油松无性系雌雄配子体的形成及胚胎发育

第19卷　第3期北京林业大学学报Vol.19,No.3 1997年7月JOURNAL OF BEI J IN G FORESTR Y UN IV ERSIT Y J ul.,1997

油松无性系雌雄配子体的形成及胚胎发育3

张华新 李凤兰　沈熙环(中国林业科学研究院,100091,北京;男,33岁,博士)　(北京林业大学森林资源与环境学院,100083,北京)

　李国锋 杨晓虹

(河南省林木种苗站,450003,郑州)　(北京农学院,100085,北京)

摘要　油松雄球花于6月下旬开始分化,小孢子发生在翌年的4月20日左右,4月底或5月初散

粉.成熟的花粉粒为4个细胞.雌球花7月中旬分化,次年4月下旬或5月上旬形成大孢子母细

胞,经减数分裂后,形成大孢子.雌配子体经历游离核、细胞化、颈卵器及卵细胞形成等阶段后,5

月下旬受精,从传粉到受精约需13个月.胚胎发育包括原胚、胚胎选择及发育和胚胎成熟3个阶

段,历时3个半月.不同无性系在雌雄球花发端时间和大小孢子发育进程上存在较大差异,观察的

5个无性系进入同一发育阶段的时间最多可相差10d,平均变幅为一周上下.该文还对新梢生长与

花芽分化、胚珠和花粉败育作了讨论.

关键词　油松,大小孢子,雌雄配子体,受精,胚胎发育

中图分类号　S791.254.01

油松(Pi nus tabulaef ormis Carr.)是我国北方14个省(市、区)的重要乡土造林树种,研究无性系大小孢子的发生、雌雄配子体的形成、受精和胚胎发育过程,对探讨授粉机理、诱导花芽时间、营养管理时间和败育种子产生原因,对提高种子产量和质量具有重要意义,是种子园经营管理的基础工作,中国科学院植物研究所曾研究过油松的生殖过程[1～2],张云中等对北京地区油松球花的发端作过观察[3],李凤兰等在研究油松胚珠后期败育中发现,种子败育与胚乳内储藏物质的组成及生化指标有关[4].杨晓虹等在促花试验中也作过无性系球花发端的解剖观察[5].本文取材于河南省豫西油松种子园,比较系统地研究了油松不同无性系大小孢子的发生和胚胎发育过程.

1　材料与方法

1993～1995年在河南卢氏县东湾种子园,连续两个发育周期,对产自河北遵化东陵和河南当地的优树各3个无性系12～13龄嫁接植株,每隔5d取样1次,受精期间每日采样.材料统一取自树冠南面中下部枝,个别采自树冠北向.芽和第一年小球果用FAA溶液整体固定,二年生球果剥取种鳞固定.石蜡切片厚8～12μm,番红-固绿对染,Olympus BH2型显微镜摄影,并用扫描电镜观察和拍摄花粉粒形态.

1994～1995年花期,分别采集河北31个无性系和河南16个无性系的花粉,立即用TTC

1996209224收稿

3　林业部“八五”研究项目“油松种子园经营管理技术研究”的部分内容

2 北京林业大学学报 第19卷

溶液在26℃下培养24h,在显微镜下根据花粉着色程度,确定其生活力强弱.另一批花粉放入干燥器内,储藏于冰箱中备用,4个月后取出,在空气中吸湿1d后,用TTC法和培养基法测定生活力.

1994～1995年花期开始,每隔10～15d采集河北3个无性系各10个雌球果,解剖并记录败育的胚珠数.

1995年从3月初开始,对河北3个无性系的物候和生长节律作观察和记录,从4月15日至9月15日,每隔10d,测量新梢和新生芽的生长量.从7月开始,每隔10～15d在接目显微镜下测定河北11#,12#和27#及河南3#和17#等5个无性系的雌雄球花芽的长度.

2　观察结果

2.1　小孢子发生及雄配子体形成

2.1.1　小孢子发生　油松的雄球果着生在当年生枝条的基部,长2～3cm.雄球果具果轴,200～300枚小孢子叶螺旋状着生于球果轴上.小孢子叶结构简单,一般包含一个细长的柄和一个扩张的不育顶部,在每枚小孢子叶的远轴面,具两个小孢子囊.6月末至7月初,小孢子叶球原基开始分化,至7月5日小孢子叶球原基的细胞分裂,在其基部周围已有皱折状突起,小孢子叶原基开始分化[图版Ⅰ21].到8月初,可见到已形成中轴的小孢子叶球,四周的小孢子叶呈螺旋状排列[图版Ⅰ22].到9月初,小孢子叶表皮下的细胞分化产生孢原细胞,9月中旬造孢细胞形成,细胞为多边形,镶嵌紧密,由一群核大质浓的细胞组成小孢子囊壁,最外面的一层为小孢子囊壁细胞,最内一层为绒毡层细胞,而且在绒毡层细胞中有的已形成双核.9月底,造孢细胞开始分裂.之后,进入冬季休眠期.翌年3月上旬,造孢细胞再次进行有丝分裂,到3月中旬造孢细胞外形变圆,彼比排列疏松,进入小孢子母细胞期.雄球果于4月初吐露时,小孢子母细胞开始进入减数分裂的早期,第一次减数分裂结束后,在两子核之间不形成壁,随即进行第二次分裂,同时向心形成胞壁,产生四分体[图版Ⅰ23],随即分离形成4个小孢子,这一时期大约要持续到4月20日.此时的雄球花芽饱满,呈钝圆状,直径0.5cm左右,仍包被于褐色鳞片之中.在小孢子母细胞分裂形成四分体至单核花粉粒形成,绒毡层逐渐被吸收,当花粉接近成熟时,除表皮以外的各层囊壁细胞都被发育中的花粉所吸收,表皮细胞则不均匀地加厚.

2.1.2　雄配子体形成　从四分体散出的小孢子是雄配子体的第一个细胞,开始时小孢子中的核处于中央,随后逐渐移至近极面,并很快进入有丝分裂,在4月23日已能看到原叶细胞.经过3次有丝分裂,在4月下旬到5月初,形成含有4个细胞的成熟花粉粒,其中包括两个退化的原叶细胞、较小的生殖细胞和较大的管细胞[图版Ⅰ24].此时,雄球花已伸长至近2cm,芽鳞张开,花柄延长,花粉囊呈黄绿色,随即花粉囊开裂,进入传粉季节.

2.2　大孢子发生和雌配子体的形成

2.2.1　大孢子发生　油松的雌球果单生或2～5个簇生于当年生枝条的顶端,7月10日左右雌球花原基分化,生长点顶端由尖变钝.7月中旬,在其两侧肩部出现小突起,为大孢子叶球原基[图版Ⅰ25].到8月上旬,原基近基部的体细胞延长形成中轴,进而形成顶部钝圆的大孢子叶球雏形.至8月中下旬,在大孢子叶球基部开始分化苞片原基,并逐渐向上分化.至9月下旬,在大孢子叶球基部已形成2～3个皱折状苞片原基[图版Ⅰ26].此时,剥去芽鳞,可见到呈乳白色的大孢子叶球,长0.2～0.3cm.之后发展缓慢,翌年3月上旬,继续发育,苞片向顶部发展,球果轴增长,随后苞片近轴面基部与轴之间腋部出现一团组织,该组织细胞小,核大质浓,染色较深,排列紧密而不规则,为珠鳞原基,珠鳞原基细胞分裂增多,逐渐形成扁椭圆形球状