郭起榮，周建梅，孫立方，2，廉 超，馮 云，冉 洪，張 瑩

(1.國際竹藤中心，國家林業(yè)局竹藤科學與技術(shù)重點開放實驗室，北京 100102;2.南開大學 生命科學院，天津 300071)

毛竹(Phyllostachys edulis)屬禾本科(Poaceae/Gramineae)竹亞科(Bambusoideae)，其開花周期較長，據(jù)相關(guān)文獻記載可達數(shù)十年或者百年以上［1-2］。毛竹一生只開一次花、結(jié)一次實，開花結(jié)實后通常死亡［3］。本文作者調(diào)查了廣西桂林境內(nèi)的開花毛竹林分，發(fā)現(xiàn)大部分存在著“花而不實”或者結(jié)實率低的現(xiàn)象。根據(jù)前人的研究發(fā)現(xiàn)，造成這種情況的原因可能是雌雄配子體的發(fā)育異常、雌雄異熟、傳粉有效性低、病蟲害等［4-6］。對于竹類植物來說，有性生殖中的每一個階段都很重要，其中的任何一個階段出現(xiàn)障礙，都可能造成生殖失敗。毛竹的有性生殖研究，國內(nèi)最早的是喬士義等［7］所報道的毛竹的胚胎發(fā)育研究觀察，文章初步揭示了毛竹的胚胎學特征。孫立方等［8］對毛竹的花器官形態(tài)與結(jié)構(gòu)進行了解剖觀察。本文在前人的研究基礎(chǔ)之上，采用石蠟切片技術(shù)和顯微觀察，研究毛竹的大孢子發(fā)生與雌配子體發(fā)育規(guī)律，探討其結(jié)實率低下的原因，以期為毛竹的生殖生物學積累材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料分別于2010—2012 年，在廣西桂北海洋山深山野生毛竹林中采集。該地屬中亞熱帶地區(qū)，海拔近千米，年平均氣溫18～19 ℃，年平均降水量1 750～2 000 mm。

1.2 試驗方法

標記3 株有開花征兆的毛竹植株，從小枝開始膨大變粗到果實成熟期間，定期采樣(6～9 月份)，每隔1～3 d 采樣，取不同發(fā)育時期的小穗、小花、子房、花藥，用70% FAA 固定液(冰醋酸:福爾馬林體積分數(shù)為90∶5∶5)固定24～48 h 以上，4 ℃冰箱保存。采用常規(guī)石蠟切片法連續(xù)制片［9］，切片厚度為5～10 μm，番紅-固綠染色，加拿大樹膠封片，OLYMPUS CX31 顯微鏡下觀察、拍照。

2 結(jié)果與分析

雌蕊是產(chǎn)生卵細胞(雌配子)的場所。雌蕊由2 個心皮組成的，心皮被認為是葉的變態(tài)。雌蕊包括子房、花柱和柱頭。子房是雌蕊基部膨大的部分，著生在花托上，外圍為子房壁，內(nèi)有一個子室，子室中生有一個胚珠，胚珠是著生在子房內(nèi)的卵形小體，是由心皮內(nèi)側(cè)若干部位的細胞經(jīng)過快速分裂、生長后出現(xiàn)的突起所形成的。每一胚珠由珠心、珠被和珠柄組成。胚珠著生的心皮壁上形成的肉質(zhì)突起為胎座。卵細胞經(jīng)受精作用與一個精子融合成合子，以后發(fā)育為種子中的胚。

2.1 子房結(jié)構(gòu)

毛竹的子房為一室的單子房，如圖1 所示，胚珠單個，倒生，雙珠被，胚珠無柄，基部外延先形成內(nèi)珠被，而后外珠被才形成，在大孢子母細胞與珠心之間有多層細胞，屬厚珠心類型，胎座為側(cè)膜胎座。

2.2 大孢子發(fā)生

孢原細胞位于珠孔端珠心表皮下方細胞，在珠被覆蓋珠心前即已分化，細胞體積較大，細胞質(zhì)濃厚，具有顯著的細胞核，核內(nèi)具有核仁(圖2-A，B)。孢原細胞不形成囊壁細胞，直接發(fā)育成為大孢子母細胞，以后大孢子母細胞進行減數(shù)分裂，形成了二分體，沿珠孔下方的珠心處向內(nèi)形成“一”字型排列的四分體(圖2-C)。四分體中靠珠孔端一個大孢子發(fā)育為功能大孢子，其余的三個退化。

2.3 雌配子體發(fā)育

雌配子體的發(fā)育開始于成熟的功能大孢子(圖2-D)。當功能大孢子成熟后，細胞壁逐漸解體，周圍細胞相繼相融，同時大孢子細胞核進行第1 次有絲分裂，形成的2 個細胞分別位于核點端與珠孔端，為二核胚囊(圖2-E，F(xiàn))，以后二核胚囊進行第2次分裂形成四核胚囊和第3 次分裂形成成熟胚囊(成熟的雌配子體)。胚囊珠孔端具有3 個細胞組成的卵器，包括一個卵細胞和兩個靠得較近的助細胞。卵細胞核大，在靠近卵器的位置，是由兩個并排的極核組成的中央細胞。在合點端可以觀察到大量的反足細胞。這是由于在形成八核胚囊之后，合點端的3 個反足細胞反復分裂而形成的。至此，成熟胚囊形成，雌配子體產(chǎn)生。成熟胚囊由位于珠孔端的卵器、中間的中央細胞以及靠近合點端的多個反足細胞組成。

圖1 毛竹子房縱切面Fig.1 Section of the ovary of Phyllostachys edulis

圖2 毛竹大孢子和胚囊發(fā)育Fig.2 The development of megaspore and embryo sac of Phyllostachys edulis

圖3 毛竹的成熟胚和穎果Fig.3 Mature embryo and caryopsis of Phyllostachys edulis

2.4 胚和穎果的發(fā)育

子房受精后，隨著胚和胚乳的發(fā)育，珠心、珠被和子房壁發(fā)生一系列變化。胚囊不斷向珠心深入擴展，珠心逐漸被吸收;同時珠被自外而內(nèi)、子房壁自內(nèi)而外被擠毀。配體利用其周圍溶解的胚乳組織發(fā)育成幼胚，出現(xiàn)盾片、胚根鞘、胚根、胚芽及外胚葉等各器官原基(圖3)。當穎果成熟時，珠心幾乎全部被胚乳所吸收，果皮僅由栓化的內(nèi)珠被內(nèi)層和栓化的子房外壁3～4 層細胞緊密結(jié)合而成。

3 結(jié)論與討論

毛竹子房2 心皮1 室，內(nèi)具1 個倒生胚珠;雙珠被，厚珠心。大孢子母細胞由1 個雌性孢原細胞直接發(fā)育而成，大孢子四分體呈“一”字型排列;靠珠孔端一個大孢子發(fā)育為功能大孢子，由功能大孢子發(fā)育為蓼型成熟胚囊，成熟胚囊即成熟的雌配子體包括1 個卵細胞，2 個助細胞，2 個極核組成的中央細胞及大量反足細胞，喬士義和廖光廬在1984 年對毛竹的胚胎發(fā)育觀察時得出毛竹的胎座為合點胎座，與本文所得結(jié)論有所不同。

本文對于毛竹子房的結(jié)構(gòu)特點與之前所報道的雷竹(Phyllostachys violascens)［10］、寒竹(Chimonobambusa marmoreal)［11］、巨龍竹(Dendrocalamus sinicus)［3］及月月竹(Menstruocalamus sichuanensis)［12］的子房構(gòu)造基本相同，符合禾本科植物子房的特點。

成熟胚囊由位于珠孔端的卵器、中間的中央細胞以及靠近合點端的多個反足細胞組成。助細胞在植物受精過程中起到引導雄配子體進入雌配子體的作用［13］，壽命較短，通常在受精作用完成后就破壞。反足細胞具有豐富的細胞質(zhì)，與珠心相連處具有發(fā)達的壁內(nèi)突，在受精前后逐漸消失，跟胚胎發(fā)育的營養(yǎng)有關(guān)［14］。

通過對毛竹的大孢子發(fā)生及雌配子體的發(fā)育研究，發(fā)現(xiàn)毛竹大部分胚囊發(fā)育正常，不是造成毛竹結(jié)實率低的主要原因。林樹燕等［12］在月月竹的花藥發(fā)育研究中發(fā)現(xiàn)小孢子收縮變形較嚴重，可能導致花粉活力變低;龐延軍等［4］在爬竹(Drepanostachyum scandeus)花藥分化、造孢組織分化、小孢子和雄配子形成時期均發(fā)現(xiàn)雄蕊發(fā)育異常。因此，雄配子體的發(fā)育異?？赡苁菍е轮耦愔参锝Y(jié)實率低的原因之一。在調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)開花毛竹林內(nèi)有病蟲害發(fā)生，當?shù)剞r(nóng)民需要在毛竹開花期內(nèi)多次噴灑農(nóng)藥，才能保證其正常結(jié)實。由此看來，病蟲害的發(fā)生，也可能是導致毛竹結(jié)實率低的原因之一。影響竹類植物結(jié)實率的因素是多方面的，除了內(nèi)部原因，營養(yǎng)或傳粉限制等外界環(huán)境條件也可能引起結(jié)實率低，此問題還需更進一步的研究。

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