蓝猪耳大孢子发生和雌配子体发育

陈素红 邹璞 廖景平

摘要[目的]研究蓝猪耳大孢子发生和雌配子体发育。[方法]采用常规石蜡切片和超薄切片技术研究蓝猪耳大孢子发生和雌配子体发育过程。[结果]蓝猪耳为中轴胎座，倒生胚珠，单珠被，薄珠心。大孢子母细胞减数分裂形成T-形和直线形四分体。T-形四分体合点端大孢子具功能，胚囊为蓼型发育形式；直线形四分体中珠孔端大孢子具功能，最终形成八核七细胞的成熟胚囊。胚囊发育异常偶有发生，但大部分胚囊都能发育成正常的7-细胞胚囊。[结论]蓝猪耳雌性生殖细胞发育異常并不是其结实率低的主要原因。

关键词蓝猪耳；大孢子发生；雌配子体形成

中图分类号S188+2文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）20-0128-03

Abstract[Objective]To study megasporogenesis and female gametophyte development of T. fournieri.[Method]Megasporogenesis and female gametophyte development of T.fournieri were investigated by techniques of paraffin sections and ultrathin sections.[Result] T.fournieri had axile placenta.The ovule was anatropous，unitegmic and tenuinucellatae.The megasporocyte divided into Ttetrad or linear tetrad after meiosis.The chalazal end megaspore was functional in Ttetrad and the embryo sac was the polygonum type.However，the micropyle end megaspore was functional in linear tetrad.The mature embryo sac was 7celled and 8nucleate type.Abnormal embryo sac was observed by chance，but most of the embryo sacs could develop normally.[Conclusion]The abnormal development of female germ cells wasnt a crucial factor for the low setting rate of Torenia fournieri.

Key wordsTorenia fournieri；Megasporogenesis；Female gametophyte development

蓝猪耳（Torenia fournieri Linden.Ex Foum.）是玄参科（Scrophulariaceae）蝴蝶草属一年生直立草本植物。现栽培种花色鲜艳，是夏季优良草花盆栽观赏花卉之一。它花期长、花量大，还具有半裸露胚囊，因而被作为研究被子植物受精生物学的理想模式植物[1]。

数十年来，借助蓝猪耳特殊的胚囊结构，研究多集中在花粉管生长、受精前后发育过程、离体受精体系建立等[2-10]，而有关蓝猪耳胚胎学的研究较少。Vivian等[11]着重研究了蓝猪耳胚和胚乳的发育，以及胚乳的吸器、营养功能与成熟种子形成的关系。Tiwari[12-13]报道了蓝猪耳成熟胚囊中有胼胝质壁的出现，通过组织化学法研究了承珠盘的细胞壁。Wallwork等[14]研究了蓝猪耳授粉后至受精前胚囊内细胞结构的变化。目前，有关蓝猪耳大孢子發生和雌配子体发育的研究少见报道。笔者研究了蓝猪耳大孢子发生和雌配子体发育过程，探讨了蓝猪耳半裸露胚囊的形成和栽培种结实率不高的原因，为蓝猪耳的胚胎学研究积累资料。

1材料与方法

试验材料为中国科学院华南植物园种植的蓝猪耳。用卡尺测量不同发育时期的花苞，按花苞长度和开放状态分别放于FAA液中固定，抽气。爱氏苏木精整体染色，常规石蜡切片，厚度8 μm 。用OlympusAX70 光学显微镜观察和OlympusDP50数码拍照。

光镜下确定发育时期，选取主要时期的胚珠固定于1%戊二醛（0.1 mol/L磷酸缓冲液配制，pH 7.2）中，4 ℃下12～24 h。用0.1 mol/L磷酸缓冲液（pH 7.2）洗涤后转入1%锇酸（0.1 mol/L磷酸缓冲液配制，pH 7.2）中固定，4 ℃下16 h。再用上述缓冲液冲洗后经各级乙醇脱水，环氧丙烷置换，Epon 812环氧树脂渗透并包埋。包埋块在半薄切片机上用玻璃刀切片，厚度为1～2 μm，0.5%甲苯胺蓝溶液染色，光学显微镜下观察、定位，LK-S型超薄切片机切片，醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色，在日本JEM-1010透射电镜100 kV下观察、拍照。

2结果与分析

2.1胚珠的发育与大孢子发生

蓝猪耳为中轴胎座，子房室中有上百个胚珠，其中胚珠的发育基本是同步的。当心皮原基腹缝线开始连合后，胎座部位细胞的细胞质变得浓厚并开始迅速分裂分化，向子房腔内迅速隆起形成圆球形的胚珠原基（图1a）。

蓝猪耳胚珠倒生，单珠被，薄珠心。当珠被刚包围珠心时，珠孔端珠心组织表皮下分化出一个体积较大、细胞质浓、细胞核显著的细胞，即孢原细胞。孢原细胞直接发育为大孢子母细胞，大孢子母细胞的体积比孢原细胞更大，细胞质更浓，细胞器丰富（图1b）。单层的珠心表皮细胞没有进一步分裂分化，而是在减数分裂时期开始解体，到功能大孢子时期珠孔端只留下一些退化的痕迹（图1c），蓝猪耳胚珠为薄珠心胚珠。蓝猪耳胚珠属单珠被胚珠，功能大孢子时期珠被细胞具有3～4层细胞（图1d）。与此同时，由于胚珠基部的不均衡生长，导致珠柄弯向一侧，在功能大孢子形成时完全倒转形成倒生胚珠。大孢子母细胞进行减数分裂后形成四分体，四分体的4个大孢子排列方式多数为直线形，少数为T-形。在T-形四分体中，靠近珠孔端的3个大孢子同时解体消失，只有合点端的大孢子保留，即功能大孢子（图1e）。在直线形四分体中，靠近合点端的3个大孢子逐个解体消失，只有珠孔端的大孢子保留，成为功能大孢子（图1f）。蓝猪耳以单孢子胚囊的发育方式进一步发育为成熟胚囊。

2.2雌配子體發育

减数分裂完成后，功能大孢子与其他3个分离，细胞膨大，细胞质浓厚，细胞核显著。功能大孢子继续发育形成单核胚囊，单核胚囊的体积进一步增大，进行第1次有丝分裂，形成二核胚囊。二核胚囊初期，胚囊随着大量的小液泡出现而体积增大；之后2个核分别向胚囊两极移动，中间被大液泡隔开，但两核之间有细胞质相连。接着，两核各自进行1次有丝分裂，形成四核胚囊，此时可观察到被珠被包被的珠心表皮细胞退化留下的痕迹（图1g）。随着核的分裂，胚囊逐渐拉长并出现大液泡化，四核同时进行1次有丝分裂形成八核胚囊，在靠珠孔端有4个核，在合点端也有4个核，8个核处于共同的细胞质中。在八核胚囊时期，合点端有2个核出现退化现象，核变形，染色变黑（图1h）。接着发生细胞化，在珠孔端的4个核有3个组成卵器，包含1个卵细胞和2个助细胞；在合点端的4个核有2个形成反足细胞；珠孔端的上极核和合点端的下极核共同构成含2个核的中央细胞。这2个极核融合形成次生核。这样，形成八核七细胞的成熟胚囊。

蓝猪耳成熟胚囊半裸露于珠孔端，卵器和部分中央细胞清晰可见（图2a）。卵细胞内有大液泡，细胞核与细胞质大部分位于细胞的合点端，较大的液泡则位于珠孔端；2个助细胞和卵细胞呈“品”字型排列，2个助细胞的核和大部分细胞质都分布在珠孔端（图2b）。中央细胞中2个极核距离较近，位于胚囊的中心位置（图2c）。当胚囊发育成熟，2个极核融合成的次生核有向珠孔端移动的趋势，中央细胞的核和核仁与卵细胞的相比都较大（图2d）。3个反足细胞呈“品”字型排列，细胞为长椭圆形（图2e）。

3讨论

Vivian等[11]简要报道了蓝猪耳雌配子体发育特征，显示大孢子母细胞减数分裂后成4个大孢子，合点端的一个行使功能最终发育成雌配子体，然而该研究结果与之不同。该研究显示：胚囊发育为单孢子型，当大孢子减数分裂后为T-形四分体时，胚囊为蓼型发育形式，成熟胚囊为八核七细胞；当大孢子减数分裂后为直线形四分体时，珠孔端第1个大孢子为功能大孢子，其他3个逐个退化，最终成熟胚囊仍为八核七细胞。蓝猪耳胚囊发育特征有待进一步研究。

从花苞外部形态与内部大、小孢子发生及雌、雄配子体发育情况比较（表1）可见，蓝猪耳花蕾不大，生殖器官发育所经历的时间不长，但雌蕊与雄蕊发育进程是不同步的。早期雄蕊的发育快于雌蕊，但胚囊后期发育进程快，使得雌、雄性生殖细胞在开花时基本同时达到成熟阶段。

植物开花后所产生的成熟果实比所开的花少，而果实中成熟种子数比胚珠数少许多，这既是环境条件对植物进行选择的结果，也是植物对有限环境资源适应的结果[16]。许多植物不能正常地繁衍后代，很重要的原因之一是植物有性生殖过程的某些环节出现了障碍[17-18]。笔者研究了蓝猪耳雌配子体发育情况，发现在胚囊形成的过程中有异常现象发生，但经过大量

切片统计，胚囊不能正常发育的数量很少，大部分都能发育成正常的7-细胞胚囊。因此，认为蓝猪耳雌性生殖细胞发育异常并不是其结实率低的主要原因。

参考文献

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