陳 娟， 王曼君， 項 俊

(黃岡師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院/經(jīng)濟林木種質(zhì)改良與資源綜合利用湖北省重點實驗室/大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北黃岡 438000)

紫蘇[Perillafrutescens(L.) Britt.]是唇形科1年生草本植物，原產(chǎn)于東亞地區(qū)，因含有豐富的α-亞麻酸，而作為一種新型的油料作物成為研究的熱點[1]。然而，從文獻來看，目前的研究熱點主要集中在紫蘇的化學(xué)成分及營養(yǎng)和藥用價值方面[2-9]，對紫蘇生長發(fā)育特性，尤其是花芽分化及花器官發(fā)育的研究很少。沈宗根等對栽培紫蘇成熟花的解剖結(jié)構(gòu)進行了描述，但對其花芽分化過程并未涉及[10]。梅虎等從生理角度研究了紫蘇花芽分化期間核酸、內(nèi)源激素以及營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化，但并未對花芽形態(tài)分化過程作出研究[1]。Dwivedi對紫蘇作了較全面的胚胎學(xué)研究，但仍缺乏對各輪花器官的發(fā)生過程的報道[11]。植物花器官的發(fā)生規(guī)律及排列方式等在植物分類地位中具有重要意義[12]，本試驗通過掃描電子顯微鏡技術(shù)詳細觀察了各輪花器官原基的發(fā)生過程，旨在為紫蘇雜交育種提供一定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取湖北省大別山上野外采摘的紫蘇種子，種植在黃岡師范學(xué)院教學(xué)研究實驗基地。播種前施有機肥45 t/hm2、尿素150 kg/hm2、過磷酸鈣600 kg/hm2、磷二銨300 kg/hm2，并于2016年3月28日播種，行距25 cm，株距30 cm。

1.2 紫蘇花發(fā)育過程觀察

從花芽肉眼可見開始，每周取樣1次，采集紫蘇花序，迅速置于FAA固定液中，用于石蠟切片制作觀察和環(huán)境掃描電子顯微鏡觀察。

1.2.1 石蠟切片的制作與觀察 對經(jīng)FAA固定液固定24 h后的紫蘇花序進行乙醇梯度脫水，二甲苯逐級透明，石蠟包埋，Leica RM2145半薄切片機切片，蘇木精-伊紅染色，Nikon eclipse E200光學(xué)顯微鏡下內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并用Tiger ProMedia系統(tǒng)攝像。

1.2.2 掃描電鏡(SEM)觀察的樣品制作 取FAA固定液的紫蘇花序，在解剖鏡下剝?nèi)グ~，暴露其須觀察的部分，以乙醇和乙酸異戊酯梯度脫水。CO2臨界點干燥，黏樣，真空噴金鍍膜。在電子掃描顯微鏡下觀察并照相。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫蘇花序的形態(tài)

紫蘇花序頂生。隨著紫蘇葉片數(shù)量的基本確定，莖尖生長點開始由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)入生殖生長期，首先是頂端突起，然后突起部分不斷地伸長，花序逐漸形成。

紫蘇花在花序軸上呈輪傘狀排列，并沿花軸由下及上方向形成無限花序，這種由下而上的排列方式類似于總狀花序，頂生兼腋生(圖1)。每朵花下方都有1個苞片，不同部位的花分化程度存在差異。

2.2 花器官的分化

紫蘇花為完全花，各花器官的分化次序為：苞葉原基形成期、萼片原基形成期、花瓣原基形成期、雄蕊原基形成期、雌蕊原基形成期(圖2)。

2.2.1 苞葉原基形成期 紫蘇生長進入生殖階段時，莖尖逐漸膨大為圓凸的花序原基，花序原基不斷向上伸長，并在周圍形成小突起，此為苞葉原基(B)(圖1、圖2)，此后，苞葉原基明顯伸長并向內(nèi)彎曲形成環(huán)抱狀，此時，花序軸也明顯伸長，并伴隨著新的苞葉原基形成和伸長，整個花序不斷伸長和變粗，形成類似總狀花序的結(jié)構(gòu)。

2.2.2 萼片原基形成期 隨著苞葉原基的不斷伸長，苞葉內(nèi)側(cè)形成1個小突起，此為花蕾原基，呈球形，頂部圓凸?；ɡ僭粩嘣龃?，并其邊緣產(chǎn)生5個小突起，此為萼片原基(K)(圖2-Ⅰ)。5枚萼片原基發(fā)生同步，呈等五邊形排列。接著這5枚萼片原基通過頂端生長和邊緣生長，導(dǎo)致向上伸長和面積不斷擴大(圖2-Ⅱ至圖2-Ⅳ)。

2.2.3 花瓣原基形成期 在萼片原基不斷發(fā)育的過程中，花蕾原基頂部逐漸由圓凸轉(zhuǎn)為扁平，此時在每2個萼片原基相鄰處內(nèi)側(cè)的表面開始形成突起，此為花冠原基(P)，共5枚。這5枚花冠原基與萼片原基一樣，發(fā)生同步，呈等五邊形排列(圖2-Ⅱ)。

2.2.4 雄蕊原基形成期 在花瓣原基出現(xiàn)后不久，在其中4枚花瓣原基內(nèi)側(cè)的兩兩相鄰處又出現(xiàn)4個小突起，此為雄蕊原基(S，圖2-Ⅳ)，4枚雄蕊原基呈類似于等腰梯形排列分布。隨著這4枚雄蕊原基的不斷發(fā)育和生長，逐漸出現(xiàn)分化，其中一對雄蕊生長速度明顯快于另一對，即為紫蘇的二強雄蕊(圖2-Ⅶ，圖2-Ⅷ)。

2.2.5 雌蕊原基形成期 雄蕊原基發(fā)育后不久，花蕾原基的最中心處即雄蕊原基內(nèi)側(cè)也逐漸隆起，形成雌蕊原基(Pi)(圖2-Ⅴ)。此時，快速生長的5枚萼片的邊緣已緊密愈合，將其他原基包住。隨著雌蕊原基的不斷伸長，花冠原基邊緣基部也逐漸愈合，且花瓣的高度也超過雄蕊和雌蕊，并向中心方向伸展，逐漸覆蓋雌雄蕊。

2.3 紫蘇花器官原基的生長

隨著各花器官原基的進一步生長，花萼最終發(fā)育成鐘狀，上唇3裂，下唇2裂；花冠成管狀，上唇2淺裂，下唇3裂；雄蕊2對，一對相對于另一對稍長；花粉囊4室，微微分叉與花絲相連；子房上位，2個心皮，隨著雌蕊原基的繼續(xù)生長，深裂成為4室(ova)(圖2-Ⅻ)，花蕾原基中間突起部分繼續(xù)向上伸長，形成花柱(sty)(圖2-Ⅻ)，柱頭(sti)二裂(圖2-Ⅺ)。

3 討論與結(jié)論

紫蘇花為兩性完全花。一般認為，被子植物花器官具有向心發(fā)育的特性，即距離頂端最遠的花器官分化發(fā)育最早，依次向內(nèi)逐漸分化發(fā)育，但也存在一些植物的花器官具有離心生長的特性，如紅木科(Bixaceae)、椴樹科(Tiliaceae)，可以發(fā)現(xiàn)花頂端停止生長，雄蕊原基向基或離心生長的現(xiàn)象[13-14]。少數(shù)植物中存在向心發(fā)育的現(xiàn)象如耬斗菜屬(Aquilegia)，雄蕊的發(fā)育是向心的，但是小孢子的發(fā)育是離心的，即離頂端近的花藥發(fā)育更快[15]，而馬桑繡球(Hydrangeaaspera)的花萼和花瓣幾乎同時發(fā)生，雄蕊和雌蕊也幾乎同時發(fā)生[16]。南天竹(NandinadomesticaThunb.)的雄蕊和花瓣是經(jīng)它們所具有的共同原基進行側(cè)向分裂形成的[15]。歐洲油菜(Brassicanapus)的花器官發(fā)生順序依次是花萼、雄蕊群、花瓣、雌蕊群，與一般的向心式發(fā)育有差別[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，紫蘇花器官的分化成花過程符合大多數(shù)被子植物花器官分化的一般規(guī)律，即花器官原基出現(xiàn)的順序依次為萼片原基、花冠原基、雄蕊原基、雌蕊原基。

植物花器官在花托上的排列順序有多種：螺旋式排列，如木蘭科植物的花，這種花稱為旋生花(spiral flower)；輪狀排列，即各輪花器官發(fā)生在花托的同一個或接近同一個水平上，一般大多數(shù)植物的花都是這種排列方式，稱為輪生花(cyclic flower)；另外還有一種半輪生花，花被輪生，雌雄蕊旋生，如某些毛茛科植物的花。在原始的被子植物花器官中，螺旋式和輪式排列方式共存，無一定秩序，而在較為進化的被子植物中，花器官數(shù)目逐漸減少并趨于定數(shù)，出現(xiàn)了花器官之間的合生。Endress認為，輪生排列是花器官數(shù)目減少而且固定的先決條件，也是合瓣、合生心皮以及雌蕊與其他器官合生的先決條件[18]。本研究表明，紫蘇各輪花器官之間的排列順序為輪生排列，這在各輪花器官原基發(fā)生時就已以發(fā)生的先后順序表現(xiàn)出來。

被子植物花芽分化時期有長有短，分化的時期也不一致，如山毛櫸科的板栗雄花序從第1年6—8月便出現(xiàn)雄花序原基，至來年3月才分化成熟，開始開花[19]，可謂歷時很長，而紫薇科的黃金樹花芽分化則集中在3月下旬至5月上旬之間[20]，可謂歷時較短。筆者觀察到紫蘇整個花器官的分化期處在7月中旬至9月初，相比而言，分化速度較快，分化時期較短。植物花芽分化生理活動旺盛，須消耗大量養(yǎng)分，紫蘇作為一種重要的油料作物，此階段適時進行花期管理，及時施以速效肥，可以補充養(yǎng)分供應(yīng)，促進花芽分化，促使其多開花結(jié)實，獲得高產(chǎn)。

有些文獻表明，紫蘇為自花授粉植物。本研究也發(fā)現(xiàn)，雖然紫蘇雌雄蕊原基的分化產(chǎn)生不同步，雄蕊原基的分化早于雌蕊原基，但在隨后的發(fā)育過程中，雌雄蕊的發(fā)育又逐漸趨于同步。而張大勇曾指出，植物雌雄蕊成熟的特點在一定程度上影響植物的授粉方式，如雌雄異熟可以避免自花授粉；雌雄蕊在空間上的分離可以使植物更傾向于異化授粉等[21]。紫蘇雌雄蕊同步成熟可以保證其自花授粉。然而，紫蘇雄蕊為二強雄蕊，其特點符合唇形科植物蟲媒授粉的特性[22-25]；另外，紫蘇作為一種芳香植物，其分泌出的獨特香氣也具有吸引昆蟲幫其傳粉的功能，根據(jù)沈宗根的研究顯示，紫蘇花蜜腺的泌蜜量豐富，誘蜂力強[24，26]。因此，筆者認為，紫蘇應(yīng)該屬于自花兼具異花授粉的植物，這樣既可以通過異花授粉保證其后代的質(zhì)量，又可以避免不良環(huán)境造成蟲媒授粉不良時，通過自花授粉保證后代的數(shù)量。

紫蘇二強雄蕊原基與另外1對短雄蕊原基發(fā)生時間一致，產(chǎn)生長短的分化是在這2對雄蕊原基發(fā)育一段時間之后，其機理有待進一步研究。