少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究 Histochemical Observation of Polysaccharides and Lipids on the Developing Anthers of Solanum photeinocarpum

doi:10.12677/BR.2014.31006

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Botanical Research 植物学研究, 2014, 3, 27-31

http://dx.doi.org/10.12677/br.2014.31006 Published Online January 2014 (http://www.hanspub.org/journal/br.html)

Histochemical Observation of Polysaccharides and

Lipids on the Developing Anthers of Solanum

photeinocarpum

Xiaojuan Guo, Jiaojiao Guo, Tiedan Song, Huiqiao Tian*

School of Life Science, Xiamen University, Xiamen

Email: *hqtian@xmu.ed u.cn

Received: Dec. 10th, 2013; revised: Dec. 30th, 2013; accepted: Jan. 6th, 2014

permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the

Abstract: The distribution of polysaccharides and lipid drops in developing anther of Solanum photeinocar-

pum was studied. At the sporogenous cell stage, neither starches nor lipids were in anther wall cells. At the

stage of microspore mother cells, some starches appeared in ep idemic cells and endothecium cells and many

lipids appeared in tapetal cells. At the tetrad stage, some polysaccharides appeared in middle layer cells. After

microspores were relea sed from tetrads, bot h starches and lip ids appeared in epide mic cells, but both material s

decreased at the late microspore stage. After the microspore division, early bicellular pollen began to accu-

mulate polysaccharides, and the starches and lipids disappeared in anther wall cells. With the pollen devel-

opment, many starches and some lipids were accumulated in the vegetative cell of the nearly mature pollen.

Keywords: Solanum photeinocarpum; Anther Development; Polysaccharides; Lipid

少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究

郭笑娟，郭娇娇，宋铁蛋，田惠桥*

厦门大学生命科学学院，厦门

Email: *hqtian@xmu.ed u.cn

收稿日期：2013 年12 月10日；修回日期：2013 年12 月30日；录用日期：2014年1月6日

摘要：对少花龙葵花药发育中淀粉粒和脂滴的分布和转化过程进行组织化学研究。结果显示：在造

孢细胞时期幼小花药中没有营养物质积累；在小孢子母细胞时期，花药表皮和药室内壁细胞中出现淀

粉粒，同时在绒毡层细胞中出现了较多的脂滴；在四分体时期，中层细胞中出现淀粉粒，而绒毡层细

胞中的脂滴减少；到小孢子早期，花药表皮细胞中除淀粉粒外还出现了脂滴；但到小孢子晚期，药壁

细胞中的淀粉和脂滴都明显减少；在二胞花粉早期，花粉开始积累淀粉粒，药壁细胞中的淀粉和脂滴

几乎消失；在即将开花的成熟花粉中积累了大量淀粉粒和少量脂滴作为其存储物。

关键词：少花龙葵；花药发育；多糖；脂滴

1. 引言

被子植物花药结构复杂，花药壁一般由表皮、药

室内壁、中层和绒毡层 4层细胞构成，它们紧密相邻，

但形态、结构和功能却有很大差别。药室中的雄配子

体发育过程复杂，小孢子母细胞减数分裂后形成的单

通讯作者。

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少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究

倍体小孢子经有丝分裂产生大小差异明显的营养细

胞和生殖细胞，由生殖细胞有丝分裂产生两个雄配子。

在花药发育过程中，小孢子母细胞的胼胝质壁形成和

四分体胼胝质壁的降解、小孢子中大液泡形成与二胞

花粉中大液泡消失、绒毡层和中层细胞的中途退化等

都是花药发育的特色[1]。被子植物成熟花粉中通常积

累丰富的内含物，多为淀粉或脂滴，贮藏在营养细胞

中，为以后花粉萌发和花粉管生长时利用。花粉中营

养物质的积累具有一定的规律：一般在小孢子分裂后

的二胞花粉时期开始大量积累营养物质[2-4]。然而，不

同的植物花药发育规律不尽相同，积累的营养物质也

有差别。不同植物花药发育中的营养物质积累规律还

需要进行广泛探索。

少花龙葵(Solanum photeinocarpum Nakamura et

Odashima)，别名白花菜，是茄科(Solanaceae)茄属

(Solanum)一年生直立草本，主要分布在广东、广西、

海南、贵州、福建、台湾等省[5]。少花龙葵全草可入

药，具清热解毒、散血消肿功效，常用作治疗痢疾、

肺热咳嗽、扁桃体炎、牙龈出血等[6,7]。其果实可提取

褐、蓝染料[7]。对少花龙葵的化学成分[8]、生理特性[9]

已有报道，对其雌雄生殖器官的发育尚未见报道。本

文对少花龙葵花药发育中多糖和脂滴类营养物质的

分布进行观察，揭示该种植物花药发育过程中的营养

物质积累特征。

2. 材料与方法

分别取孢原细胞，小孢子母细胞，四分体，小孢

子早期，小孢子晚期，二胞花粉早期和二胞花粉晚期

等不同发育时期的少花龙葵(Solanum photeinocarpum

Nakamura et Odashima)花药，迅速置于含 2.5%戊二醛、

50 mmol/L 二甲胛酸钠(pH 7.0)缓冲液配制的前固定

液中，室温固定 3 h。用 50 mmol/L 二甲胛酸钠(pH 7.0)

缓冲液换洗固定后的花药 3次，每次30 min，再转入

到含 1%锇酸、50 mmol/L 二甲胛酸钠(pH 7.0)缓冲液

配制的后固定液中，在 4℃下固定过夜。次日用相同

的洗涤液洗涤 3次，每次 30 min。固定花药梯度系列

丙酮脱水后，E812 树脂包埋。用 Leica Ultracut R型

超薄切片机制作半薄切片，切片厚1μm。染色步骤参

照胡适宜和徐丽云的方法[10]，用高碘酸–希夫反应

(Periodic Acid-Schiff stain, PAS)标记细胞中的多糖类

物质，呈红色；用苏丹黑 B复染细胞中的脂类物质，

呈黑色。用 Leica DMR显微镜观察与拍摄。

3. 结果

3.1. 造孢细胞时期花药

少花龙葵幼小花药横切面呈蝶型。花药内部中间

的维管束通过药隔薄壁组织与左右对称的 4个药室相

连。药室中的两列造孢细胞呈马蹄形分布(图1A)。造

孢细胞体积较大，紧密排列，细胞壁较均匀，细胞中

不含大液泡。花药壁由 4层细胞组成，由外向内分别

是表皮、药室内壁、中层和绒毡层。四层药壁细胞的

形态没有很大差异，但细胞质内含物不同，表皮细胞

的液泡化程度最高，而最内层的绒毡层细胞液泡化程

度最低，含有浓厚的细胞质。向表皮的绒毡层细胞扁

平，而向药隔的细胞较大并径向伸长，呈异型绒毡层

现象。此时，整个花药中既没有淀粉也没有脂滴积累，

仅细胞壁染成红色，为纤维素多糖(图1B)。

3.2. 小孢子母细胞时期花药

花药由造孢细胞发育到小孢子母细胞产生了 3个

明显特征：小孢子母细胞体积增加到最大；形成了较

厚的、不均匀的胼胝质壁；同时小孢子母细胞之间形

成了较大的胞间隙。在小孢子母细胞时期，两列疏松

排列的小孢子母细胞由以前的方形转变为圆形，细胞

表面形成了一层不均匀加厚的、多糖性质的胼胝质壁。

小孢子母细胞核位于细胞中央，细胞质中没有明显的

大液泡。此时，组成花药壁的 4层细胞中，表皮、药

室内壁和中层细胞没有明显变化，但绒毡层细胞的细

胞质浓缩，呈现出与以前明显不同的黑色。在表皮细

胞和药室内壁细胞中出现少量淀粉粒(图1C)。

3.3. 四分体时期花药

小孢子母细胞减数分裂后，形成四个聚集在一起

的四分体。少花龙葵小孢子母细胞在减数分裂 I不形

成细胞壁，在减数分裂 II 才在4个子核之间形成细胞

壁，小孢子发生为同时型，4个小孢子的排列为等四

面体型。四分体小孢子除了体积比小孢子母细胞小外，

细胞结构没有很大差异，细胞内既没有淀粉也没有脂

滴。在四分体时期，药壁表皮细胞体积明显增大，呈

现高度液泡化，细胞内有少量淀粉粒；药室内壁细胞

和中层细胞的体积较以前也有所增加，含有较多的淀

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少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究

Figure 1. Histochemical observation of polysacc harides and lipids on the developing anthers of Sol an um ph ot e i noc ar pum: (Ep: Epidermal cell;

En: Endotheciumal cell; ML: Middl e layer cell; T: Tapetal ce ll ; S C: Sporogenous ce ll ; M MC: Mic rospore mother cell; M: Microspore; P:

Pollen) (A) A young anther transaction of S ol an um ph o teinoca r pum, s howin g fou r h orsesho e lo cu les . × 1 00; (B) Anther wall consists of epi-

dermal (Ep), endo theciumal (En), middle l ayer (ML) and tapetal cells (T) at the stage of sporogenous cell. × 1000; (C) Microspore mother

cells (MMC) were enwrapped by red callose wall. Some starches appeared in the epidermal and endotheciumal cells and many lipids in the

tap etal cells. × 1000; (D) Some starches appeared in the middle layer cells at the tetrad stage. × 1000; (E) The nucleus of early microspore

located in the centre. Tapetal cells degenerated. Some lipids appeared in epidemic cells besides starches. × 1000; (F) The late microspore

formed a single large vacuole and its nucleus moved to edge. × 1000; (G) The early bicellular pollen began to accumulate starches, and in

anther wall cells there were neither starches nor lipids. The middle layer cells also degenerate. × 1000; (H) There were many starches and

some lipids accumulate d in the mature pollen. × 1000

图1. 少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究：(Ep：表皮细胞；En：药室内壁细胞；ML：中层细胞；T：绒毡层细胞；SC：造

胞细胞；MMC：小孢子母细胞；M：小孢子；P：花粉)；(A)幼小花药横切面，示四个马蹄形的药室。×100；(B)造胞细胞时期花药壁已分

化出表皮(Ep)、药室内壁(En)、中层(ML)和绒毡层(T)细胞。×1000；(C)小孢子母细胞(MMC)被具有多糖成分的胼胝质壁包裹，表皮和药

室内壁细胞中含有少量淀粉粒，绒毡层细胞中出现大量脂滴。×1000；(D)四分体时期的中层细胞中也出现淀粉粒。×1000；(E)早期小孢子

的核位于中央，绒毡层细胞已退化，表皮细胞中除了多糖，还出现脂滴。×1000；(F )晚期小孢子形成大液泡，细胞核位于边缘。×1000；(G)

早期二胞花粉中出现淀粉粒，表皮和药室内壁细胞中的淀粉和脂滴消失，中层细胞退化。×1000；(H)成熟花粉粒积累了大量淀粉粒和少量

脂滴。×1000

粉粒；绒毡层细胞体积膨大，细胞质中出现大液泡(图

1D)。

3.4. 小孢子早期花药

小孢子从四分体中释放后成游离小孢子。早期小

孢子中没有明显大液泡，细胞核位于中央，即通常所

称的单核靠边期。游离小孢子已形成了花粉外壁，但

在花粉壁萌发孔部位，外壁下方呈现出较厚的，染成

红色的花粉内壁。在小孢子早期，花药表皮细胞内出

现了淀粉和脂滴，药室内壁和中层细胞中仍有一些淀

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少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究

粉，但数量比以前减少。绒毡层细胞的体积明显减小，

外形并不规则，细胞之间的界限难以识别，细胞质内

含物明显减少(图1E)。

3.5. 小孢子晚期花药

随着小孢子的发育，小孢子中出现大液泡，将细

胞核和细胞质挤到细胞边缘，使小孢子产生了极性，

进入小孢子晚期，通常也称为单核靠边期。晚期小孢

子中仍无淀粉或脂滴积累。花药壁细胞与小孢子早期

相比没有很大变化，表皮，药室内壁和中层细胞中仍

有一些淀粉；绒毡层细胞也仍处于退化状态：没有细

胞形态，细胞之间的界限不清，细胞内含物减少(图

1F)。在花药发育中，绒毡层细胞原生质体始终维持在

原来的位置，直至完全分解。少花龙葵绒毡层属于腺

质绒毡层。

3.6. 二胞花粉早期花药

极性小孢子的平周分裂产生两个大小不等的子

细胞。两个子核中，贴近花粉壁的子核被平周排列的

细胞板分隔，形成小的生殖细胞。大的营养细胞继承

了原小孢子的大部分内含物，形成体积较大的营养细

胞。最初形成的生殖细胞紧贴着花粉壁，外形呈透镜

型。随着花粉的发育，营养细胞中的大液泡消失，生

殖细胞脱离花粉壁，游离在营养细胞中，形成了细胞

中包含细胞的现象。二胞花粉中虽没有淀粉粒积累，

但细胞质中有红色，暗示二胞花粉中开始积累多糖物

质。此时，花药壁由表皮细胞和药室内壁细胞两层完

整细胞组成，绒毡层细胞已完全消失，中层细胞也已

退化，仅留细胞残迹。表皮细胞和药室内壁细胞形态

和结构完整，但其中的淀粉粒几乎完全消失(图1G)。

3.7. 成熟花粉时期花药

在开花前一天，花粉已接近成熟。花粉体积达到

最大，外形近似球形，内部充满内含物，除许多淀粉

粒外还有一些脂滴。此时，中层细胞原生质体残迹几

乎完全消失，花药壁仅由表皮和药室内壁两层细胞组

成(图1H)。

4. 讨论

被子植物花药发育的一个特征是在成熟花粉中

积累大量营养物质，为花粉落到柱头上、萌发花粉管

提供能量和结构物质基础。在花药发育中，体内其他

营养器官提供的营养物质通过花药体细胞在特定的

时间转运和转化被花粉吸收、积累。因此，花药发育

中大分子营养物质运输和转化也是花药发育的重要

特征。在不同的植物中，成熟花粉中积累的营养物质

不同，在花药发育中营养物质的运输和转化不同。白

菜[11]和水鬼蕉[12]的成熟花粉中积累了大量脂滴作为

储存物；小麦[13]，芒果 [14]和鹅掌楸[15]的成熟花粉中积

累了大量的淀粉粒作为储存物；而枸杞[16]，凤仙花[17]

和Ipomoea cairica[18]的成熟花粉中同时积累了大量的

淀粉粒和脂滴作为储存物。对于成熟花粉中既积累淀

粉粒又积累脂滴的花粉类型，有些是二胞花粉中先积

累淀粉，后出现脂滴，如凤仙花[17]和五爪金龙[18]，有

些是二胞花粉中先出现脂滴后出现淀粉多糖，如枸

杞[16]。表明在这类花粉中，营养物质有一个转化的过

程。在本实验中，少花龙葵在二胞花粉之前，在花药

壁的药室内壁和中层细胞中有淀粉粒积累。小孢子分

裂形成二胞花粉后，营养细胞中开始积累多糖营养物

质。少花龙葵的成熟花粉中积累了大量的淀粉粒和一

定量的脂滴，与枸杞[16]，凤仙花 [17]和I. cairica[18]的花

粉营养物质代谢过程相似。在少花龙葵的花粉中，也

有一个将多糖转化为脂滴的过程。这是少花龙葵花粉

营养物质代谢的特征。

花药绒毡层是花药壁最内层体细胞，具有转运及

合成特异蛋白质、碳水化合物和脂类等功能，对花粉

发育起着极其重要的作用[19-21]。各种营养物质进入药

室中均需通过绒毡层细胞的筛选。然而，绒毡层细胞

在花药发育中途退化，营养物质如何被绒毡层细胞转

运的规律还不清楚。在不同的植物中，绒毡层的退化

时间不同，白菜[11]、洋葱[22]的绒毡层细胞分别在小孢

子早期退化。番茄[23]、辣椒[24]则在小孢子后期发生，

而烟草[25]在二胞花粉早期发生绒毡层的降解。绒毡层

细胞退化后营养物质如何流入花粉还不清楚。然而，

白菜[11]、枸杞[16]，凤仙花 [17]和I. cairica [18]的绒毡层细

胞退化时，细胞内含物转变为很大的脂块为花粉提供

营养物质。在本实验中，少花龙葵绒毡层细胞在小孢

子早期就开始退化，到二胞花粉开始积累营养物质时，

绒毡层细胞已完全降解。另外，少花龙葵绒毡层细胞

退化后其细胞内含物也没有转化为脂块。因此，少花

龙葵绒毡层细胞在花药发育中的营养物质转运和转

化功能还有待研究。

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少花龙葵花药发育中多糖和脂滴的组织化学研究

5. 结论

花药发育的一个特征是花粉中积累大量营养物

质为花粉萌发做准备。少花龙葵花药发育中营养物质

积累呈现一定特征：在二胞花粉时期之前，花药中的

营养物质——淀粉和脂滴只积累在花药的药壁组织

中。小孢子分裂后，二胞花粉中开始积累淀粉粒，而

药壁细胞中的淀粉和脂滴几乎消失。成熟花粉中积累

了大量淀粉粒和少量脂滴作为其存储物。

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