桔梗花器官的生长发育

显花植物花器官发育是一个复杂的过程，在此过程中花器官逐渐分化，形成花药、花丝、花柱、子房以及花冠等结构，并逐渐发育成熟。花冠开放、成熟花粉由花粉囊裂口散出，被传送到柱头，萌发产生花粉管，经花柱进入子房，完成受精过程。

1　花器官发育过程中形态变化

桔梗花由花梗、花托、萼片、花冠、雄蕊、雌蕊构成，在发育过程中这几部分的形态发生相应变化，花冠、雄蕊、雌蕊与桔梗生殖密切相关，花冠形态与色泽在招引传粉昆虫方面发挥重要作用。雄蕊和雌蕊分别是雄配子体和雌配子体发育的载体，有性过程即为雌、雄配子结合形成合子的过程。

1.1　花冠形态变化

桔梗现蕾后幼蕾颜色呈绿色，之后幼蕾继续生长发育，其颜色逐渐变浅，花冠逐渐增大，并在5个偶角处凸起，形成明显的角线和棱面，外形呈明显十面棱锥;开花前5d颜色为黄绿，开花前3d出现蓝紫色，之后紫色进一步加深;开花时花冠沿5条上棱线裂开，花冠逐渐成钟形(图2-1-1)。

图2-1-1　桔梗花蕾生长过程中的形态变化

1.2　雄蕊形态变化

在发育过程中，5枚雄蕊由绿色逐渐变为乳白色，紧紧包裹柱头;每枚成熟雄蕊由较大的花药、短而扁平的花丝构成，花丝下部膨大呈盾片状，内侧表面密被蓝色柔毛(图2-1-2)。

图2-1-2　桔梗生长发育过程中雄蕊形态变化

1.3　雌蕊形态变化

子房半下位着生在花托上;在雌蕊发育过程中，花柱的外观形态变化最为明显，幼蕾期花柱色泽呈黄绿色，之后随着花器官的发育，柱头逐渐变为蓝紫色。桔梗花柱呈棒状，上端部有明显的5条裂缝;中蕾期花柱表面形成白色浓密的柔毛，之后柔毛进一步增长，密被柱头表面;开花后花粉已完全成熟，花药开裂，柱头上沾满花粉，但由于柱头密被浓密的柔毛，花粉实际很难真正接触到柱头表面。开花当日至次日，桔梗花粉活力很高，花冠明艳娇媚，昆虫访花频繁，但桔梗柱头柔毛阻隔了花粉落在自花柱头表面;花后2d被毛消失，柱头表面变得光滑，紫色加深，柱头微裂;花后3d，柱头5裂，裂片向下卷曲，裂片内表面才是真正接纳花粉的柱头表面，此时柱头完全发育成熟，但自花花粉已丧失活力，只有那些落在柱头内表面的新鲜异花花粉才可以萌发，完成受精作用。花后4d花冠枯萎，到花后5d柱头干萎。由此计算桔梗真正能完成授粉作用(能够萌发的花粉落在柱头表面)的时间仅有1d，即开花后的第3天(图2-1-3)。

图2-1-3　桔梗柱头形态变化

1.开花当日花药开裂，自花花粉沾满柱头;2.桔梗棒状柱头表面密被柔毛;3.花后柱头表面柔毛减少，柱头顶端5裂，柱头发育成熟

2　桔梗生殖器官的发育

2.1　花药的发育

桔梗花药结构为蝴蝶状，花粉囊的发育时期不一致，外侧的两个花粉囊先成熟，中间的两个花粉囊后发育，根据体积可推测，内侧的药室发育远远滞后于外侧的药室发育。有3个花粉囊壁共用现象。随着花药的发育，药隔由紧缩的结构向横向拉长，内侧的两个花粉囊有了较快的发育，四个花粉囊的大小很相似，只有内侧的两个花粉囊壁分离。随着花药的进一步发育，花粉囊壁完全分离，形成4个独立的药室，并且在药隔上分别形成4个乳突，分别向各个药室进行扩增，其扩增速度与药室的发育速度相一致。乳突状细胞排列紧密，细胞质浓厚。随着花药的进一步发育，各个药室的形状比较相似，乳突细胞也达到药室的中部，此时药隔从中部开始下陷，并在药隔中形成中空结构。紧接着花药远轴面(花药外侧)开始内陷，逐渐与乳突结构相接近。观察还发现，桔梗花药发育具有一定的不均衡性(图2-1-4)。

图2-1-4　桔梗花药发育

1.花药呈蝶形;2.花药药隔乳突凸入药室内;3.花药开裂，花粉散出

2.2　子房的发育

桔梗的子房为中轴式胎座。在桔梗的心皮发育中，心皮的一部分成为子房壁。子房各心皮的边缘向内弯入，并在子房中央部分彼此缝合，这样心皮的一部分成为子房壁，而弯入的部分成为子房内的隔膜，就成为子房5室，每室胚珠多枚。子房壁上分布有多个维管束。多心皮雌蕊的心皮封闭后留下明显的封闭线。封闭线由栅栏组织状组织构成。栅栏组织状组织一直延伸到珠柄，在珠柄基部形成毛刷状结构。合生心皮的隔在心皮的生长过程中与心皮同步生长，心皮始终是合生的。成熟子房的结构基本相同，子房壁为薄壁细胞，除表皮以外其他细胞均无太大区别。在子房外侧壁中均匀地分布有10个维管束，隔中有一个维管束。胚珠生于子房的中轴上。

3　桔梗雄配子体形成与发育

3.1　花粉母细胞减数分裂

桔梗绝大多数小孢子母细胞能够进行减数分裂并形成正常的雄配子体，细胞质分裂为同时型(图2-1-5，19)，这一过程主要经历了以下几个时期。

减数分裂前期Ⅰ:花粉母细胞期(图2-1-5，1)，细胞核逐渐增大，并占据了细胞的绝大部分空间，核内染色质浓缩呈细丝状并相互缠绕成线团，减数分裂进入细线期，此时同源染色体仍未配对。粗线期染色体进一步浓缩变粗，同源染色体均已完成配对，但染色体仍然较长相互交织在一起，配对的同源染色体可以观察到明显的交叉节(图2-1-5，2)。双线期染色体进一步缩短变粗，可观察到9个二价体，其轮廓清晰，交叉开始端化;还可观察到孤立的二价体(图2-1-5，3)。终变期染色体进一步凝缩，二价体交叉已全部端化，二价体有V型、U型和短棒状等形态，随机分散在细胞核内(图2-1-5，4)。

中期Ⅰ:同源染色体正常配对的二价体整齐地排列在赤道板面上，在侧面观细胞中可观察到排在赤道板面上的染色体取向性很明显(图2-1-5，5)，极面观的9个二价体分散在细胞内，清晰可辨很适合染色体计数(图2-1-5，6);在少数细胞中可观察到赤道板外染色体(图2-1-5，8)。

后期Ⅰ:二价体中同源染色体分离，并分别向细胞两极移动，多数细胞中染色体能够均等分离，染色体数目减半(图2-1-5，9～10)。

末期Ⅰ:染色体到达细胞两极并解旋形成两个子核，细胞质不分裂，不形成二分体(图2-1-5，11～12)。

中期Ⅱ:第一次减数分裂结束后细胞经历短暂的间期后即可进入第二次分裂，第二次减数分裂与有丝分裂相似，前期Ⅱ染色质再一次凝缩变短形成染色体，两组染色体分别排列在自己的赤道板面上，两个细胞的赤道板空间取向较为复杂，主要有以下几种:相互平行(图2-1-5，13)、异面垂直(图2-1-5，14)、“八”字形(图2-1-5，15)、近平行(图2-1-5，16);此时期在一些细胞中也可观察到赤道板外染色体(图2-1-5，14～16)。

后期Ⅱ～末期Ⅱ:姊妹染色单体分离并向两极移动(图2-1-5，17)，末期Ⅱ姊妹染色单体分别到达各自的两极，染色体去凝缩成染色较深的致密团，形成4个子核(图2-1-5，18)。桔梗细胞质分裂属同时型，即第一次减数分裂后不进行细胞质分裂，两个子细胞进入第二次分裂，直到核分裂结束后才发生细胞质的分裂(图2-1-5，19)。

3.2　雄配子体发育

四分体期:细胞质分裂后，4个单倍体的小孢子被共同的胼胝质壁包裹，各孢子之间也形成胼胝质并将其彼此分开(图2-1-5，20)。四分体主要以四面体型为主(图2-1-5，20)，也可观察到十字交叉型;在桔梗花粉母细胞减数分裂中四分体构型主要取决于中期Ⅱ两个纺锤体的空间取向，两个纺锤体垂直排列时(图2-1-5，14)，形成四面体型四分体，纺锤体平行排列时形成十字交叉型四分体(图2-1-5，13)。

单核居中期:四分体时期持续时间较短，由于孢子间的胼胝质溶解，使小孢子彼此分离，之后四分体胼胝质壁溶解，释放出圆球形小孢子，此时小孢子细胞壁较薄，细胞内染色较均匀(图2-1-5，21)。随后细胞壁逐渐加厚，细胞质开始变得浓厚，此时小孢子细胞内还没有形成液泡，核居于细胞中央称单核居中期(图2-1-5，22)。

单核靠边期:小孢子从绒毡层细胞吸收养分和水分使其进一步发育，细胞体积增大，细胞质内出现一些小液泡，多个液泡相互融合成大中央液泡，将细胞质挤压到贴近一侧胞壁(图2-1-5，23)。

二核花粉期:细胞核在靠近细胞壁处进行1次有丝分裂形成两个子核(图2-1-5，24)，较小子核靠近花粉壁即为生殖核，较大子核处于细胞近中央，为营养核;桔梗花粉授粉前生殖核不再分裂，成熟花粉为二核花粉。

图2-1-5　桔梗保持系PB花粉母细胞减数分裂及雄配子体发育

1.花粉母细胞;2.粗线期;3.双线期，示孤立的二价体;4.终变期，示同源染色体配对形成9个二价体;5.中期Ⅰ(侧面观);6.中期Ⅰ(极面观);7，8.中期Ⅰ(极面观)，示赤道板面外染色体;9，10.后期Ⅰ，同源染色体分向两极;11.后期Ⅰ，示花粉母细胞同步分裂;12.末期Ⅰ;13.中期Ⅱ(纺锤体平行);14.中期Ⅱ(纺锤体垂直)，示赤道板面外染色体;15.中期Ⅱ(纺锤体近垂直);16.中期Ⅱ(纺锤体八字形)，示赤道板面外染色体;17.后期Ⅱ;18.末期Ⅱ;19.细胞质分裂;20.四分体;21.四分体胼胝质壁溶解，小孢子被释放出来;22.单核居中期;23.单核靠边期;24.二核花粉期

3.3　花粉粒形态

桔梗成熟花粉粒为扁球形，极面观五角形，少数四或六角形;大小(38.5±3)μm×(48±8)μm，具5孔沟，少数4或6孔沟，沟很浅，内孔圆，花粉外壁表面分布有钝而密的呈乳突状小刺(图2-1-6)。

图2-1-6　桔梗花粉形态