（植物学专业论文）长梗郁李cerasus+japonica+var+nakaii生殖生物学的研究.pdf

摘 要 i 摘摘 要要 本试验以我国东北特有矮生果树长梗郁李(cerasus japonica var. nakaii.)为试验材料， 采 用石蜡切片技术对其花芽形态分化、花器官分化、大小孢子发生、雌雄配子体的发育、胚和 胚乳的发育等生殖生物学过程进行研究，揭示长梗郁李生殖发育规律，从而为其分类学、遗 传育种学及生产实践提供理论依据。研究结果如下： 1. 长梗郁李为簇生花序，典型蔷薇花冠，单花为完全花。树体随果实成熟约 7 月中旬即 进入花芽分化期，分化盛期集中在 79 月份。然后于 11 月随树体休眠一同进入休眠期，翌 年春天继续发育。花芽分化可分为：开始分化期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雄蕊 原基形成期及雌蕊原基形成期。同枝的不同节位或同一个芽内数个花芽原始体花芽开始分化 的时期均存在不同。 2. 雄蕊多数，成熟花药具有四个花粉囊，花药壁发育属基本型，绒毡层为腺质绒毡层。 小孢子母细胞经减数分裂形成正四面体形的四分体，胞质分裂为同时型，但在同一药室中减 数分裂步骤表现为不一定同步。成熟花粉为 2-细胞型，具有 3 个萌发孔，少有 4 个萌发孔， 外形为椭球形。 3. 雌蕊 1 心皮，1 室，上位子房，边缘胎座。胚珠两枚，倒生，后期多一枚退化。双珠 被且发达，厚珠心，珠孔道狭长，成熟胚囊呈长卵形。花柱闭合型，柱头乳突状结构明显。 雌蕊的发育比雄蕊晚。 4. 受精后合子进入休眠，初生胚乳核先于合子分裂，为胚发育提供营养。胚胎发生属于 紫苑型，成熟胚具有胚芽、胚轴、胚根和子叶。胚乳发育类型为核型。至 8 月初果实完全成 熟，可见胚发育出 34 轮小叶，胚乳全部被胚吸收，仅留残迹。种子为双子叶无胚乳种子， 果实为典型核果。 关键词 关键词 长梗郁李(cerasus japonica var. nakaii.) ；花芽分化 ；大小孢子 ；雌雄配子体 ； 胚胎发育 abstract iii studies on the reproductive biology of cerasus japonica var. nakaii. abstract this study was on the subject of cerasus japonica var. nakaii. that is one endemic dwarf fruit trees of northeast of our country. the investigation of the morphological differentiation in flower buds, flower organs and the development in megaspores, microspores, male and female gametophytes, embryo and endosperm, expounded its regularity in the reproductive growth phase by means of the technique of traditional paraffin section. to provide theoretical basis of systematics, breeding and production practice. the results were as follows: 1. the flowers of cerasus japonica var. nakaii. were a cluster of inflorescence, complete flower and typical rosaceae corolla. when the fruits were ripe in july flower bud differentiation of cerasus japonica var. nakaii. began and high occurrence period was from july to september. then the bud and trees came into dormancy in november, continued to develop next year. the stage of flower bud differentiation was divided into the beginning of differentiate, sepal primordium, corolla primordium, stamen primordium and carpel primordium stage. buds on different locations of one branch and the several original buds in one bud had different.beginning periods of flower bud differentiation. 2. one flower of cerasus japonica var. nakaii. had many stamens. the mature anther had four microsporanges. the development of anther wall was basic type. it was the glandular tapetum. the microspore mother cells underwent meiosis, each producing tetrahedral tetrad of microspores. the cytokinesis division was simultaneous type. meiosis steps were not necessarily simultaneous in one anther chamber. mature pollen was 2-celled condition. the pollen had three germination aperture, rarely four. profile was elliptical sphericity. 3. pistil composed by one carpel and one room. it was inferior ovary and marginal placentation. it had two anatropous ovules, one of which would degrade later. it had two developed layers of integuments and thick nucellus. its micropyle canal was long and narrow. the mature embryo sac was long oval. style was closed type and the stigma surface had obvious papillary structure. stamen developed earlier than pistil. 4. zygote went into dormancy after postfertilization. primary endosperm nucleus mitosis earlier than zygote to supply nutrition for embryo. the embryo occuring was asterad type. the mature embryo had embryo, radicle, cotyledon and hypocotyls. the development of endosperm was nuclear endosperm.the embryo developed three or four round cotyledon till fruits were mature 东北农业大学理学硕士学位论文 iv at the beginning of august. endosperm was completely absorbed until embryo was mature. there was little vestige around it. the seed was dicotyledonous and had no endosperm. the fruits were typical drupe. key words: cerasus japonica var. nakaii. ; flower bud differentiation ; megaspore and microspore ;female and male gametophytes ; embryonic development. candidate: sun xuhong speciality: botany supervisor: prof. hu baozhong 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密 后适用本授权书） 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 导 师 签 名： 日期： 年 月 日 引 言 1 1 引言 1.1 长梗郁李简介 1.1.1 长梗郁李形态特征、生长习性及分布 长梗郁李别名赤李子、侧李子。中国植物志(俞德浚，1986)记载，长梗郁李与原变种郁 李主要不同在于，花梗较长，12cm，叶片卵圆形，叶边锯齿较深，叶柄较长，35mm。花 期 5 月，果期 67 月。而郁李为落叶灌木，小枝无毛，冬芽卵形，无毛。叶片卵形或卵状披 针形，长 37cm，宽 1.52.5cm，先端渐尖，基部圆形，边有缺刻状尖锐重锯齿，上面深绿 色，无毛，下面淡绿色，无毛或脉上有稀疏绒毛，侧脉 58 对，叶柄长 23mm，无毛或被稀 疏绒毛，托叶线形，长 46mm，边有腺齿，花 13 朵，簇生，花叶同开或先叶开放，花梗长 510mm，无毛或被稀疏绒毛，萼筒陀螺形，长宽近相等，约 2.53mm，无毛，萼片椭圆形， 比萼筒略长，先端圆钝，边有细齿，花瓣白色或粉红色，倒卵状椭圆形，雄蕊约 32，花柱与 雄蕊近等长，无毛，核果近球形，表面光滑，直径约 1cm，深红色，花期 5 月，果 78 月。 长梗郁李干燥成熟种子为郁李仁，临床上广为应用。郁李仁酊剂有显著降压作用。喜阳耐严 寒，抗旱抗湿力均强，分株繁殖为主，也可压条。 赵志昆等（2007）认为，郁李树体健壮，适应性强，耐寒、耐热、耐旱、耐潮湿、耐烟 尘，根系发达。对土壤要求不严，耐瘠薄，能在微碱性土中生长，尤其在石灰性土中生长最 旺；在排水良好、中性、肥沃疏松的沙壤土中生长较好，对微酸性土壤也能适应。郁李萌蘖 性强，根蘖很多，簇生成丛。繁殖以分株为主，播种、压条、扦插、根插、嫁接都可以。郁 李常发生白粉病、褐斑病、叶穿孔病和枯枝病。郁李栽培品种较多，花单生和簇生，呈白、 粉红或深色，有单瓣、重瓣之分，开花之际，繁英压树，灿若云霞，恍若积雪；果实熟时呈 红色，丹实满枝，宛如悬珠；1 年生枝条略呈红褐色，老干则刚劲古朴；单叶互生，叶柄红 色，叶色入秋呈紫红色，亦别具风格。庭院中，郁李可配植于建筑物入口处，也可列植于建 筑物前后，还可盆栽置于阳台，也可制作桩景、切花或瓶插观赏。在台湾，郁李不是梅，是 园艺栽培种，也称西洋梅，是最容易买到的“观赏梅”。在开花期，每树枝条从上到下，开满 了大大小小的花朵，煞是美丽。老株可为高级盆景，另可作为庭院美化、大型盆栽之用。马 立华等（2008）也认为长梗郁李适于丛植、片植、庭荫树及剪型树。 王丽敏等（2007）对黑龙江西部地区主要观赏树种的抗逆性进行了评价，指出长梗郁李 抗寒能力、抗虫害、抗病性、抗旱性各方面的表现得出其总体抗逆性能力比较强。 长梗郁李在东北三省广为分布，而在我国其他地区所见甚少。王明启等（1993）观察得 吉林省主要园林树木开花历，其中长梗郁李开花始期为 4 月 28 日，盛期 5 月 1 日，末期 5 月 6 日。开花天数为 9 天，花粉色，为单花，并指出长梗郁李可被用于园林花木。李殿波等 东北农业大学理学硕士学位论文 2 （2000）调查指出牡丹江林区分布的长梗郁李为花先于叶开放植物，具有较高的观花价值， 同时还有不同程度的观果、观叶及赏形等观赏价值。刘绮等（2000）调查出辽宁省东部宽甸 满族自治县分布有果仁类药用植物长梗郁李。 1.1.2 长梗郁李分类学简介 中国植物志(俞德浚，1986)记载，长梗郁李(cerasus japonica var. nakaii.)隶属蔷薇科李亚 科樱属矮生樱亚属钟萼组，为原变种郁李的一个变种，又名中井郁李，产自黑龙江、吉林、 辽宁，生于山地向阳山坡。朝鲜也有分布。 蔷薇科概述：草木、灌木或乔木，落叶或常绿，有刺或无刺。冬芽常具数个鳞片，有时 仅具 2 个。叶互生，稀对生，单叶或复叶，有明显托叶，稀无托叶。花两性，稀单性，通常 整齐，周位花或上位花；花轴上端发育成碟状、钟状、杯状、镡状或圆筒状的花托(一称萼筒)， 在花托边缘着生萼片、花瓣和雄蕊；萼片和花瓣同数，通常 45，覆瓦状排列，稀无花瓣， 萼片有时具副萼；雄蕊 5 至多数，稀 1 或 2，花丝离生，稀合生；心皮 1 至多数，离生或合 生，有时与花托连合，每心皮有 1 至数个直立的或悬垂的倒生胚珠；花柱与心皮同数，有时 连合，顶生、侧生或基生。果实为蓇葖果、瘦果、梨果或核果，稀蒴果；种子通常不含胚乳， 极稀具少量胚乳；子叶为肉质，背部隆起，稀对褶或呈席卷状。本科的模式属：蔷薇属(rosa l.)。本科约有 124 属 3300 余种，分布于全世界。北温带较多。我国约有 51 属 1000 余种， 产于全国各地。本科许多种类富于经济价值，温带的果品以属于本科者为多，如苹果、沙果、 海棠、梨、桃、李、杏、梅、樱桃、枇杷、山楂、草莓和树莓等，都是著名的水果，扁桃仁 和杏仁等都是著名的干果，各有很多优良品种，在世界各地普遍栽培。不少种类的果实富有 维生素、糖和有机酸，可作果干、果脯、果酱、果酒、果糕、果汁、果丹皮等果品加工原料。 桃仁、杏仁和扁核木仁等可以榨取油料。地榆、龙牙草、翻白草、郁李仁、金樱子和木瓜等 可以入药。各种悬钩子、野蔷薇和地榆的根可以提取单宁。玫瑰、香水月季等的花可以提取 芳香挥发油。乔木种类的木材多坚硬，具有多种用途，如梨木可作优良雕刻板材，桃木、樱 桃木、枇杷木和石楠木等适宜作农具柄材。本科植物作观赏用的更多，如各种绣线菊、绣线 梅、珍珠梅、蔷薇、月季、海棠、梅花、樱花、碧桃、花楸、棣棠和白鹃梅等，或具美丽可 爱的枝条和花朵，或具鲜艳多彩的果实，在全世界各地庭园中均占重要位置(俞德浚，1986)。 李亚科概述：乔木或灌木，有时具刺；单叶，有托叶；花单生，伞形或总状花序；花瓣 常白色或粉红色，稀缺；雄蕊 10 至多数；心皮 1，稀 25，子房上位，1 室，内含 2 悬垂胚 珠；果实为核果，含 1 稀 2 种子，外果皮和中果皮肉质，内果皮骨质，成熟时多不裂开或极 稀裂开。细胞染色体基数为 x8。本亚科共有 10 属，我国产 9 属。本亚科植物许多是著名 的水果，如李、杏、桃、梅、樱桃等，也有许多重要的干果和油料，如杏仁、扁桃仁、郁李 仁、扁核木仁等，梅花、樱花、碧桃、榆叶梅等具有观赏价值，全世界庭园中广泛栽培。两 百年来世界各国植物学家对李亚科李属(prunus l.)分类范围颇有不同意见(俞德浚，1986)。 樱属概述：落叶乔木或灌木；腋芽单生或三个并生，中间为叶芽，两侧为花芽。幼叶在 芽中为对折状，后于花开放或与花同时开放；叶有叶柄和脱落的托叶，叶边有锯齿或缺刻状 引 言 3 锯齿，叶柄、托叶和锯齿常有腺体。花常数朵着生在伞形、伞房状或短总状花序上，或 12 花生于叶腋内，常有花梗，花序基部有芽鳞宿存或有明显苞片；萼筒钟状或管状，萼片反折 或直立开张；花瓣白色或粉红色，先端圆钝、微缺或深裂；雄蕊 1550；雌蕊 1 枚，花柱和 子房有毛或无毛。核果成熟时肉质多汁，不开裂；核球形或卵球形，核面平滑或稍有皱纹。 本属模式种：欧洲酸樱桃。樱属有百余种，分布北半球温和地带，亚洲、欧洲至北美洲均有 记录，主要种类分布在我国西部和西南部以及日本和朝鲜，由于分类学者意见不一致，因此 种的总数颇有出入，有待深入调查研究。樱桃是落叶果树中成熟最早的一种，果实中含蛋白 质、糖、磷、铁、胡萝卜素及维生素 c 等都比苹果为多，营养价值很高，除供生食外，宜于 加工，制作果酱、果酒、果汁，蜜饯以及罐头等。由于果实不便远送，宜在城市郊区和工矿 区栽培，便于供应。花果美丽也适宜作绿化观赏树种。我国樱桃栽培已有两千年以上历史， 古书礼记已有记载，主要为中国樱桃，至今全国各地分布甚广。近年引种西洋樱桃，包 括欧洲甜樱桃和欧洲酸樱桃，主要产地在华东沿海各省。东北和西北各省高寒地区多栽培毛 樱桃。此外供观赏用的樱花，分属于山樱花和东京樱花两种，在我国各地庭园均有种植，日 本十分珍视，作为国花，大量培育园艺品种，五颜十色，全世界知名(俞德浚，1986)。 1.1.3 长梗郁李栽培育种研究 章祖涵（1991）认为郁李(prunus japonica)是中国原产，日本自古就有引种。日本郁李的 类型很多，有的果梗很长，叫做长梗郁李，日本长井把它作为郁李的一个变种，定名为 p. japonica var. nakaii。长梗郁李在我国也有分布。有的叶片很窄，叫做细叶郁李，但细叶郁李 可能不是郁李，而是麦李。郁李在西方当时还没有作砧木试材的例子。郁李用扦插、压条、 分株法都易成活，但幼苗生长极弱，枝条太细，当年不能嫁接。日本种苗商多用二重嫁接法 繁殖苗木。即以樱桃李为过渡性砧木，郁李为中间砧，上面再接桃品种。这种苗子定植后， 由于樱桃李根系很强，郁李难于发根，为此，定植前要在樱桃李根茎部缠上铁丝，深栽培土， 才能促使郁李生根。用茎尖培养，不仅可以解决提纯、脱毒问题，也为迅速大量繁殖提供了 途径。 赵志昆等（2007）指出，郁李常以欧李、杏、梅、毛桃、毛樱桃作砧木嫁接，也常被用 作桃、杏、李的砧木，嫁接亲和力较强，比较容易形成植株。李力莹等（2003）就郁李对李 子树的矮化效应经六年考察发现，长白山区野生果树郁李是可进行有性繁殖的，其嫁接李树 可以成活，是李树理想的矮化砧木。还有一种长梗郁李也可作李树矮化的砧木。 郭德军等（1996）研究指出牡丹江林区种子或种仁含油率在 2010-2以上的野生木本油 料植物包括长梗郁李，有一定的开发利用价值。 1.1.4 长梗郁李药用研究 元艺兰（2007）总结郁李仁为蔷薇科植物欧李、郁李或长柄扁桃的干燥成熟种子，前二 东北农业大学理学硕士学位论文 4 种习惯称“小李仁”，后一种习惯称“大李仁”。郁李仁味辛、甘、苦，性平。主归脾、大肠、 小肠经。本品辛能行散，苦主将泄，甘润滑利，长于导行大肠之结气，润滑大肠之燥涩而通 便，又能行全身之水气，所以具有润肠通便、利水消肿的作用。临床上用其治疗气滞肠燥便 秘及水肿胀满、支气管哮喘、水肿、脚气、小便不利等均取得了很好的效果。郁李仁药理研 究有显著的促进肠蠕动的作用， 所含皂甙苷有使支气管黏膜分泌的作用， 内服则有祛痰效果， 有机酸亦有镇咳祛痰作用。对大鼠足关节浮肿均有抑制炎症的活性，给小鼠适当浓度静脉注 射时，有抑痛作用。用郁李仁制成的酊剂，对试验狗降低血压有显著作用。本品亦有抗惊厥 作用，扩张血管作用。临床按照不同药方应用于：治疗肠燥便秘，治疗小儿习惯性便秘，治 疗幽门梗阻， 治疗支气管哮喘， 治疗急性阑尾炎， 治疗偏头痛， 治疗水肿等方面。 赵淑成(1994) 指出长梗郁李在黑龙江省东部山区有所分布，其种子(种仁)可以入药，具滑肠、利水之功效。 杨国勤等（1992）利用薄层扫描法测定了 10 种郁李仁（欧李、毛叶欧李、郁李、长梗郁 李、麦李、毛樱桃、蒙古扁桃、榆叶梅、长柄扁桃、李）的苦杏仁苷含量。郁李仁苷 a 和郁 李仁苷 b 仅存在于欧李、毛叶欧李、郁李、长梗郁李、麦李等 5 种植物种子中。郁李仁苷 a 在麦李中的含量为 0.29，其它 4 种含量差异不大，均大于 0.70。对 10 种郁李仁可溶性蛋 白进行了 sdstris-甘氨酸聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，表明除欧李、毛叶欧李、郁李、长梗 郁李、麦李具有相似的谱带外，其它种郁李仁电泳色谱间有一定的差异。 在经典恒温实验中，郁李仁有效成分含量变化符合一级反应规律。在 20贮存，苦杏仁 苷含量变化速度常数 k20=1.40910-5，该批郁李仁的有效期为 1832 d。郁李仁同时具有润肠 通便、下气利水之功，其有效成分前者为脂肪油、后者为苦杏仁苷，如选择不同成分作研究， 所得有效期的结果会不一样（张志国，2007） 。 1.2 植物胚胎学的发展和近代成就 植物胚胎学的研究对象是植物的整个有性生殖过程，植物界的有性生殖和世代交替，广 义上包括：花的发育、雌雄配子的发生和配子体的形成、传粉和受精作用、胚和胚乳的发育、 种子的形成。 植物胚胎学是研究植物有性生殖过程，以及在人工条件下如何控制这个过程的科学，它 是植物学的一个分支学科，与植物遗传学、植物育种学、植物生理学和发育生物学等学科都 有着密切的联系，并且是植物育种和植物栽培等应用科学的理论基础，同时它与物理、化学 等技术手段的应用也有着密切的联系。植物生殖生物学的研究成果为植物生物学的发展做出 了贡献，同时也为相关学科，如遗传育种、基因工程、物种的起源与进化、濒危植物的保护、 繁殖与利用及野生药材的引种驯化等提供了理论依据。总之，植物胚胎学新的理论成就和实 验技术的应用愈来愈显示出它对农业和林业生产的重要意义。 引 言 5 1.2.1 植物胚胎学早期发展概况 公元前八百多年前的亚述那西尔帕王朝时的浮雕上，雕刻着一些鸟首人身的祭司，在给 海枣进行人工授粉的情景。那时的亚述人已经认识到，要使能够结果的海枣(雌株)丰收，就 要用不能结果的海枣(雄株)来授粉。这是人类对植物性别的最早认识之一，也是人工授粉的 第一个已知事例（宫葵等，1984） 。根据希腊人 theophrastus 在植物的历史一书中，记载 了 480 种植物，认识到了乔木、灌木、草本、花序、离瓣花、合瓣花，并注意到了子房位置 这在当时是了不起的成就。这本书中的许多概念沿用至今。 人们对于性别有科学的认识是到十七世纪才开始的。17 世纪，德国图宾根植物园主任卡 默拉里乌斯（camerarius）用山靛、蓖麻、玉米等材料做了许多有关植物性别的试验，从而 对植物的性别有了进一步的认识（宫葵等，1984） 。后来写成了植物的性的著名论文。在 这篇论文中，他对植物的开花器官作了详细的描述，提出花药、花粉是雄性器官，而花柱、 子房是雌性器官。1761 年，klreuter 在石竹属、天仙子属、紫罗兰属和烟草属植物中进行了 杂交实验，培养出一些杂种，并观察到在一般情况下一种植物的柱头同时用同种花粉和异种 花粉授粉时，只有同种花粉在受精中起作用。klreuter 的工作一方面明确了两性的存在，同 时推动了传粉生物学的研究。 伟大的生物学家达尔文进行了 30 多年的研究工作， 他在花朵对 异花受精的适应性方面进行了大量的观察试验，发现异花受精所产生的植株无论在高度、重 量、生活力和结实率上都远远超过自花受精所产生的后代（胡适宜，2005） 。 19 世纪的中叶和后期，胚胎学的研究发展很迅速，对于雌雄配子体的结构和发育，胚的 发育以及两性的融合过程等，做了许多工作，对被子植物有性生殖过程积累了较多的资料， 研究对象从宏观进入了微观，从而奠定了胚胎学的基础。 19 世纪末，随着人们对植物性别认识的不断深入，逐渐形成了以描述植物生殖过程为主 的植物胚胎学。它不仅仅用植物学的知识和技术手段对植物生殖行为进行研究，并且已经渗 透到解剖学、细胞学、生理学、生物化学、遗传学和分子生物学等多学科领域，产生了实验 胚胎学、植物生殖生理学和植物生殖遗传学等分支学科。 胚的发育过程最早在 1870 年由汉斯坦 （hanstein） 对荠菜胚胎学发育过程作了详细描述， 他对荠菜胚胎发育早期的几乎每一个细胞的分裂方向、发育结果都进行了描述。荠菜胚胎发 生过程代表大多数被子植物胚胎发生过程，汉斯坦的研究成果至今仍为胚胎学教科书中的例 子。种子中存在多胚现象也很早就被发现了。 1898 年，纳瓦兴（nawaschin）发现被子植物双受精作用。他以头巾百合和细弱贝母为 材料，观察到卵细胞和极核同时分别与花粉管中释放出来的两个精子融合的过程。在双受精 作用发生以前，植物学家对花粉粒中两个精子的作用以及胚乳的来源问题疑惑不解，纳瓦兴 的研究成果解开了这些疑问。 伟大的生物学家达尔文（darwin）在花朵对于异花受精的适应性方面进行了大量观察和 试验，在 1916 年发表了他 30 年来的工作总结植物界异花受精和自花受精的效果 。在 这本极有价值的著作里，他提出了传粉生物学中的一个重要规律，即异花受精有利，自花受 精有害，在认识植物雌雄性的存在以及它们之间的关系的过程中，引导人们进一步去探索这 东北农业大学理学硕士学位论文 6 一过程的本质（胡适宜，2005） 。 1.2.2 植物胚胎学的演变植物生殖生物学 由于与细胞生物学、生物化学、分子生物学等学科的渗透结合，研究手段得以丰富，许 多先进的技术设备如免疫荧光技术，放射自显影术、生化分析方法、电镜和计算机被运用到 胚胎学的研究中， 使植物胚胎学已从传统的形态学性质逐渐转变成了交叉性、 综合性的学科， 演进为植物生殖生物学。植物胚胎学与现代科学中的相关学科，特别是细胞生物学与分子生 物学结合促成了 sexual plant reproduction 期刊的创刊， 这标志着植物胚胎学已演变成为植物 生殖生物学。 各国的胚胎学家们对生殖过程中结构与功能关系，包括大、小孢子母细胞减数分裂过程 的超微结构、花粉壁结构与成分、受精过程及生殖系统中细胞骨架等进行研究。 随着植物生殖生物学研究资料的长期积累，近年来植物变种的大量发现和应用，以及分 子生物学技术和细胞显微操作技术等技术领域的发展，植物生殖生物学在分子水平的研究已 取得令人关注的成就，包括花器官分化发育、性细胞与受精操作等。植物经过成花诱导，花 分生组织形成，通过对拟南芥和金鱼草突变体的研究发现一些与调控花分生组织启动有关的 基因。 组织化学变化与植物生殖生物学联系也较为密切。在植物有性生殖过程中，除了形态和 结构发生变化外，各种物质(dna、rna、脂类、蛋白质、淀粉粒和胼胝质)的含量和分布也 发生相应的改变。 中国林科院孙福生等在 1988 年首次报道了杨树小孢子发生过程中的组织化 学变化，发现大叶杨小孢子母细胞的营养源位于表皮和纤维层，绒毡层细胞和小孢子母细胞 逐渐积累多糖，绒毡层细胞始终含有丰富的 dna、rna 和蛋白质，rna 和蛋白质在小袍子 发生过程中表现一致性的分布和含量变化。 刘海河等(2002)对西瓜 g17ab 不育花药的细胞形态学及组织化学进行了研究。 观察研究 表明:不育花药绒毡层细胞异常，造成花粉母细胞不能进行正常减数分裂，败育发生于四分体 形成之前，无花粉粒形成。雄性不育花药组织内的不溶性多糖和蛋白质含量较可育花药低。 关于雌配子体方面，母锡金等(2002)对高频率多胚水稻受精前后卵器的细胞结构和组织化学 变化进行了观察， 并同已报道过的正常水稻及多胚水稻大至相同发育时期的卵器进行了比较。 朱卫平等(2003)为探索红小豆花、幼荚脱落的原因，应用组织化学方法，研究了红小豆 胚囊中多糖的动态变化。结果表明:红小豆雌蕊发育早期，淀粉粒积累于子房壁，以后珠被中 积累淀粉粒。胚囊成熟后，胚囊中不积累淀粉粒，只呈 pas 正反应。胚珠合点端是营养进入 胚囊的主要通道，胚囊营养不足可能是幼荚脱落的主要原因。 开花植物中，花粉管是否能进入胚囊与雌配子体顺利感应，成为判定受精成功与否的依 据。雌蕊引导的最后一步即目标胚囊可能会吸引花粉管。tetsuya higashiyama(2003)应用了助 细胞的位置和组织化学等方法，判定出临近卵细胞的 2 个助细胞有吸引花粉管的能力。研究 指出单独的一个助细胞就能产生足够的引导信号，2 个细胞更加提高了信号的强度。受精完 成后，无论助细胞是否还存留，胚囊均不再吸引花粉管。防止多精受精现象的发生可能与这 引 言 7 种引导信号的消失有关。 1.2.3 我国植物生殖生物学研究动态 我国开展植物胚胎学的研究相对较晚，20 世纪上半叶只有很少的研究，直到五十年代植 物胚胎学作为植物学科的重要分支才受到越来越多的重视。80 年代，随着国际上植物胚胎学 的发展，我国进入了植物生殖生物学的发展时期，现在我国的植物胚胎学及生殖生物学的研 究已经在世界上引起一定的反响。 胡适宜（2002）将我国植物胚胎学在的发展大体划分为 3 个时期： （1）初始时期，主要 在裸子植物胚胎发育的观察和实验研究方面开展了一些工作。 （2）学科的建立时期，60 年代 植物胚胎学在我国逐渐成为植物学的分支，王伏雄教授是我国植物胚胎学的先驱，这一时期 的研究与王伏雄教授在人才培养方面的工作是密不可分的。在这一时期，马海斯瓦里的被 子植物胚胎学引论传入了我国，对我国植物学工作者起到了很大的帮助。实验胚胎学和描 述胚胎学开始迅速发展，如配子体的发育、受精、胚和胚乳的发育等等。另外，多胚现象及 受精过程淀粉积累的动力学等也是研究的热点。 （3）植物生殖生物学的发展时期，在这一时 期中，以被子植物为对象开展了多方面的研究。第一，在结构与功能关系方面，研究小孢子 发生过程中细胞质改组，雄配子体发育中营养核与生殖细胞的关系；雄性生殖单位与雌性生 殖单位的结构， 细胞质遗传的细胞学机理； 生殖系统中的细胞骨架和传递细胞的结构与分布； 胚珠中细胞衰退与其物质的迁移。第二，生理活动方面，研究钙在受精过程中的作用，atp 酶在胚珠物质运输中的参与，受精过程中与识别作用相关的柱头表膜和精细胞质膜蛋白的分 离与组分的分析。第三，与育种相关的胚胎学研究，包括雄性不育性、无融合生殖及远缘杂 交等。在以裸子植物为对象的研究中，首先是对许多我国特有的属种的胚胎发育作出详细的 描述，以及为讨论系统位置提供胚胎学佐证（贾桂霞等，1994）。其次，在受精作用和精细 胞的光镜和电镜的研究也获得了突出的成果(潘跃芝等，2001)。 目前我国胚胎学发展广泛展开，已有数种经济植物的大小孢子发生、雌雄配子体发育、 传粉和受精、胚及胚乳的发育都被深入地研究过。农作物如番茄大小孢子发生、雌雄配子体 发育（陈国菊等，1999）、杂交燕麦胚胎学（马虹等，1999b）、红小豆胚胎学(朱卫平等， 1998）、大白菜受精过程（彭杰，2004）等；果树如苹果梨花芽分化（郭金丽等，1998）、 杏大小孢子发生、 雌雄配子体发育 （胡宝忠等， 1997） 、 李大小孢子发生、 雌雄配子体发育 （桂 明珠等，1994） 、砧木和栽培方式对桃树花芽分化期的影响（宫美英，2002） 、葡萄胚珠、胚 乳及胚发育与败育的研究 （刘小宁， 2005） 等； 花卉如一品红雄配子体发育 （章宁等， 2003） 、 矮牡丹小孢子发生和雄配子体发育（潘开玉等，1999)、天竺葵成熟胚囊的超微结构（国凤利 等，1997）等。这些经济植物的胚胎学资料可为植物栽培和育种工作所利用，也为植物胚胎 学的基础理论研究提出了一些有意义的问题。与遗传育种关系密切的胚胎学问题包括两类： 一是雄性不育系花药和花粉的研究，如小麦、水稻都有详细细胞形态学研究，这些研究提供 了有关不育系花药和花粉在发育过程中的异常形态、花粉败育发生时期的资料；二是杂交和 自交不亲和性的研究，目的在于查明杂交或自交的障碍和原因，如陆地棉与亚洲棉的种间杂 东北农业大学理学硕士学位论文 8 交、小麦与大麦的正反交、水稻与高粱杂交的有性过程的研究等。 同时，药用植物，林木方面的研究也有所发展。药用植物包括：七筋姑的大小孢子发生 雌雄配子体发育及多糖物质的动态（袁蓉军，1991)、北柴胡大小孢子发生和雌雄配子体发育 （陈莹等，2007）胚和胚乳的发育及对其种子萌发的影响（陈莹等，2008） 、耳叶补血草大、 小孢子发生与雌、雄配子体的发育（李伟等，2006） 、短柄五加大、小孢子发生和雌、雄配子 体发育（王仲礼等，1998）等。林木方面有：柽柳大、小孢子发生和雌、雄配子体发育（王 仲礼等，2005）胚和胚乳发育（王仲礼等，2006） ；其中不乏一些濒危种的研究：裂叶沙参的 大小孢子发生及雌雄配子体发育（郭延平等，1997） 、水曲柳大小孢子发生、配子体发育及受 精的研究 （尹立辉， 2004） 、 西畴含笑 （极度濒危植物） 的大小孢子发生及雌雄配子体发育 （赵 兴峰，2008） 、濒危植物红花木莲小孢子发生及雄配子体发育（潘跃芝等，2001）等。 运用扫描电子显微镜观察花器官的发生发育过程的研究目前也有所进行，吴海燕等 （2008a,2008b）研究了海韭菜和灌木铁线莲花器官的发生与发育，李敏等（2009）研究了核 桃花器官变异的研究，张瑞菊等观察了阔叶杨桐的花器官发生(山茶科)，曹丽敏等（2006） 研究了掌叶木的花器官发生及其系统学意义等等。 总之，多方位的研究业已展开。例如应用透射和扫描电镜、显微荧光技术及其他细胞化 学方法，研究小孢子发生过程中细胞质改组，揭示胼胝质壁的变化；研究柱头、花柱、胚囊、 胚柄、胚乳，揭示传递细胞的分布；研究花粉管在体内生长的行为及其与不亲和性的关系； 雄性生殖单位与雌性生殖单位的结构， 雄配子体发育过程中营养细胞和生殖细胞的动态行为； 研究细胞质遗传的细胞学机理；生殖系统中的细胞骨架和传递细胞的结构与分布；胚珠中细 胞衰退与其物质的迁移。生殖过程的生理生化和分子生物学研究以及生殖过程的实验研究包 括，钙在受精过程中的作用，atp 酶在胚珠物质运输中的参与，受精过程中与识别作用相关 的柱头表膜和精细胞质膜蛋白的分离与组分的分析等（牛佳田，1995）。 在以裸子植物为对象的研究中，首先是对许多我国特有的属种的胚胎发育作出详细的描 述如花粉壁、绒毡层膜、精细胞的鞭毛器等，贾桂霞等（1994）对华北落叶松雌雄配子体的 形成及胚胎发育进行了研究。有不少研究为确定属种的分类位置以及种之间的亲缘关系提供 了胚胎学的证据，这方面的研究是独具特色的。其次，在受精作用和精细胞的光镜和电镜的 研究也获得了突出的成果。 植物胚胎学的研究越来越着重于其机理的研究，从有关文献报道中，可以看出植物生殖 生物学的主要发展趋势如下： （1）在基本理论研究方面，借助于分子生物学和遗传工程等现 代化手段，在分子水平上阐明诸如：孢子体向配子体转变、减数分裂、性别形成、配子体及 配子识别等现象的启动机制、调控程序及作用原理。 （2）生物工程技术相互渗透，根据农业 和商业等方面的要求，利用非正常有性生殖和体细胞胚胎发生技术，补充常规育种之不足， 培育出优质、高产、具抗性和某些特需性状的作物新品种。 （3）与分类学相互渗透，加强在 系统发育上有特殊地位植物种群的胚胎学研究，以期有助于一些具有重大学术意义的分类学 悬案的解决。正如一些胚胎学家所预期的那样，在农业生产实践迫切要求和生物科学迅速发 展的推动下，随着各种新技术的应用和生物学分支学科之间的相互渗透，逐渐形成了植物胚 胎学发展的新时期。 上个世纪九十年代，国内 7 种期刊共发表相关文献 353 篇，表明国内植物胚胎学研究具 引 言 9 有一定的规模，是植物学领域的重要分支学科之一(杨小华，1999)。对于该学科的研究己从 对植物胚胎的形态结构描述时期进入比较分析和实验研究阶段，采用最新的生命科学技术， 探讨了植物胚胎的生长、发育和分化规律以及控制途径，在世界植物胚胎学研究领域占据重 要一席。 近几年关于生殖生物学方面的研究工作一直在承前启后地进行着。对于整个科、属的胚 胎学特征有过完整报道的包括:五加科、白刺属、独叶草属和篙草属等(刘林德，1996；李师 翁，1994；任毅，1998；张树仁，1999)。潘跃芝等(2003)对香木莲的大、小饱子发生以及雌、 雄配子体发育过程进行了研究，并结合已有的资料归纳出木莲属的胚胎学特征；香木莲花药 四囊型，腺质绒毡层有 12 层细胞，小孢子形成时胞质分裂方式为修饰性同时型，小孢子四 分体排列方式为交叉型，有时为左右对型，成熟花粉粒为 2-细胞型。胚珠倒生，厚珠心，双 珠被，大孢子四分体呈直线排列，功能大孢子位于合点端。胚囊发育属于蓼型。木莲属的胚 胎学特征与木兰属、含笑属、鹅掌揪属等植物的胚胎学特征基本相同，都属于较原始的被子 植物胚胎类型。 在被子植物中， 70%以上(约 190 个科)的植物的花粉粒发育到二胞时期为成熟花粉粒， 即 植物生殖细胞的分裂发生在花粉萌发后，在花粉管中形成两个精细胞；其余 30%的科的植物 两次分裂都是在花粉粒中完成。因此，成熟花粉包括含 3-细胞型和 2-细胞型两种类型。水曲 柳、八角莲的成熟花粉为 2-细胞型，但在观察中也发现有少量的 3-细胞型花粉存在。因此有 这样的论断，如果说 2-细胞型花粉较 3-细胞型花粉进化的话，那么在小饱子发育过程中出现 的 3-细胞型花粉应该是体现该物种在进化过程中的过渡性质(黄衡宇，2001；尹立辉，2004)。 近年来关于大、小饱子发生和雌、雄配子体发育过程有过报道的植物还包括：绞股蓝、 柿树、八角枫、红花木莲等(王庆亚，2002；庄东红，2000；孙建云，2000；潘跃芝，2002)。 马虹等(1999a)运用石蜡切片法，对半日花的受精过程、胚及胚乳发育进行了初步观察。受精 前，一个助细胞解体，另一助细胞宿存。精核与极核的融合早于精核与卵的融合，受精极核 不经过休眠过程，经多次分裂形成核型胚乳，胚乳游离核于球胚晚期开始细胞化，种子成熟 后无胚乳，胚胎发育属柳叶菜型。胚柄由一纵列细胞组成并于球胚晚期开始退化，胚的发育 经历球形原胚、心形胚、鱼雷形胚及成熟胚各时期。对受精过程以及胚和胚乳的发育过程有 过报道的植物还包括:桂花、西卡柱花草和橡胶树等(杨琴军等，2001；罗丽娟等，2001；李 兰芝等，1997)。 1.3 研究目的和意义 长梗郁李为我国东北特有矮生果木，其开花之际（图版 xiv-1） ，繁英压树，灿若云霞， 恍若积雪，果实成熟时呈红色，丹实满枝，宛如悬珠，可广泛用于园林种植，来赏其花观其 果。长梗郁李老株也可制作高级盆景，作为庭院美化、大型盆栽之用。经研究证实，长梗郁 李可作为果木矮化良好的砧木。同时，郁李仁具有较高的医药价值，可充分开发其药用价值， 丰富我国中医药资源的宝库。 目前关于长梗郁李的研究集中于栽培和郁李仁药理药效方面，其他方面尚未广泛展开研 东北农业大学理学硕士学位论文 10 究。而长梗郁李的生殖生物学的研究几乎未见报道。 胚胎学研究不仅可以揭示植物系统演化的问题，而且胚胎学的形态特征能够很好地反映 植物早期的发生及随环境变迁的发展方向；同时为植物较高级分类群之间的相互关系提供可 靠的佐证。本试验运用石蜡切片技术，利用胚胎学的研究方法对长梗郁李生殖生物学方面进 行初步研究，对各个发育时期进行基本的描述，探讨了花芽分化、雌雄蕊、胚及胚乳的发育 特性和各个时期之间的时序性。从而为长梗郁李的整个胚胎学发育过程提供基础数据，以期 为今后长梗郁李遗传育种工作，生产实践和供给药用郁李仁生产提供理论依据。 材料与方法 11 2 材料与方法 2.1 试验材料 2.1.1 材料 供试材料长梗郁李(cerasus japonica var. nakaii.)取自黑龙江省哈尔滨市第一苗圃内。 2.1.2 器材与试剂 (1) 药品二甲苯、无水乙醇、95%乙醇、番红、固绿、爱氏苏木精、冰醋酸、石蜡、中性 树胶、福尔马林（3740%的甲醛） 、蒸馏水、鸡蛋清、甘油、石蜡、麝香草酚、载玻片、盖 玻片、载片夹、酒精灯、镊子、毛笔、刀片 (2) 试剂配制： 1) faa 固定液：福尔马林 5ml+冰醋酸 5ml+70%酒精 90ml 2) 卡诺固定液：无水乙醇 75ml+冰乙酸 25ml 3) 梅氏粘贴剂：新鲜鸡蛋清 25ml+甘油 25ml+少许麝香草酚防腐剂，搅匀 4) 番红染色液：1g 番红溶于 100ml 蒸馏水中 5) 固绿染色液：0.5g 固绿+95%乙醇 l00ml +苯胺 25ml，摇匀 6) 爱氏苏木精染色液：苏木精 2g，冰醋酸 10ml，甘油 100ml，95%酒精 100ml，硫酸 铝钾 5g，蒸馏水 100ml 2.1.3 仪器设备 莱卡全自动包埋机（leica eg1150 型） 、莱卡全自动脱水机（leica tp1020 型） 、展片 机（zpj1a 型） 、磨刀机（mdj4 型） 、莱卡精密旋转切片机（leica rm2245 型） 、恒温箱 （dhp9162 型） 、光学显微镜（nikone200） 、显微摄影装置（olympus bh2c5060wz） 。 2.2 试验方法 采用石蜡切片技术，番红固绿双重滴染法和爱氏苏木精整染法。 东北农业大学理学硕士学位论文 12 2.2.1 取材 取材时间：2007 年 9 月至 11 月，2008 年 3 月至 11 月末。 取样方法：首先调查镜检，计算时间，再按期取样。花芽分化期每隔 710 天取材一次， 取材时采集树冠外围发育良好的花束状果枝；花开前 1 个月直至花完全开放，每隔 3 天取样 一次；从受精后到种子完全成熟，根据花蕾和种子发育的不同时期不定期取