[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

被子植物中部分类群的花药开裂方式为孔裂,人们对此类花药的发育与散粉孔的形成及散粉机制了解甚少.杜鹃属(Rhododendron)植物的花药普遍为顶孔开裂,为探究其花药的发育和散粉孔的形成及散粉机制,该研究对锦绣杜鹃(Rhododendron × pulchrum)进行了解剖观察和石蜡切片.结果表明:(1)锦绣杜鹃花药顶端成孔区与花药主体具有不同的组织构成,成孔区由薄壁组织构成,起源于雄蕊原基顶端的分生组织,花粉成熟时薄壁细胞分解成为散粉孔;花药的主体由孢原细胞发育而来,孢原细胞经多次分裂分化成为具多层花药壁的花粉囊.(2)锦绣杜鹃的花药壁在小孢子母细胞至小孢子四分体时期发育完全,有6～7层细胞,包括1层表皮、2～3层药室内壁、1～2层中层和1层绒毡层,中层在小孢子四分体形成后即分解,绒毡层在花粉完全成熟前分解消失,花药壁在花粉成熟时有表皮和2～3层药室内壁.(3)与纵裂型花药不同,锦绣杜鹃的药室内壁在花粉成熟时不发生纤维化,但因积累多糖而增厚,具有韧性和弹性.(4)锦绣杜鹃花粉发育过程中小孢子母细胞产生的4个小孢子不分离,成熟花粉为四合花粉,花粉间具有粘丝.推测锦绣杜鹃具多层药室内壁且加厚可使花粉囊空间缩小,从而将上部花粉"挤出"散粉孔,而花粉间的粘丝使昆虫传粉时可将花粉成团带出,其药室内壁多层且积累多糖是与顶孔开裂相适应的特征.

兜兰属的分类系统学争议较大,亟待更多资料澄清.该文利用体式解剖镜和石蜡切片技术观察了紫纹兜兰的花结构和双雄蕊花药发育特征.结果表明:(1)花形态特征支持将紫纹兜兰放置于兜兰亚属的单花斑叶组,包括萼片具脉纹、花瓣长圆形带黑褐斑,唇瓣具直立的耳状结构,退化雄蕊新月形等.(2)花药原基分化出一对侧生并列的药室,花药室中央分化出一条不完全贯穿的不育隔膜组织,将其分化为两个小孢子囊.在花药成熟时,不育隔膜组织被降解吸收,两个花粉囊通过次生融合形成一枚马鞍形的黏性花粉团.(3)发育完整的花药壁有4层,由外到内分别为表皮、药室内壁、中层和绒毡层,符合单子叶型花药壁.花药壁具绒毡层和内绒毡层,均为2核.在2-细胞花粉时期,中层和绒毡层发生降解,药室内壁发生纤维状加厚.(4)小孢子母细胞经同时型胞质分裂形成不同排列方式的小孢子四分体,包括正四面体、左右对称和十字交叉型,并且同一药室的小孢子母细胞减数分裂不同步现象明显.(5)在雄配子体发育阶段,小孢子或保持在四分体内或从四分体中游离出来,经有丝分裂发育为2-细胞型花粉,形成具有黏性的四合花粉或花粉粒.基于现有资料,该文比较分析了紫纹兜兰不完全贯穿的不育隔膜组织、单子叶型花药壁、具2核的绒毡层和内绒毡层、同时型胞质分裂和黏性花药等特征的分类学意义,为理解兜兰属及杓兰亚科的分类学和保护生物学提供新资料.

关于珍稀濒危植物火焰兰属的研究资料较少.该文以云南火焰兰为研究对象,通过显微镜和石蜡切片技术观察了云南火焰兰的花形态和花药发育胚胎学特征,并结合现有资料探讨了其分类学意义.结果表明:(1)具有分类学意义的花形态特征为唇瓣三裂且花距不明显,合蕊柱圆柱形,花药帽紫色具黄条纹,花粉团一对且由粘盘及粘盘柄连接.(2)花药原基分化出一对侧生花药室,每个花药室的小孢子囊中央分化出一条偏离中轴的不育隔膜组织,发育为一对不等大的次生小孢子囊;花药成熟时,因不育隔膜组织降解而形成2个深裂花粉团.(3)发育完整的花药壁有5～6层,为"多层型"花药壁,包括表皮、2～3层药室内壁、中层和绒毡层;绒毡层细胞为单核、腺质型.花药成熟时,药室内壁发生纤维状加厚,花药室在远轴端开裂散粉.(4)小孢子母细胞经同时型胞质分裂,形成正四面体和左右对称排列的小孢子四分体,小孢子保持在四分体内,经有丝分裂发育为2-细胞型的四合花粉,排列紧密,形成坚固的花粉团;在花药发育过程中未观察到花粉败育现象.该研究结果为火焰兰属的分类学和保护生物学提供了新资料.

兰科是被子植物中多样性最丰富的家族,其雄蕊形态和功能分化在亚科间变化明显,是该物种多样性形成及适应性传粉生物学的研究重点.基于现有研究资料,该文初步归纳了兰科雄蕊发育多样性的主要研究内容及现状,为野生兰花资源的保护与利用提供科学依据.结果表明:(1)可育雄蕊数目的减少和花粉愈合程度的增加在兰科分子系统树上呈明显的平行演化趋势.(2)兰科雄蕊数目的减少和功能分化与早期花器官发生中存在大量的滞后和缺失、次生融合与分裂现象等密切相关.(3)花药开裂时的 4 类散粉单元的花粉超微形态特征在亚科、族、亚族、属和种间差异明显.(4)兰科花药散粉单元可以为单花粉粒,也可以通过花药发育过程中源自绒毡层的三类黏性物质而聚合成不同的散粉单元,包括花粉鞘、弹性黏素和其他黏性物质.(5)花药发育揭示了兰亚科的花粉小块结构主要有三类(红门兰型、树兰型和过渡型),树兰亚科的不同数目(2、4、8)和形态(全缘、浅裂、深裂、孔裂)的花粉团是由于花药原基分化出的不育隔膜组织的数目、朝向和位置而形成的.(6)兰科花药发育中,花药室数目、花药壁发育类型、绒毡层细胞核数目、不育隔膜组织分化、胞质分裂类型、小孢子四分体排列形式、花粉细胞核数目等在亚科和属间差异明显.然而,由于种类繁多,现有研究资料难以为理解兰科雄蕊发育提供清晰的线索,包括雄蕊的发育模式、散粉单元的形成机制、花药发育的胚胎学特征等.因此,有必要重视兰科雄蕊发育研究,包括扩大取样范围和利用多学科技术方法和修订兰科花形态常用术语等.

用石蜡切片法对不同发育时期的大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)花朵进行解剖研究,探讨其大小孢子的发生及雌雄配子体的发育过程,结果发现:大花紫薇花药4室,花药壁由表皮、药室内壁、中层和腺质绒毡层构成,发育类型为双子叶型;小孢子四分体多为四面体型,偶见十字交叉型,胞质分裂为同时型;成熟花粉粒属于2-细胞型,具3孑孔沟,偶见败育现象;大花紫薇雌蕊具6～7心皮,子房6～7室,每室具多枚倒生胚珠,双珠被,厚珠心,大孢子4分体呈直线排列,近合点端大孢子发育为蓼型胚囊,成熟胚囊为7细胞8核.花粉及胚囊发育多数正常,大花紫薇可以作为优良的杂交母本;同时可以根据开花物候不同阶段花的形态特征,初步判断大花紫薇大、小孢子发生和雌、雄配子体的发育进程.

新小竹(Neomicrocalamus prainii)是一种小型攀援竹类,笋秆两用型竹种.该研究通过形态观察和石蜡切片的方法对新小竹花器官形态及解剖结构特征进行观察与描述,为研究竹类植物的生殖生物学提供新的理论信息.结果 显示:(1)新小竹的花序为无限花序,没有小穗柄,成熟小穗平均长度为2.98 cm;每个小穗约有4～6朵小花,其中3～5朵为可育小花,顶端均有1朵不育小花;小穗基部有2～4个苞片;小穗轴每节长约0.52 cm.(2)新小竹的可育小花包括1片内稃、1片外稃、3枚浆片(浆片2大1小,边缘光滑)、6枚雄蕊和1枚雌蕊;雄蕊呈梭型,雌蕊羽毛状柱头三裂.(3)新小竹成熟花粉粒多为二核,具1个萌发孔;花药具有4个药室,花药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层4层结构组成,绒毡层为腺质型;花药发育过程还存在多种异常情况.(4)新小竹子房一室,侧膜胎座,倒生胚珠,双珠被;大孢子母细胞由1个孢原细胞直接发育而成,合点端1个大孢子分化成为功能大孢子,由功能大孢子经过有丝分裂形成多核胚囊,直至发育成熟.研究表明,新小竹雄配子体存在发育异常现象,但大部分发育正常,其结实率低不仅与内在因素有关,外部环境也可能是导致其结实率低的重要因素.

万代兰属的属间界限划定及其亲缘关系重建是兰科分类系统中的难解之谜.该研究采用常规石蜡切片技术观察了珍稀濒危植物大花万代兰的一对深裂花粉团的形成机制、花药壁发育模式、小孢子发生及雄配子体发育等的胚胎学特征.结果 表明:(1)大花万代兰早期的花药原基分化出一对侧生药室,每个药室的小孢子囊中央分化出一条在花药成熟时会降解的不育隔膜组织,形成两个不等深裂的花粉团.(2)发育完整的花药壁有5～9层,包括2～6层药室内壁,符合多层型花药壁发育类型;绒毡层细胞为单核,腺质型,在花药成熟时,表皮、中层和绒毡层皆降解,仅留下2～6层纤维性加厚的药室内壁.(3)小孢子母细胞经过连续型胞质分裂形成正四面体和左右对称的小孢子四分体,小孢子四分体继续保持在同一个胼胝质内,完成有丝分裂形成了2-细胞型的四合花粉;四合花粉两两紧密排列,且由于隔膜组织的降解,最终发育为一对深裂的花粉团.根据现有兰花花药发育资料,分析了大花万代兰花粉团发育的胚胎学特征的分类学意义,为万代兰属错综复杂的系统分类提供了新资料.

铁线莲属植物在花部形态和结构方面存在较大差异,遗传背景相对复杂.因此,在杂交育种前对其进行胚胎学研究具有重要意义.利用石蜡切片技术对大叶铁线莲(Clematis heracleifolia)大小孢子发生及雌雄配子体发育过程进行研究,结果显示,大叶铁线莲具雄株和两性花植株.雄花中,雄配子体发育偶见败育现象;而两性花中多数花粉发育异常,形成功能性雌花.正常发育的两性花中,雄蕊较雌蕊先发育完全.花药4室,具腺质绒毡层,偶见变形绒毡层.胞质分裂为同时型,以四面体型四分体为主,偶见左右对称型.成熟花药中,花药壁由纤维状加厚的表皮及药室内壁构成,花粉粒为2-细胞型,近球状,散沟型.子房1室,内含少量退化胚珠及1个发育正常的胚珠,倒生,单珠被,薄珠心,蓼型胚囊,具线形大孢子四分体及双核反足细胞.大叶铁线莲可能处于相对进化的过渡地位.在杂交育种中,建议以雄花植株作为父本,两性花植株仅用作母本;在两性花花芽大小为0.5-0.8 cm时进行去雄处理.

棉花竹(Fargesia fungosa)是箭竹属重要经济竹种,有关其花器官的形态与解剖结构研究至今尚无报道.本文通过对棉花竹花器官的形态与解剖结构进行观察和分析,结果显示棉花竹花序为“混合花序”,小穗基部具潜伏芽,由单个叶片形成的“佛焰苞”包裹多枚小穗.小穗单次发生,均长3.05±0.390 cm,每枚小穗具有3～7朵小花,小花均长1.85 ±0.167 cm,颖片2枚.每朵小花皆具有内、外稃各1片,3枚浆片,雄蕊3枚,雌蕊1枚组成.未成熟花药具有4药室,花药壁由外到内依次为表皮、药室内壁、中层和绒毡层.花药成熟后纵裂散粉.成熟花粉粒为2或3细胞型,且具有1个萌发孔.子房1室,上位,侧膜胎座,倒生胚珠,雌蕊具2分叉羽毛状柱头.花药发育异常,导致出现大量败育现象.