾小孢子发育存在一定程度的渐续性即不同步。

红王子锦带；小孢子；花器；相关性

红王子锦带(Weigelafloridacv.‘Red-prince’)为忍冬科锦带花属多年生植物，是落叶开张性灌木[1]。其生长较快，花期长，花色鲜红，观赏价值较高。并且具有抗旱、抗高温、抗盐碱、抗病等多抗性[2]，是我国园艺工作者从美国引进[1]的优良红花色系花灌木新品种，是极理想的园林美化树种[3]。红王子锦带对氯化氢气体抗性强，是具有一定潜力的抗污染绿化树种[4]。

有报道说由于红王子锦带花的花粉退化，栽培不易结籽，主要通过扦插和分株繁殖[1，4]。关于花粉退化的原因，花粉退化的形态描述未见报道；小孢子发育特征与花器官形态相关性方面也鲜见报道。因此，本研究用石蜡切片法观察了小孢子发育全过程以及其与花蕾大小的相关性，揭示花粉具体有无退化现象，以便在进行有关遗传改良或其他生物技术研究时，依据花的外部形态变化，判断小孢子的发育阶段。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料取自延边大学校园内生长的红王子锦带植株上不同大小花蕾。取材时间为2013年6月初。

1.2 方法

1) 花器形态观察与测量 红王子锦带处于开花盛期时，取不同大小花蕾(上午9～10点)放入自封袋中，立即带回实验室测量花蕾长度、花药长度，观察花蕾和花药颜色。

2) 小孢子发育观察 把不同大小新鲜花蕾按大小分类后，分别固定在FAA固定液中。采用常规石蜡切片法对其花药进行切片,切片厚度14～16 μm，番红-固绿双重染色法染色，中性树胶封片，用OLYIMPUS显微镜观察，并进行显微照相。

2 结果与分析

2.1 花器形态调查结果

红王子锦带花花器调查结果如表1。花瓣的颜色由最初的紫红色变为深粉色，花药由最初的绿色慢慢转变成黄绿，再由黄绿转变成粉色。初期花萼明显比花蕾长，后期花蕾明显比花萼长(图1)。

表1 红王子锦带花花器形态调查

2.2 小孢子各发育阶段细胞学特征及雄配子体形成

红王子锦带花为两性花，每朵花内具有5枚雄蕊，每1花药由4个花粉囊组成(图2)。小孢子由小孢子母细胞(图3)经过减数分裂而产生，试验观察发现减数分裂在不同花药之间，同一花药不同花粉囊之间存在不同步性。在第1次减数分裂结束后2个子细胞间不形成细胞壁，胞质分裂属于同时型。减数分裂结束后形成四面体型四分体(图4)，未观察到其他类型的四分体。四分体在胼胝质酶的作用下，彼此分离形成小孢子。刚释放的小孢子体积小，椭圆形(图5)，核在细胞中央，处于单核中央期。随着花药的发育小孢子体积逐渐变大，出现了3个萌发孔，细胞核移到一边，处于单核靠边期(图6)，同时发现小孢子细胞表面出现很多针刺状结构(图6)。核再进行一次分裂，形成2个核(图7)，处于双核期。进一步发育后形成成熟的双核花粉粒，体积大的核是营养核，小的是生殖核(图8)。

图1 不同大小花蕾内部形态

图2 一个花药横切，示4个花粉囊

图3 小孢子母细胞时期

图4 四分体时期

图5 刚从四分体释放的小孢子(单核中央期)

图6 单核靠边期

图7 双核初期

图8 成熟双核花粉粒

2.3 花药壁的发育

花药壁由1层表皮、1层药室内壁、数层中层和1层绒毡层组成(图2～4)。表皮细胞开始是一层近等径的细胞，随着花药的发育细胞变得扁平，最后形态变得不规则。在花药壁发育各个阶段，表皮细胞一直存在(图3～8)。药室内壁在表皮内侧，由1层扁平状细胞组成。从花粉母细胞进入减数分裂开始药室内壁细胞逐渐径向伸长，到双核期细胞壁上出现纵向条纹状纤维加厚(图8)。中层由1～2层扁平状细胞组成，后期中层细胞也出现纤维加厚现象(图8)。绒毡层细胞在花药壁最内侧，由1层细胞组成，在花粉母细胞时期绒毡层细胞发育达到最大值，细胞内出现多核现象(图3)。四分体时期开始出现逐渐解体迹象，花药完全成熟后，绒毡层细胞全部解体(图8)。

2.4 小孢子不同发育时期与花器形态相关性

红王子锦带小孢子不同发育时期与花器形态相关性如表2。花蕾长度在<0.5 cm时，小孢子已经发育到四分体时期，花蕾长度在0.7～1.0 cm时,处于单核靠边期，花蕾长度在2.0 cm以上时，花粉已经成熟。小孢子发育经历了小孢子母细胞时期、四分体时期、单核期、双核期。

表2 红王子锦带小孢子不同发育时期与花器形态相关性

3 讨论与结论

红王子锦带花药壁的结构从外向内依次为表皮(1层)、药室内壁(1层)、中层(1～2层)和绒毡层(1层)。花药成熟后期药室内壁与中层细胞都出现纤维加厚，绒毡层细胞在小孢子母细胞时期发育达到最大值，最后全部解体，其发育类型属于腺质型(分泌型)。小孢子母细胞减数分裂为同时型，四分体属于四面体型。成熟花粉粒具3个萌发孔，并且在花粉粒外壁有很多针刺状结构，成熟花粉粒为2-细胞型。

在花药培养的早期研究中发现，并不是任何发育时期的花粉都可以培养形成愈伤组织或胚状体[5]，取材时期对于小孢子培养成功与否是关键[6-9]，大多研究表明，单核靠边期是进行小孢子培养的最佳时期[10-15]，但红王子锦带花药培养中小孢子最佳培养时期是四分体时期[16],此时的取蕾标准应为：花蕾长度<0.5 cm，花药长度<0.3 cm，花药绿色，花瓣为紫红色。根据本研究结果可以根据花器外部形态特征在田间取材接种，实现对最佳发育时期的花药或小孢子进行培养，具有方便、快捷、准确的特点，无须制片镜检。

有报道称红王子锦带有花粉退化现象[1,4]，但并没有说明退化原因或有关退化描述。本研究观察发现红王子锦带花粉发育正常，没有败育现象。这可能与所取材料有关，具体原因有待于进一步研究探讨。

[1] 王春彦,沈健,王军,等.红王子锦带扦插技术研究[J].江苏农业科学,2009(06):210-212.

[2] 李芳,任雪芹,孙杨吾,等.红王子锦带茎段组培快繁体系的建立[J].北方园艺,2012(08):115-117.

[3] 马立华,郁永英,谭振平,等.红王子锦带引种及繁殖技术[J].东北林业大学学报,2009,37(09):38-40.

[4] 袁秀平，张存旭.不同因素对红王子锦带愈伤组织诱导的影响[J].西北林学院学报，2006，2(04):80-82.

[5] 张菊平,巩振辉,刘珂珂,等.辣椒小孢子发育时期与花器形态的相关性[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2007,35(03):153-158.

[6] 郝晨,李云,姜金仲,等.四倍体刺槐大小孢子发育时期与花器形态的相关性[J].核农学报,2006,20(04):292-295.

[7] 杨宏光,孙晓梅,王孝鹏,等.三色堇小孢子发育时期与花器形态相关性分析[J].沈阳农业大学学报,2008,39(05):621-624.

[8] 魏军亚,刘德兵,张越阳,等.芒果小孢子发育时期与花器形态的相关性[J].热带作物学报,2009,30(10):1442-1446.

[9] 朴雪梅,全雪丽,严一字,等.桔梗小孢子发育时期与花器形态相关性研究[J].江苏农业科学,2008(06):138-140.

[10] 谢淼，秦丽颖，潘俊松,等.黄瓜花器形态发生、小孢子发育与花药培养[J].西北植物学报，2005,25(06)：1096-1100.

[11] Germana M A，Chiancone B,Guanrda N L.et al.Development of multicellular pollen ofEriobotryajaponicaLindl.through another culture[J].Plant Science,2006,(171):718-725.

[12] Wang Y Y.The induction of the pollen plantlets of triticale and capsicum annum rom anther[J].Sci Sinica,1973,16:147-151.

[13] 孟志卿.草莓花药愈伤组织诱导与分化研究[J].江西农业学报,2007,19(09):41-42.

[14] özkum C D,Tipirdamaz R.The erects of cold treatment and harcoal on the in vitro androgensis of pepper(CapsicumannuumL.)[J].Turk J Bot,2002,26:131-139.

[15] 全雪丽,李虎林,具红光,等.烟草吉烟9号品种小孢子发育时期与花器官形态的相关性[J].烟草科技,2014,(10):75-78.

[16] 王丹,李晶,林永波,等. 红王子锦带花药离体培养中影响花粉分裂因子的研究[J].林业科技,2010,35(09):13-15.

Studies on relationships between microspore development stage and morphology of floral organ of Weigela florida cv. Red Prince

ZHANG Meishu

(AgriculturalCollegeofYanbianUniversity，YanjiJilin133002,China)

By the means of Paraffin section method, the cytological property of floral organs under different developmental stages ofWeigelafloridacv. Red Prince was observed, and the relations of microsporogenesis and male gametophyte development with morphological characteristics of floral organs under different development stages were investigated. The results showed that each anther had 4 pollen sacs, anther wall was composed of the epidermis, the endothecium, the middle layer and the tapetum. The microspore tetrad was tetrahedral, the development of its tapetum was belonged to the gender type; in addition, multiple nucleuses were observed. Mature pollen was two-cell-type with three apertures; pollen surface was covered needle-like bulges. The development stage of microspore revealed somewhat relations with the floral organ morphology ofWeigelafloridacv. Red Prince, e.g., at microspore tetrad stage, lengths of flower buds and anthers were less than 0.5 and 0.3 cm, respectively, and anthers were green and petals were purple red. The microspore development of the same buds ofWeigelafloridarevealed somewhat gradual continuity without synchronization.

Weigelafloridacv. Red Prince; microspore; floral organ; relation

2016-07-11 基金项目：校级教育教学研究项目，延大教发[2014] 13号

张美淑(1966—)，女(朝鲜族)，高级实验师，学士，研究方向为植物学解剖与分类。

E-mail：zhangms@ybu.edu.cn

1004-7999(2016)03-0266-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2016.03.016

S685.99

A