文章信息
- 张学英, 彭士琪, 郭振怀.
- Zhang Xueying, Peng Shiqi, Guo Zhenhuai.
- 枣授粉受精及胚胎发育研究
- Studies on the Pollination, Fertilization and Embryo Development of Chinese Date 'Wu-He-Zao'(Ziziphus jujuba)
- 林业科学, 2004, 40(5): 210-212.
- Scientia Silvae Sinicae, 2004, 40(5): 210-212.
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文章历史
- 收稿日期:2002-01-24
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作者相关文章
植物胚胎学是植物学的一个分支学科,它是农林生产实践、特别是植物栽培和育种等工作的理论基础。当代植物胚胎学的发展趋势是应用现代生物学技术和理论,研究生殖细胞的发生、受精作用和胚胎发育等生物学问题,从而控制有性生殖过程,创造更适合于人类要求的新品种。枣胚胎学方面的研究已进行了大量基础工作,对其生殖生物学特性有了一定的了解。枣(Ziziphus jujuba)是二歧聚伞花序,有5个花药,每个花药4室,药壁的发育为基本型,小孢子母细胞经同时型的细胞分裂,形成四面体形四分体。枣子房半下位,2室,柱头2裂,也有3室3裂的现象,胚珠的发育晚于花药的发育。有关枣胚囊发育的类型,有的学者认为是蓼型(Srinivasachar,1940),也有人认为是葱型(Kaiale,1944;田惠桥,1987)。枣胚乳发育属核型(Srinivasachar,1940;王群瑛,1983)。对枣胚发育的类型,王群瑛(1983)观察长红枣胚胎发育认为属紫菀型,而Srinivasachar(1940)研究了枣的胚胎发育认为其属茄型,田惠桥等(1987)认为宁夏圆枣果实的发育不依赖于受精,是一种稳定的单性结实类型。以上这些研究主要侧重于雌雄配子体发育和胚胎发生等方面的工作,而对授粉受精过程和胚胎发育的研究较少。在植物受精过程的研究方面,花粉落到柱头上直至受精完成所经历时间的研究在育种工作中是很必要的(Kapil et al., 1975),近年来陆续有了一些果树受精过程各阶段所持续的时间的报道(许方等,1994;刘桂森等,1994;陶汉之等,1994)。而枣的多数品种含种仁率低,弄清胚胎发育各阶段所经历时间尤为重要,以便及时进行胚抢救,提高育种效率。本文对无核枣的授粉受精及胚胎发育过程进行了观察,以弥补枣胚胎学理论的不足,从而更好地为育种提供理论基础。
1 材料与方法所有试材均取自河北农业大学标本园。
5月下旬、6月上旬对无核枣树冠外围健壮枣吊中部蕾黄期零级花去雄,其余花蕾疏掉,立即用纱网套住。第2天采灰枣枣吊中部初开期零级花的花药,对网内去雄的花授粉,用纱网套住,挂牌标记。4 d后去网,在此期间若发现新生幼蕾及时去掉。
授粉后2、4、6、8、12、16、24、36、48、72 h顺序取样,4~15 d每天取样1次,15~ 30 d每5 d取样1次,30~60 d每10 d取样1次,60 d以后到果实成熟每15 d取样1次,FAA固定。授粉后72 h以内的材料用蒸馏水冲洗3次后用8N NaOH解离软化,用0.1%水溶性苯胺蓝染色30 min以上,压片,在VANOX OLYMPUS荧光显微镜下观察(Martin,1959)。
对授粉72 h以后的材料采用常规石蜡切片(郑国锠等,1982),切片厚度6~10 μm,铁矾-苏木精染色,在VANOX OLYMPUS显微镜下观察。
2 结果与分析 2.1 授粉受精过程无核枣是日开型,授粉后4 h,柱头上有花粉萌发,花粉管从萌发孔中逐渐伸出,一般情况下,只有一个萌发孔长出花粉管,也有时有一个以上萌发孔萌发出花粉管,但只有一个伸长。授粉后6 h,花粉管进入柱头,8 h后花粉管朝向中空花柱道生长(图版Ⅰ-1)。花粉萌发时花粉管有时横向或向上生长,但最终向下生长,朝向中空花柱道。授粉后16 h少数花粉管生长到花柱的三分之一处,24 h后到达花柱中部,授粉后48 h,花粉管生长到花柱基部,进到子房。尽管花粉粒多数能在柱头表面萌发,大部分进入柱头继续生长,但花粉管在花柱道内生长过程中,有的逐渐停止生长,因而观察到只有少数花粉管到达子房。
授粉后72 h,花粉管沿子房内壁生长。直到胚珠,经珠孔到达珠心(图版Ⅰ-2),为珠孔受精。花粉管穿过珠心细胞,然后到达胚囊,在胚囊珠孔端的退化助细胞处进入胚囊,并将两个精子释放在卵细胞和中央细胞之间(图版Ⅰ-3),随后两个精子分别移至卵细胞和两极核附近,两极核开始融合(图版Ⅰ-4)。授粉后5 d,一个精子与胚囊次生核融合,形成初生胚乳核(图版Ⅰ-5)。授粉后6 d,另一个精子与卵细胞融合形成合子。受精结束时,助细胞退化成一深色小块紧靠着合子(图版Ⅰ-6)。根据Gerassimova-Nawaschin的划分标准,本试验观察认为枣的受精为有丝分裂前配子融合的类型(胡适宜,1982)。
2.2 胚的发育合子经6~7 d的休眠后,即开始分裂。合子第1次分裂为横裂,横壁略倾斜,形成两细胞原胚,近珠孔端的为基细胞,远珠孔端的为顶细胞,其中基细胞的体积较大,细胞质较稀,染色较浅,顶细胞体积较小,细胞质较浓,染色较深(图版Ⅰ-7)。顶细胞首先进行横裂,形成3细胞原胚(图版Ⅰ-8),然后3细胞原胚顶端细胞再次横裂,形成4细胞原胚,基细胞进行分裂形成胚柄,顶细胞分裂形成胚体。授粉后20 d胚体从长、宽、厚3个方向平均增长,胚体增大为圆球形,称为球形胚(图版Ⅰ-9),胚柄迅速伸长,并增加了宽度,此时胚柄明显液泡化。胚体细胞进一步分裂,体积迅速增长,而后在其顶端逐渐变成扁平状,胚柄由多层细胞构成,细胞进一步液泡化,到球形胚后期,胚柄发育达到顶点。
球形胚进一步发育,组织开始分化,胚柄逐渐退化,胚体扁平顶端的两侧出现突起,即子叶原基,中间形成一个凹陷(图版Ⅰ-10),在凹陷处的顶端部分,有一群细胞质浓厚、核较大、染色深的细胞为苗端分生组织,在胚体基部、胚柄以上分化出根端分生组织,胚体呈心脏形,称为心形胚。
心形胚的两个子叶原基继续向上突起,胚根和胚轴相应生长,胚变为鱼雷形,组织分化更明显(图版Ⅰ-11)。鱼雷形胚的两个子叶突起进一步生长,形成两片对称的子叶,苗端分生组织向上突起形成胚芽,根端分生组织形成胚根,胚芽与胚根之间的分生组织形成胚轴。至此,幼胚完成了器官的分化(图版Ⅰ-13)。
胚器官进一步增长,胚芽、胚根、胚轴都相应长大,逐渐形成一个成熟胚,此时胚柄完全退化(图版Ⅰ-14)。
根据Tohansen对双子叶植物胚胎发生所归纳的类型(胡适宜,1982),本试验观察认为枣胚的发育属于茄型。
2.3 胚乳的发育授粉后6 d,合子刚刚形成,初生胚乳核即开始分裂(图版Ⅰ-13),形成胚乳游离核,紧贴于胚囊壁的一薄层原生质中。球形胚早期,胚乳核分裂最旺盛,这时的胚乳游离核,一般为椭圆形,多数为一个核仁,核的大小比较一致,在珠孔端和合点端分布较多。
在球形胚末期,即将进入心形胚阶段时,游离核之间逐渐产生细胞壁,形成胚乳细胞(图版Ⅰ-12),细胞壁的形成是从珠孔端逐渐向合点端,从胚囊周围逐渐向中央发展,开始形成的细胞有的是单核的,有的是多核的,以后每个胚乳细胞均成为单核的。最终,胚囊内充满了胚乳组织。
授粉后40~50 d,胚乳细胞开始解体,解体过程也是由珠孔端向合点端进行,解体最早见于胚的周围。随胚器官继续增长,胚乳细胞急骤解体,迅速扩展到远离胚的区域。到种子成熟时,胚乳几乎全部被吸收,仅残存一薄层退化的残留物(图版Ⅰ-14)。
根据以上的观察,认为枣胚乳的发育属核型。
3 讨论 3.1 枣胚发育的类型对于枣胚发育的类型,王群瑛观察长红枣胚胎发育认为属紫菀型,2细胞原胚中基细胞首先横分裂,然后3细胞原胚的顶细胞纵裂,形成4细胞原胚(王群瑛,1983)。而Srinivasachar研究了Z.jujuba的胚胎发育认为其属茄型(Srinivasachar,1940)。他观察到合子第1次横裂后,2细胞原胚的顶细胞先进行横裂,形成3细胞原胚,然后3细胞原胚顶端1个细胞纵裂形成4细胞原胚。于川江观察到酸枣的胚胎发育也属茄型1)。田惠桥对宁夏圆枣的胚胎学观察认为,果实的发育不依赖于受精,是一种稳定的单性结实类型(田惠桥等,1987)。张全芝等(1984)也有枣单性结实的报道。Srinivasachar观察到枣胚的胚柄由少数几个细胞组成(Srinivasachar,1940),本研究发现无核枣胚的发育属茄型,由基细胞发育的胚柄由多列细胞组成,这些细胞都经过液泡化。导致观察结果不同的原因可能是由于试验材料是同属不同的种,而不同的种胚胎发育类型可能不同造成的,或不同的品种胚胎发育类型也可能不同。
1) 于川江.酸枣生殖生物学研究.硕士学位论文,保定:河北农业大学,1992
3.2 在育种中的应用为提高育种的突变频率,通常用芽或种子作为试验材料进行诱变育种,但是芽或种子是多细胞器官,易出现嵌合体,导致诱变效率很低。而处理合子或原胚产生嵌合体的机会大大减少,从而进一步提高了育种效率。另外,我们都知道枣大多数品种果实内不含有可育的种子,这就增加了杂交育种难度,也限制了枣育种进程。如果知道胚败育发生的时期,把胚在败育前及时地抢救出来进行离体培养以获得杂种后代是十分必要的。本文研究了无核枣胚胎发育过程各阶段所经历的时间,可以为枣杂交育种工作提供参考,但对于胚败育的确切时间,还需作进一步的细致深入的观察。
胡适宜. 1982. 被子植物胚胎学. 北京: 人民教育出版社, 121.
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刘桂森, 李泽军. 1994. 几种晚熟桃与大久保桃授粉受精所需时间的研究. 河北农业技术师范学院学报, 21(4): 55-59. |
陶汉之, 陈佩璁, 高丽萍, 等. 1994. 美味猕猴桃"海沃德"胚胎发育的研究. 安徽农业大学学报, 21(4): 446-448. |
田惠桥, 马德滋. 1987. 一种单性结实枣的胚胎学观察. 植物学报, 29(1): 29-33. DOI:10.3321/j.issn:1000-4025.1987.01.006 |
王群瑛. 1983. 枣胚与胚乳的发育. 植物学报, 25(6): 526-531. |
许方, 姚宜轩, 曹玉芳, 等. 1994. 甜樱桃的受精作用. 莱阳农学院学报, 11(2): 81-85. |
张全芝, 张怀龙. 1984. 名贵稀有枣新品种大叶无核枣. 林业科技通讯, 84: 16-17. |
郑国锠, 谷祝平. 1982. 生物显微技术. 北京: 人民教育出版社, 10-103.
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Kajale L B. 1944. A contribution to the life-history of Ziziphus jujuba Lamk. Proc Nat Inst Sci India, 10(4): 387-390. |
Kapil R N, Bhatnagar A K. 1975. A fresh look at the process of double fertilization in angiosperms. Phytomorphology, 25: 334-368. |
Martin F W. 1959. Staining and observing pollen tubes in the style by means of fluorescense. Stain Technology, 34: 125-128. DOI:10.3109/10520295909114663 |
Johansen D A.Plant Embryology.Mass: Chronica Botanica Comp.Wsltham
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Srinivasachar D. 1940. Embryological studies of some member of Rhamnaceae. Proc India Acad B, 11: 107-116. |