川白芷大小孢子发生与雌雄配子体发育的研究
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2009年5月 第32卷 第3期
四川师范大学学报(自然科学版)
Journa l of S i chuan N or m a lU n i versity(N a t ura l Sc i ence)M ay ,2009
V o.l 32,N o .3
收稿日期:2008-04-28
基金项目:四川省应用基础研究重点基金(05J Y029 154)资助项目
*联系作者简介:唐正义(1957 ),男,教授,主要从事植物胚胎学和遗传独立的研究
川白芷大小孢子发生与雌雄配子体发育的研究
胡 蓉, 黄作喜, 唐正义
*
(内江师范学院化学与生命科学学院,四川内江641112)
摘要:用常规石蜡制片法研究了川白芷大、小孢子发生及雌、雄配子体的发育过程.结果表明:川白芷的子房为2室,每室1倒生型胚珠,单珠被,薄珠心;大孢子发生过程中,具有多个孢原细胞的现象,但通常只有1个大孢子母细胞能继续发育;大孢子母细胞经减数分裂形成线形排列的4个大孢子,合点端大孢子具功能;胚囊发育属于蓼型.小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂为同时型,小孢子4分体为四面体形;成熟的花粉粒为3细胞型;花药壁发育为双子叶型,绒毡层为腺质绒毡层.
关键词:川白芷;大孢子;小孢子;雌配子体;雄配子体
中图分类号:Q 944.4 文献标识码:A 文章编号:1001 8395(2009)03 0354 04do:i 10.3969/j .issn .1001 8395.2009.03.020
0 引言
川白芷(Angelica dahurica (F isch .ex H o ff m .)Ben t h .etH ook)为伞形科当归属多年生草本植物,
主产于四川遂宁、安岳、达县、南充等地,是著名的川产药材,产量约占全国商品白芷的70%以上
[1]
,
质量上乘,畅销国内外.川白芷是我国传统中药,其根入药,主要含有香豆素类成分和挥发油.香豆素主要有异欧前胡素(is o i m p eratorin )、欧前胡素(i m peratorin )、别异欧前胡素(alloisoi m peratorin )、佛手柑内酯(ber gap ten )、白当归素(byakangelicol )等多种有效成分[2 3]
;挥发油主要有有机酸类、碳烯类
及醇类化合物[4]
.具有祛风、除湿、通窍、行气、止血、美容、消痈散结、去毒排脓、生肌止痛等作用.主治风寒感冒、头痛、牙痛、鼻渊、白带、痈疖肿毒等症
[5 7]
.
有关川白芷的研究工作,目前在化学、药理学、
植物学、遗传学和栽培技术等方面已有许多报道[2 14]
;川白芷胚胎学发育过程中淀粉和蛋白质的
变化也有报道[15 16]
.但有关川白芷大、小孢子发生及其雌、雄配子体的发育研究至今未见报道.因此,本研究利用石蜡切片技术,探讨了川白芷大、小孢子发生及其雌、雄配子体的发育,以积累有关生殖生物学基础资料,填补白芷胚胎学研究方面的空白,为该种植物的栽培、遗传育种及大面积繁殖和
产业化开发奠定理论基础.
1 材料和方法
1.1 材料 试材川白芷(A.dahurica ),采自四川
遂宁市川白芷生产基地,移栽于内江师范学院化学与生命科学学院实验基地.
1.2 取材与固定 2005 2007年5月下旬,在川白芷花期内,每隔24h 采集花序上不同发育时期的花蕾各20个,花蕾直径300 550 m ,分别经Carnoy s 液固定约20h 后,转入70%的乙醇中,在4 下保存备用.连续取材1个月.
1.3 制片和镜检 按常规石蜡切片法制片,切片厚度为8 10 m,用铁矾!苏木精染色,脱水、透明后,用中性树胶封片;雄配子体发育过程采用花药苯酚品红压片,N i k on 显微镜观察并摄影.
2 结果与分析
川白芷具复伞形花序,顶生或腋生.花两性,每
朵小花具5枚雄蕊,花药具有4个小孢子囊;子房为2室,每室1个倒生胚珠,单珠被,薄珠心(图1(1)).2.1 大孢子发生与雌配子体发育 2.1.1 大孢子发生 川白芷胚珠发育初期,珠心表皮下的1个孢原细胞,其体积较大,细胞质浓厚,细胞核显著,明显区别于其它珠心细胞.孢原细胞直接发育成为大孢子母细胞(图1(2)).大孢子母细胞纵向体积
增大,细胞核位于珠孔端,染色质凝集于核仁周围,细胞质内无液泡.大孢子母细胞与珠心表皮细胞之间无细胞相隔,故川白芷为薄珠心胚珠.大孢子母细胞经第1次减数分裂形成2分体(图1(3)),2分体再进行1次分裂形成线形排列的4分体(图1(4)).4分体形成后,珠孔端的3个大孢子停止发育并逐渐退化(图1(5)),合点端大孢子发育成功能大孢子.
在大孢子发生过程中,胚囊周围的珠被内表皮细胞逐渐生长,细胞质浓厚.当大孢子母细胞经减数分裂形成4个大孢子时,珠被已生长到胚珠顶端处,并继续向上生长,不愈合处形成了1个狭长的珠孔,此时已显露出川白芷倒生胚珠的特征(图1(1)
).
2.1.2 雌配子体发育 大孢子母细胞经减数分裂产生4个大孢子后,合点端的功能大孢子体积逐渐变大,细胞质内出现液泡,继而发育成为单核胚囊,其核经过3次连续的有丝分裂,依次形成2核胚囊、4核胚囊和8核胚囊(图1(6)).胚囊发育过程中各核分裂几乎同步.4核胚囊的中央被大液泡所占据,珠孔端与合点端各两个核;8核胚囊中,珠孔与合点端各4核,随后两端各有1核移向胚囊中部组成2个极核(图1(7)),极核位于胚囊中央,8核胚囊因其胚囊体积纵向与横向延伸,难以将8核切到同一切面上.
根据B .M.Johri 等[17 18]
对被子植物胚胎发育类型的划分,川白芷的胚囊发育属于单孢子胚囊中的蓼型胚囊.成熟胚囊时期,2个助细胞和卵细胞构成卵器,3个细胞呈三角形排列,位于珠孔端(图1(8)),助细胞和卵细胞大小相近.2个极核融合为次生核(图1(9)),最初位于胚囊中部,以后逐渐靠近卵器,体积增大,受精前次生核周围为浓厚的细胞质所包围.胚囊的合点端为3个反足细胞所占据(图1(9)),细胞较小,受精前3个反足细胞呈现退化的痕迹,为短命结构.2.2 小孢子发生与雄配子体发育 2.2.1 小孢子发生 川白芷花药发育初期,从花药横切面上,可见4个角隅处的表皮细胞下分化出体积较大的多个孢原细胞(图2(1)),孢原细胞经过1次平周分裂形成初生造孢细胞和初生周缘细胞.
初生造孢细胞分裂增生为次生造孢细胞,次生造孢细胞进一步发育成小孢子母细胞(图2(2)).小孢子母细胞体积大,细胞核大,细胞质浓厚,无明显液泡.小孢子母细胞经减数第1次分裂末期I 时不形成细胞板(图2(3)),而直接进入减数第2次分裂,末期II 后同时形成细胞壁,最后形成四面体形的小孢子4分体(图2(4)).4分体为共同的胼胝质包围,4个小孢子之间也有明显的胼胝质壁所分开.每个药室内的小孢子母细胞行减数分裂时均处于同一时期,具有严格的同步性.2.2.2 雄配子体发育 随着胼胝质壁的溶解,4个小孢子彼此分开.刚散开的小孢子,细胞质浓厚,细胞核较大且位于中央,细胞质中无明显液泡,成为典型的单核小孢子.随着小孢子体积增大,由原来的球
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第3期胡 蓉等:川白芷大小孢子发生与雌雄配子体发育的研究
形变为椭球形,细胞质液泡化并形成中央大液泡,将小孢子核推移至花粉壁一侧(图2(5)).随后小孢子核进行有丝分裂,形成大小不等的2个细胞.体积较大的为营养细胞,细胞核大;体积较小的为生殖细胞.随着生殖细胞与营养细胞之间的细胞壁逐渐消失,生殖细胞逐渐浸入营养细胞的细胞质中,从而形成2细胞花粉(图2(6)).此时生殖细胞呈圆球形.随着营养细胞内营养物质的积累,生殖细胞进行1次均等的有丝分裂,形成2个精细胞.川白芷的成熟花粉为3细胞型,呈椭球形,具3孔沟(图2(7)
).
2.2.3 花药壁的发育 川白芷的花药壁发育类型为双子叶型.初生周缘细胞进行1次平周分裂和多次垂周分裂,形成2层次生周缘细胞,次生周缘细胞再进行1次平周分裂,形成4层壁细胞.壁细胞继续生长,由外向内依次分化为表皮、药室内壁、中层和绒毡层(图2(8)).表皮细胞长方形,排列较紧密,具角质层;药室内壁是1层排列较整齐的细胞;中层是1层扁平状细胞,核扁长;绒毡层细胞较其外面的药壁细胞大,具有腺细胞的特征:细胞质浓、液泡少而小,发育完全时为双核.在小孢子母细胞减数分裂时,中层细胞被挤压,趋于解体;绒毡层细胞开始出现退化迹象.在小孢子发育过程中,绒毡层细胞原位解体,属于腺质型绒毡层.
3 结语
(1)根据对川白芷的胚胎学研究,认为川白芷的重要胚胎学特征表现为:子房为2室,倒生胚珠,单珠被,薄珠心.孢原细胞体积较大,直接发育为大孢子母细胞,大孢子母细胞进行减数分裂形成线形的大孢子4分体,蓼型胚囊.花药壁的发育为双子
叶型,腺质绒毡层.小孢子母细胞减数分裂的胞质分裂为同时型,小孢子4分体呈四面体形.成熟花
粉粒为3细胞型,具3个孔沟.这与G.L .Dav is [19]
总结的伞形科植物的胚胎学特征基本一致.
(2)伞形科植物普遍存在多个孢原细胞的现象,孢原细胞可直接发育为大孢子母细胞,但通常
只有1个大孢子母细胞可继续正常发育[19]
.张满
朝等[20]
报道在当归(Agnelica sinensis )的大孢子线形4分体中合点端倒数第2个大孢子发育为功能
大孢子.袁秋红等[21]
发现在防风(Saposhnikovia di varicata )中多细胞孢原可以直接发育为大孢子母细胞,并陆续进入2分体和4分体阶段,但最终只有1
个大孢子母细胞继续正常发育.陈莹等[22]
在北柴胡(Bupleurum chinense )大孢子发生过程中发现,大多数情况下仅有1个孢原细胞位于珠心表皮下,并且直接发育为大孢子母细胞,偶尔也发现双4分体.在川白芷大孢子发生过程中同样存在多细胞孢原的现象,一般只有1个大孢子母细胞能继续发育,最终只形成1个胚囊.
(3)本研究发现,在川白芷8核胚囊期,两侧和顶端的珠心细胞已基本消失,而使胚囊直接与珠
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被绒毡层相连,但珠心基部的一些细胞保留较久,这可能与胚囊的水分以及营养物质的供应有关.这
种现象在当归[20]和北柴胡[22]
中也有报道.在川白芷的胚珠中,珠被内表皮层细胞分化为绒毡层,当顶部及两侧上方的珠心细胞解体后,珠被绒毡层包围着胚囊.这一结构可能与珠被绒毡层从周围组织向胚囊内运输营养物质,以保证在受精时维持某种生理状态有关,其详细机制有待进一步研究.
致谢 感谢内江师范学院自然科学基金(04N JZ 03)的资助.
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St udy on M egasporogenesis,M icrosporogenesis and D evel op m ent of
Fe m a l e and M ale G a m et ophytes o f Angelica D ahurica
HU Rong , HUANG Zuo x,i TANG Zheng y i
(Colle g e of Ch e m istry and L i fe S cie n c e ,N eijiang N or m al C oll ege ,N eijiang 641112,S ichuan )
Abstrac t :T he m egaspo rogenes i s and m i crosporogenesi s as we ll as the deve l op m en t o f ma le and fe m a l e g a m etophytes of A ngelica dahur ica w ere investi gated by usi ng the conventi onal m ethod of paraffi n secti on .The res u lts show that i n the ovary o f A.dahur ica ,there are t w o chambers w ith one un iteg m ic ,tenui nuce llate and anatropous ovu l e .D uri ng t he m egasporogenesis ,only one megasopore can conti nue to gro w and dev elop ,
t hough severa l sporogoniu m s and megaspores m i ght appear .A fter t he m e i osis process ,the m ega
spore mo t her ce ll i s di v ided i nto f our li nea rly arrayed m eg aspores ,but us ua lly ,on l y the one at the cha laza l end is functi onalized .It could a l so be observed tha t t he e m bryo sac be l ongs to a P o l ygonu m type i n its dev elopment .D uri ng the m icrospo rocyte m e i os i s process ,the cytoplas m d i v i s i on coul d be attri buted to the s i m u ltaneous t ype ,wh ile the m i crospo rocyte tetrad be l ong s to tetrahedral type .Furthe r m ore ,the m a t ure pollen is 3 ce ll type ,the deve l op m en t o f t he another wa ll be l ongs to the bicoty ledonous type ,and t he tapet um belongs to the g l andu lar tape t u m.
K ey word s :A ngelica dahurica (F isch .)B enth .e tH ook ;M eg aspore ;M icro sporophy te ;Fem ale ga m etophyte ;M ale ga m etophyte
(编辑 周 俊)
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