早生黃金梨雌雄性細胞發(fā)育及其對應(yīng)關(guān)系

摘要：以早生黃金梨為試材，運用石蠟切片法對雌雄性細胞的發(fā)育進行細胞學(xué)觀察，探討了它們的發(fā)育規(guī)律及其與外部形態(tài)的相關(guān)性。結(jié)果表明，1)早生黃金梨的花藥為4室；藥壁發(fā)育屬雙子葉型；腺質(zhì)絨氈層；小孢子母細胞減數(shù)分裂為同時型；開花前7～9 d花粉成熟，成熟花粉為2一細胞型。2)大孢子母細胞減數(shù)分裂形成的4個大孢子呈直線排列，其中合點端的大孢子具功能，經(jīng)過3次分裂后，于開花當(dāng)天形成成熟八核胚囊；胚囊發(fā)育屬蓼型。3)在發(fā)育過程中，不僅雌雄性細胞的形成之間有比較穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，而且它們與花芽或花的外部形態(tài)特征之間也有著相對穩(wěn)定的關(guān)系。根據(jù)它們的時序性對應(yīng)關(guān)系，可以通過花芽或花的外部形態(tài)特征來對其內(nèi)部的性細胞發(fā)育進程進行即時判別。

關(guān)鍵詞：早生黃金梨；小孢子發(fā)生；大孢子發(fā)生；雄配子體；雌配子體

中圖分類號：S661.2 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-9980(2008)03-408-05

植物的雌雄性細胞發(fā)育是植物有性生殖過程的重要階段，其發(fā)育好壞直接影響植物的授粉受精和坐果。梨是以收獲果實為主要栽培目的的經(jīng)濟植物，對其雌雄性細胞發(fā)育進行研究，有助于生產(chǎn)者在栽培過程中正確地進行花期管理，創(chuàng)造良好的生長發(fā)育條件，以奠定豐產(chǎn)基礎(chǔ)；同時，對梨育種應(yīng)用和理論研究也會帶來很大的方便。但目前有關(guān)梨雌雄性細胞發(fā)育的研究卻并不多，只是在茬梨、新梨7號、京白梨等少數(shù)品種中有所報道，在砂梨中還未見相關(guān)報道。早生黃金梨(Pyrus pyrifolia Nakai.cv.Josengwhangkeum)是我國近年從韓國引進的一個優(yōu)良砂梨新品種。是新高系梨中已鑒定的一個雄性可育品種，具有很高的栽培和育種價值，而目前關(guān)于早生黃金的研究僅限于一般的栽培技術(shù)方面，對其雌雄性細胞的發(fā)生和發(fā)育規(guī)律研究國內(nèi)外尚未見相關(guān)報道。因此，我們通過對早生黃金梨雌雄配子體發(fā)生發(fā)育過程進行細胞組織學(xué)觀察，以及對花芽內(nèi)部發(fā)育與外部形態(tài)特征對應(yīng)性進行探討，以期探明早生黃金梨雌雄性細胞發(fā)育特性。

1 材料和方法

1．1 材料

材料取自中南林業(yè)科技大學(xué)經(jīng)濟林實習(xí)基地，品種為早生黃金，樹齡5 a，樹勢中等，定植株行距為2 ×3 m。自2005年3月5日花芽萌動開始至開花當(dāng)天(2005年4月3日)，每天上午8～10時采集樹冠外圍短枝上大小均勻一致的花芽或花10個，立即用卡諾氏固定液固定12 h后轉(zhuǎn)入70％乙醇中低溫保存?zhèn)溆茫ㄑ炕蚧ǖ耐獠啃螒B(tài)特征進行描述和記錄。

1．2 解剖觀察方法

切片制作采用常規(guī)石蠟制片法，將固定材料經(jīng)逐級酒精脫水、浸蠟、包埋后切片，切片厚度12μm，4％硫酸鐵銨媒染，蘇木精染色，1％～2％的硫酸鐵銨分色，加拿大樹膠封片等步驟制成片，然后選典型制片在Motie DMB5型數(shù)碼生物顯微鏡下觀察大小孢子的發(fā)生和雌雄配子體的發(fā)育過程，并進行顯微照相。

2 結(jié)果與分析

2．1 小孢子發(fā)生和雄配子體發(fā)育

2．1．1 小孢子的發(fā)生 早生黃金梨花藥有4個藥室，花藥橫切面呈蝴蝶形。進入早春后，隨著溫度的上升，花芽開始萌動，3月8日左右，次生造孢細胞經(jīng)過多次分裂后開始形成小孢子母細胞，小孢子母細胞與周圍的藥壁細胞相比，它們的體積大，細胞核也大，細胞質(zhì)濃厚且無明顯的液泡。接著小孢子母細胞開始減數(shù)分裂，其小孢子母細胞減數(shù)分裂為同時型。初形成的四個小孢子包藏在共同的胼胝質(zhì)壁中，其中大部分四分體為四面體型四分體，但也伴有少數(shù)左右對稱型四分體。

2．1．2 雄配子體的發(fā)育 隨著胼胝質(zhì)的溶解，小孢子逐漸從四分體中游離出來，釋放到小孢子囊中，此時便進入了雄配子體的發(fā)育時期。剛釋放出來的小孢子細胞體積較小，細胞核位于細胞中央，隨后小孢子體積增大，細胞質(zhì)液泡化，形成單核時期的小孢子。隨著液泡逐漸增大，細胞核被移向花藥壁的一側(cè)，花粉發(fā)育進入單核靠邊期。此后。花粉細胞核在貼近花藥壁的位置進行不均等的分裂，形成一個相對較大的營養(yǎng)細胞和較小的生殖細胞，接著花粉粒的體積明顯增大，并充滿淀粉、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)，花粉粒漸次成熟，早生黃金梨成熟的花粉為二細胞花粉。

2．1．3 花藥壁的發(fā)育 早生黃金梨花藥壁自外向內(nèi)由1層表皮、1層藥室內(nèi)壁、2～3層中層和1層絨氈層細胞組成。根據(jù)Davis對被子植物花藥壁發(fā)育方式的分類，早生黃金梨的花藥壁發(fā)育屬雙子葉型。在花藥發(fā)育過程中，花藥壁的各層細胞也相應(yīng)地發(fā)生了一系列變化。首先，表皮層細胞隨著花藥的擴大逐漸變成扁長方形，在花粉成熟時則呈加厚并不規(guī)則狀突起。藥室內(nèi)壁在四分體分離出單核小孢子后即徑向伸長，表現(xiàn)出明顯帶狀加厚，同時內(nèi)含物減少。中層相對來說在整個發(fā)育過程中形態(tài)變化較少，從小孢子四分體時期至二細胞型花粉成熟期間逐漸解體。花粉壁的最內(nèi)層一絨氈層則是花藥整個發(fā)育過程中最為活躍的一層，在小孢子母細胞處于減數(shù)分裂時，絨氈層細胞明顯的徑向伸長并分裂成2或4核；在進入小孢子四分體時期，絨氈層細胞出現(xiàn)液泡化，并出現(xiàn)原位解體現(xiàn)象，但仍與中層保持相連；單核小孢子時期，絨氈層進一步解體，與中層開始出現(xiàn)剝離，至花粉成熟時，絨氈層完全溶解消失，花藥壁只剩下表皮和藥室內(nèi)壁2層，并且每一側(cè)的2個花粉囊由于藥隔的消失而連通。根據(jù)絨氈層發(fā)育后期的形態(tài)差別，早生黃金梨的絨氈層細胞是原位解體，屬于腺質(zhì)絨氈層。

2．2 大孢子發(fā)生及雌配子體發(fā)育

2．2．1 大孢子的發(fā)生從3月中下旬開始，造孢細胞分化形成大孢子母細胞，大孢子母細胞進行減數(shù)分裂，經(jīng)二分體大孢子后形成直線排列的四分體大孢子，隨后，靠近珠孔端的3個大孢子先后退化，合點端的一個大孢子發(fā)育成為功能大孢子。

2．2．2 雌配子體的發(fā)育3月28日左右，具功能的大孢子體積迅速增大，中央出現(xiàn)一個長橢圓形的大液泡，細胞核進行1次分裂，形成2個細胞核，它們分別移向胚囊的兩端，形成2核胚囊。位于2核胚囊兩端的細胞核再進行2次有絲分裂，分別形成4核胚囊和8核胚囊，胚囊體積表現(xiàn)出顯著增大。另外，在形成八核胚囊后，每端各有1個核移向胚囊的中部，最后融合為一個含2極核的細胞；此時，典型的8核成熟胚囊(7核8細胞胚囊)形成，它由1個卵細胞、2個助細胞、3個反足細胞和1個含2極核的中央細胞構(gòu)成。上述胚囊形成的過程表明，早生黃金梨胚囊發(fā)育屬蓼型。

2．3 雌雄蕊發(fā)育與外部形態(tài)特征

通過2005年和2006年2 a觀測，早生黃金梨雌雄蕊發(fā)育與其花芽和花形態(tài)特征有相對穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系(表1)。在整個發(fā)育過程中，外部形態(tài)變化主要表現(xiàn)為花芽膨大、芽鱗張開、花藥顏色變紅、花蕾露出、花序分離和花朵開放等，總共經(jīng)歷時間不同年份稍有差異，2005年為25 d，2006年為31 d。

3 討論

梨大小孢子發(fā)生和雌雄配子體發(fā)育好壞與其開花結(jié)實有直接關(guān)系。目前有關(guān)梨雌雄性細胞系統(tǒng)發(fā)育情況的研究還很少，有限的報道主要集中在梨雌雄配子體敗育類型研究方面，而對梨正常性細胞的發(fā)育只有姚宜軒等對茌梨進行過研究。本研究在早生黃金梨雌雄性細胞發(fā)育過程中觀察到的情況和茌梨及大多數(shù)雙子葉植物基本一致，符合雙子葉植物發(fā)育的一般規(guī)律。

本次實驗觀察到的早生黃金梨小孢子四分體既有四面體型，也伴有少數(shù)左右對稱型，與其它觀察中梨小孢子四分體為四面體形有所不同；對減數(shù)分裂前后絨氈層細胞的變化觀察。過去一直認為梨花粉敗育與囊壁絨氈層的液泡化關(guān)系密切，而本次研究觀察早生黃金梨在進入小孢子四分體時，絨氈層細胞就出現(xiàn)液泡化，可早生黃金梨花粉發(fā)育正常，說明梨絨氈層的液泡化只是部分梨雄性不育表現(xiàn)的形式或現(xiàn)象而不是原因，引起梨雄性不育的原因尚有待進一步深入研究。

早生黃金梨雌雄性細胞發(fā)育與其外部形態(tài)存在著相對穩(wěn)定的關(guān)系，認識這些特性有助于從外部形態(tài)的特征了解其內(nèi)部性細胞的發(fā)育狀態(tài)，以便及時采取措施，加強管理，促進花粉和胚囊的正常發(fā)育、輔助人工授粉等；同時也能為花粉、胚囊等的組織培養(yǎng)和深入的分子生物學(xué)研究提供采樣的依據(jù)。本試驗與許方等以茌梨為試材的研究結(jié)果基本一致，但各個發(fā)育階段所經(jīng)歷的時間差別較大，這可能與氣候環(huán)境和品種有關(guān)。