灯盏花小孢子发育及其与花器形态变化特征的相关性研究

1 / 7灯盏花小孢子发育及其与花器形态变化特征的相关性研究作者：赵卫敬，严胜柒，崔明昆，张云峰，官会林【摘要】目的灯盏花两性小花中雄核发育呈现出高度的不同步化，给单核花粉时期的准确判定带来不便。而准确判定灯盏花单核花粉时期的小花形态，可为下一步进行灯盏花繁殖生物学及花药培育奠定基础。方法实验结合两性小花顶端的色泽、苞片的形态、小花的长度与小孢子发育过程的观察，对灯盏花小孢子发育及其花器形态学特征的相关性进行了研究。结果当灯盏花两性小花顶端色泽为嫩绿，苞片开放度为 D，小花长度在 cm 时，单核花粉的比例可达 50%左右。结论以小花顶端的色泽、苞片的形态、小花的长度为标准可有效判定灯盏花小孢子发育阶段。 【关键词】 灯盏花； 小孢子发育； 花器形态Abstract：ObjectiveTo investigate the relationship between the stage of androgenesis and flower character of the stage of uninucleate pollen for further study in meiosis and anther culture in Erigeron breviscapus(Vant.) relationship between the stage of androgenesis and flower character was determined by flower character investigation and 2 / 7development course of microspore in flowerlet. ResultsWhen the top color of flower was little green, the open degree was D, the flowerlet length reached , 50% cell in anther was uninucleate pollen, and the responsible anther could reach 65% in anther culture. ConclusionThe rule can be effective for determining the stage of main stage during androgensis in Erigeron breviscapus (Vant.) Hand-Mazz.Key words：Erigeron breviscapus (Vant.) Hand-Mazz; Androgenesis; Flower character灯盏花又名灯盏细辛，为菊科飞蓬属短葶飞蓬Erigeron breviscapus (Vant.) Hand-Mazz.植物，主要分布于云南、湖南、广西、四川、贵州和西藏等省区，其中95以上的资源分布于云南1 。XX 年对云南灯盏花主要分布区的种质资源调查的结果表明除滇西北的资源分布还生长繁茂外，其余地区资源多处于枯竭状态2 ，结果与2002 年的结论基本一致3 。开展灯盏花野生变家种成为解决灯盏花资源短缺的重要手段。灯盏花栽培中一直缺乏优良的栽培品种，栽培种源大多是从野生资源中筛选出的有效成分含量较高的植株，通过组培快繁后，再以组培后代的小群体繁殖后代种子为3 / 7栽培种源。花药、花粉培养作为快速获得纯合二倍体的技术手段，不仅可得到遗传背景丰富的育种资源，同时也可用于雄核发育及基因表达模式的研究4，5 ，目前在小麦、玉米、水稻、辣椒等作物上都取得了很大的进展5 。作为菊科的灯盏花，两性小花中的雄核发育呈现出高度的不同步性，给单核花粉时期的准确定位带来极大的困难6 。本实验结合两性小花顶端的色泽、苞片的形态及小花的长度与小孢子发育过程的观察，对灯盏花小孢子发育及其花器形态学特征的相关性研究，为下一步进行灯盏花花药培养奠定了基础。1 材料与方法灯盏花花蕾取自云南师范大学生命科学学院的实验园地，原始材料采集于云南丘北，实验编号为 E28。取材时间为 2016-04-20，随机取样。采集时将不同发育期的花朵放入卡诺固定液中固定 24 h，经 95%、80的乙醇冲洗，然后保存于 70的乙醇中，置 4条件下保存备用。制片时，花序在 1 mol/L HCl 中 60水解 1520 min，取一枚两性小花，测量并记录长度，然后切取中上部，改良苯酚品红染色 510 min 后压片，在 Motic 光学显微镜下观察并于 1 000下照相。 2 结果4 / 7灯盏花的花器特征短葶飞蓬的头状花序单生于茎或分枝的顶端，直径 23 cm。花序由外围的舌状花和中央的管状花构成，舌状花花数为 90220，管状花花数为130350。舌状花舌片长 1 cm，宽 cm 左右，近管部 1/4处被稀疏毛，舌片基部连合成短管，管部长 cm，被毛，仅具雌蕊，单性花，可结实。舌状花的柱头长，颜色呈紫红色、黄色或白色等，表现出丰富的多态现象。萼片特化为冠毛。管状花黄色，长 cm，花冠管基部具环形蜜腺，两性花。聚药雄蕊由 5 枚雄蕊形成，花丝互相分离而花药边缘互相连合形成空筒形。结果与李鹂等7的观察一致。通过初期的实验观察，发现灯盏花的茎高及基部叶片数、茎叶片数等与小孢子发育进程都没有明显的相关性，对花序径长及其高度也同样如此。雌花与两性花的相对高度及两性小花径粗虽与小孢子发育有一定的关联，但不易观察测量，且有不少例外。经反复比较，确定以两性小花顶端颜色、苞片开度及小花长度三者作为相关的形态学指标。两性小花顶端颜色在小孢子发育过程中，孢母细胞依次经历了减数分裂期、四分体期、单核期、成熟花粉期，与此同时小花顶部的颜色依次按：白、白绿、嫩绿、绿、黄绿、黄发生变化。随机取各种颜色的小花，对其雄性发育过程进行显微观察。结果见表 1。表 1 灯盏花中两性小花顶端色泽与雄核发育过程的相关性5 / 7从表 1 可以看出，小花顶端由绿开始，雄核发育成为成熟花粉粒的比例已很大，而白、白绿时开始减数分裂的小孢子母细胞还较少，所以减数分裂活跃期及单核花粉期均主要处在两性小花顶端颜色为嫩绿时。但嫩绿时包含的发育阶段过多，且对各期颜色的界定多具主观性，所以仅凭小花顶部颜色无法对小孢子发育阶段作出准确的判定。同时在灯盏花的减数分裂过程中没有发现异常的多价体、染色体桥及落后染色体，表明灯盏花的雄核发育是正常的。苞片开度在灯盏花的小孢子发育过程中，苞片逐步开放。经镜检发现，苞片开度与小孢子发育进程具有较好的相关性。同时还观察到，在每一个花序中，外层两性小花较中部、中部小花较内部发育早，但相差不多。如外层为刚形成的成熟花粉阶段时，中层常为单核期，而内层多在四分体期，在同层内发育程度则近似。同一枚小花的花药发育具有一定的同步性，即以某个发育期为主导，而未见到在一枚小花内有多个发育期且各期数目都均等的情况。据苞片的开度，我们将其分成若干类，对每类随机采 30 朵花，从每朵花的外层、中层及内层各取 1 枚两性小花显微观察，以确定苞片开度与小孢子发育的关系。由于本实验的主要的目的是判定减数分裂活跃期和单核花粉期，为此在表 2 中仅列出与二者所对应的苞片开6 / 7度。由表 2 可知，苞片开度 B、D 分别是减数分裂活跃期和单核期的较好形态学标志，当开度小于 B 时小孢子母细胞大部分还未开始分裂，当开度大于 D 时则单核花粉逐渐向内层转移，随着开度的进一步增大，整个花序均将处于成熟花粉粒期。表 2 苞片开放度与雄核发育的相关性两性小花长度随着小孢子的发育，两性小花逐步变长，二者的相关性见表 3。从表 3 中可以看出：两性小花长在以下时，只观察到间期和分裂期，二者出现的比例分别是 60%，40%。当小花长在 cm 时，以分裂期为主，为%。小花长在 cm 时，四分体期最多占%，但分裂期及单核期也不少。在 cm 范围内，成熟花粉最多占 50%，而四分体及单核期也较多。 cm 及以上基本均在成熟花粉期。为此，如以观察灯盏花减数分裂各时期染色体变化为目的，可以 cm 的小花为材料；如以花药、花粉培养为目的，可以 cm 的小花为实验材料，此时单核花粉的比例为 30%左右。进一步的实验表明，如选择在 cm，单核花粉的比例可高达 65。表 3 小花长度与各发育时期的相关性 3 结论从以上的讨论中，我们发现上述三类形态学指标虽7 / 7均与小孢子发育进程相关，但每一类都有一些例外的情况，因而可以把三者综合起来，以得到更为准确的结果。由