轮叶党参花粉母细胞减数分裂及其雄配子体发育

汪 洋, 吕 爽, 付 爽, 全雪丽, 吴松权

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)

轮叶党参花粉母细胞减数分裂及其雄配子体发育

汪 洋, 吕 爽, 付 爽, 全雪丽, 吴松权*

(延边大学农学院，吉林 延吉 133002)

以轮叶党参花为材料，通过观察和常规石蜡切片法，对轮叶党参花器内外部形态及小孢子发生和雄配子体形成进行了研究。结果表明：轮叶党参大多花朵柱头为3裂，3子房室，个别发现有2裂、4裂、5裂的柱头，并与子房室数相同。花粉母细胞减数分裂过程正常，在不同花药之间，同一花药不同花粉囊之间，同一囊内不同细胞之间，出现不同步。减数分裂中胞质分裂属于同时型。四分体属于四面体型。花粉粒属于2-细胞型，似圆形，表面有9～10条萌发沟。

轮叶党参；减数分裂；小孢子；雄配子体

轮叶党参[Codonopsislanceolata(sieb.et Zucc.) Trautv.]又名羊乳、四叶参、山胡萝卜等，是桔梗科多年生草质缠绕藤本植物，分布在中国东北、华南、西南等地，朝鲜、日本、俄罗斯也有分布[1]。轮叶党参全株有白色乳汁，散发特异气味。根通常肥大呈纺锤状，有少数细小的侧根。茎接近于圆柱状，其表面有瘤状茎痕。叶片为椭圆形或棱状卵形，4叶轮生。叶柄较为短小。轮叶党参花为两性花，花单生或者2～3朵生于侧枝顶端。雌蕊1枚，雄蕊5枚，花丝分离。花形为开口向下的铃铛状，颜色为紫色，由蜜蜂和黄蜂授粉。一经开花就不再关闭，直至枯萎种子即成熟，种子为浅褐色至深褐色，无光泽。果期为8～9月[2]。

轮叶党参是长白山区人民喜爱采食的山珍之一，尤其在延边朝鲜族地区食用历史悠久，“煎沙参”就是一道色、香、味俱佳的朝鲜族名菜，除了煎，还可以生吃，也可以腌制。其根还可以入药，具有补虚、润肺、止咳、通乳排脓、解毒疗疮的功能[3]。轮叶党参作为食用和药用均可的植物，还具有丰富的营养价值，含17种人体必需的氨基酸、蛋白质、多种维生素、皂苷、多酮、齐墩果酸及许多微量元素。据鉴定，每100 g轮叶党参嫩根中粗蛋白含量为11.89 g、碳水化合物为4.82 g、粗脂肪为3.38 g[4]。总不饱和脂肪酸的数量高于其他植物[5]。维生素含量也维持在较高的水平上。

轮叶党参在药理方面也有研究，如韩春姬等人用小鼠骨髓嗜多染红细胞微核等试验验证了轮叶党参总皂苷具有抗突变作用[6]。最近,轮叶党参被证实能影响结肠癌和白血病细胞中细胞的凋亡和周期，因此，这种草药对口腔癌也可能存在潜在的治疗能力[7-8]。

近几年国内外关于轮叶党参的研究主要集中在栽培技术[9-10]、种子萌发[11-12]以及组织培养[13]等方面，关于轮叶党参的细胞学研究较少，仅见于李国泰[14]的核型分析报道。有关轮叶党参小孢子发生及其雄配子发育研究尚未见报道。因此，本研究在对轮叶党参花器形态调查的基础上，观察了其花粉母细胞减数分裂及雄配子体发育过程，为轮叶党参花药培养[15-16]、单倍体育种等生殖生物学研究的深入研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1材料

试验用轮叶党参来自延边大学农学院试验基地(用种子繁殖得到的轮叶党参植株)。轮叶党参花蕾采集时间和花器特征观察在2016年8月20日-2016年8月30日进行。

1.2方法

1.2.1 轮叶党参花部特征调查

选晴朗的天气，上午10时左右采集50朵已经开放的花朵，用肉眼观察其外部和内部形态特征，包括花瓣颜色，花萼颜色，雌蕊与雄蕊的数目，柱头开裂情况，花药的颜色，子房室的数目等，并记录拍照。

1.2.2 轮叶党参花粉母细胞减数分裂及其雄配子体形成

在田间用小剪子轻轻采摘轮叶党参不同大小花蕾后，立即用FAA固定液(70%酒精∶冰醋酸∶甲醛=90∶5∶5)固定，并在4 ℃冰箱保存备用(采摘时一定要注意不要让新鲜花朵变形，否则会影响试验结果)。花粉母细胞的减数分裂及其雄配子体形成的观察研究采用常规石蜡切片法[17]。利用不同浓度酒精进行脱水后，用二甲苯进行透明，之后用不同浓度石蜡进行浸蜡和包埋。用徕卡石蜡切片机进行切片，切片厚度为12～14 μm。带有材料的蜡片用装有二甲苯的脱蜡缸进行脱蜡。脱蜡后染色，采用番红-固绿双重染色方法。最后用加大拿树胶封片，用于解剖观察。将做好的材料玻片在OLYIMPUS光学显微镜下观察、分析并选取清晰的材料进行拍照和测量[18-19]。花粉粒大小用显微镜测微尺测量。花粉粒随机调查20个。

2 结果与分析

2.1轮叶党参花部特征调查

轮叶党参为藤本植物，花顶生，两性花，5枚花萼，花冠钟状，每朵花内包括5枚雄蕊，柱头3裂。大部分花朵具有3裂柱头，子房3室(图1：B)，个别花朵具有2裂柱头(图1：A)，4裂柱头(图1：C)和5裂柱头(图1：D)，并且发现柱头的数目与子房室的数目相同。

2.2轮叶党参花粉母细胞减数分裂过程

轮叶党参花粉母细胞的减数分裂过程如图2(A-K)。轮叶党参花粉母细胞减数分裂过程出现不同步性。染色体行为基本正常。前期Ⅰ细线期，花粉母细胞体积较大，核明显，染色体开始出现，呈特别细的线状(图2，A)。到前期Ⅰ终变期，染色体更为缩短，紧密凝聚状态(图2，B)。中期Ⅰ，染色体整齐排列在赤道面，纺锤丝出现(图2，C)。后期Ⅰ，同源染色体移向两级(图2，D)。末期Ⅰ，染色体变细，但没有完全伸展，2个子核之间没有出现新细胞壁(图2，E)。前期Ⅱ，染色体又恢复到像前期Ⅰ样子(图2，F)，但此时染色体数已经减半。中期Ⅱ，染色质变成染色体，排在各自的赤道面上(图2，G)。后期Ⅱ，每条染色体分别走向细胞两级，此时能看到4组染色体(图版2，H)。末期Ⅱ，染色体弥散成染色质，核膜和核仁重新出现(图2，I)。最后细胞版出现，形成4个子细胞(图2，J)。4个子细胞在空间上排列成四面体型，未观察到其他类型的四面体型(图2，K)。

2.3轮叶党参雄配子体的形成

四分体解体后的小孢子分散到药室中，体积小，圆球形，核在细胞的中央，此时能观察到核仁，单核中央期，花粉壁也开始形成(图3，A-B)。之后小孢子体积迅速增大，出现大液泡，把细胞内核移向细胞的一侧，属于单核靠边期(图3，C)。核进行1次有丝分裂形成2个核，大小差不多，有的分裂后大小不一致，属于双核初期(图3，D)。其中，1个核变成凸透镜形态，属于生殖核，另一个为营养核(图3，E)。花粉壁继续完善，花粉表面能够看到数条(9～10条)萌发沟，而且萌发沟延伸至两级(图3，F)。成熟的花粉粒形态为近圆形，属于2-细胞型(图3，G)。对成熟的花粉粒测量了其大小。其大小为(36.4～43.68) μm×(40.04～43.68) μm。

A:减数分裂前期Ⅰ细线期；B:前期终变期；C:中期Ⅰ；D:后期Ⅰ；E:末期Ⅰ；F:前期Ⅱ；G:中期Ⅱ；H: 后期；I:末期Ⅱ；J:4个细胞形成；K:细胞壁出现，四分体形成

图2轮叶党参花粉母细胞减数分裂进程(400×)

Fig.2MeiosisprogressofpollenmothercellsforC.lanceolata(400×)

A:小孢子形成；B:单核中央期；C:单核靠边期；D:双核初期；E:双核成熟花粉粒；F:成熟花粉粒表面数条萌发沟

3 讨论与结论

轮叶党参花为顶生，两性花，5枚花萼，花冠钟状，每花内包括5枚雄蕊，柱头3裂，个别有2裂，4裂或5裂。柱头数目与子房室的数目是同等的。轮叶党参花粉母细胞减数分裂过程正常，在不同花药之间，同一花药不同花粉囊之间，同一囊内不同细胞之间，出现不同步。轮叶党参减数分裂过程中不同步性对种群繁殖后代是有利的，可以扩展花期，增加两性功能的有效作用时间，是一种适应当地环境条件的进化表现[20-21]。减数分裂中胞质分裂属于同时型胞质分裂，即第1次分裂后没有形成细胞壁，第2次分裂后最后形成细胞壁。轮叶党参小孢子四分体属于四面体型，没有观察到其他类型的四分体。

轮叶党参成熟的花粉粒属于2-细胞型，表面有9～10条萌发沟，没有发现3-细胞型花粉粒。轮叶党参小孢子发育及雄配子体形成都很正常，也观察到了大量的花粉粒，但其花粉活力到底怎样，需要进一步进行测定研究。

目前有关桔梗科的植物胚胎学的研究论文甚少，只见到关于桔梗的胚胎学研究报道[22-23]，其他桔梗科植物如沙参属、风铃草属、半边莲属、党参属、牧根草属等均未见有关胚胎学的研究报道。本文中的试验材料属于党参属的轮叶党参，与桔梗属桔梗不是一个属。本文中轮叶党参花粉粒表面能观察到萌发沟，而关于桔梗的胚胎学研究中仅提及花粉粒属2-细胞型，而没有提到花粉粒表面有无萌发沟及萌发孔数量等问题[22-23]。因此，桔梗属与党参属花粉粒的萌发沟到底有无区别，仍需要进一步的研究。

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PollenmothercellmeiosisandmalegametophytedevelopmentofCodonopsislanceolata

WANG Yang, LV Shuang, FU Shuang, QUAN Xueli, WU Songquan*

(AgriculturalCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilin133002)

Using the flower ofCodonopsislanceolataas material, studies of flower morphology, microsporogenesis and male gametophyte formation with the methods of observation and paraffin slice were conducted. The results showed that most flowers had 3-lobed stigmas and 3-locules ovary, and individual flowers had 2-lobed, 4-lobed or 5-lobed stigmas and the same numbers of locules, respectively. Meiosis process of pollen mother cell was normal, but unsynchronized between different anthers, different pollen sacs in the same anther, and different cells between the same pollen sac. Meiotic cytokinesis belonged to simultaneous type and the arrangement of microspore tetrads was tetrahedral. Pollen grain was 2-cell type, around and there were 9～10 germinal furrows in the surface of it.

Codonopsislanceolata; meiosis; microspore; male gametophyte

2017-04-10

国家自然科学基金资助项目(21462044)

汪洋(1992—)，男，吉林敦化人，在读硕士，研究方向为特种植物资源。吴松权为通信作者，

E-mail:ars wsq@ybu.edu.cn

1004-7999(2017)03-0028-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2017.03.005

S567

A