白楠大小孢子发生与雌雄配子体的发育观察

2018-01-30 15:29邓金胜张建况红玲张欣喻峰杜丹王昆
湖北林业科技 2017年6期

邓金胜+张建+况红玲+张欣+喻峰+杜丹+王昆

摘要:白楠为樟科楠属植物,是优秀的生态树种和珍贵的用材树种,具有很高的价值。本文采用石蜡切片法对白楠(Phoebeneurantha)的胚胎发育过程进行了研究。主要内容包括白楠大、小孢子发生,雌、雄配子体的发育以及开花后子房发育的研究。主要研究结果表明,白楠的子房为一室,双珠被,厚珠心,多单胚珠,少数双胚珠,倒生。胚囊发育类型为蓼型胚囊,与樟科其他属种一致,大孢子母细胞经过减数分裂形成直线排列的四个大孢子,其中三个靠近珠孔端的大孢子相继退化死亡,而合点端的大孢子则发育成为功能大孢子,形成单核胚囊,经过三次分裂,形成八核七细胞的成熟胚囊。雄蕊花药为四室,花药壁自外向内分别为表皮、药室内壁、中层和绒毡层,随着花药的进一步发育,药室内壁和绒毡层逐渐解体消失,成熟花粉为二细胞型花粉,绒毡层类型为变形绒毡层。小孢子有部分败育现象,这可能是由于绒毡层不能及时降解,导致小孢子无法吸收营养,从而导致败育。

关键词:白楠;大、小孢子发生;雌、雄配子体发育;败育

中图分类号:Q132文献标识码:A文章编号:1004-3020(2017)06-0006-06TheMegasporogenesis,

Microsporogenesis,FemaleandMaleGametophyteDevelopmentofPhoebeneuranthaDengJinsheng(1)ZhangJian(2)FangHongling(1)ZhangXin(1)YuFeng(1)DuDan(1)WangKun(1)

(1.FayeEcologicalEnvironmentGroupCo.,LTDWuhan430206;2.YangtzeUniversityJingzhou434100)Abstract:PhoebeneuranthaisexcellentecologicalspeciesandraretreespeciesofLauraceaePhoebenees,hasaveryhighvalue.MethodofusingparaffinPhoebeneuranthatostudytheprocessofembryonicdevelopment.Maincontentsincludethemegasporogenesis,microsporogenesis,developmentofmaleandfemalegametophyteandstudyonovarydevelopmentafterflowering.MainresultsshowthattheovaryofPhoebeneuranthahad1-locules,doubleintegyment,thicknucellus,singleovule,afewpairofovules,ovuleswasanatropous.Embryosacdevelopmenttypeforpolygonumtype,andLauraceaeotherisspeciesconsistent,themegasporesmothercellformedalineartetradof4megasporesaftermeiosis.Thechalazalmegasporedevelopedthefunctionaloneandotherthreeatthemicropylarpoleweredegraded.Formedsinglenuclearembryosac,afterthreetimessplit,formedeightnuclearsevencellofmatureembryosac.Therewrer4loculesanthersacinflowers,Thewallofflowersisconsistofepiderment,endothecaendothecium,middlelamellaandtapetum.Alongwiththefurtherdevelopmentoftheanther,endotheciumanddisintegrationoftapetalcellsgraduallydisappear,maturepollengrainswere2-celledtypes.Thetapetumwasamoeboid.Therewerelittlepollenabortionandmalesterilitysincethetapetumofmalesterileplantsdelayeddegradationandthemicrosporescouldnotobtainenoughnutritionfornormaldevelopment.

Keywords:Phoebeneurantha;megasporogenesisandmicrosporogenesis;maleandfemalegametophytesdevelopment;abortion

白楠是樟科楠屬植物,为多年生大灌木至乔木,通常高3~14m;树皮灰黑色。小枝刚开始有较短柔毛或是长柔毛,柔毛会随着发育逐渐消失。叶为革质叶,狭披针形、披针形或倒披针形,长80~160cm,宽15~40cm,叶片先端尾状渐尖,基部渐狭下延,极少为楔形,叶片上面无毛或嫩时有毛,下面为绿色或苍白色,叶片嫩时有或多或少的灰白色柔毛,后来会逐渐变为散生柔毛或是无毛,叶脉的中脉下陷,叶片两边分别有侧脉8~12条,且有着较明显的横脉和小脉;叶柄长7~15mm,被柔毛或近于无毛。白楠为圆锥花序,花长4~5mm,花梗被毛,长3~5mm;花被片为卵状,外轮的花被较短且狭窄,内轮与之相反,长且宽,花被片先端不尖,较钝,内面毛特别密集;每轮花丝上有较长柔毛,花内腺体没有柄,着生在第三轮花丝的基部,退化后的雄蕊有柄,且有较长柔毛;子房球形,花柱伸长,柱头盘状。果实为卵形,长度为1mm,宽度为7mm;在生长发育时果梗会略微变粗;宿存的花被片为革质,排列较松散,花被片的先端有时会向外倾斜,具有明显的纵脉。花期5月,果期8~10月[1]。endprint

白楠为耐阴树种,适合生长在气候温暖湿润的地方,对土质的要求为较疏松且排水较良好的土地,尤其是在中性或偏酸性的壤质土地上,生长得非常良好,白楠的根部有着很强的萌发力,能短期耐涝。寿命较长,较抗虫,能长成大径材[2]。主要生长在山地密林中,产于我国的湖北、江西、四川、云南、贵州等地。

白楠是珍贵的用材树种。木材颜色为黄褐色,与樟科植物一样具有芳香味。且木材的构造较细,硬度较强,密度不大,不容易受到挤压变形,耐腐蚀不容易被虫蛀。木材易加工,经过稍微加工木材纹理就会变得光滑美观,是用来做家具、雕刻和建筑的非常好的材料。也是用来制作紧密仪器和造船材料的不二选择[3]。且树形优美,枝繁叶茂,生长非常迅速,是极佳的庭荫树种和绿化树种。同时白楠也是亚热带常绿阔叶林中及其重要的伴生树种,有着非常强大的生态调节功能。所以发掘和使用白楠这一珍贵树种资源具有重要意义[4]。

湖北林业科技第46卷第6期邓金胜,等:白楠大小孢子发生与雌雄配子体的发育观察楠木向来有“木中金子”之称,其材质通直圆满、纹理美观、结构细致、质韧难朽、奇香不衰,用途十分广泛,为江南四大名木之冠。由于楠木巨大的经济价值和广泛的用途,导致其野生资源被破坏得极其严重,目前已难觅天然楠木林,许多楠属植物沦为濒危或渐危树种[5]。根据《中国植物红皮书—稀有濒危植物名录》(第一册)和1999年国务院批准发布的《国家重点保护野生植物名录》(第一批),楠属的楠木(Phoebezhennan)、闽楠(P.boumei)、浙江楠(P.chekiangensis)、滇楠(P.nanmu)等均为濒危种,为国家Ⅱ级保护植物[6-7]。要保护楠木资源,首要任务是要为其提供较强的繁殖能力。从繁殖的角度来看,种子植物有性生殖过程大致可分为4个阶段:雌雄配子的发育、传粉与受精、胚发育和

果实(种子)成熟、成熟种子散步与萌发[8]。

而目前对于楠木各个树种的研究报道很少,无法对其生殖生育的整个过程形成一个系统的认识,对于白楠的研究几乎没有。本研究在前人的研究基础上,对白楠花发育过程中,大、小孢子发生及雌、雄配子体的形成进行了详细的细胞学观察和研究,旨在为该种资源保护、良种繁殖和系统进化研究提供生殖生物学方面的基础资料。

1材料与方法

1.1实验材料

本研究采用的实验材料来自长江大学盆景园内的白楠树。从它的花期开始,每隔3d采集一次,采集不同时期的白楠花,取材料时用高枝剪剪下。采集材料之后用70%FAA溶液进行固定。70%FAA溶液由5mL甲醛、冰5mL乙酸和90mL70%乙醇组成。

1.2实验方法

1.2.1常规石蜡切片法的制片过程

(1)材料固定:将小花投入装有FAA固定液(20倍材料)中的青霉素小瓶,用真空抽气泵缓慢抽去花芽中的气泡,等到花芽沉入瓶底后,停止抽气,更换FAA固定液。放入4℃冰箱,固定4h以上。

(2)脱水:抽气完成后,将花芽从FAA中取出,依次通过50%、70%、85%、95%、100%浓度的酒精浸泡润洗,每个浓度浸泡2h。

(3)透明:花芽从100%乙醇取出后依次经1/2二甲苯+1/2无水乙醇、二甲苯透明,每一级2h。

(4)浸蜡:脱水时间足够后,将杯中的二甲苯倒掉一部分,留约1/3左右的二甲苯置于杯中,然后塞入软蜡蜡屑,放入温度为38℃的烘箱中过夜,第二天将软蜡倒掉,倒入纯蜡蜡液,将烘箱温度调整为62℃,4h换一次纯蜡,共换3次。

(5)包埋:将融化的纯蜡和材料的混合物一起倒入纸盒中,用加热的镊子将其铺开排列整齐,然后将其浸入冷水中使其冷却凝固。

(6)切片:找到材料的纵切和横切方向,将其粘在蜡台上。将粘好蜡块的蜡台固定在切片机上,并使蜡块的水平方向与刀片平行,进行连续切片,切片厚度8~10μm。

(7)粘片:取干净的载玻片,在上面涂上适量的明胶,滴加少量蒸馏水,从蜡带上切下1小段粘在载玻片上,在42℃展台上展片,切片烘干展平后取下放入切片盒中,放置2d以上方可染色。

(8)染色封片:采用番红-固绿对染,石蜡切片→二甲苯脱蜡(5min)→1/2二甲苯+1/2无水乙醇(2min)→100%乙醇(2min)→95%乙醇(2min)→85%乙醇(2min)→70%乙醇(2min)→50%乙醇(2min)→蒸馏水(2min)→1%番红染液(2h)→蒸馏水(1min)→50%乙醇(1min)→70%乙醇(1min)→85%乙醇(1min)→95%乙醇(1min)→0.1%或0.5%固绿染液(40s)→95%酸酒精(1min)→100%乙醇(2min)→1/2二甲苯+1/2无水乙醇(2min)→二甲苯透明(5min)→树胶封片,贴好标签。其中樹胶的配方为明胶2g、石炭酸4g、甘油30mL、蒸馏水200mL。

1.3观察与照相

在光学显微镜下观察做好的切片,并用数码相机进行拍照。

2结果与分析

2.1白楠花的形态结构分析

白楠花的整体结构,自外向内由外层苞片、内层苞片、雄蕊、雌蕊组成,白楠花中存在着很多粘液细胞和油细胞(图1a)。白楠有雄蕊9枚,外轮6枚,内轮3枚,并且存在着腺体(图1b)。一个成熟的花药是由花粉囊和药隔两部分组成,白楠的花药有四室,花药由表皮、药室内壁、中层和绒毡层组成,在药室内壁上可以观察到明显的粘液细胞(图1c)。

关于白楠雌蕊的形态结构,观察发现在白楠中存在着少数双胚现象,由图1d可以看到胚囊中有两个正在发育的胚珠。白楠的胚珠为倒生胚珠(图1e),形成倒生胚珠的原因为分裂后两侧生长的速度不一致而导致。白楠柱头的形状为两头窄,中间较宽,在柱头旁边还存在着腺体(图1f)。

a.花的纵切b.花的横切c.花药四室d.白楠的双胚珠现象e.倒生胚珠f.雌蕊的纵切endprint