珠芽胎生繁殖是蕨类植物孢子繁殖的有益补充,丰富了植物的繁殖再生系统,影响着种群遗传多样性和对环境的适应能力。该研究以国家Ⅰ级重点保护野生植物光叶蕨(Cystopteris chinensis)为对象,通过形态学与解剖学方法,探究其羽片后面不明突起——珠芽的形态与解剖特征,揭示其生殖结构和发育过程,追溯珠芽胎生起源和生态适应机制。结果显示:(1)珠芽和孢子囊群同期出现在光叶蕨羽片背面末级细脉中部,只是珠芽位于顶端裂片。珠芽形成包括启动期、膨大期和成熟期3个时期,由黄绿色球状体逐渐成长为深绿色纺锤状,基部变黑形成离层时成熟。(2)珠芽起源于维管束鞘延伸区的薄壁细胞,不断分裂生长形成珠芽原基,逐渐突破叶下表皮形成圆球形珠芽;随着珠芽不断膨大,中下部细胞分化形成贮藏细胞和维管束,顶端分化出生长点形成芽。(3)极少数珠芽在叶片上可直接萌动形成新的自养个体。成熟珠芽掉落在土壤内1周后开始萌发,基部长出圆柱形根,顶部萌发出拳芽。残留珠芽第2年仍可萌发形成新叶,与茎芽产生的叶片形态有别。
运用石蜡切片技术对小勾儿茶(Berchemiella wilsonii)进行生殖生物学观察,探讨其大小孢子发生和雌雄配体发育过程是否存在濒危环节。结果显示:小勾儿茶的花具5个雄蕊和4个花药室,成熟的花药壁由花药内壁(1层)、中层(2层)和绒毡层(1层)组成。绒毡层发育正常,细胞排列整齐规则,与中层细胞联系紧密,细胞中常多核。小孢子母细胞在减数分裂时胞质分裂方式为同时型,四分体主要以四面体形式存在,花粉粒在成熟时为二细胞型、圆形或椭圆形,多数有3根萌发管。花药发育过程中绒毡层发育存在少量异常,花粉存在少量败育。小勾儿茶子房2室,只发育1室。胚珠为倒生的双珠被和厚珠心,合点端大孢子发育成功能性大孢子,经过3次有丝分裂,进一步发育成具有7个细胞和8个核的胚囊,胚囊发育方式为蓼型。子房中的胚珠发育基本一致。小勾儿茶大小孢子发生和雌雄配子体发育基本正常,不是导致其结实率低的原因。
为探究生长发育过程中板栗(Castanea mollissima)雌花解剖学特征及其细胞壁成分变化规律,以‘燕山红栗’(‘Yanshan Hongli’)为试验对象,通过石蜡切片观察内部形态变化并通过荧光染色观察细胞壁成分变化。依据内部显微结构变化确定所采集的雌花样品集中在4个最重要的发育阶段,即花朵原基分化期、柱头原基分化期、柱头伸长期和开花期。荧光染色结果表明,在发育时期推移过程中,雌花细胞壁中纤维素荧光强度逐渐增强。特别是在花柱伸长过程中,柱头部位与子房部位的纤维素荧光显著增强。此外,在所观察的发育阶段,酯化果胶荧光强度始终高于酸性果胶,并且柱头部位与子房周围的荧光强度也较其他部位更强。这些结果揭示了生长发育过程中板栗雌花细胞壁成分变化规律,为深入探究板栗生长发育机制提供了重要线索。
为揭示梳帽卷瓣兰(Bulbophyllum andersonii)的繁殖特性和传粉机制,在2023年对分布于云南西双版纳的梳帽卷瓣兰野生居群开展了传粉生物学研究,包括开花物候、繁育系统、传粉昆虫、花部微观形态特征及花的挥发性成分等。结果如下:梳帽卷瓣兰的盛花期在7月中旬,单花花期为5 d;繁育系统属于异交并依赖传粉者,自然结实率为26.06%;套袋试验表明自交不亲和,不存在无融合生殖和自动自花授粉现象;唇瓣的铰链结构、传粉通道及宽大的侧萼片等花部特征在传粉过程中发挥重要作用;曲角杆蝇(Gampsocera sp.)是其唯一有效传粉者并在访花过程中表现出舔舐唇瓣的行为;通过扫描电镜观察发现,唇瓣上附着大量的特殊颗粒,可能是访花者的食物报酬;花部挥发性气味主要含有单萜类、芳香类等化合物,其中邻苯乙醚和避蚊胺可能与昆虫访花行为有关。上述研究结果表明,梳帽卷瓣兰的花形态结构与气味适应于曲角杆蝇进行传粉,属于特化传粉系统。
为建立冬凌草(Isodon rubescens)体细胞胚发生体系,更好地发挥在中医药学中的价值,促进资源稳定和利用,以冬凌草叶片为外植体,脱分化形成胚性愈伤组织,进一步增殖,诱导发育出体细胞胚,结合石蜡切片技术对冬凌草胚性愈伤组织及各阶段体胚进行组织细胞学观察,并探讨激素对植株再生的影响。结果表明:在B5+1.0 mg·L-1 2,4-D培养基中,叶片可脱分化形成淡黄色、颗粒状的胚性愈伤组织;在MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+ 0.2 mg·L-1 6-BA培养基中,胚性愈伤组织增殖效果最好,净增殖量最大可达2.81 g;在体胚诱导中,最佳培养基为MS+1.5 mg·L-1 TDZ+0.2 mg·L-1 NAA,诱导率最高为91.33%;在MS+0.5 mg·L-1 6-BA+0.5 mg·L-1 IBA培养基中,表面含体细胞胚的胚性愈伤组织可分化出小植株;在组织细胞学观察中,胚性愈伤组织呈淡黄色或黄白色颗粒状,细胞核大且明显,其内部观察到外起源和内起源2种体胚发生方式,后期可发育为球形胚、心形胚、鱼雷形胚、子叶形胚或成簇状胚结构,内含淀粉粒。该研究成功建立了冬凌草间接体胚发生体系,为优化冬凌草胚性愈伤组织的“质”与“量”奠定基础,也为其分子育种及体胚技术研究提供了理论依据。
该研究以亚组间和组间远缘杂种牡丹的叶柄为外植体,探索一种操作简便、适用于多个品种的分生结节诱导方法,并在部分品种中研究分生结节分化不定芽的条件。结果表明:将11个品种的叶柄薄层接入含有0.5 mg·L-1萘乙酸(NAA)+1.0 mg·L-1氯吡脲(CPPU)+0.5(或0) mg·L-1噻苯隆(TDZ)的SH培养基中,在黑暗条件下培养60~100 d,可以在10个品种中一步诱导出分生结节,诱导率达到52.08%~83.33%;一步法诱导的分生结节是通过愈伤组织间接产生。将分生结节接入含有0.5(或1) mg·L-1 CPPU+0.5 mg·L-1 TDZ的改良WPM培养基中,在光照、每15 d继代一次的条件下,可以诱导3个品种的不定芽分化,分化率为6.67%~33.33%;较低浓度的CPPU和TDZ共同使用对于不定芽分化有促进作用,而单独使用高浓度的CPPU不利于不定芽分化。该研究筛选出了一步法诱导分生结节的通用培养基,并在部分品种中实现了不定芽分化,为建立远缘杂种牡丹植株再生体系提供了重要参考。
为揭示榄李(Lumnitzera racemosa)濒危机制及开展相关保护行动,对广东珠海淇澳担杆岛省级自然保护区引种的榄李进行野外观测,观测榄李开花动态,结合运用杂交指数(OCI)、花粉-胚珠比(P/O)、花粉活力测定和柱头可授性测定、人工授粉等试验对榄李的繁育系统进行研究。结果表明:(1)榄李群体始花期为5月16日左右,盛花期为5月25日—7月1日,末花期为7月5日—8月31日,群体花期时间约106 d;花序花期持续时间为5~18 d,持续平均时间为(10.80±3.58) d;榄李单花花期持续时间为7~13 d,平均时间为(9.1±1.3) d。(2)开花当天花粉活力最高,达58.73%,第2天活力下降,第3天花粉已不具备活力;开花第1天柱头可授性最弱,后逐渐加强,第3天柱头可授性最强,达100.00%,雌雄蕊成熟时间不一致。(3)榄李杂交指数(OCI)为4,繁育系统以异交为主,部分自交亲和,需要传粉者;花粉-胚珠比(P/O)为5 740.50±1 318.20,繁育系统为专性异交;由授粉试验可知,繁育系统为自交和异交同时存在的混合交配系统。综合上述,榄李的繁育系统为以异交为主,部分自交亲和,需要传粉者。
以春剑(Cymbidium goeringii var. longibracteatum)的人工自花授粉获得的不同发育时期的蒴果为研究材料,通过显微镜和超微结构观察,对春剑胚胎发育、种子形成及果实解剖特征进行研究。结果表明:授粉60 d后可观察到大孢子母细胞,80 d后可见成熟胚囊结构,雌配子体发育属蓼型,120 d后发育形成球形胚和胚柄结构,180 d后胚柄退化,胚体处于球形胚阶段,胚胎发育类型为茄型。种子极微小,由内外种皮以及未分化的球形种胚组成,种胚体积占比约24%,储藏营养物质较少,种皮间有空气腔。子房由6个心皮瓣膜组成,3瓣带“V”字形胎座,为可育心皮瓣膜,其余3瓣无胎座,为不育心皮瓣膜,单粒种子平均质量(3.92±0.40) μg,1个蒴果中种子数量约为(37.98±3.71)万粒。
大部分植物的花粉为淡黄色,其他颜色的花粉较为少见。基于唇形科兰香草(Caryopterisincana)存在蓝色花粉的现象,通过显微镜观察了不同发育时期的花药和花粉的颜色,并利用高效液相色谱仪和串联质谱仪分析了成熟花粉的花青素成分,结果如下:成熟花药和花粉呈蓝色,是由于富含花青素成分导致。幼蕾期、开花前期以及盛花期3个时期的花药和花粉颜色变化明显,分别为淡黄色、淡蓝色和蓝紫色。花粉的蓝色主要存在于花粉表面和绒毡层细胞中。对成熟花粉进行质谱分析,结果显示,花粉表面花青素6种类型成分都存在,其中含量最丰富的是能形成蓝色的飞燕草素 3-O-葡萄糖苷和锦葵色素 3,5-O-二葡萄糖苷成分,其次是芍药花色素糖苷、矢车菊素的糖苷和矮牵牛花色素糖苷,而天竺葵色素糖苷含量最低。
堇菜属(Viola)植物种类多、分布广、形态变异大,物种鉴定和分类系统争议较大。因此,为解决该属 物种的分类学问题,以中国云南产的8种堇菜属植物为研究对象,利用显微镜和石蜡切片技术观察叶形态解剖特征,结果如下:(1)叶型可分为4种:肾形、戟形、卵形和三深裂;(2)叶片边缘和叶脉处稀疏分布着单细胞单列毛状体,可分为3类:短柱状、中柱状和长柱状;(3)叶表皮细胞垂周壁式样有平直-弓形、浅波状和深波状,气孔器类型有平列型、横列型和无规则型;气孔多为椭圆形,少数为近圆形;(4)叶中脉处上下表皮突起有均等型和不等型;(5)叶柄横切面轮廓和主维管束形态相关,前者为椭圆形、半圆形和近圆形,后者为浅U型、深U型和圆形。分析结果表明,堇菜属的叶型、表皮毛被、叶表皮细胞形态、气孔类型、叶中脉处的上下表皮形态、叶柄横切面及主维管束轮廓等,在种间差异明显,可以用作属内物种划分和近似种间的区别,支持长萼堇菜(V. inconspicua)、早开堇菜(V. prionantha)和紫花地丁(V. philippica)是一组有近缘关系的独立种。
为探究乌苏里鼠李(Rhamnus ussuriensis)茎叶的解剖结构对环境的适应性机理,采用石蜡切片及扫描电镜技术,对乌苏里鼠李叶片、茎的解剖结构进行研究。结果表明:乌苏里鼠李叶片为典型异面叶,表皮毛和气孔均分布在下表皮,气孔指数为39.04%;栅栏组织由2层薄壁组织细胞组成,结构紧密,海绵组织排列疏松。叶片主脉发达,维管束呈环状排列,木质部导管数量较多,直径较大,维管束周围薄壁组织细胞后含物丰富。在茎的初生结构中,表皮细胞角质层较厚,皮层薄壁组织细胞内含有晶簇,维管束为外韧无限维管束,髓部发达;茎的次生结构中年轮显明,为典型的环孔材,有凹下的皮孔,次生木质部发达,导管以螺纹导管与孔纹导管居多,导管分子多为复管孔;射线以单列射线为主,偶见双列射线。乌苏里鼠李叶片、茎的解剖结构具有明显的抗逆特性,能够较好的适应干旱、寒冷环境。
通过开展山茶属连蕊茶组(Camellia Sect. Theopsis)和毛蕊茶组(Camellia Sect. Eriandria)的花粉形态研究,为2组植物的系统演化、分类鉴定等提供一定的参考依据。以2组植物的20种(变种)材料为研究对象,进行花粉形态的扫描电镜观察。结果显示:(1)20种连蕊茶组和毛蕊茶组植物主要为中等花粉(25~50 μm)和大花粉(50~100 μm),花粉极面观为三裂圆形,赤道面观为长球形,萌发孔类型为3孔沟型。(2)花粉的外壁纹饰主要包括孔穴状、疣状和颗粒状3种纹饰类型,长管连蕊茶(C. elongata)为孔穴状纹饰,蒙自连蕊茶(C. forrestii)和尖萼蒙自连蕊茶(C. forrestii var. acutisepala)为疣状纹饰,其余17种(变种)均为颗粒状纹饰。研究推测2组植物花粉外壁纹饰的演化趋势为孔穴状→颗粒状→疣状。花粉的形态特征支持连蕊茶组和毛蕊茶组植物为单系类群的观点,但作孚连蕊茶(C. tsofuii)和荔波连蕊茶(C. lipoensis)作为变种的分类观点有待进一步研究探讨。
为了探究束花石斛(Dendrobium chrysanthum)的繁育生物学特性,对其开花习性、花粉活力、柱头分泌特性、人工授粉结实率、自然结实种子育性和贮藏特性进行研究,结果表明:(1)束花石斛花芽萌动期为19 d,现蕾期为23 d,群体花期为28 d,单花寿命10~15 d;(2)开花1~3 d花粉活力保持在90%左右,开花至第9天时花粉活力仅为23.7%,初始3 d开花的花粉活力与其他时间取样的活力差异均达极显著水平(P<0.01),花粉活力随开花时间延长呈由强到弱的趋势;(3)束花石斛的柱头腔从开花第2天开始有分泌物,第6 d时分泌物最多,柱头过氧化氢染色结果表明在开花5~6 d时柱头可授性最强,柱头可授性随开花时间延长呈由弱到强再到弱的趋势;(4)选取花朵开放4 d的花粉和柱头人工授粉,同株异花和同花授粉未见结实。野外结实果质量2.02~4.83 g,种子长0.628~0.845 mm,宽0.082~0.110 mm,长宽比为7.798,成胚率达97.35%,种子活力为90.80%,室温条件保存6个月的种子活力维持在73.20%。上述结果说明,束花石斛单花花期不长,开花初期花粉活力最高,柱头发育要滞后于花粉的发育;束花石斛不存在无融和生殖,人工同株自花授粉不育。但自然状况下能正常结实,种子发育良好,胚活力较高,干燥种子在自然条件下有一定的耐贮特性。本研究揭示了束花石斛的开花生物学特性和雌雄蕊异熟特点,其交配系统应为自交不亲和,为其野生种质资源的保育和人工精准授粉提供科学依据。