小議木根麥冬發育探討

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摘要木根麥冬的花藥壁分為4層,即：表皮、藥室內壁、中層與絨氈層。絨氈層為腺質型。大孢子母細胞減數分裂過程中的胞質分裂為連續型。小孢子四分體排列為左右對稱型與四面體型。雌蕊子房壁在授粉后4～5天破裂。胚珠倒生，雙珠被，厚珠心。大孢子四分體線形排列，胚囊發育為蓼型。極核在受精前融合成一個大的次生核。胚胎發育為紫菀型。核型胚乳。木根麥冬居群中存在雄性不育植株，約占55.8％。胚胎在其發育早期約有43.3%敗育。根據本研究的實驗觀察，（1）雄性不育和自花授粉以及低效率的傳粉機制而導致的異花傳粉的失敗；（2）部分胚胎的敗育；（3）子房壁破裂而導致胚珠裸露等是木根麥冬有性生殖過程中的薄弱環節，也可能是導致該植物瀕危的部分因素。

關鍵詞木根麥冬；配子體發育；受精過程；胚胎發育；瀕危植物

木根麥冬OphiopogonxylorrhizusWangetTai屬于廣義百合科Liliaceaes.l.，沿階草族Ophiopogoneae，沿階草屬Ophiopogon。1978年建立該種時僅記載在云南西雙版納州昆洛公路旁有生長（汪發瓚和唐進，1978）。近年來的廣泛調查表明該種在其模式產地已不存在，僅在西雙版納州勐臘縣境內發現有8個小居群約2000株個體。木根麥冬是多年生草本植物，花期通常為3月下旬到4月上旬，每個植株抽出一個花序，蟲媒花，傳粉昆蟲主要是一種薊馬，其飛行能力很弱，傳粉效率低。據野外的調查和實驗觀察，在木根麥冬居群中除異花授粉方式外還存在相當多的自花授粉（何田華等，待發表資料）。雌蕊的子房壁在授粉后4～5天即破裂，胚珠裸露。受精胚珠發育為成熟種子約需8個月。在種子長時期的發育過程中，?？煽吹揭恍├ハx或小動物取食的現象。木根麥冬植株大多分布在海拔500～1000m的熱帶雨林或季雨林下的山溝溪旁，分布面積約800km2，且呈逐漸縮小的趨勢（張大明,1991①)。根據其居群大小和數量，它是熱帶雨林下多年生草本植物中一種比較典型的瀕危物種。木根麥冬的繁殖方式為有性生殖，而目前尚無這方面的研究報道。本工作旨在通過對該種大、小孢子發生，雌、雄配子體發育，受精過程與胚胎發育過程的實驗觀察，檢查有性生殖過程中是否存在薄弱環節，從而為探討木根麥冬瀕危的原因和機制以及制定科學、合理的保護措施提供資料。

1材料和方法

本研究的試驗材料取自野外的3個不同自然居群。在整個花期中，選取63個花序不同發育階段的約900朵花以及236枚受精后的幼小胚珠。納瓦興氏固定液固定，70％酒精保存。常規石蠟切片，厚度8～10μm。鐵釩-蘇木精染色，OLYMPUSBH-2型光學顯微鏡觀察、照相。

2觀察結果

木根麥冬的花序為總狀花序，花為兩性花。雄蕊6枚，花藥4室、縱裂。雌蕊由3心皮組成，子房半下位，3室，每室兩個胚珠，中軸胎座。

2.1小孢子發生與雄配子體發育

分化完全的花藥藥室由4層細胞組成：表皮、藥室內壁、中層與絨氈層，中層在單核花粉粒時已解體（圖版Ⅰ:1～2）；絨氈層細胞核大、質濃（圖版Ⅰ：4）。小孢子孢原細胞起源于花藥原基的下表皮細胞，孢原細胞經多次分裂形成造孢細胞，隨后發育成小孢子母細胞（圖版Ⅰ：1）。小孢子母細胞減數分裂過程中胞質分裂為連續型；小孢子四分體排列為左右對稱形與四面體形，初形成的四分體為胼胝質所包圍（圖版Ⅰ：3）。胼胝質在小孢子母細胞時就開始積累，并一直保持到四分體時期。此后胼胝質開始溶解,釋放出先呈多面體形后呈圓球形的小孢子（圖版Ⅰ：4）。隨著小孢子體內液泡化，其核被大液泡推向孢壁一側，并在貼壁的位置分裂形成一個營養細胞和一個生殖細胞（圖版Ⅰ：5）。隨著發育，生殖細胞逐漸游離于營養細胞中；成熟的花粉為二細胞型（圖版Ⅰ：6）。生殖細胞的分裂與精子的形成在花粉萌發后的花粉管中進行。小孢子母細胞的減數分裂在同一朵花不同藥室間最多相差一個時期。根據對63個植株，約900朵花的切片觀察，發現55.8％的花序中所有花的花粉都敗育（圖版Ⅰ：7）。

2.2大孢子發生及雌配子體發育

木根麥冬的胚珠倒生，雙珠被。孢原細胞經過一次分裂形成一個周緣細胞與一個造孢細胞，造孢細胞直接發育成大孢子母細胞；大孢子母細胞進行減數分裂形成線形排列的大孢子四分體，其中合點端的為功能大孢子（圖版Ⅰ：8～9）,進一步發育成單核胚囊（圖版Ⅰ：10）。單核胚囊進一步發育形成二核胚囊和四核胚囊（圖版Ⅰ：11～14）。初形成的四核胚囊中兩個核分別位于珠孔端與合點端，另兩個位于胚囊中部兩側（圖版Ⅰ：12～14），隨后位于中央的兩個核分別移向兩端，合點端與珠孔端的兩個核各進行一次分裂形成八核胚囊（圖版Ⅱ：1～3）。八核胚囊很快進行胞質分裂，珠孔端分化出卵器和一個上極核，合點端分化出3個反足細胞和一個下極核。反足細胞呈“品”字形排列，受精前不退化。受精前，上、下極核融合形成次生核并移向合點端（圖版Ⅱ：4～7）。雌蕊的發育稍落后于雄蕊的發育，當雄蕊的小孢子母細胞減數分裂時，雌蕊的胚珠開始形成大孢子母細胞；雄配子體成熟時，胚珠處于二核胚囊或四核胚囊期。

2.3受精作用，胚與胚乳發育

花粉萌發后，生殖細胞在花粉管內分裂成兩個精子?；ǚ酃軓闹榭锥似茐囊粋€助細胞進入胚囊，另一個助細胞在受精后不久也退化。受精后反足細胞不立即退化而形成具多核仁的細胞，直到四細胞原胚或稍晚階段才解體。進入胚囊的兩個精子分別與卵結合成合子，與次生核結合形成初生胚乳核。合子經一段時間休眠，此時的雌、雄性核仁尚未融合（圖版Ⅱ：8）。初生胚乳核的分裂早于合子，當其分裂3～4次后，合子才開始分裂。合子第一次分裂為橫分裂（圖版Ⅱ：9～10）。二細胞原胚的頂細胞先進行一次縱分裂，而基細胞進行一次橫分裂形成四細胞原胚，然后頂端細胞多次分裂和基細胞的衍生細胞形成球形胚（圖版Ⅱ：11），最后發育為成熟胚（圖版Ⅱ：12）。在胚的發育中，二細胞原胚的頂細胞和基細胞共同參與了胚體的形成。胚胎發育為紫菀型。胚乳發育為核型（胡適宜，1982）。在對236枚受精后的胚珠的切片觀察中，發現約有43.3％的幼胚敗育，敗育主要發生在4細胞原胚到8細胞原胚階段（圖版Ⅱ：14）.

木根麥冬胚珠的內、外珠被的分化分別始于孢原細胞和大孢子母細胞時期。內珠被在其發育過程中比較穩定，通常由兩層細胞組成；而外珠被從分化開始，組成細胞的層數不斷增加，至成熟胚囊期，珠孔端的外珠被通常由6～7層細胞組成，愈靠近合點端，細胞層數愈多（圖版Ⅱ：13）。雌蕊受粉后，外珠被的細胞分裂加快，合點端的薄壁細胞尤其如此。受粉后4～5天，合子開始分裂時，子房壁即被迅速生長的胚珠頂破，破裂一般沿子房頂部成不規則狀（圖版Ⅱ：15）。胚珠裸露，直到發育為種子。子房壁破裂后失去了對種子的保護作用，使種子被昆蟲等取食的機會增加。成熟種子的外珠被肉質化。

3討論

木根麥冬的花藥壁結構，絨氈層類型，小孢子母細胞減數分裂特征，小孢子四分體及成熟花粉，雌蕊結構，胚與胚乳發育方式等均與百合科沿階草屬麥冬的胚胎學特征基本一致（Johri,1992；李平等，1992，1989；Dahlgren，1985）。

根據對木根麥冬63個植株不同發育時期的900朵花的切片觀察，發現其大、小孢子發生以及雌配子體的發育都是正常的，但發現有55.8%植株的雄配子體發育全部敗育，其余植株雄性發育全部正常。此結果說明一些植株的“兩性花”實為功能性雌性花。另據對236枚受精胚珠的切片觀察，其中約有43.3%的胚珠的胚胎敗育，敗育時期主要在4細胞原胚到8細胞原胚階段。我們的野外觀察和傳粉生物學的實驗結果表明，自花授粉與異花授粉在木根麥冬的同一居群中同時存在（何田華等，未發表的資料）。因此胚胎敗育可能是由于晚期的自交不親和或早期的自交衰退所致（Ramsyetal.，1993；Heetal.，1998）。而雄性不育的原因尚需進一步研究。

子房在被子植物中能保護胚珠和種子的發育以及幫助散布種子，而木根麥冬的子房壁在受精后不久即破裂。上述事實表明在木根麥冬這種植物中，子房已失去保護種子和幫助散布種子的功能，僅對受精前的胚珠有保護作用。這種現象產生的生物學背景和意義尚不清楚，但無疑對種子的發育是不利的，尤其對木根麥冬這類需7～8個月種子才發育成熟的植物?？傊?）雄性不育、自花受粉以及低效率的傳粉機制所導致的異花傳粉失敗，（2）部分胚胎敗育，（3）子房壁破裂而導致的胚珠裸露等是木根麥冬有性生殖過程中的薄弱環節，可能是導致該植物瀕危的部分因素。

*家自然科學基金重大項目“中國主要瀕危植物的保護生物學研究”，項目編號39391500。

TheprojectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(39391500).

1997-09-29收稿，1998-01-05收修改稿。

**通訊聯系人Authorforcorrespondence.

①張大明，1991.博士學位論文:沿階草族的染色體研究及系統學問題的探討.中國科學院植物研究所.

參考文獻

李平,劉冬梅,1991.麥冬的雙受精、胚和胚乳發育的研究.四川大學學報（自然科學版），28（專集）：80～87

李平,鄭學經,黃旭,1989.麥冬的胚胎學研究——大、小孢子發生，雌、雄配子體形成過程及多糖動態.四川大學學報（自然科學版），26（1）：1～8

胡適宜，1982.被子植物胚胎學.北京：高等教育出版社.20～194

汪發瓚,唐進,1978.中國植物志.第15卷.北京：科學出版社.123～170

DahlgrenRMT,CliffordHT,YeoPF,1985.TheFamiliesoftheMonocotyledonsStructure,EvolutionandTaxonomy.Berlin：Springer-Verlag.137～140

HeTH,RaoGY,YouRL,GeS,1998.MatingsystemofOphiopogonxylorrhizus(Liliaceae):AnendangeredspeciesinSouthwestChina.IntJplantSci.159:(inpress)

JohriBM,AmbegaokarKB,SrivastavaPS,parativeEmbryologyofAngiosperms.Vol2.Berlin:Springer-Verlag.862～871

RamsyM,PrakashN,CairnsS,1993.BreedingsystemsofdisjunctpopulationsofChristmasBells(BlandfordiagrandifloraR.Br.,Liliaceae):Variationinself-fertilityandanovularmechanismregulatingself-fertilization.AustJBot，41:35～47

圖版說明Explanationofplates

Ant.反足細胞；Ca.頂細胞；Cb.基細胞；EA.卵器；PN.極核；SN.次生核；Syn.助細胞;Z.合子

圖版Ⅰ1.花藥壁與小孢子母細胞；2.小孢子母細胞減數分裂；3.左右對稱型排列與四面體型排列的小孢子四分體；4.單核小孢子；5.小孢子分裂為2-細胞花粉；6.成熟的2-細胞花粉；7.敗育的小孢子；8.大孢子母細胞減數分裂；9.線形排列的大孢子四分體，珠孔端3個退化，合點端一個發育為功能大孢子；10.單核胚囊；11.二核胚囊；12～14.同一胚囊的3個連續切片，示四核胚囊。（1.×200；3，5～6.×1000；4～5，7～14.×400）

Ant.Antipodalcells;Ca.Apicalcell;Cb.Basalcell;EA.Eggapparatus;PN.Polarnucleus;SN.Secondarynucleus;Syn.Synergidcells；Z.Zygote

PlateⅠ1.Antherwallandmicrosporemothercells;2.Meiosisofthemicrosporemothercells;3.Tetrahedralandisobilateralmicrosporetetrad;4.Uninucleusmicrospore;5.Bicellularpollengrains;6.Maturepollengrains;7.

Abortedmicrospores;8.Meiosisofthemegasporemothercell;9.Linearmegasporetetrad;10.Uninucleusembryosacwithmegasporesdegenerated;11.2-nucleateembryosac;12～14.Threeconsecutivesections,showing4-nucleateembryosac.（1.×200；3，5～6.×1000；4～5，7～14.×400）

圖版Ⅱ1～3.同一胚囊的3個連續切片，示四核胚囊中4個核分裂形成八核胚囊；4.兩個助細胞；5.上、下極核融合形成次生核；6.卵細胞；7.初生胚乳核和開始退化的反足細胞；8.受精卵，精、卵核核仁尚未融合，初生胚乳核已分裂形成胚乳核；9.合子第一次橫分裂；10.二細胞原胚；11.球形胚；12.接近成熟的胚，箭頭所指為胚芽處；13.胚珠與子房壁；14.敗育的受精胚珠；15.正在生長的幼小種子頂破子房壁，箭頭所指為破裂的子房壁。（1～8.×400;9～10.×600；11.×1000；12～14.×100；15.×18）

PlateⅡ1～3.Theconsecutivesections,showingnucleidivisioninthe4-nucleateembryosac;4.Synergidcells;5.Formationofthesecondarynucleus;6.Egg;7.Primaryendospermnucleusandthedegeneratingantipodalcells;8.

Zygote,inwhichthemaleandfemalenucleolinotfusedyet,andprimaryendospermnucleusalreadydivided;9.Thezygotedividingtransversly;10.2-cellularproembryo;11.globularproembryo;12.Embryonearlymatured,arrowshowingembryonicbud;13.Matureovuleandovarywall;14.Abortedfertilizedovule;15.Youngseedsandrupturedovarywall,arrowheadingtoovarywall.（1～8.×400;9～10.×600;11.×1000;12～14.×100;15.×18）