二月兰个体发育早期特性研究

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1.1  材料 二月兰于2018年夏季采自哈尔滨市城郊,采集的种子在自然干燥后放置于室温条件下存放。

1.2 方法 二月兰种子的消毒处理参考孙学武的方法进行[10],用75%的酒精浸泡30s,再用蒸馏水冲洗种子,之后播于培养皿(Ф=90mm)中,在25℃温箱中萌发。每天清水冲洗1次并补充一定量的蒸馏水。及时固定不同发育阶段的种子,用FAA固定液固定并保存。并将部分萌发的种子播于沙土中,观察记录其种苗生长情况。固定的材料采用常规石蜡切片方法,苏木精整染色,切片厚度一般8~10μm。种子表面纹饰和种苗的材料通过HITACHI S-4800型扫描电子显微镜进行观察、拍照。其它装片材料通过镜检,最后在LEICA-DM 4000 B LED显微镜下进行观察照相。

2 结果与分析

2.1 果实和种子形态特征 二月兰的子房两心皮,二室,内有假隔膜。果实为长角果,长条形,具4条棱。种子圆柱形,通常扁平状,长约2.5mm,直径约为1.2mm,棕色至黑褐色;种子表面有凸起的纵条纹状纹饰(图1A,图2A),无胚乳。单果种子数量为5~12粒。

2.2 种子至种苗的发育 二月兰的种子离开母体时胚的分化已经完全,为成熟胚时期,胚的各部分明显可见,子叶呈折叠状态即子叶纵折(图1B)。成熟胚可见胚芽初步分化,2片子叶之间的胚芽处于凸形,胚根已经可见初步的分化,子叶上未见气孔(图2H)。种子吸水3d左右可见种皮微微开裂,胚体内营养物质水解成可吸收的液态,胚的体积逐渐增大,胚根锥形,已初步分化(图2A-B,图3A)。随着种子的进一步发育,下胚轴继续生长,使根端突破种皮(图2A-B)。胚根伸出种皮后可见在下胚轴与胚根交界出现环状突起处即根环(图2C,图3B-C)。种子吸水4~5d时,胚轴发育速度较快,在根环处出现一圈密集的根环毛(图2D,图3D),根环毛为根环处的表皮细胞向外突出所形成(图2D,图3D)。发育初期根环毛的延长生长快于胚根(图2E-F),根环处未被种皮遮盖的位置其根环毛多而密集(图2D)。

种子萌发7d左右,可见其子叶从种皮内完全伸出,变绿,这时未见胚芽发育。之后可见胚轴逐渐伸长、增粗,胚根进一步发育,并在距离根环毛一段距离处形成形态正常的根毛,此时根环毛未见退化,明显长于根毛,根毛相对根环毛分布较为稀疏(图2G)。子叶状态的种苗停滞时间较长,约7d左右可见真叶出现,这期间的主根和侧根陆续发育(图3、图4),并生长至一定长度,根端发育明显快于苗端。

3 讨论与结论

个体发育研究是有机体与所处环境相互作用过程的系统研究[11],而胚胎发育后期到种子萌发初期是被子植物个体发育研究的薄弱环节。这一发育过程中涉及器官的早期分化,相应的发育性状也是探讨其系统演化的重要依据。二月兰种子萌发初期,在下胚轴和胚根之间的多层细胞首先向外形成环状凸起—根环,随后根环处的表皮细胞向外延伸成管状的毛—根环毛,根环毛较为密集,呈毛丛状。随着根端的进一步发育,根环毛继续发育,后期在其下方出现正常形态的根毛,此时根环毛明显长于根毛。根环毛的形态与根毛类似,应该具有吸收功能;其发育速度较快并长于根毛,还应该有固着功能,使种苗尽快由平卧变为直立。二月兰种子刚萌发时出现的这些发育性状与一些学者的所报道的水生植物发育特点相类似[12-17],說明二月兰在其演化的过程中曾经历过水生环境,进而出现了适应水环境的特征,登陆后这些特征得以遗传保留。模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana Heynh.)种子萌发的初期也具有根环和根环毛性状,并受多个相关基因调控[18-19]。可见,十字花科植物的早期演化还需进一步研究,并以此来探讨其水生和陆生之间的演化关系。

二月兰种子吸水后3d后即可见胚根突破种皮,胚根伸出种皮后1d即可见根环和其上的根环毛发育。根环毛发育的同时,胚根明显伸长,随后临近根环毛下方则发育出正常的根毛,此时子叶脱离种皮并逐渐变绿。二月兰的种子胚发育程度较高,子叶和胚轴内储存较多的营养物质,这样可以保证在适宜条件下较快萌发,并更快、更便捷地向胚根输送养分。

二月兰种苗子叶展开后至少7d才见真叶发育,而这期间胚根已经发育,并生出侧根。显然这是根端先发育,苗端后发育。也似乎说明,二月兰早期发育出现水生性状,后期发育出现陆生性状。而结合其现在所处的生境,从生态演化的观点来看,二月兰应该是次生陆生植物,即祖先始于水生,后来成功登陆。可见,种子萌发至种苗形成这一早期发育阶段,蕴藏着复杂多样的器官发育顺序上的全新的信息,有待进一步的研究,相应的结构既可充实结构植物学,也可为类群间的系统演化提供参考依据。

参考文献

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(责编:张宏民)

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