秦艽胚珠发育中淀粉动态的研究

秦艽胚珠发育中淀粉动态的研究 兰州太学(自然科学tt).1994,30(z)91~95 秦艽胚珠发育中淀粉动态的研究? ?节7’ 摘要应用树脂薄切片的甲苯胺兰0一PAS反应结合苏术精整体染色法,对秦艽胚珠发育过程 中淀粉动态进行了研究,结果如下:肛珠发育早期-其任何部位均未见淀粉粒,稍后首先在台点区 出现淀粉粒,再从台点向珠孔端逐渐扩大分布范围.开花前.珠被细胞中出现淀粉积累的两十高 峰:大孢子母细胞时期I成熟肛囊时期.珠被细胞中淀粉粒增长迅速.数量多,十体大.胚囊成熟时. 卵细胞内,次生棱周围也积累许多淀粉粒.受精后,珠艟及胚囊内淀粉迅速减步.胚发育早期的磺 部细胞中尚有步数淀粉粒.初生胚乳榜周围亦有一些{窀橱粒,以后连渐减少,消失.辩离核开始细 胞化时,榜周围的细胞质中出现少量淀粉粒.. 董黧韭芝’胆纤Q944中图法分类号. 4.?, 秦艽(Gentianamacroplla)为龙胆科(Gentianaceae)的多年生草本植物, 主根粗大,具有很 高的药用价值.已对秦艽的形态学及其药用价值进行过广泛的研究,但未见胚胎学及组织化学 方面的报道0,淀粉是植物体主要的贮存物质之一,许多植物胚胎发生过程中的不同部位都 曾观察到淀粉的存在0】.我们系统地观察了秦艽胚珠发育及其淀粉消长(变化)动态,目的在 探究受精前后营养物质的变化情况.本文主要报道胚珠发育过程中淀粉的变化动态. 1材料与方法 供试材料秦艽,1991年及1992年6,8月取于兰州医学院药圃,各期花蕾和花分别不同 大小固定于FAA和纳瓦兴固定液中,丙酮脱水,渗透,Epon812包埋.Ao切片机切片,厚2 ,um,切片经60’C烘干24h后,进行常规的甲苯胺兰0一PAS染色[“,以观察淀粉动态.另一部 分材料用爱氏苏木精整体染色,然后再行包埋切片,作为补充的形态学观察.所有切片_均用 OlympusBH2显微镜观察并照像. 2观察结果 2.1大孢子发生和雌配子体发育过程中淀粉动态 秦艽为单室子房,中轴胎座.多个倒生胚珠,具单层珠被. 发育早期的胚珠原基时期,其任何部位均米见淀粉粒,孢原细胞时期,珠被刚开始发生,整 个胚珠中仅见合点处的个别细胞中有少量很小的淀粉粒(图1).以后珠被逐渐向上生长,淀粉 粒的分布也随之扩展,大孢子母细胞时期,珠被中淀粉粒的积累达到一个高峰(图2,3),怛此 本文1993年l2月13日收到 ?甘肃省自然科学基金资助项目.@通讯联系人 兰州大学(自然科学版)30卷 时淀粉粒小且较为分散,而且合点区的密度大于珠孔区.由一层细胞构成的薄珠心在大孢子母 细胞时期即开始解体,未见其细胞中出现淀粉粒.大孢子母细胞中也未见淀粉粒积累显然淀 粉粒的分布是有一定区域的. 大孢子母细胞减数分裂期间,珠被细胞中所含的淀粉粒明显减少,功能大孢子形成时,珠 孔区的珠被细胞中几乎看不到淀粉粒.秦艽功能大孢子中亦未发现淀粉粒(图4),这与蚕豆及 一 些兰科植物中功能大孢子内聚集大量淀粉粒是不同的 功能大孢子形成单核胚囊,这时胚囊内核周围开始出现零星的淀粉 粒(图5),此后胚囊内 及珠被中淀粉迅速增加,不仅数量多,而且颗粒大,到成熟胚囊时达到秦艽胚珠发育过程中淀 粉积累的最高峰(图6).成熟胚囊时,变化较多的反足细胞及两个助细胞内都未发现淀粉粒, 而次生核周围和卵细胞内却出现大量淀粉粒.次生核周围的淀粉粒较卵细胞内的更为硕大,密 集,同时在次生核仁内也见有细小的PAS正反应颗粒(图7).胚囊成熟时,珠被细胞中淀粉粒 的分布有一定的梯度,由内向外,淀粉粒的颗粒大小及密集程度依次增加,而紧靠胚囊的一至 两层细胞中却不含淀粉粒或只有零星分布的一些淀粉粒. 2.2受精过程及胚和胚乳发育过程中淀粉动态 受精后,核型胚乳的游离核迅速分裂.初生胚乳核周围尚有一些淀粉粒,随着核的分裂而 迅速减少.多个游离胚乳核时期淀粉粒完全消失.当游离核开始细胞化时,核周围的细胞质中 又出现少量蓰粉粒,尤其在自由生长的壁周围,淀粉较多(图10),细胞壁和淀粉粒一样均呈 PAS正反应;看来淀粉粒的存在与细胞壁的形成有一定关系.早球形胚时,胚乳边缘的个别细 胞中见到淀粉粒(图l1).后期胚乳细胞中完全不含有淀粉粒. 受精卵细胞质中淀粉粒的含量有所减少,仅在核周围有一些小的淀粉粒(图8),数细胞胚 时,其顶部的细胞中有一些淀粉粒(图9,10).其后,胚细胞内淀粉数量减少,球形胚时仅见很 少的几个淀粉粒(图11).至原胚开始分化时淀粉粒完全消失. 受精后,珠被中所积累的淀粉粒被大量消耗,淀粉粒颗粒变小,数量减少,这种变化由内层 向外层细胞依次发生.随着胚和胚乳的进一步发育,珠被中的淀粉粒完全消失. 3讨论 植物的正常发育需要不断地有营养物质向生殖器官转运,营养物质以可溶性状态进行运 输.如果局部结构或细胞中可溶性糖的含量超过它本身的消耗或转运能力,过剩的糖就会以不 溶状态——淀粉或其它形式暂时贮存,作为以后发育的物质贮备.待到发育的关键时刻,需大 量耗能时,就会动用这些贮藏物质,以确保发育的顺利进行. 秦艽胚珠发育过程中,早期生长迅速的胚珠原基中完全不含有淀粉粒,以后首先在维管束 终止的合点区出现小淀粉粒,并逐渐扩大分布范围,但淀粉粒的分布有一定的特征.秦艽珠心 细胞在大孢子母细胞时期就开始解体,N----核胚囊时完全消失,为短 命珠心,其细胞中没有发 现淀粉粒,这与具短命珠心的小麦,百合,芍药以及兰科植物的珠心中不积累淀粉是一致 的].推测秦艽珠心细胞在营养方而不具重要作用,只是在大孢子发生及胚囊发育的早期,珠 心自身降解的物质为胚囊提供一定的营养. 秦艽的反足细胞和助细胞中均未出现淀粉粒,即不具贮存不溶性多糖的功能,二者在营养 方面的功能,可能主要是作为由珠被向胚囊转运营养物质的一个通道. 2期李惠娟等:秦芜胚珠发育中淀粉动态的研究 兰州大学(自然科学版)3O卷 匿版说明 1孢原细胞时期.示音点处十别细胞中有租小的淀粉粒.×4002.3太琅于母细胞时期一璩筏中淀柠幢积曩选 到一高峰.×4004功能太琅于时期.示璩棱中淀葑粒减少.×4005单校肛重时期.庄重内出理零星逮耪啦. ×4006戚赫肛囊时期.示璩棱盈珏囊内淀柠大量担曩.×3337戎生校Il|圈击橐的大诡糖较盈其校仁内 PAS正反应J睡粒.×8008受精卵细胞质中的淀粉粒.×800?一10数细 砖胚一疆部细鱼中的淀柠粒一?示旺乳 自Eh生长的璧周圈出现许多淀粉粒.×8001l球形肛盈周围珏乳细胞中的少量淀柠粒×800 在受精前胚珠发育的过程中,珠被细胞的淀粉积累出现两个高峰:大孢子母细胞时期;成 熟胚囊时期.在大孢子母细胞的减数分裂之后,功能大孢子时期珠被细胞中淀粉粒明显减少, 表明减数分裂过程消耗了相当的营养(能量).此后珠被中的淀粉粒迅速增多,在胚囊成熟时达 到最高峰.此时,淀粉粒的数量,大小及密集程度均大大超过第一次高峰.而且卵细胞内和次生 核周围也出现大量淀粉粒.显然,整个胚珠为受精作用进行了充分的营养贮备. 以双受精作甩为转折点,胚囊内外舶淀粉粒开始减少,随着胚和胚乳的发育,淀粉粒的含 量除胚乳核细胞化时,有一个小的反复外,一直呈递减趋势,而且胚乳中淀粉粒的减少更为迅 猛,这可能是由于早期胚乳生长发育迅速,消耗了更多的营养物质.至原胚发育末期,胚囊内胚 和胚乳中的淀粉粒完全消失.显然,受精作用及原胚的发育已将胚囊内原先贮存的淀粉粒消耗 殆尽,分化后胚的进一步发育则需要再向胚珠内运进大量营养物质. 胚囊成熟时,胚珠中出现淀粉粒贮存高峰的现象还在多序岩黄蓍n],石竹,大豆,蚕豆[3], 小麦”等植物中发现,虽然贮存的部位不尽相同(珠心或珠被),但无疑都是从营养角度为受精 及胚胎发育的顺利进行创造条件.看来,植物胚珠中淀粉粒的动态变化与胚囊的发育环节紧密 相关,表现出一定的规律性.至于其他类型的营养物质(如蛋白质和脂肪)是否也有类似的情 况,也是应于考虑的问题. 参考文献 1DavisGL.JohnWiley&Sons,InNewYork,London,Syney3Systemat icembryologyofthean— giosperms,I966.I26 2R KS,NagarajM+StudiesinGemdanaceae.EmbryologyofSwerZiaMin or(Cwnlianaceae)+CanJ}tot, 1982?60?141,151 3王耀芝.汪丽虹,宫葵.蚕豆胚珠发育过程中淀粉动态的观察.西北植物,1990,10(1)-3O,36 4胡适宜.撩露云.显示环氧树脂厚切片中多糖,Pr和脂类的细胞化学方法.植物,1990,32,841,?6 5胡适宜.小麦颖果发育过程中淀粉的积累和动态+植物.1964.12139~153 6BullKM.DevelopmentalmorphologyinDiantkus.II.Starchaccumulationinovuleandseed.Amer lout}tot一1952—39:458,467 7王耀芝,周桂梅,丁惠宾.多序岩黄蓍胚珠和胚囊的发育.西北植 物.1993—0S13(5)t70~74. ?期李惠娟等:秦艽胚珠发育中淀粉动态的研究 StudiesontheDynamicsofStarchDuringtheOvule DevelopmentinGentianamaeropylla LiHuijua.WangYaozhl (DepartmentofBio]ogy,LanzhouUniversity,Lanzhou,730000) AbstractThedynamicsofstarchduringtheovuledevelopmentinGentlanamacropyllahas beenstudiedbythePASreaction.Theresultsareasfollows:Therewasnostarchaccumu— latlonattheinitialstageoftheovuledevelopment.Astheovuledevelops,starchgrainsfirst appearedinthechalazalregion,andthenextendedtowardthemieropylarend.Priortothe flowering,thereweretwostarchgrainpeaksintheintegument:thestageofmegaspore mothercell;thestageofmatureembryosac.Thestarchgrainsintheintegumen tcelIshada quickincrease,bothinquantityandsize.AtthematureES,therewerealotstarchgrainsin theeggcellandaroundthesecondarynucleus.Afterfertilization,starchgrainsdecreaseda I.tintheintegumentandES.Starchgrainsappearedinthetopcellsofearlyembryoandpri— maryendospermnucleus.Later,whentheeelIformationinidatedintheendospermasmall amountofstarchgrainsemergedinthecytbplasm., KeywordsGentianamacropylla;starch;ovules