牛膝菊大、小孢子發生和雌、雄配子體的發育

胡鐵鋒

(河北科技師范學院 河北秦皇島，066004)

牛膝菊(Galinsona parviflora)系菊科牛膝菊屬1年生草本植物，全草藥用，有止血、消炎之功效［1］。該種為外來入侵物種，原產美洲大陸，種子繁殖力極強，適應性廣，在我國大部分省區有分布。近年來在我國很多地區呈爆發式生長態勢，常形成單優群落，對當地生態系統和生物多樣性造成嚴重威脅，而目前對牛膝菊的基礎生物學方面的研究還相當缺乏［2，3］。本研究通過對牛膝菊大小孢子和雌雄配子體發育的研究，填補其在胚胎學方面上研究的空白，同時也為有效控制和利用外侵植物牛膝菊提供一些參考依據。

1 材料與方法

供試材料取自東北林業大學校園內自然生長的牛膝菊植株。自2008年5月下旬開始，每天取牛膝菊花序上不同發育時期的花蕾，直至9月下旬。取材后用FAA固定后直接保存，愛氏蘇木精整體染色，常規石蠟法制片，切片厚度為8～12 μm，Olympus AH-2型光學顯微鏡下觀察并照相。

2 觀察結果

2.1 大孢子發生及雌配子體發育

2.1.1 大孢子發生 牛膝菊子房1室，每室具1個倒生胚珠，單珠被，薄珠心。在胚珠發育初期，子房內表皮上出現球狀突起，即胚珠原基，此時組織尚未分化。隨后珠心表皮下第1層細胞分化出孢原細胞，孢原細胞與其他珠心細胞相比，體積大，細胞質濃厚，細胞核顯著。牛膝菊珠心的孢原細胞為單孢原(圖版1-1)。孢原細胞位于珠心表皮之下方，細胞體積及細胞核明顯大于周圍的珠心細胞，細胞質濃厚。孢原細胞直接發育成為大孢子母細胞，大孢子母細胞與珠心表皮細胞之間無細胞相隔，故牛膝菊為薄珠心。隨之進入減數分裂期，大孢子母細胞縱向延長。減數第1次分裂前期I的細線期(圖版1-2)，細線期是大孢子母細胞減數分裂的起點，此時染色質纖維凝集、折疊并螺旋化，核仁可見。進入偶線期(圖版1-3)，隨著同源染色體的配對發生，染色體逐漸松散，核仁明顯。染色體進一步縮短進入粗線期(圖版1-4)，粗線期時配對的染色體螺旋化加強，逐漸變粗變短，雙線期(圖版1-5)時染色體變得更短更粗，核仁體積也縮小很多，兩對姐妹染色單體相交在一起，形成一至多個交叉點，最后進入終變期(圖版1-6)，染色體縮短，進而移向核中央分布。經中期Ⅰ和后期Ⅰ，二分體很快形成(圖版1-7)。經后期II末期II，形成四分體時期(圖版1-8)。4個細胞排列為直線形。大孢子母細胞經過減數分裂產生4個大孢子后，其中3個大孢子退化，最終只有1個位于合點端的大孢子轉變為功能大孢子(圖版1-9)。

2.1.2 雌配子體發育 功能大孢子體積逐漸增大，中間出現一個大液泡，繼而發育為單核胚囊(圖版2-1)。單核胚囊經過1次有絲分裂形成二核胚囊，此時2個核分別位于胚囊的珠孔端和合點端(圖版2-2)，兩核之間有大液泡將個核的細胞質分開，再經過有絲分裂形成四核胚囊(圖版2-3)。四核胚囊再進行1次有絲分裂，胚囊體積繼續縱向延長，形成八核成熟胚囊(圖版2-4)。成熟胚囊中近珠孔端有3個核，它們最后發育成為卵器(圖版2-5)，其中1個核分化為卵細胞(圖版2-6)，其余2個分化為助細胞(圖版2-7)。合點端也有3個核組成細胞，即3個反足細胞(圖版2-8)，它們在形成不久便退化消失。合點端和珠孔端各有一核移向胚囊中央，組成含有2個極核的中央細胞(圖版2-9)。中央細胞的核較大，核仁明顯。牛膝菊的胚囊發育屬于蓼型［4］。

2.2 小孢子發生和雄配子體的發育

2.2.1 小孢子發生 牛膝菊花藥發育早期，胞原細胞發生于4個角隅處的表皮之下，為多胞原。由胞原細胞分裂分化形成的造胞細胞發育產生小孢子母細胞(圖版3-1)，隨后小孢子母細胞開始減數分裂。減數分裂是一個連續的過程:減數分裂的前期Ⅰ可分為細線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期。細線期是小孢子母細胞減數分裂的起點，此時期的特點是染色質凝集，染色質纖維逐漸折疊、螺旋化、變短、變粗，包裝成細纖維樣的染色體結構，并與核仁聯系在一起，位于核的一側，可作為減數分裂啟動的標志(圖版3-2);進入偶線期，染色質逐漸松散，同源染色體開始配對，形成聯會復合體，此時小孢子母細胞的核仁明顯可見(圖版3-3);粗線期時，染色體相聯結，形成了復合的或雙價的染色體;雙線期的染色體比粗線期縮得更短更粗，核仁體積也縮小很多，不過有的仍附著在一定的染色體上，1對姐妹染色單體在某些區段與另1對分開，但由于這2對染色單體相交在一起，故可見染色體交叉端化，可見1至多個交叉(圖版3-4);終變期時染色體縮得更短，變得更粗，染色體分散，并靠近核膜(圖版3-5)。繼而核膜消失，紡錘體形成，紡錘絲與染色體的著絲點連接，進入小孢子母細胞減數分裂中期Ⅰ，二價體集中排列在赤道面上(圖版3-6)。隨著二價體的2個同源染色體分開，分別向兩極移動，標志著后期Ⅰ的到來(圖版3-7)。在染色體到達兩極以后，末期Ⅰ就開始了，此時核膜和核仁又同時出現，在2個子細胞核之間形成細胞板。至此，小孢子母細胞減數分裂Ⅰ完成了。小孢子母細胞核經過短暫的分裂間期后，進入第2次減數分裂。減數分裂Ⅱ開始時有一個很短的前期Ⅱ，伸展的染色體開始收縮和螺旋化，接著就出現了紡錘絲，染色體集中排列在赤道面上，進入中期Ⅱ。隨后染色體從中期的赤道面開始向兩極移動，標志著后期Ⅱ的到來(圖版3-8)。最后染色體達到兩極即為末期Ⅱ。經末期Ⅱ分裂完成時，逐漸形成了4個子核，每個子核都有自己的核膜及一套完整的單倍體染色體組。在4個子核之間產生壁，同時分隔成4個細胞，這時便形成了4分體小孢子。其胞質分裂為連續型，偶爾伴隨有同時型(圖版3-8;3-9)。四分體小孢子多數呈四面體形(圖版3-10)。

2.2.2 雄配子體發育 剛解散的小孢子，細胞壁還未形成，細胞質濃厚，細胞核位于細胞中央。緊接著，細胞壁逐漸增厚，開始形成萌發孔(圖版3-11)。細胞質中出現小液泡。小液泡逐漸融合，形成中央大液泡，細胞質和細胞核被擠到細胞的邊緣，此為小孢子單核靠邊期(圖版3-12)。細胞核在貼近花粉壁的位置進行有絲分裂，形成1個營養核和1個生殖核。隨后，2核之間形成細胞壁，并將細胞質分成不均等的2部分，形成大小懸殊的2個細胞，大的為營養細胞，小的為生殖細胞(圖版3-13)。生殖細胞開始呈凸透鏡狀，緊貼花粉壁，隨著生殖細胞和營養細胞之間的細胞壁消失，生殖細胞逐漸脫離花粉粒細胞壁，浸入營養細胞的細胞質中。這時，2-細胞花粉粒形成(圖版3-14)。雄配子體發育完成［5，6］。

2.2.3 花藥壁的發育 初生壁細胞平周分裂，產生內外2層細胞，內層細胞直接發育為絨氈層，外層細胞形成藥室內壁。由表皮、藥室內壁和絨氈層共同組成花藥的壁。因此，牛膝菊的花藥壁發育是簡化型(圖版3-1)。藥室內壁細胞最終發育為細胞壁條狀加厚的纖維層，絨氈層細胞壁在小孢子四分體時期開始破壞并呈變形蟲狀(圖版3-10)。花粉成熟后，藥室壁開裂，只剩不完整的表皮和纖維層。

3 討 論

牛膝菊的一些胚胎學特征與菊科的胚胎學基本特征［7］是相符合的，絨氈層為變形絨氈層;小孢子母細胞減數分裂時胞質分裂為連續型，產生四面體型四分體。子房1室，每室1個倒生胚珠;具單珠被，薄珠心;大孢子母細胞減數分裂形成的4個大孢子呈直線形排列，其中位于合點端的為功能大孢子;蓼型胚囊。

本研究中發現牛膝菊也具有一些新的特征，最明顯的是花藥壁類型與其他菊科植物不同，多數菊科植物是雙子葉型［8，9］，而牛膝菊是簡化型，即只有表皮，藥室內壁和絨氈層，無中層結構。為花粉粒的發育提供營養是其絨氈層和藥室內壁，研究表明［10，11］，花藥的藥室內壁除了在初期起保護作用外，還起到了貯藏營養的作用，為后期花粉粒的發育提供營養。缺少中層使牛膝菊花藥結構更加簡化，同時節省了在中層發育上所需的養分，將有限的營養物質盡可能多地提供給花粉粒的發育。

大量野外觀察表明，牛膝菊無營養繁殖方式存在，其生殖方式只有有性生殖，這種專一性繁殖方式使其產生的后代具有豐富的遺傳性和變異性，擴展和適應環境的能力更強。另外，大量胚胎學觀察表明，牛膝菊雌、雄配子體發育過程幾乎沒有敗育現象。這些也可能是其成為外侵物種的重要內在因素。

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［2］ 齊淑艷，徐文鐸，文言.外來入侵植物牛膝菊種群構件生物量結構［J］.應用生態學報，2006，17(12):2 283-2 286.

［3］ 齊淑艷，徐文鐸.外來入侵植物粗毛牛膝菊在遼寧地區的新發現［J］.遼寧林業科技，2008(4):20-21.

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(責任編輯:石瑞珍)