摘"要： "被子植物中部分類群的花藥開裂方式為孔裂，人們對(duì)此類花藥的發(fā)育與散粉孔的形成及散粉機(jī)制了解甚少。杜鵑屬（Rhododendron）植物的花藥普遍為頂孔開裂，為探究其花藥的發(fā)育和散粉孔的形成及散粉機(jī)制，該研究對(duì)錦繡杜鵑（Rhododendron × pulchrum）進(jìn)行了解剖觀察和石蠟切片。結(jié)果表明：（1）錦繡杜鵑花藥頂端成孔區(qū)與花藥主體具有不同的組織構(gòu)成，成孔區(qū)由薄壁組織構(gòu)成，起源于雄蕊原基頂端的分生組織，花粉成熟時(shí)薄壁細(xì)胞分解成為散粉孔；花藥的主體由孢原細(xì)胞發(fā)育而來，孢原細(xì)胞經(jīng)多次分裂分化成為具多層花藥壁的花粉囊。（2）錦繡杜鵑的花藥壁在小孢子母細(xì)胞至小孢子四分體時(shí)期發(fā)育完全，有6～7層細(xì)胞，包括1層表皮、2～3層藥室內(nèi)壁、1～2層中層和1層絨氈層，中層在小孢子四分體形成后即分解，絨氈層在花粉完全成熟前分解消失，花藥壁在花粉成熟時(shí)有表皮和2～3層藥室內(nèi)壁。（3）與縱裂型花藥不同，錦繡杜鵑的藥室內(nèi)壁在花粉成熟時(shí)不發(fā)生纖維化，但因積累多糖而增厚，具有韌性和彈性。（4）錦繡杜鵑花粉發(fā)育過程中小孢子母細(xì)胞產(chǎn)生的4個(gè)小孢子不分離，成熟花粉為四合花粉，花粉間具有粘絲。推測(cè)錦繡杜鵑具多層藥室內(nèi)壁且加厚可使花粉囊空間縮小，從而將上部花粉“擠出”散粉孔，而花粉間的粘絲使昆蟲傳粉時(shí)可將花粉成團(tuán)帶出，其藥室內(nèi)壁多層且積累多糖是與頂孔開裂相適應(yīng)的特征。

關(guān)鍵詞： 杜鵑屬， 錦繡杜鵑， 花藥發(fā)育， 孔裂， 藥室內(nèi)壁， 薄壁組織

中圖分類號(hào)： "Q949

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： "A

文章編號(hào)： "1000-3142（2024）04-0721-09

Anther development and formation of dehiscence

pore in Rhododendron × pulchrum

MA Haiying1， YANG Rui2， YANG Liu1， DING Kaiyu1

（ 1. School of Ecology and Environmental Science， Yunnan University， Kunming 650504， China;

2. School of Life Sciences， Yunnan University， Kunming 650504， China ）

Abstract： "Flowers of Rhododendron have unique poricidal dehiscence anther， but the formation of the dehiscence pore and the mechanism of pollen releasing are not fully known. The purpose of this research was to study the anther development of Rhododendon × "pulchrum "through microdissection and paraffin section to find out how the dehiscence pore develops and what tissues are involved in its development. The results were as follows： （1） The tissue forming the apical pore and the main body of the anther diverged from the very beginning of the stamen development. The dehiscence pore is formed by breaking down of parenchyma tissue， which is derived from the apical meristem of stamen primordium. The body part of the anther comes from the archesporial cells and they develop into regular pollen sacs with multi-layered anther walls. （2） The anther wall is fully differentiated at the stages from microspore mother cell to microspore tetrad， with "6-7 layers of cells， including 1 layer of epidermis， 2-3 layers of endothecia， 1-2 layers of middle layers and 1 layer of tapetum. The middle layers soon break down after completion of microspore tetrads and the tapetum disappears before the pollen tetrads are fully mature. The epidermis and 2-3 layers of endothecia remain to the end. （3） Unlike those of longitudinal dehiscent anthers， the endothecia of Rhododendon× pulchrum are not fibrous at maturation. Instead， they are persistent and somewhat elastic through accumulation of polysaccharide granules in cells. （4） The four microspores produced by one microspore mother cell do not separate from each other and the pollens are released as tetrads， with viscous threads between pollens and among tetrads. The authors assume that the thickened multi-layer endothecia reduced the inner volume of the pollen sacs， therefore the pollen tetrads at the top are “squeezed out” from the dehiscence pore， and the viscous threads allow the pollen tetrads to be pulled out in clusters by pollinators.

Key words： Rhododendron， Rhododendron × pulchrum， anther development， poricidal dehiscence， endothecium，parenchyma

花藥是雄蕊的重要組成部分，含有與花粉粒形成及釋放有關(guān)的生殖和營養(yǎng)組織。成熟的花藥適時(shí)開裂，才能釋放花粉，從而保證傳粉與受精過程的順利進(jìn)行（丁澤琴等，2013）。被子植物中花藥的開裂方式有4種，即縱裂、橫裂、孔裂和瓣裂?；ㄋ幙v裂是最普遍的花藥開裂方式，其過程和機(jī)制已非常清楚。絕大部分植物的花藥為縱裂（Endress，1996）；橫裂見于部分錦葵科植物（馬煒梁，2015）， 橫裂實(shí)際上與縱裂相似，僅開裂方向因與花藥的縱軸垂直而不同，有學(xué)者不把橫裂作為一種單獨(dú)的類型（Endress， 1996）；孔裂見于杜鵑花科（Hermann amp; Palser， 2018）、野牡丹科（Renner， 1989; Cortez et al.， 2014）、部分茄科（Garcia et al.， 2008）和部分豆科（Marazzi et al.， 2007）植物中；瓣裂出現(xiàn)在小檗科（Batygina， 2002）、金縷梅科（Huford amp; Endress， 1989）和木蘭類（Huford amp; Endress， 1989）的一些類群中。

花藥孔裂出現(xiàn)于少數(shù)類群，因此關(guān)于這方面的研究較少。García等（2008）和Cortez等（2014）分別對(duì)茄科茄屬（Solanum）和野牡丹科絹木屬（Miconia）的花藥孔裂研究表明，兩個(gè)科中花藥頂孔或裂口部位的花藥壁都只有一層細(xì)胞，這層細(xì)胞分解或斷裂后形成了頂孔，而頂孔周圍的花藥壁由多層細(xì)胞構(gòu)成，具有表皮和藥室內(nèi)壁。Hermann和Palser（2018）對(duì)杜鵑花科多個(gè)種屬的成熟花藥結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，這些種類花藥的頂孔部位均無表皮和藥室內(nèi)壁，而有兩種薄壁組織，即回吸組織（resorption tissue）和塌陷組織（collapse tissue）。這在一定程度上揭示了孔裂型花藥散粉孔的解剖結(jié)構(gòu)和組織構(gòu)成，但這些研究主要集中觀察頂孔開裂前和開裂時(shí)的結(jié)構(gòu)，沒有揭示完整的散粉孔發(fā)育過程。散粉孔處的解剖結(jié)構(gòu)和周圍花藥壁的結(jié)構(gòu)有何不同，它們的解剖結(jié)構(gòu)差別源于何時(shí)，是否來源于相同的組織，發(fā)育的過程如何，散粉孔形成后如何散粉等都沒有完整解答。散粉孔的形成是整個(gè)雄蕊發(fā)育過程的一部分，尤其與花藥壁的發(fā)育密切相關(guān)，只有對(duì)雄蕊發(fā)育的全過程進(jìn)行研究才能完整揭示頂孔的發(fā)育過程。

杜鵑花科是花藥孔裂的一個(gè)代表科，有的是典型的頂孔開裂，有的散粉孔在側(cè)面，還有一些是形成裂縫（Hermann amp; Palser， 2018）。該科種類較多，約有125屬4 000種（Fang et al.， 2005）， 其中種類最多的是杜鵑花屬（Rhododendron）， 全世界共約1 000種，我國571種 （Fang et al.， 2005），其中大多數(shù)是特有種（馬宏等，2017）。杜鵑花屬具有典型的頂孔開裂型花藥，此前關(guān)于杜鵑花屬雄蕊發(fā)育的研究很少，僅在Hermann和Palser （2000，2018）的研究中涉及一兩種且無詳細(xì)過程。張玉紅 （2014） 和戴利燕 （2018）研究了杜鵑屬中另一個(gè)常見種映山紅（Rh. simsii）的雄蕊發(fā)育過程，但未涉及頂孔的發(fā)育。錦繡杜鵑（Rhododendron × pulchrum）是杜鵑屬中廣為栽培的種類，花多量大，由于取材及各時(shí)期的雄蕊均易獲得，因此對(duì)其進(jìn)行雄蕊發(fā)育的形態(tài)學(xué)觀察和解剖學(xué)研究，以探究散粉孔的形成過程和散粉機(jī)制。

1"材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為錦繡杜鵑（Rhododendron "× pulchrum），采自云南大學(xué)呈貢校區(qū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育外部形態(tài)觀察"取錦繡杜鵑的花蕾、幼花直至頂孔開裂的雄蕊，在尼康體視顯微鏡下用解剖針小心剝?nèi)セǖ陌?、萼片和花瓣，留下花芽頂端和雄蕊，并觀察拍照。

1.2.2 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育組織形態(tài)觀察"用普通石蠟切片法對(duì)不同發(fā)育時(shí)期的花蕾及單獨(dú)的雄蕊進(jìn)行切片觀察。于2022年2—6月采集不同發(fā)育時(shí)期錦繡杜鵑的花蕾和花朵，固定于FAA固定液（ 50%酒精∶冰醋酸∶甲醛 = 90∶5∶5） 中，系列酒精濃度脫水，常規(guī)石蠟切片法制片，切片厚度為8 μm，番紅固綠染色，中性樹膠封片，參考植物組織制片學(xué)的方法（李正理，1987）。在Olympus B51顯微鏡下進(jìn)行鏡檢和照相?；ㄋ幍陌l(fā)育類型判斷按照被子植物生殖生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（胡適宜，2005）。

一般雄蕊發(fā)育的研究只進(jìn)行橫切觀察，因我們要觀察其頂端散粉孔的形成，所以對(duì)雄蕊同時(shí)進(jìn)行橫切和縱切實(shí)驗(yàn)，并且縱切還采用多個(gè)方向的切面，以全面觀察散粉孔的發(fā)生和發(fā)育過程。

2"結(jié)果與分析

2.1 錦繡杜鵑雄蕊發(fā)育的外部形態(tài)

錦繡杜鵑雄蕊從發(fā)生到成熟的整個(gè)發(fā)育過程形態(tài)變化如圖1所示。當(dāng)花瓣原基發(fā)育為半圓形時(shí)，雄蕊原基開始發(fā)生（圖1：A）。雄蕊原基的發(fā)生為2/5式，首先有5個(gè)原基按順時(shí)針或逆時(shí)針方向發(fā)生，形成一圈（圖1：A），然后在之前發(fā)生的5個(gè)原基的間隙再發(fā)生一輪，最后10個(gè)雄蕊原基共同形成一圈（圖1：B，C）。雄蕊原基發(fā)生有先后，第二輪原基發(fā)生時(shí)，第一輪中最早的已分化出花絲和花藥（圖1：B）。雄蕊原基發(fā)生時(shí)為小而扁的突起（圖1：A），稍大即分化出上部膨大的花藥和下部較細(xì)的花絲（圖1：B），此時(shí)花藥為基著藥，花藥與花絲連接為鉤狀，花藥橫向生長（圖1：B）。此后，花絲向上生長，花藥轉(zhuǎn)而向下生長且迅速增大，花藥由最初的基著藥（圖1：B）變?yōu)楸持帲▓D1：C-E）， 著藥點(diǎn)位于近頂部（圖1：C-E）。隨著細(xì)胞分裂，花藥向下向外生長，花粉囊逐漸膨大飽滿，花絲被埋于兩側(cè)花粉囊之中（圖1：F-I）；花粉囊顏色逐漸加深，最初為近透明（圖1：B-D），之后變?yōu)榘咨?：E，F(xiàn)），再變?yōu)榉凵▓D1：G-I），成熟時(shí)花粉囊為紫色（圖1：J-L）。早期構(gòu)成花藥的左右兩側(cè)如圓棒狀，發(fā)育過程中同側(cè)的2個(gè)花粉囊都發(fā)育增大，各自產(chǎn)生1個(gè)縱溝（圖1：H-L），雄蕊最終在外形上呈現(xiàn)4個(gè)可明顯分辨的花粉囊。

成孔區(qū)在雄蕊上的出現(xiàn)很早，雄蕊原基剛分化出花藥時(shí)頂端就出現(xiàn)2個(gè)凹陷，即將來的成孔區(qū)（圖1：B），此后自始至終存在于花藥頂端。起初因整個(gè)花藥無色，成孔區(qū)（dz）僅表現(xiàn)為凹陷（圖1：D-F）， 隨著花粉囊顏色加深， 成孔區(qū)越來越明顯，可以明顯看出成孔區(qū)與周圍花藥壁有不同的組織構(gòu)成（圖1：G-I）?；ㄋ幊墒鞎r(shí)整個(gè)花藥無縱裂口，僅頂部成孔區(qū)組織分解，成為散粉孔（dp）（圖1：J，K）；由于白色花粉（p）從散粉孔向外“吐出”（圖1：L），并且花粉間有很細(xì)的粘絲使花粉相連，因此花粉成團(tuán)粘在散粉孔周圍（圖1：L）。

2.2 錦繡杜鵑花藥發(fā)育的解剖學(xué)研究

2.2.1 橫切面上花藥壁與花粉的發(fā)育"從橫切面來看，錦繡杜鵑的花藥為四室花藥。發(fā)育初期在4個(gè)角隅處表皮下分化出孢原細(xì)胞，孢原細(xì)胞比周圍細(xì)胞體積稍大，細(xì)胞質(zhì)濃厚（圖2：A）。孢原細(xì)胞進(jìn)行一次平周分裂產(chǎn)生2層細(xì)胞，即初生周緣細(xì)胞和初生造孢細(xì)胞（圖2：B）。初生周緣細(xì)胞再次分裂產(chǎn)生次生周緣細(xì)胞（圖2：B），再經(jīng)過數(shù)次平周分裂和垂周分裂形成多層花藥壁；初生造孢細(xì)胞經(jīng)過多次分裂形成次生造孢細(xì)胞（圖2：C），次生造孢細(xì)胞胞質(zhì)濃厚，緊密排列，形狀為三角形或四角形等不規(guī)則形（圖2：C）?；ㄋ幈谠诖紊戽呒?xì)胞時(shí)期分化出4層細(xì)胞，即一層表皮、一層藥室內(nèi)壁、一層中層和一層絨氈層（圖2：C）。其中，表皮細(xì)胞體積較大，細(xì)胞壁較厚，有大液泡，其余幾層細(xì)胞體積都很小，胞質(zhì)較濃（圖2：C）。

造孢細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育成為小孢子母細(xì)胞。錦繡杜鵑的小孢子母細(xì)胞在藥室內(nèi)并不分散開，依然緊密排列， 但在細(xì)胞外生成厚的胼胝質(zhì)使小孢子母細(xì)胞相互隔離（圖2：D，F(xiàn)）。小孢子母細(xì)胞進(jìn)行

A. 花頂端第一輪雄蕊原基剛剛發(fā)生； "B. 第二輪雄蕊原基發(fā)生，第一輪已分化出花藥和花絲，花藥頂端具2個(gè)淺的凹陷； C. 所有雄蕊都已分化，花藥頂端具2個(gè)凹陷的成孔區(qū)； D. 單個(gè)幼嫩花藥，成孔區(qū)在頂端，花藥向下發(fā)育而傾斜； E. 發(fā)育中的雄蕊背面觀， 示背著藥，著藥點(diǎn)靠近頂部； "F-H. 連續(xù)發(fā)育的花藥，表皮顏色逐漸變紅，成孔區(qū)逐漸明顯，花粉囊外側(cè)出現(xiàn)縱溝； I. 即將成熟的花藥頂面觀，示成孔區(qū)； J. 紫色的成熟花藥，散粉孔已開； K. 成熟花藥頂面觀，散粉孔已開放，露出花粉； L. 已散粉的花藥，花粉自散粉孔“吐出”， 花粉被粘絲連接成團(tuán)，粘在頂孔周圍。 "St. 雄蕊; P. 花瓣； p. 花粉； dp. 散粉孔； dz. 成孔區(qū); f. 花粉囊發(fā)育后期產(chǎn)生的縱溝; vt. 花粉間的粘絲。 標(biāo)尺=100 μm。

A. First whorl of stamen primordia just initiated at the apex of the floral primordium; B. Second whorl of stamen primordia initiated， and the first whorl of stamens have differentiated into anthers and filaments， each with two shallow pits at the top of the anther; C. All stamens are differentiated， each with two small pits at the top of anther; D. Young stamen showing downward anther; E. Dorsal view of the developing stamen; F-H. Progressive development of the anther， showing gradually deepened and widened dehiscent zones; I. Top view of the anther about to mature， showing dehiscent zones; J. Mature anther with dehiscence pores; K. Top view of mature anther， showing pollen tetrads released from the dehiscence pore; L. Side view of mature anther， showing pollen tetrads linked by viscous threads and sticking around the dehiscence pores. St. Stamen; P. Petal； p. Pollen； dp. Dehiscence pore; dz. Dehiscence zone； f. Furrow of pollen sac； vt. Viscous thread. Scale bars=100 μm.

減數(shù)分裂成為小孢子二分體和四分體（圖2：D），此過程發(fā)生很快，一個(gè)藥室內(nèi)同時(shí)具有小孢子母細(xì)胞、二分體和四分體（圖2：D，F(xiàn)），全部緊密排列在藥室內(nèi)?；ㄋ幈谠谠戽呒?xì)胞時(shí)期并未發(fā)育完全，藥室內(nèi)壁和中層在小孢子減數(shù)分裂期間仍繼續(xù)分裂，直至四分體前花藥壁才分化完全，有6～7層細(xì)胞，從外到內(nèi)依次是1層表皮、2～3層藥室內(nèi)壁、2層中層和1層絨氈層（圖2：D，E）。表皮細(xì)胞較大，細(xì)胞壁較厚；藥室內(nèi)壁細(xì)胞比表皮細(xì)胞小；中層細(xì)胞最小且扁平（圖2： E）；絨氈層細(xì)胞大且胞質(zhì)濃厚，與造孢細(xì)胞緊密連接但與中層分離（圖2：D，E）。因此，絨氈層可能與造孢細(xì)胞同源，但不來自周緣細(xì)胞。

四分體形成后，四分體外部的胼胝質(zhì)壁分解變薄，四分體與四分體之間相互分散（圖2：G），但四分體內(nèi)的4個(gè)小孢子并不從中釋放出來，而是以四分體的形式共同發(fā)育，成為四合花粉。小孢子相鄰的細(xì)胞壁緊密結(jié)合在一起形成花粉壁，構(gòu)成復(fù)合花粉的基礎(chǔ)（圖2：G），每個(gè)小孢子從絨氈層吸收營養(yǎng)迅速增大成為單核花粉，之后再進(jìn)行核分裂成為二細(xì)胞的花粉，成熟花粉外壁具有顆粒狀的紋飾，從而使整個(gè)小孢子四分體最終發(fā)育為四合花粉（圖2：J）。

在四分體發(fā)育為四合花粉的過程中，花藥壁發(fā)生復(fù)雜的變化。中層在小孢子減數(shù)分裂期間有2層細(xì)胞，由于四分體完成后迅速分解，到四分體分散開時(shí)中層就已消失，因此中層存在時(shí)間非常短暫。中層分解后絨氈層開始分解，絨氈層為腺質(zhì)絨氈層，在原位分解，為四分體內(nèi)的小孢子發(fā)育提供營養(yǎng)，小孢子迅速長大成為單核花粉，之后再核分裂為二核花粉（圖2：G）。此時(shí)絨氈層向外推移，將藥室內(nèi)壁擠壓為扁平狀，緊貼表皮（圖2：G）?；ǚ郯l(fā)育完成時(shí)，絨氈層的營養(yǎng)尚未完全消耗，此時(shí)絨氈層緊貼藥室內(nèi)壁，為藥室內(nèi)壁提供營養(yǎng)使其重新發(fā)育，細(xì)胞內(nèi)積累多糖顆粒（圖 2：H，I）。最終花藥壁在散粉前由一層表皮和2～3層藥室內(nèi)壁構(gòu)成，藥室內(nèi)壁細(xì)胞因積累多糖而加厚，具有韌性和彈性（圖2：H，I）。

錦繡杜鵑有4個(gè)藥室，在橫切面上呈蝶形（圖2：A ），左右各2個(gè)藥室（即花粉囊）。橫切面上同側(cè)2個(gè)藥室之間最初由薄壁組織分隔（圖2：A），藥室發(fā)育后，中層和絨氈層構(gòu)成藥室之間的分隔部分（圖2：K）。中層和絨氈層先后分解（圖2：K），薄壁組織也完全分解，最終同側(cè)的2個(gè)藥室在散粉前完全貫通成為一體（圖 2：L ）。接近頂部的花藥橫切面結(jié)構(gòu)與整個(gè)花藥不同，頂端沒有正常的花藥壁，僅由薄壁組織構(gòu)成（圖3：H），這部分為成孔區(qū)，組織分解后成為散粉孔。

2.2.2 縱切面上花藥壁的發(fā)育"從縱切面來看，雄蕊原基首先分化出下部的花絲（圖3：A），然后上部頂端分生組織進(jìn)行分裂，外側(cè)分裂較快，最后使原基頂端向內(nèi)彎曲（圖3：A）。此時(shí)頂端分生組織細(xì)胞仍在分裂，頂端稍下的部分先分化出表皮，表皮內(nèi)又有四團(tuán)分生組織，其中有孢原細(xì)胞 （圖2：B）。孢原細(xì)胞再進(jìn)行細(xì)胞分裂，經(jīng)多次分裂分化形成花藥壁和造孢細(xì)胞（圖3：C，D）；頂端分生組織則分裂形成薄壁組織（圖3：C，D）。由于孢原細(xì)胞位于頂端分生組織以下且生長方向向下，故薄壁組織始終位于花藥頂端（圖3：C，D）?；ㄋ幏譃樽笥?個(gè)部分，各自向下向外生長；由于中部花絲的生長，最初的分生組織被分隔成左右2個(gè)薄壁組織區(qū)（即將來的成孔區(qū)），位于左右花藥的上端（圖3：

C，D， F-H）。起初花藥很小，頂端的薄壁組織位置高于花藥（圖3：C，D），由于頂端薄壁組織先停止分裂，而花藥持續(xù)發(fā)育，因此頂端薄壁組織所占比例越來越小，低于周圍的花藥壁，形成凹陷，即成孔區(qū)（圖3：F-H）。花粉成熟時(shí)，花藥壁的中層和絨氈層分解消失，表皮和藥室內(nèi)壁仍然存在（圖3：I）；由于頂端成孔區(qū)僅有薄壁組織而沒有花藥壁，故薄壁組織分解后成為散粉孔（圖3：I）。

花藥發(fā)育的早期、中期在橫切面上具有4個(gè)藥室，但最終只有2個(gè)散粉孔，這是因?yàn)榛ㄋ幍?個(gè)藥室中，左右兩側(cè)每一側(cè)的2個(gè)藥室是以薄壁組織構(gòu)成的室間隔相分離，二室的頂端為共同的薄壁組織構(gòu)成的成孔區(qū)（圖3：G）。橫切面上的花藥結(jié)構(gòu)除頂孔部位（圖3：H）之外都是相同的，但縱切面上因所切角度不同而有3種情況：一種是不通過花絲和室間隔，能觀察到左右完全2個(gè)分離的花粉囊（圖3：E）；一種是通過花絲以及兩側(cè)花藥的室間隔，顯示的大部分是薄壁組織構(gòu)成的室間隔（圖3：F）；還有一種是只切到一側(cè)花粉囊，顯示的是同側(cè)2個(gè)花粉囊被室間隔分隔，但上部有共同的薄壁組織區(qū) （圖3：G）。起初室間隔的薄壁組織細(xì)胞較多，后來逐漸分解（圖3：G）， 兩室貫通成為一室，上端成孔區(qū)的薄壁組織分解后形成1個(gè)散粉孔（ 圖3：I）。此外，從近頂端的橫切也可清楚看到頂端每側(cè)花藥具有一個(gè)薄壁組織區(qū)（圖3：H）。

3"討論與結(jié)論

3.1 錦繡杜鵑花藥發(fā)育的特征

前人對(duì)杜鵑花科的雄蕊發(fā)育進(jìn)行研究， 發(fā)現(xiàn)它們具有的共同特征主要有腺質(zhì)絨氈層、藥室內(nèi)壁無纖維化和帶狀加厚以及四合花粉（Matthews amp;

A. 花藥發(fā)育初期為四角形，角隅處表皮下分化出孢原細(xì)胞； B. 孢原細(xì)胞分裂為初生周緣細(xì)胞和初生造孢細(xì)胞，初生周緣細(xì)胞再分裂為2層次生周緣細(xì)胞； C. 次生造孢細(xì)胞時(shí)期，花藥壁有4層細(xì)胞； D. 小孢子母細(xì)胞、二分體及四分體時(shí)期的1個(gè)藥室，花藥壁進(jìn)一步分化為6～7層； E. 小孢子二分體和四分體時(shí)期分化完全的花藥壁，具1層表皮，2～3層藥室內(nèi)壁，1～2層中層和1層絨氈層； F. 小孢子母細(xì)胞、二分體及四分體共同存在于同一藥室內(nèi)； G. 小孢子時(shí)期的花藥，中層已消失，絨氈層原位分解且外移，藥室內(nèi)壁被壓成扁平狀； H. 四合花粉成熟時(shí)，絨氈層殘余緊貼藥室內(nèi)壁，藥室內(nèi)壁積累多糖顆粒而增厚； I. 花粉成熟后散粉期的花藥壁，有1層表皮和2～3層藥室內(nèi)壁，細(xì)胞內(nèi)有多糖顆粒； J. 四合花粉； K. 四分體初期完整的四室花藥，左右各二室，同側(cè)藥室間以薄壁組織及絨氈層相隔; L. 散粉時(shí)完全成熟的花藥，同側(cè)的2個(gè)藥室完全貫通，室間薄壁組織及絨氈層均已被分解吸收。ep. 表皮; en. 藥室內(nèi)壁; ml. 中層; tp. 絨氈層; pm. 薄壁組織; aw. 花藥壁; ac. 孢原細(xì)胞; ps. 初生造孢細(xì)胞; ss. 次生造孢細(xì)胞; sp. 次生周緣細(xì)胞; mmc. 小孢子母細(xì)胞; mt. 小孢子四分體; pt. 四合花粉; pg. 多糖顆粒; rt. 絨氈層殘余。標(biāo)尺=50 μm。

A. Early quadrangular anther， archesporial cells are initiated under the epidermis at the corner; B. Young anther with two layers of secondary peripheral cells and a few primary sporogenous cells; C. The anther wall consisting of four layers at the secondary sporogenous cell stage; D. A pollen sac in which microspore mother cells， dyads and tetrads coexist， the anther wall consisting of 6-7 layers; E. Detailed anther wall structure at the microspore tetrad stage： 1 layer of epidermis， 2-3 layers of endothecia and 1-2 layers of middle layers and 1 layer of tapetum; F. Microspore mother cells， dyads and tetrads coexisting in one pollen sac; G. The microspores starting to develop and increase in size， the middle layer decomposed， and the tapetum starting to decompose and expanding outward; H. Anther wall about to mature， showing 2-3 layers of thickened endothecia and residue of tapetum; I. Anther wall when pollen tetrads released， with persistent endothecia; J. Pollen tetrads; K. Anther of the early pollen tetrad stage showing four pollen sacs， two on each side， separated by parenchyma and tapetum; L. Anther after pollen tetrads released， parenchyma separating two sacs has degenerated. ep. Epidermis; en. Endothecium; ml. Middle layer; tp. Tapetum; pm. Parenchyma; aw. Anther wall; ac. Archesporial cell; ps. Primary sporogenous cell; ss. Secondary sporogenous cell; sp. Secondary peripheral cell; mmc. Microspore mother cell; mt. Microspore tetrad; pt. Pollen tetrad; pg. Polysaccharide granule; rt. Residue of tapetum. Scale bars=50 μm.

Knox， 1926; Bowers， 1930; Copeland， 1943; Davis， 1966; Hermann amp; Palser， 2000; 高連明等，2002），其中杜鵑花亞科（Rhododendroideae）有一個(gè)區(qū)別于其他亞科的特征是花粉間具有粘絲 （Matthews amp; Knox， 1926; Bowers，1930; Copeland， 1943; Waha， 1984; Hesse， 1986; Clemants， 1995）。不同類群間的差異主要在花藥壁的構(gòu)成上，報(bào)道的花藥壁層數(shù)從2層到4層（Chou， 1952;

A. 雄蕊原基，下部為花絲，上部為頂端分生組織，因外側(cè)分裂較快而向內(nèi)彎曲; B. 雄蕊原基頂端，示頂端分生組織和孢原區(qū); C. 幼花縱切示花藥和子房的相對(duì)位置，花藥的生長方向向下; D. 幼嫩雄蕊縱切，頂端為薄壁組織，下方為造孢細(xì)胞時(shí)期的花藥; E. 成熟花藥縱切不通過花絲的部分，示左右2個(gè)分離的花粉囊縱切面; F. 成熟花藥縱切通過花絲和室間隔的部分，示室間隔的薄壁組織及頂端的薄壁組織; G. 單側(cè)花粉囊縱切，示單側(cè)由室間薄壁組織分隔的2個(gè)花粉囊，頂端為共同的薄壁組織區(qū); H. 花藥頂部橫切，左右花粉囊各具一個(gè)薄壁組織構(gòu)成的成孔區(qū); I. 單側(cè)成熟花粉囊散粉后縱切，室間隔完全分解，2個(gè)花粉囊貫通為一室，頂端薄壁組織分解后成為散粉孔。fl.花絲; ov. 胚珠; "aw. 花藥壁; am. 頂端分生組織; pm. 薄壁組織; spm. 室間薄壁組織; acz. 孢原區(qū); sc. 造孢細(xì)胞; dp. 散粉孔。A， B， C， F中標(biāo)尺=100 μm。D， E， G， H， I中標(biāo)尺=50 μm。

A. Stamen primordium， the lower part is filament， the upper part is apical meristem and it is curved inward because the outer side division is faster; B. Archsprorial cell zones under the epidermis; C. Longitudinal section of young flower showing the relative position of the anther and the ovary， and the top of anther is parenchyma; D. Young anther with parenchyma at the top and developing pollen sacs below; E. Longitudinal section of anther that does not pass through the filament and septal parenchyma， showing two separate pollen sacs; F. Longitudinal section of anther that passes through the filament and the septum， showing mostly the septal parenchyma and apical parenchyma; G. Longitudinal section of anther that passes through the two pollen sacs on one side， showing two pollens sacs separated by septal parenchyma and sharing same apical parenchyma; H. Transvers section of the top of anther， showing two parenchyma zones at the top; I. Longitudinal section of pollen sac after pollen tetrads released， showing dehiscence pore. fl. filament; ov. ovule; aw. anther wall; am. apical meristem; pm. parenchyma; spm. septal parenchyma; acz. archesporial cell zone; sc. sporogenous cell; dp. dehiscence pore. Bars in A， B， C， F=100 μm. Bars in D， E， G， H， I=50 μm.

Batygina et al.， 1963; Budell， 1964; Yakobson，1968; Hermann amp; Palser， 2000），尤其是藥室內(nèi)壁的差異較大，有的甚至認(rèn)為某些種類沒有分化完全的藥室內(nèi)壁（Chou，1952; Davis， 1966）。

本研究觀察到的一些結(jié)果與前人對(duì)杜鵑花科的研究結(jié)果相同，如腺質(zhì)絨氈層、花藥內(nèi)壁無纖維化和帶狀加厚、具有四合花粉以及花粉間具有粘絲等，但花藥壁的發(fā)育尤其是藥室內(nèi)壁的發(fā)育卻與前人的研究結(jié)果不盡相同。本研究發(fā)現(xiàn)錦繡杜鵑的藥室內(nèi)壁在各階段持續(xù)發(fā)育和變化，不同時(shí)期觀察到的藥室內(nèi)壁層數(shù)和形態(tài)不同，至少可以觀察到4種不同的情況：一是造孢細(xì)胞時(shí)期藥室內(nèi)壁僅有1層且細(xì)胞較?。欢窃谛℃咦訙p數(shù)分裂期間具有2～3層藥室內(nèi)壁細(xì)胞，此時(shí)藥室內(nèi)壁之外還有2層中層；三是花粉發(fā)育期間絨氈層向外推移，藥室內(nèi)壁被擠壓成扁平狀，此時(shí)中層已分解消失，藥室內(nèi)壁緊貼絨氈層；四是散粉前藥室內(nèi)壁細(xì)胞內(nèi)積累多糖顆粒，使藥室內(nèi)壁重新加厚。前人對(duì)杜鵑花科報(bào)道的花藥壁層數(shù)從2層到4層不等（Chou， 1952; Batygina et al.， 1963；Budell， 1964；Yakobson，1968; Hermann amp; Palser， 2000），有的報(bào)道甚至認(rèn)為沒有發(fā)育完全的藥室內(nèi)壁，這種差異可能是種屬間的系統(tǒng)差異，也有可能是沒有觀察到藥室內(nèi)壁的各種情況，有的作者提到自己可能沒有觀察到全部情況（Chou， 1952）。張玉紅（2014）和戴利燕（2018）在對(duì)杜鵑屬另一常見種杜鵑（映山紅）雄蕊發(fā)育的研究中，也觀察到藥室內(nèi)壁在花藥成熟時(shí)積累多糖，至少這一點(diǎn)是一個(gè)穩(wěn)定的特征。

關(guān)于絨氈層的來源，有的研究認(rèn)為杜鵑花科的絨氈層來源于周緣細(xì)胞，而Davis（1966）則認(rèn)為絨氈層與造孢細(xì)胞同源；本研究中錦繡杜鵑早期絨氈層與造孢細(xì)胞緊密結(jié)合，但與花藥壁的其他幾層細(xì)胞分離，推斷其與造孢細(xì)胞同源；張玉紅（2014）對(duì)杜鵑的研究也認(rèn)為絨氈層與造孢細(xì)胞同源。由于后期絨氈層又向外推移與藥室內(nèi)壁緊貼，為藥室內(nèi)壁提供營養(yǎng)，所以如果僅觀察到后期則會(huì)認(rèn)為絨氈層來源于周緣細(xì)胞。

此外，前人研究發(fā)現(xiàn)杜鵑花科許多種的雄蕊在早期發(fā)育時(shí)有生長方向的倒轉(zhuǎn)，花藥從發(fā)生時(shí)的基著藥轉(zhuǎn)變?yōu)楹髞淼谋持帲ˋrtopoeus， 1903；Matthews amp; Knox， 1926；Hermann amp; Palser， 2000）。本研究從形態(tài)也觀察到了這一現(xiàn)象，縱切結(jié)果顯示這是由孢原組織發(fā)生于分生組織的下方且向下生長所致。

3.2 散粉孔的發(fā)生、發(fā)育過程和散粉機(jī)制

通過對(duì)錦繡杜鵑各個(gè)時(shí)期花藥的形態(tài)觀察和橫向與縱向的石蠟切片，可以得出其頂端散粉孔的形成過程：花藥頂端的成孔區(qū)由薄壁組織構(gòu)成，薄壁細(xì)胞分解成為散粉孔，薄壁組織來源于雄蕊原基早期的頂端分生組織；而花藥的主體部分則由孢原細(xì)胞發(fā)育而來，孢原發(fā)生于分生組織下方且發(fā)生后向下生長，經(jīng)多次分裂分化后發(fā)育為花粉囊，花粉完全成熟時(shí)花藥壁保留表皮和2～3層藥室內(nèi)壁。也就是說，形成散粉孔的成孔區(qū)與花藥其余部分在雄蕊發(fā)育的早期即已發(fā)生分異。此前也有學(xué)者認(rèn)為杜鵑花科的散粉孔來源于分生組織（Artopoeus，1903；Hermann amp; Palser，2018），本研究再次證實(shí)了這一推測(cè)。

在普通縱裂型花藥中，花藥縱裂一般涉及3個(gè)不同的組織和過程，即絨氈層分解、藥室內(nèi)壁纖維化和裂口形成?；ㄋ幇l(fā)育過程中中層和絨氈層先后分解消失，藥室內(nèi)壁的內(nèi)切向壁和橫向壁纖維加厚，但在2個(gè)花粉囊之間的交界處有幾個(gè)不加厚的細(xì)胞，稱為“唇細(xì)胞”（橫切面上幾個(gè)，縱向成列），花藥成熟時(shí)由此開裂形成裂縫（周云龍和劉全儒，2004；丁澤琴等，2013）。簡(jiǎn)而言之，唇細(xì)胞是在花藥發(fā)育的后期與其他藥室內(nèi)壁細(xì)胞產(chǎn)生差別，而早期是與藥室內(nèi)壁細(xì)胞同源的一類細(xì)胞。可見，錦繡杜鵑的孔裂和普通縱裂的發(fā)生機(jī)制有很大的差別，不僅有發(fā)生部位的差別，而且有發(fā)生時(shí)期和組織細(xì)胞的差別。

在此前學(xué)者對(duì)杜鵑花科花藥孔裂機(jī)制的研究中，一般認(rèn)為與兩種組織有關(guān)，一種叫做回吸組織，另一種叫做塌陷組織或萎縮組織（Artopoeus 1903；Maclachlan，1929; D’Arcy et al.， 1996; Hammer amp; Palser， 2018）。這兩種都是薄壁組織，前者的細(xì)胞可以吸收草酸鈣等無機(jī)鹽形成晶體，形成大的囊袋，細(xì)胞破裂后釋放晶體形成散粉孔，而萎縮組織不吸收無機(jī)鹽，僅細(xì)胞縮小萎縮形成散粉孔。本研究中，錦繡杜鵑花藥成孔區(qū)的細(xì)胞既沒有積累晶體形成囊袋也沒有發(fā)生萎縮塌陷，而是分解消失，我們將其稱為更廣義的薄壁組織。

縱裂的花藥只要花藥壁裂開，花粉就可自然散出，而頂孔開裂的花藥，其散粉孔位于頂端，若無特殊機(jī)制花粉難以從頂孔散出。本研究發(fā)現(xiàn)錦繡杜鵑花藥壁的一些發(fā)育特征適應(yīng)頂孔開裂。第一，錦繡杜鵑的花藥壁有2～3層藥室內(nèi)壁，成熟時(shí)并不發(fā)生纖維化，反而在花粉成熟前積累多糖而加厚，這使花藥壁保持完整并增加了厚度、韌性和彈性。第二，錦繡杜鵑的花粉為四合花粉且花粉間具有粘絲，推測(cè)多層藥室內(nèi)壁使花藥壁增厚，積累多糖后進(jìn)一步加厚且具有一定彈性，使得花粉囊內(nèi)部空間縮小，從而將上部的花粉從頂孔“擠出”，這與我們?cè)诮馄淑R下看到花粉從散粉孔“吐出”一致；而四合花粉間的粘絲使花粉粘連成團(tuán)，在蜜蜂傳粉時(shí)可以被成團(tuán)帶出，彌補(bǔ)了散粉孔位于頂端造成的散粉困難。第三，絨氈層早期為小孢子發(fā)育提供營養(yǎng)，后期外移，為藥室內(nèi)壁提供營養(yǎng)，使藥室內(nèi)壁再次發(fā)育增厚，這也是其適應(yīng)頂孔散粉的一個(gè)發(fā)育特征。

總之，本研究表明錦繡杜鵑的散粉孔來源于頂端特殊的成孔區(qū)，成孔區(qū)由薄壁組織構(gòu)成，分解后成為散粉孔；錦繡杜鵑的花藥壁有多層藥室內(nèi)壁，藥室內(nèi)壁細(xì)胞于花粉成熟前因積累多糖而使花藥壁加厚，具有四合花粉且花粉間具粘絲等都是與孔裂相適應(yīng)的特征，能促進(jìn)花粉從頂孔散出。

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（責(zé)任編輯"蔣巧媛"王登惠）

DOI： 10.11931/guihaia.gxzw202212009

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馬海英等： 錦繡杜鵑花藥發(fā)育及散粉孔形成的形態(tài)與解剖學(xué)研究

收稿日期： "2023-04-30"接受日期： ""2023-09-13

基金項(xiàng)目： "國家自然科學(xué)基金 （31060029）。

第一作者： 馬海英 （1971—）， 博士，副教授，研究方向?yàn)橹参镄螒B(tài)與系統(tǒng)分類， （E-mail）mahy@ynu.edu.cn。

通信作者