中华水韭雌配子体及胚胎发育的初步研究

中华水韭（Isoetes sinensis Palmer）属水韭科（Isoetaceae）草本拟蕨类,是长江中下游特有的古老物种,对环境污染敏感,为国家一级重点保护的极度濒危的野生植物。本研究通过人工培养,按不同发育阶段,用常规石蜡切片法连续观察了雌配子体及胚胎发育的全过程。结果显示：大孢子培养15～20 d萌发,雌配子体为球状、属壁内发育型,每个雌配子体着生8～20个颈卵器。成熟的颈卵器发育有多种可能,但只有颈沟细胞和腹沟细胞都退化,卵才有受精的机会。合子首先进行横向分裂,培养约50 d发育成数十个细胞的球形胚胎,约80 d雌配子体的细胞萎缩,第一叶及其叶舌、第一根结构更明显,出现第二叶。文中还初步探讨了中华水韭濒危的生殖生物学机制。     

极危孑遗蕨类中华水韭有性生殖的形态学研究

通过人工培养,采用半薄切片和超薄切片法,对中华水韭(Isoetes sinensis Palmer)有性生殖全过程进行了连续观察。结果显示:(1)雌雄配子体均为壁内发育,雌配子着生有假根,发育出多个颈卵器;雄配子体无假根,每个雄配子可产生4个具有8~12条鞭毛的精细胞。(2)颈卵器只有2个颈沟细胞和1个卵细胞,腹壁细胞由配子体营养细胞转化而来。(3)合子初次分裂面与颈卵器长轴之间的夹角约为20°,2~4细胞胚胎易于停止分裂而老化,自数十个细胞后胚胎即出现明显的组织分化。(4)在球形胚时期第一叶还没分化的时候,在胚胎中出现第一叶的叶舌原始细胞,但直到第一叶顶端变绿具有光合能力时,第一叶的叶舌才开始发育。研究结果支持根叶优先发育的观点,认为雄配子体发生率极低、雌配子体存在较多的败育性结构等,是中华水韭生殖濒危的主要原因。     

裸子植物种子的胚乳由何而来?

答:裸子植物胚珠里的胚囊内有许多个颈卵器生长于配子体组织中,每个颈卵器中有一个大型的卵细胞,没有极核细胞,卵受精后发育成胚(其中有一个发育成熟,其余的败育).胚乳是由雌配子体——成熟的胚囊发育而来的。这种现象有别于被子植物双受精后形成的胚     

云贵水韭雌配子体发育及其濒危机制的研究

为了解云贵水韭(Isoetes yunguiensis)的生殖过程和濒危原因,采用人工培养获得其雌配子体,用半薄切片法观察雌配子体发育过程。结果表明,云贵水韭的大孢子萌发率约为26%;雌配子体异养,终生都在大孢子细胞壁内发育;颈卵器发育只有2枚颈沟细胞而无腹沟细胞。雌配子体发育停止在游离核时期、颈壁细胞数量偏少或排列紊乱、颈沟细胞异常、卵细胞凋亡等可能是导致生殖濒危的原因。同时,游离核是水韭生殖生物学研究和系统学研究的重要环节之一;缺失腹沟细胞可能是水韭类简化性进化的特征之一。     

樟子松大孢子的发生和雌配子体的形成过程

樟子松大孢子母细胞经一系列变化,发育成雌配子体。在哈尔滨地区樟子松大孢子母细胞于每年6月8～14日形成,接着进行减数分裂,于6月16～20日形成大孢子。随着大孢子核的分裂,进入游离核时期,并于次年5月28日～6月4日形成细胞壁,幼雌配子体中出现颈卵器原始细胞,它分裂一次形成颈细胞和中央细胞。6月7～9日中央细胞分裂成卵细胞和腹沟细胞,6月13～15日颈卵器发育成熟。成熟的颈卵器含有颈细胞、腹沟细胞和卵细胞,但颈细胞和腹沟细胞已经退化。     

濒危孑遗蕨类植物云贵水韭的胚胎发育

云贵水韭(Isoetes yunguiensis)是云贵高原特产的孑遗蕨类植物,是研究云贵地区古生态和植物演化的活化石,是国家一级保护物种,生殖过程及其濒危原因尚未查明。本文在实现人工繁殖、获得足量研究材料的条件下,用常规半薄切片法,连续观察了云贵水韭胚胎发育的全过程。其结果表明:(1)合子没有休眠期;(2)合子分裂面与颈卵器长轴呈约30°夹角;(3)首先发育出第一叶原基和第一根原基,且前者早于后者;(4)叶舌原始细胞在叶片发育初期就开始了细胞分裂;(5)颈卵器开口端细胞常出现坏死溃败现象并直接影响胚胎发育;(6)容易出现畸形胚胎;(7)片状结构发育迅速,对第二叶原基和第三叶原基有很好的保护作用;(8)早期维管分化顺序等。探讨了云贵水韭胚胎阶段的生殖生物学规律及其生殖濒危机制,分析了原始维管植物营养器官演化的溯祖形态,为云贵水韭的有效保护积累了技术资料。     

水蕨颈卵器的形成与发育

主要运用电子透射显微镜技术对水蕨(Ceratopteris thalictroides(L.)Brongn)颈卵器形成与发育进行了研究。结果表明:水蕨颈卵器是由原叶体分生组织内颈卵器原始细胞形成的。该原始细胞经2次分裂形成3层细胞,上下两层发育成颈卵器颈部与底部的壁细胞,中层为初生细胞。初生细胞是颈卵器内雌配子发生的第一个细胞,该细胞经2次不等分裂形成1个卵细胞,1个腹沟细胞、1个双核的颈沟细胞。本研究首次阐明了水蕨颈卵器内细胞的发育顺序和特征。     

阔鳞瘤蕨颈卵器形成与卵发生的初步研究

运用光学显微镜与透射电镜对阔鳞瘤蕨（Phymatosorus hainanensis(Noot.) S.G.Lu）颈卵器形成和卵发生进行了研究。阔鳞瘤蕨颈卵器产生于雌配子体生长点下方分枝毛状体内侧。切片观察表明颈卵器起源于配子体表面的原始细胞,该细胞经两次不等分裂形成3个细胞,上下两个细胞分别发育为颈卵器的颈部与底部壁细胞,中间的细胞为初生细胞,含有较丰富的细胞器。初生细胞进行两次不等分裂产生颈沟细胞、腹沟细胞与卵细胞。成熟颈卵器内颈沟细胞和腹沟细胞退化,卵细胞上表面产生受精孔。本研究阐述了阔鳞瘤蕨颈卵器形成和卵发生的细胞学过程,对阐明蕨类植物雌性生殖器官的发育特征有一定的科学意义。     

多羽实蕨胚胎发育的研究

利用人工培养和石蜡切片法研究了多羽实蕨(Bolbitis angustipinna(Hayata)H.Ito)胚胎发育过程。合子第一次分裂面垂直于原叶体纵轴且平行于颈卵器颈部;第二次分裂面平行于原叶体纵轴且垂直于颈卵器颈部;第三次分裂面同时平行于原叶体纵轴和颈卵器颈部。经多次分裂形成球形胚胎,球形胚胎的外上和外下区域几乎同时分别发育出第一叶顶端细胞和第一根顶端细胞,继而分别斜向分裂产生第一叶原基和第一根原基。随后,第一叶原基迅速分裂,最早突破帽状体形成第一幼叶;第一根原基的分裂速度稍慢,晚于第一叶突破帽状体形成第一根。并讨论了胚胎发育的系统学问题。     

颈卵器与植物演化

真核植物普遍存在着有性生殖的繁殖方式。苔藓植物与蕨类植物的雌性生殖器官均以颈卵器的形式出现 ,在裸子植物中 ,也有颈卵器退化的痕迹。因此 ,这 3类植物又合称为颈卵器植物。颈卵器是高等植物的重要雌性繁殖结构。如图 :颈卵器的外形呈烧瓶状 ,分为下部的腹部和上部的颈部 ,腹部膨大 ,内有卵细胞和腹沟细胞各 1 ;颈部狭窄 ,仅单层细胞构成 ,内有一列颈沟细胞。由于卵的成熟 ,促使颈沟细胞与腹沟细胞的破裂。精子游到颈卵器的附近 ,通过破裂的颈沟细胞与腹沟细胞而与卵结合。精子与卵结合后形成合子 ,合子分裂而形成胚 ,胚在颈卵器内发育…     

乌蕨配子体发育及卵发生的显微观察

采用光学显微镜对乌蕨的配子体发育及卵发生的过程进行了研究,以阐明蕨类植物颈卵器发育特征,为揭示蕨类植物有性生殖机制以及鳞始蕨科的演化提供依据。结果表明:(1)乌蕨孢子黄褐色,具单裂缝,表面平滑或呈疣状纹饰;孢子接种12d萌发,萌发类型为书带蕨型,原叶体发育类型为铁线蕨型。(2)半薄切片观察表明,乌蕨颈卵器产生于原叶体生长点下方的表面细胞,即颈卵器原始细胞,该细胞经过两次分裂形成纵向3层细胞,最上层细胞发育为颈卵器的颈部壁细胞,中间层细胞即初生细胞再经过两次不等分裂产生颈沟细胞、腹沟细胞和卵细胞,此三细胞最初紧密贴合,随着颈卵器的发育,卵细胞与腹沟细胞间从两侧向中间产生分离腔,且腹沟细胞与颈沟细胞开始退化;分离腔逐渐向中间扩大,直至出现孔状结构,即受精孔;颈卵器发育后期,在卵细胞上表面形成染色较深的卵膜,颈沟细胞与腹沟细胞退化成絮状物。     

槲蕨配子体形态发育的扫描电镜观察

该研究以水龙骨科(Polypodiaceae)槲蕨(Drynaria roosii Nakaike)为研究对象,在人工培养条件下,采用扫描电镜观察其配子体发育的全过程,以期从三维立体角度揭示槲蕨配子体各发育阶段中的一些精细结构,为进一步补充部分经典形态学理论提供依据。结果显示:(1)槲蕨孢子萌发过程中原叶体母细胞的初生假根存在两条同时生长的现象。(2)槲蕨配子体的假根膨大及分叉现象普遍,且具有2层细胞壁,基部呈圆孔状结构。(3)槲蕨的原叶体腹面及边缘处毛状体非常发达,且乳突状单细胞毛状体和针状单细胞毛状体混生。(4)精子器释放精子时,盖细胞前后呈不同开裂状态。(5)发现精细胞向游动精子转化可能的限制性结构是细胞膜,细胞膜表面附着有碎屑状物质。(6)观察到腹沟细胞的解体过程是从近颈卵器开口处的细胞膜开始逐渐向四周及其后下方扩展。(7)发现了颈壁细胞在排列顺序和数量上都不稳定的畸形颈卵器、体积正常但无法区分雌雄的性器及体积显著增大呈锥形的泡状败育性器。     

Developmental synchronization of male and female gametophytes in Ginkgo biloba and its neck mother cell division prior to fertilization

This study investigated male and female gametophytes in Ginkgo biloba, while a droplet of fluid was present in the fertilization chamber and found that the central cell, the generative cell and the neck mother cell divided simultaneously prior to fertilization. In male gametophytes, the generative cell divided to yield two sperm cells. Concomitantly, the two neck mother cells of the archegonium increased in size then divided asymmetrically resulting in two big cover cells and two small base cells. Each cell had a fixed end in direct contact with an adjacent jacket cell and a free end overlapping its counterpart. This unique arrangement could allow for their free ends to swing into the fertilization chamber as a result of the force from the interior of the archegonium where a polar periclinal division had occurred to produce a canal cell and an egg. The subsequent withdrawal of the content of the archegonium may facilitate the entry of sperm into the archegonium. The neck apparatus closed after the fertilization occurred. The concurrence of the above divisions and the delicate structure of neck apparatus suggest that the gametophytes undergo a synchronization process to become receptive at the time of fertilization. However, the formation of neck cells and the opening time of neck apparatus of the archegonia within the same ovule were slightly different, which could lead to the formation of zygotes at a temporally distinct interval. The earlier formed zygote may progress as the only mature embryo in the ovule.     

GAMETOPHYTE OF LYCOPODIUM DIGITATUM

Gametophytes of Lycopodium digitatum A. Braun are subterranean, mycorrhizal structures. Externally, they are conical and divided into three principal regions: tapering base, ring meristem, and gametangial cap. Internally, the endobiont is restricted to specialized tissues in the base. Gametangia typical of those described for L. complanatum are found along the cap margin near the ring meristem. Comparative analysis of these and other related gametophytes leads to the conclusion that Bruchmann's Type I (L. clavatum) and Type II (L. complanatum) gametophytes cannot be consistently separated on the basis of 1) mycorrhizal tissues, 2) form of gametophyte, and 3) number of neck canal cells in the archegonium, as he had proposed. Consequently, it is suggested on the basis of ring meristem and radial symmetry, mycorrhizal tissue specialization, and lack of sterile paraphyses or lobes that Type I and Type II gametophytes be merged as a single type. The now broadened clavatumcomplanatum type is restricted to subgenus Lycopodium (sensu Wilce) where it is the only known type.     

海金沙配子体发育及卵发生的显微观察

用光镜观察海金沙(Lygodium japonicum)配子体发育和卵发生。海金沙孢子为四面体形,具三裂缝,孢子萌发方式为密穗蕨型(Anemia-type);配子体的发育形态多样,通常丝状体长至3~5个细胞时通过顶细胞纵分裂发育为片状体,进而发育为心形原叶体,在心形原叶体上可产生精子器和颈卵器。但在培养过程中也可产生10个细胞以上的丝状体,这种丝状体发育成的片状体和原叶体形态通常不规则,只产生精子器,不产生颈卵器。原叶体发育是铁线蕨型(Adiantum-type),性器官是薄囊蕨型(Leptosporangiate-type)。切片观察海金沙颈卵器产生于生长点下方表面细胞,经两次分裂形成了顶细胞、初生细胞和基细胞。其中初生细胞再经两次不等分裂产生卵细胞、腹沟细胞和颈沟细胞,此时三个细胞紧密相连,随发育,颈沟细胞和和腹沟细胞退化,卵周围形成了分离腔,光镜观察显示成熟卵细胞上无典型卵膜形成,未观察到受精孔的结构。     

A histological comparison of the development of pollen and female gametophytes in fertile and sterile Cryptomeria japonica

To determine a possible mechanism causing male and female sterility in Cryptomeria japonica male and female cones were collected from a C. japonica, tree, ShinDai2, that lacks pollen release and fertile seeds and specimens were processed to examine the development of pollen and female gametophytes using light microscopy and field emission scanning electron microscopy. Pre-meiotic development proceeded normally, but the formation of aberrant meiotic products was observed in cones of both sexes. In sterile microsporangia, heterogeneous microspore populations ranging from monads to polyads gave rise to mature pollen grains of non-uniform size. These pollen grains were covered with an amorphous layer and adhered to each other. In addition, they remained in the microsporangia and were not released even after the onset of pollen dissemination from fertile trees. In the ovules of sterile female cones, megaspores with abnormal shapes, numbers, and sizes formed, and the development of female gametophytes was arrested at the free nuclear or archegonium formation stages. These gametophytes collapsed, and no fertile embryo was generated. Results indicate that meiotic defects are important in the sterility mechanism.     

水蕨颈卵器的形成与发育

主要运用电子透射显微镜技术对水蕨（Ceratopteris thalictroides（L．）Brongn）颈卵器形成与发育进行了研究。结果表明：水蕨颈卵器是由原叶体分生组织内颈卵器原始细胞形成的。该原始细胞经2次分裂形成3层细胞,上下两层发育成颈卵器颈部与底部的壁细胞,中层为初生细胞。初生细胞是颈卵器内雌配子发生的第一个细胞,该细胞经2次不等分裂形成1个卵细胞,1个腹沟细胞、1个双核的颈沟细胞。本研究首次阐明了水蕨颈卵器内细胞的发育顺序和特征。     

毛叶粉背蕨配子体的泌粉现象及其系统学意义

为探讨蕨类配子体泌粉现象的系统学意义,对5种粉背蕨属(Aleuritopteris)植物的配子体发育过程进行了观察。结果表明,毛叶粉背蕨(A.squamosa)的配子体(通常是雌配子体)也具有泌粉现象,而其他4种的配子体不具粉状分泌物。基于叶绿体rbc L序列的证据表明,毛叶粉背蕨与粉背蕨属其他植物、中国蕨属(Sinopteris)等构成一个具有强烈支持率的单系,即Hemionitids支,该支与美洲分布的隐囊蕨类互为姐妹群。因此,配子体泌粉现象在碎米蕨类中并非隐囊蕨类植物所特有,泌粉现象的产生,在系统发育上至少涉及2次独立的演化事件。毛叶粉背蕨的泌粉现象多发生在雌性配子体上,暗示配子体的泌粉可能与配子体的雌性分化和胚发生发育相关。