喜樹生殖生物學(xué)的研究.pdf

1、喜樹(Camptotheca acuminata Decne）屬于藍(lán)果樹科(Nyssaceae)喜樹屬(CamptothecaDecne)植物，落葉闊葉喬木，我國(guó)特有樹種，分布于長(zhǎng)江流域和西南各省。喜溫暖氣候，不耐嚴(yán)寒。喜樹中所含的吲哚類生物堿—喜樹堿和10—羥基喜樹堿，具有顯著的抗癌活性，因此受到植物學(xué)界和醫(yī)藥界的重視。近年來，對(duì)喜樹的研究重點(diǎn)主要集中在喜樹堿及其衍生物抗癌活性的開發(fā)利用等方面，而對(duì)于喜樹的生殖生物學(xué)的研究很少，尤其缺

2、少胚胎學(xué)方面的研究成果。為此本文以喜樹為研究材料，對(duì)喜樹的開花生物學(xué)和繁育生物學(xué)進(jìn)行了研究，并應(yīng)用石蠟切片法和半薄切片法系統(tǒng)研究了喜樹大小孢子的發(fā)育、雌雄配子體的形成和胚及胚乳發(fā)育過程。以期掌握喜樹生殖生物學(xué)規(guī)律，提高喜樹結(jié)實(shí)率，并為喜樹開發(fā)利用提供生殖生物學(xué)資料。 1．喜樹的花序。喜樹花序?yàn)橛?-6個(gè)頭狀花序組成的聚傘花序，聚傘花序上部的頭狀花序由兩性花組成，下部的花序由雄花組成。兩性花雌雄蕊發(fā)育正常，雄蕊10枚，雌蕊1枚，下

3、位子房，一室，倒生胚珠；雄花雄蕊發(fā)育正常，雌蕊不發(fā)育。喜樹兩性花為半同步雌雄蕊異熟類型。每個(gè)頭狀花序的所有小花同步開放，雄蕊先成熟，表現(xiàn)為雄性時(shí)期；雄蕊脫落后，雌蕊成熟，表現(xiàn)為雌性時(shí)期。上一級(jí)頭狀花序雌蕊成熟期與下一級(jí)花序雄蕊成熟期重合。 2．喜樹開花生物學(xué)研究。對(duì)喜樹開花習(xí)性觀察發(fā)現(xiàn)，喜樹花原基五月初形成，六月底七月初開花，開花時(shí)間持續(xù)20-30天。聚傘花序軸頂端的頭狀花序最先開放，然后向下各級(jí)側(cè)軸上的頭狀花序依次開放。開花時(shí)

4、，同株上不同花序軸頂端的頭狀花序在同一天開放。6-7天后，下一級(jí)側(cè)軸的頭狀花序開放，這時(shí)頂端花序的雌蕊已完全發(fā)育成熟。柱頭外翻時(shí)，雄蕊已全部脫落，下一級(jí)側(cè)軸上的頭狀花序的雄蕊已發(fā)育成熟并外露。其它各級(jí)側(cè)軸的頭狀花序以同樣的時(shí)序依次開放，但間隔時(shí)間1天左右。末級(jí)1-2個(gè)頭狀花序小花數(shù)量約為頂部的1/2，為雄花序。喜樹花期結(jié)束后，一個(gè)聚傘花序只有頂端2-4個(gè)頭狀花序存留，子房膨大，并進(jìn)一步發(fā)育成果實(shí)。下部2-3個(gè)頭狀花序脫落。 3．

5、喜樹繁育生物學(xué)研究。經(jīng)過測(cè)定，喜樹雜交指數(shù)(OCI)為4。按照Dafni的標(biāo)準(zhǔn)，喜樹繁育系統(tǒng)類型為部分自交親和，同時(shí)存在異交，需要傳粉者傳粉?；ǚ邸咧楸? P/O)為7180-7980。按照Cruden標(biāo)準(zhǔn)，喜樹繁育系統(tǒng)為專性異交。套袋試驗(yàn)進(jìn)一步證明喜樹繁育系統(tǒng)為自交和異交并存的混合交配型。 4．喜樹大孢子的發(fā)育和雌配子體的形成。喜樹為下位子房，1心皮1室，1胚珠，邊緣胎座。胚珠為倒生型，單珠被，薄珠心。大孢子的發(fā)生始于珠心表

6、皮下的一個(gè)孢原細(xì)胞，此細(xì)胞體積較大，細(xì)胞質(zhì)濃厚，細(xì)胞核較大，明顯區(qū)別于其他珠心細(xì)胞，該孢原細(xì)胞直接發(fā)育為大孢子母細(xì)胞。喜樹大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂存在兩種類型：一種是大孢子母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)第一次分裂形成二分體，隨后珠孔端一個(gè)二分體細(xì)胞不再分裂，逐漸退化，合點(diǎn)端細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)第二次分裂形成二個(gè)大孢子，這種情況下無(wú)四分體存在，僅存在三分體。另一種類型是大孢子母細(xì)胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成四個(gè)大孢子，沿胚珠長(zhǎng)軸排列形成一排，即線性四分體。這兩種類型三分體為多

7、數(shù)，四分體很少見。隨后合點(diǎn)端的大孢子發(fā)育為功能大孢子，之后經(jīng)過三次有絲分裂，形成七細(xì)胞八核的蓼型胚囊。胚囊發(fā)育過程中，珠心基部一些細(xì)胞存留較久，成為珠心座細(xì)胞；內(nèi)層珠被細(xì)胞發(fā)育為珠被絨氈層。合點(diǎn)端三個(gè)反足細(xì)胞存留時(shí)間較短，形成后不久即退化。珠孔端為兩個(gè)助細(xì)胞和一個(gè)卵細(xì)胞形成卵器，均具有明顯極性。極核最初位于胚囊中央，排列方向不定。受精前，兩極核融合形成次生核。初生胚乳核分裂前，向合點(diǎn)端移動(dòng)，并在其周圍出現(xiàn)大量淀粉粒。 5．喜樹小

8、孢子的發(fā)育和雄配子體的形成。喜樹花藥具四個(gè)小孢子囊。剛形成的花藥原基結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外面是一層表皮細(xì)胞，其內(nèi)是一群分裂活躍的分生細(xì)胞。后來由于花藥外側(cè)四個(gè)角隅處的細(xì)胞分裂較快，形成四個(gè)裂瓣。每個(gè)裂瓣表皮內(nèi)的細(xì)胞分化出孢原細(xì)胞。隨后各處的孢原細(xì)胞各自進(jìn)行平周分裂，形成周緣細(xì)胞和初生造孢細(xì)胞。周緣細(xì)胞進(jìn)行兩次平周分裂和多次垂周分裂，形成四層壁細(xì)胞。這四層細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)并分化，從外向內(nèi)依次為藥室內(nèi)壁(1層)、中層(2層)、絨氈層(1層)，以后有的細(xì)胞

9、層還可以繼續(xù)進(jìn)行分裂?；ㄋ幈诎l(fā)育完全時(shí)，從外向內(nèi)依次是表皮1層、藥室內(nèi)壁1層、中層2-3層、絨氈層1層。小孢子母細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂時(shí)，絨氈層細(xì)胞成為多核細(xì)胞，屬于腺質(zhì)絨氈層。在小孢子囊中可以觀察到許多脂質(zhì)球狀體。造孢細(xì)胞經(jīng)過數(shù)次有絲分裂形成小孢子母細(xì)胞，后者經(jīng)減數(shù)分裂形成四分體，其胞質(zhì)分裂方式為同時(shí)型。四分體被胼胝質(zhì)包裹，四個(gè)小孢子之間有胼胝質(zhì)分隔，為四面體型。小孢子彼此分開后進(jìn)一步發(fā)育，形成二細(xì)胞型成熟花粉粒。花藥成熟后，同一裂瓣的兩個(gè)

10、小孢子囊相通，以后在相通處開裂。開裂后的花藥壁僅剩下纖維狀加厚的藥室內(nèi)壁和殘留的表皮細(xì)胞。喜樹雄花小孢子發(fā)育過程與兩性花相同，成熟花粉為二細(xì)胞型花粉粒。 6．喜樹胚和胚乳的發(fā)育。 (1)喜樹合子的分裂晚于受精極核的分裂。合子分裂時(shí)，胚囊中已形成少量胚乳細(xì)胞。合子于七月下旬開始分裂，第一次分裂方向?yàn)闄M向，形成頂細(xì)胞和基細(xì)胞。此后，頂細(xì)胞縱向分裂，基細(xì)胞橫向分裂，形成5-細(xì)胞原胚?；?xì)胞繼續(xù)進(jìn)行橫向分裂形成胚柄。頂細(xì)胞進(jìn)行多

11、次橫向與縱向分裂形成球形胚，再經(jīng)過梨形胚、心形胚、魚雷形胚，發(fā)育為成熟胚。其胚胎發(fā)育類型為柳葉菜型。 (2)胚乳發(fā)育類型為核型胚乳。兩個(gè)極核在受精前融合形成次生核。受精后，初生胚乳核移向合點(diǎn)端，在其周圍出現(xiàn)大量淀粉粒，此時(shí)胚乳核開始第一次分裂形成兩個(gè)游離胚乳核，一個(gè)靠近合點(diǎn)端，一個(gè)靠近合子。此后，合點(diǎn)端的游離胚乳核進(jìn)行橫向分裂，另一個(gè)胚乳核進(jìn)行縱向分裂，形成四個(gè)游離胚乳核。八個(gè)游離胚乳核以后開始形成胚乳細(xì)胞。胚乳游離核是從胚囊珠

12、孔端向合點(diǎn)端、從胚囊周圍向中央以自由壁的方式形成細(xì)胞，最后胚乳細(xì)胞充滿整個(gè)胚囊除胚以外的所有空間。經(jīng)過組織化學(xué)方法檢測(cè)早期喜樹種子胚乳儲(chǔ)藏物主要為多糖、蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)，但成熟種子胚乳儲(chǔ)藏物主要為脂類物質(zhì)。 (3)喜樹成熟果實(shí)包括外果皮、中果皮、內(nèi)果皮和種子。內(nèi)果皮細(xì)胞壁木質(zhì)化，外側(cè)分布著外韌維管束。種子由膜質(zhì)的種皮、胚和胚乳組成，其中胚為直立型，與種子近等長(zhǎng)。 通過研究認(rèn)為：從胚胎學(xué)角度看，喜樹屬植物的重要胚胎學(xué)特征與