两型豆种子发育的解剖学研究

研究报告张市峰等：两型豆种子发育的解剖学研究 两型豆种子发育的解剖学研究 张立峰。佘跃辉 ( 四川农业大学农学院， 四川雅安6 2 5 0 1 4 ) 摘要：两型豆为豆科野生物种，对大豆育种和植物发育生物学研究具有重要价值。试验采用石蜡切片法进行了两型豆种 子发育的解剖学研究，结果表明：( 1 ) 胚珠在花后1 2h 完成受精；( 2 ) 花后2d 合子进行第1 次分裂，第1 次分裂为横分 裂，花后4d 形成原胚；( 3 ) 花后2 4d ，原胚经过球形胚期、心形胚期、鱼雷胚期，发育为成熟胚；( 4 ) 胚乳发育为核型，成熟 种子为无胚乳种子；( 5 ) 外珠被发育为种皮，种皮细胞呈栅栏状且外被角质层，是造成三籽两型豆地上种子硬实的重要 原因之一。 关键词：三籽两型豆；解剖；发育；种子 中图分类号：S 5 8文献标志码：A文章编号：1 0 0 1 4 7 0 5 ( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 5 3 - 0 4 A n a t o m i cS t u d yo nt h eS e e dD e v e l o p m e n to f A m p h i c a r p a e ae d g e w o r t h i iB e n t h Z H A N GL i - f e n g ，S H EY u e - h u i ( A g r o n o m yC o l l e g e ，S i c h u a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ，Y a a nS i c h u a n6 2 5 01 4 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：A m p h i c a r p a e ae d g e w o r t h i iB e n t h i saw i l ds p e c i e so ft h el e g u m e ，w i t h i m p o r t a n tv a l u eo nt h es o y b e a nb r e e d i n ga n dr e s e a r c h so fp l a n td e v e l o p m e n t a lb i o l o g y T h es e e dd e v e l o p m e n to fA m p h i c a r p a e ae d g e w o r - t h i iB e n t h w e r eo b s e r v e du s i n gp a r a f f i ns e c t i o n i n gm e t h o db ym i c r o s c o p e T h eo v u l ew a sf e r t i l i z e da n df o r m e d t h ez y g o t ea f t e rf l o w e r i n ga b o u t12h o u m T h ez y g o t ew a st r a n s f e r s e l yd i v i d e di n t oat e r m i n a lc e l la n dab a s a l c e l li n2d a y sa f t e rf l o w e r i n g T h ep r o e m b r y oc o n t i n u e dc e l ld i v i s i o ni nv e r yd i r e c t i o n sf o r m i n gg l o b u l a re m b r y o a n dt h e nh e a r t s h a p e de m b r y o ，i nw h i c ht h ec o t y l e d o n sp r i m o r d i u mb e g a nt oo c c u r I n2 4d a y sa f t e rf l o w e r i n g ， t h ee m b r y od i f f e r e n t i a t e di n t om a t u r e de m b r y ot h r o u g hT r o p e d o s h a p e de m b r y o ( i n1 6d a y sa f t e rf l o w e r i n g ) T h ee n d o s p e r mc e l lb e g a nt of o r mw h e nt h eg l o b u l a rp r o e m b r y ow a sf o r m e d ，a n dt h ed e v e l o p m e n to ft h ee n d o s p e r mw a sn u c l e a rt y p e T h em a t u r es e e do fA m p h i c a r p a e ae d g e w o r t h i iB e n t hi st h es e e dw i t h o u te n d o s p e r m T h eo u t e ri n t e g u m e n td e v e l o p e di n t ot h es e e dc o a t ，a n dt h es e e dc o a tc e l l sw e r et h ef e n c ec e H sw i t hc o r n e u m ， t h a tm i g h tb eo n eo ft h ei m p o r t a n tr e a s o n so fh a r ds e e d sf o rA m p h i c a r p a e ae d g e w o r t h i iB e n t h K e yw o r d s ：A m p h i c a r p a e ae d g e w o n h i iB e n t h ；a n a t o m y ；d e v e l o p m e n t ；s e e d 三籽两型豆( A m p h i c a r p a e ae d g e w o r t h i iB e n t h ) 属 豆科，蝶形花亚科，两型豆属( A m p h i c a r p a e aE l l i o t ) 植 物。该属内约有1 0 种，分布于东亚、北美以及非洲东 南部等，我国分布有3 种：三籽两型豆( A e d g e w o r t h i i B e n t h ) 、锈毛两型豆( A r u f e s c e n s ) 和线苞两型豆 ( A 1 i n e a r i sc h u ne tT c h e n ) ，主要分布于河北、山东、山 西、陕西、江苏、安徽等省。三籽两型豆地上、地下 都结种子，在植物发育生物学上有研究价值；其种子可 入药，医治妇科病；茎叶可作饲料旧o ；两型豆种子含异 黄酮类化合物，具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗菌等作 用口 。目前，仅见到三籽两型豆种子萌发【4 曲1 、营养器 官解剖学 、氨基酸含量旧1 和种皮、果皮、花粉、叶表 皮及花器官扫描电镜观察一一u 等报道，关于两型豆种 子发育方面的研究尚未见报道。为此，本研究以原产 四川雅安地区的三籽两型豆为试验材料，对其种子发 育进行了观察研究，旨在了解三籽两型豆种子的形成 发育过程，为合理利用三籽两型豆资源及相关研究提 供理论依据。 收稿日期：2 0 1 0 1 2 0 3 基金项目：四川省“十一五”农作物育种攻关项目；四川省教育厅育种专项( 0 8Z Z 0 0 1 ) 。 作者简介：张立蜂( 1 9 8 3 一) ，男，内蒙古赤峰人；硕士研究生，研究方向：经济和特用作物遗传育种；E m a i l ：z h I f _ 1 9 8 3 1 6 3 c o r n 。 通讯作者：佘跃辉( 1 9 5 8 一) ，女，重庆市壁山县人；教授，主要从事种子学教学和大豆遗传育种研究；E m a i l ：s y u e h u i s i n a t o m 。 5 3 万方数据 笫加譬第3J “2 m 1 年3 月种fc 叠d ) V u i3 0 3M m2 0 1 1 材料与方法 II 材料 _ ! 】；试制料为：卡两型再的地上利t 于、于2 ( 】0 8 年采 自四川钳雅安I “点板J l I 啊坡2 0 0 9 年3 川种植r 四川 农业尢# 数学赏驻农场，开花结莫期取样 12 方法 试验r2 1 X ) 9 年I O 1 1 月进 r 枉州蜊 槛花期 选择处于M 时期丌放的小花挂牌标“，第1 犬每隔 4h 取样I 扶筇2 灭以后每天取样I 趺每次取小花 1 0 个川F A A 黻蚓定常规打蜡切片法制片，香红- 阎 绿一染研“厚腰为5 “m 信N i k o nT E2 0 0 3 娃微镜 下观察并照相 2 结果与分析 21 胚的发育 1 f 大多数豆科值物的肿眯娄剖捌翮两删H 的胍 球为弯生胚珠( I 斟版I - A ) 。开花后j 2h 完成受精肜 成台千( 幽版l _ B ) ，丌花后2 4h 台子明显增凡( 同版 I - c ) 外犯后2d ，合r 进 r 第1 救横向分裂形成H 围瓶IW 型种和胚乳擞育过程 ： t ”4x2 0B f 目自x2 0 c m 2 ( ) ，nf ：n 4 Ex 2 0E 4 自x 2 0 ： j 4 f 自x2 0 c 4 g 自B * ：I l 十o * $ 。2 0J i z V - 月x 2 0J * 口* * x2 0K t $ w 自x 2 0 ，l i n * 自x 1 0 - 5 4 万方数据 研究报告张市峰等：型种f 发育的解刺学研究 1 个顶细胞和1 个基细胞的2 细胞躁胚。近璩孔端的 为精细胞远珠孔端的为顶细胞顶细胞体积比基细胞 体积大( 幽J 版一D ) 。开花后5d 胚体增大为圆球形， 称为球形胚进人球形胚o 期( 图版卜E ) ，升花后6 r I 球形胚继续增大( 罔扳I - F ) ，开花后8d 球形胚增 长到最大此时胚柄已经j # 戚( j 鹌版I I G ) 。开花后1 0 d ，球形胚进步发育组织开始分化，其顶端逐渐变得 较为扁平计在其荫侧形成两个对称的突起- 子叶原 甚，胚逐渐成心形。此时胚柄完全退化( 罔版l _ H ) 。 开花后1 2 1 4d ，心形胚的两个子n t 原基继续向1 突 起，胚分化进人鱼雷形胚早期( 圈版I - 1 ) 。开花后1 6 d 胚芽开始分化鱼雷形胚形成，组g 分化更明显( 网 版IJ ) 。开花后1 6 2 0d 鱼雷形胚的两个子叶突起 进一步g 长形成了两片对称的于口h 旺芽燎基明显突 起( 图版卜K ) 。开花后2 4d ，整个胚体进一步增大 阿H 子l 叶已经充满整个】五蠼胚芽、胚轴，胚根都柏成 长大，逐渐形成一个成熟胚( 罔版J1 ) ， 22 胚乳的发育 在二细胞原胚期两型疆的扔生牦乳核即J f 始分 裂( 网版I - D ) 形成胚乳游离核紧贴于胚囊嚷的一 棹层原牛质中。球形胚中期，胚乳核增多，这时的胚乳 游离核为圆球形+ 大小比j 空均一均匀的紧贴于胚囊 壁。球形胚后期胚乳棱分裂最旺盛，形成很多胚乳细 胞克满整个胚囊( 用版I * c ) 到心形胚期胚乳细胞 开始解体，主要发生在胚的周嗣( 困版I H ) 。鱼雷胚 期，月t 远处的胍乳细胞也开始解体，两片子叶刚形成 时，肼周隔及远处的胚乳细胞已经看小她r 只有很少 的胚乳细胞分机于胚囊壁( 圈版卜K ) 。到种子成熟 时，胚乳全部被胚吸收( 罔版I _ 1 ) ，因此两犁成熟 种子为无胚乳种r 。 23 种皮的发育 两型豆开花后4 天，种皮各层以薄难细胞为主，排 列疏松，来见明显分化( 图版一A ) 。开花后8d ，外层 细胞纵向延K 栅栏层逐渐形成，栅栏层以F 仍为薄壁 细胞，排列疏橙来见明显分化( 罔版一B ) 。开花后 1 4d ，种皮分化明_ 垃，表皮栅栏层在生长发肯过程中细 胞排列越来越紧密角质层加厚( 图版一c ) 。同时内 珠被也开始分化，在内珠被的内表皮形成珠技绒毡层， 该层细胞排列接齐，细胞径向伸长( 隔版1 1 一D ) 。开花 后1 6d 内珠披的缄毡层细胞排列变的较不整齐，排列 疏松，升开始与内珠被表皮分离( 囝版一E ) ，细咆阡 始解体。至开花后2 4d 各结构层分化完成( 图版一 F ) ，外珠被发育为种皮种皮细胞栅栏状且外被角质 层栅状细胞下有一条清晰可见的明线，遗可能就是导 致两犁五地上种产形成硬实的主要原甩之一。 3 讨论 两型豆地上种子的合子第1 献分裂为不均等的横 q 分裂，形成1 个顶细胞和1 个基细胞。项细胞发育 形成娘胚而基细胞发育戎旺柄，胚柄不拉逃，很黼这 与苛j 适宦”所报道阴型丑属只有3 、4 个细胞组成一 个不发育的胚牺帽符，肝柄在种子成熟日十退化消失 匪版两型种皮发育过R a ： # e4d H * 5 1 0 R * t 日d 自# t B * x 1 0C # e 1 4d # | 自B tx 1 0D # # H mx 1 0 E * e 1 6d # t h E * * * * ，l O ，F t e2 4d ，” * i # * * n ”* tx 1 0 5 5 万方数据 第3 0 卷第3 期2 0 1 1 年3 月 种子( S e e d ) V 0 1 3 0N o 3M 8 3 2 0 l l 两型豆的胚乳发育属核型。 两型豆的胚胎发育从合子到器官分化形成，基本 上可分为3 个发育阶段： ( 1 ) 从合子开始分裂到形成球形胚，为原胚发育 时期，约需1 0d 时间。 ( 2 ) 从球形胚分化出子叶原基到胚轴伸长、器官 分化之前，为子叶分化期，约需1 0d 时间。 ( 3 ) 从胚轴伸长到胚芽、胚轴和胚根分化形成，为 器官分化期，约需5d 时间。 目前，有很多假说解释豆科植物种子硬实的成因 和机理。其中种皮的结构是种子硬实的重要原因之 一。研究结果表明，随着两型豆种子的发育，种皮最外 侧形成了，一层致密的角质层，妨碍水分渗入种胚内；角 质层内侧的栅栏层在种子发育过程中形成一层致密的 保护层，阻止水分进入，造成种子不能吸胀萌发，因而， 两型豆的地上豆成熟种子大多为硬实。 参考文献： 1 中国植物志编委会中国植物志( 第4 l 卷) M 北京：科学 出版社1 9 9 5 ：2 5 7 2 河北植物志编委会河北植物志 M 石家庄：河北科学技 术出版社，1 9 9 8 ：7 7 8 7 7 9 3 黄芸，秦民坚，余国奠异黄酮类化合物在植物界的分布及 药理作用 J 中国野生植物资源，2 0 0 1 ，2 0 ( 1 ) ：5 7 4 乔亚科，李桂兰，高书国，等两型豆地上、地下种子实生苗 发育特性的初步研究 J 河北职业技术师范学院学报， 2 0 0 0 ，1 4 ( 4 ) ：1 4 5 乔亚科，李桂兰，高书国，等三籽两璎豆地下种子的萌发及 幼苗生育特性研究 J 种子，2 0 0 2 ，2 1 ( 5 ) ：4 5 4 7 6 李桂兰，乔亚科，臧少先，等三籽两型豆地下种子的发生及 在自然种群繁育中的作用 J 种子，2 0 0 4 ，2 3 ( 2 ) ：3 8 4 0 ， 4 7 7 郭学民，徐兴友，孟宪东，等两型豆营养器官解剖学研究 J 河北科技师范学院学报，2 0 0 6 ，2 0 ( 4 ) ：5 6 8 姜明华，徐凌川，迟永利，等三籽两型豆总黄酮氨基酸含 量测定 J 安徽农业科学，2 0 0 7 ，3 5 ( 7 ) ：l8 9 9 19 0 0 9 郭学民，乔亚科，刘永军，等不同生境两型豆果皮和种皮的 扫描电镜比较观察 J 河北职业技术师范学院学报，2 0 0 2 ， 1 6 ( 3 ) ：6 1 6 3 1 0 郭学民，乔亚科，王彦勋，等两型豆花粉和叶表皮的扫描 电镜观察 J 西北植物学报，2 0 0 3 ，2 3 ( 1 2 ) ：2 0 7 2 2 0 7 6 1 1 郭学民，乔亚科，刘永军，等两型豆花器官的扫描电镜观 察及花粉活力的测定 J 河北职业技术师范学院学报， 2 0 0 3 ，1 7 ( 1 ) ：3 0 3 2 1 2 胡适宜被子植物胚胎学 M 北京：人民教育出版社， 1 9 8 2 ：6 7 7 3 ( 上接第5 2 页) 参考文献： 1 G F r a n c i s ，R E d i n g e ra n dK B e c k e r Ac o n c e p tf o rs i m u h a n e O U Sw a s t e l a n dr e c l a m a t i o n ，f u e lp r o d u c t i o n ，a n ds o c i o - e c o n o m i c d e v e l o p m e n ti nd e g r a d e da r e a si nI n d i a ：N e e d ，p o t e n t i a la n d p e r s p e c t i v e so fJ a t r o p h ap l a n t a t i o n s J N a t u r a lR e s o u r c e sF o - r u m ，2 0 0 5 ，2 9 ：1 2 2 4 2 R A Z a h a w i E s t a b l i s h m e n ta n dG r o w t ho fL i v i n gF e n c eS p e - c i e s ：A nO v e r l o o k e dT o o lf o rt h eR e s t o r a t i o no fD e g r a d e dA r e a s i nt h eT r o p i c s J R e s t o r a t i o nE c o l o g y ，2 0 0 5 ，1 3 ：9 2 1 0 2 3 林娟，周选围，唐克轩，等麻疯树植物资源研究概况 J 热 带亚热带植物学报，2 0 0 4 ，1 2 ( 3 ) ：2 8 5 一2 9 0 4 吴军，王胜华，唐琳，等麻疯树油脂含量遗传性与C S C 高 油6 3 品种的选育 J 种子，2 0 0 8 ，2 7 ( 5 ) ：1 0 0 1 0 2 5 K O p e n s h a w Ar e v i e wo fJ a t r o p h ac u r c a s ：a no i lp l a n to fa n f u l f i U e dp r o m i s e J B i o m a s sa n dB i o e n e r g y ，2 0 0 0 ，1 9 ：l 1 5 6 N R a v i n d r a n a t h ，C R a m e s h ，B i s w a n a t hD a s Ar a r ed i n o r d i t e r - p e n ef r o mJ a t r o p h ac u r c a s J B i o c h e m i c a lS y s t e m a t i e sa n dE c o l o g y ，2 0 0 3 ，3 1 ：4 3 1 4 3 2 7 M S e n t h i lK u m a r ，A R a m e s h ，B N a g a l i n g a m A ne x p e r i m e n t a l c o m p a r i s o no fm e t h o d st ou s em e t h a n o la n dJ a t r o p h ao i l i na c o m p r e s s i o ni g n i t i o ne n 舀n e J B i o m a s sa n dB i o e n e r g y ，2 0 0 3 ， 2 5 ：3 0 9 3 1 8 5 6 8 F K F o r s o n ，E K O d u r o ，E H a m m o n d D o n k o h P e r f o r m a n c e o fj a t r o p h ao i lb l e n d si nad i e s e le n g i n e J R e n e w a b l eE n e r - g Y 。2 0 0 4 2 9 ：l1 3 5 11 4 5 9 M M o h i b b eA z a m ，A m t u lW a r i s ，N M N a h a r P r o s p e c t sa n d p o t e n t i a lo ff a t t ya c i