胚胎学观察 Embryology observation

瓜类作物小孢子发生和发育的初步观察

李树贤

（新疆石河子地区145团良种站）

摘要：瓜类作物（西瓜、甜瓜、黄瓜）花粉母细胞减数分裂过程与一般被子植物没有重大区别。小孢子发生，细胞质分裂为同时型。四分孢子的排列方式以“二轴对称式”和“四面体式”为主。雄配子体发育也与大多数被子植物基本相同。黄瓜成熟花粉似为二细胞型，西瓜成熟花粉似属三细胞型，具体情况，还有待进一步观察。

关键词：瓜类作物；小孢子；发生；发育；观察

Preliminary Observation on Microsporogenesis and Development of Cucurbit Crops

Li Shuxian

（Xinjiang Shihezi District 145 regiment thoroughbred station）

Abstract: The melon crops (watermelon, muskmelon and cucumber) pollen mother cell meiosis and no significant difference between general angiosperms. Microsporogenesis cytokinesis is“simultaneous type”.Tetraspore configuration according to “two axisymmetric type” and “tetrahedron type” is given priority to.Male gametophyte development and also most angiosperm are basically the same.The mature pollen of cucumber seemingly two cell type, watermelon mature pollen is three cell type, specific circumstance, it remains to be further observed.

Key words: Cucurbit crops; Microspore; Happen; Development; Observed

植物小孢子发生是指花粉母细胞开始减数分裂到小孢子（小孢子四分体）产生这一过程。雄配子体发育由小孢子产生（从小孢子四分体中游离出）开始，到营养细胞和生殖细胞产生结束。关于小孢子发生和雄配子体发育的研究，不仅在植物胚胎学中占有重要地位，而且是植物分类学、细胞遗传学和植物育种学的重要课题。在瓜类作物中，国内近年来广泛开展了同源多倍体育种研究和辐射育种研究，同时还开始了雄性不育系和易位系利用的研究，以及远缘杂交和异源多倍体的利用等。所有这些课题的深入进行，都将会涉及对小孢子发生和雄配子体发育等细胞学和胚胎学方面变异的探讨。为此，首先搞清楚普通二倍体类型的一般模式就十分必要。

1 材料和方法

研究工作开始于1974年，供观察的瓜类作物是西瓜、甜瓜和黄瓜。观察品种，西瓜以“小籽二号”“无杈西瓜”为主；甜瓜以厚皮品种“黄旦子”“炮台红”和薄皮甜瓜“青皮梨瓜”为试材；黄瓜以“宁阳刺瓜”和“长春密刺”为主。

研究方法：细胞染色体观察，卡诺氏液固定，铁矾-苏木精染色，涂抹压片。成熟花粉观察，以醋酸洋红染色为主。制片分临时、永久两种。普通光学显微镜观察摄影，倍数以×330为主。

2 观察结果

2.1 小孢子发生

瓜类作物小孢子母细胞的减数分裂过程和大多数被子植物基本相同。减数分裂开始前花粉母细胞为不规则形，细胞壁为初生纤维素壁；进入减数分裂以后，其初生纤维素壁溶解，代之以和纤维素成分相近而性质不同的多糖组成的透明的胼胝质壁（图版I,1）。胼胝质壁在减数分裂结束，小孢子从四分孢子体中游离出来后消失，是一种非常准时和有规律的行径。在本项研究中，对小孢子母细胞减数分裂的观察，由于所用显微镜倍数过低（只有一个×3.3的目镜镜头，最高倍数只能达到×330），而未能获得前期I细线期的清晰照片。但偶线期之后，都能清晰观察到（图版I,2～7）。前期I终变期和中期I是观察染色体（计数和进行价体分析）的最佳时期，二倍体黄瓜、西瓜和甜瓜在这两个时期，分别为2n=2x=7II、2n=2x=11II、2n=2x=12II（图版I,5～10）。中期I在自然状态下，染色体集中在赤道板上，但也会出现个别少数染色体游离于赤道板之外的现象（图版I,11、12），这种不规则现象会一直延续到分生孢子产生（图版II,20），这也是造成少数花粉败育的重要原因。

后期I，同源染色体分开，分别移向两极（图版I,13），在两极所看到的染色体数目为体细胞的一半，例如，西瓜为n=11（图版I,14）。

花粉母细胞减数分裂末期I之后有一个短暂的间期（图版I,15），之后会很快进入减数分裂II，前期II及中期II染色体还未聚集于两极赤道板之前（图版II,17），在两极可清晰观察到n个染色体，前期II的一个最直观的不同是有核仁的存在（图版I,16）。

瓜类作物的小孢子发生属于典型的同时型。减数分裂I结束后细胞质不分裂，所产生的二分体没有形成新的细胞壁，只是两个细胞核（图版I,15），经过短暂的间期，分布在两极的两个细胞核重新启动分裂后，染色体在两极分别纵向排列（中期II，图版II,18）；后期II，染色体对称分配，产生四个染色体组分（图版II,19）；末期II，四个染色体组分凝聚成四个细胞核（图版II,21）；紧接着细胞质沿着花粉母细胞两个相互垂直的轴开始凹陷，出现四个缢缩沟，并由此作向心伸入，后相会于中央（图版II, 22），将四分孢子体割裂成四个分生孢子，共处同一胼胝质壁内。“二轴对称式”和“四面体式”是瓜类作物四分孢子排列的典型方式（图版II,23、24）。

2.2 雄配子体的发育

四分孢子形成后，随着小孢子的发育和花粉壁的建造，形成了新的纤维素壁—初生外壁，奠定了未来的外壁雕纹结构与萌发孔格局，此后胼胝质壁溶解，小孢子游离出来。

刚由“四分孢子体”中解离出来的小孢子具有很浓的细胞质，细胞核位于中央（图版II,26）；后伴随着花粉粒体积的迅速增大和液泡化过程的发生，细胞核逐渐从中央移向一侧，贴在花粉壁的内侧，此即单核靠边期（图版II,27）；随着细胞核的分裂、营养核和生殖核形成，营养核和生殖核起初包含在同一个细胞中，后分生形成营养细胞和生殖细胞，营养细胞一般都较生殖细胞大（图版II,28、29）。

二倍体瓜类作物花粉粒的萌发孔一般多为三个，也有的是双孔，极少数呈单孔状态（图版II, 30、31）。

3 讨论

减数分裂过程和小孢子发生是一种非常准时和有规律的行径。但由于种种原因，也难免发生某些异常。这在中期I之后的几乎所有时期都可以看到。例如，中期I个别染色体游离于赤道板之外（图版I, 12）；后期I和后期II的落后染色体及染色体的不均等分配（图版II,20）；分生孢子异常，多分孢子与二分孢子的产生（图版II,25）；此外，还有小孢子发育过程所产生的种种不同变异，从而导致部分花粉不能正常发芽，丧失雄性功能（图版II,31）等。

本项研究涉及黄瓜、甜瓜、西瓜三种作物，多个不同的品种。初步观察，同一作物品种间无差异。但黄瓜、甜瓜同属葫芦科黄瓜属（Cucurbitaceae Cucumis），西瓜为葫芦科西瓜属（Cucurbitaceae Citrullus），不同属的物种，小孢子的发生和发育，除共性外，其个性则还有待进一步观察研究。例如，在本项研究中，观察到黄瓜似为二细胞型，西瓜似为三细胞型，具体情况，还有待进一步观察确定。

被子植物成熟花粉的花粉管大都是授粉后在雌蕊柱头上萌发；本研究观察到，花粉成熟后在正常温度下，如遇潮湿条件（雨后或温室灌溉后），开花后4～5小时即可在雄花花药上萌发出花粉管（图版II, 32）。已萌发出花粉管的花粉授粉将难以完成正常双受精。了解雄配子体发育的这一特性，对于选择适宜的授粉时期，注意花粉保存条件，提高自交和杂交结实率有一定的意义。