百合花藥和花粉粒的發育

百合花藥和花粉粒的發育

雄蕊是花中重要的組成部分之一。在雄蕊的花藥中產生花粉母細胞。由花粉母細胞通過減數分裂形成小孢子。小孢子的染色體數目為花粉母細胞染色體數目的一半，為單倍體。這是一次無性生殖過程。然后，由小孢子進一步發育，形成成熟花粉粒，即雄配子體。

本實驗以百合為材料，取不同發育時期的百合花藥永久制片進行觀察，了解花粉粒的發育過程與花藥的基本結構。百合花粉粒為二細胞型，成熟花粉粒中僅包含有一營養細胞和一生殖細胞。

（一）百合花的結構

首先觀察一百合花的模型或實物標本，對百合花的全貌和基本結構特征有一了解。百合為單子葉植物，是典型三數花。花被兩輪，每輪三枚；雄蕊六枚，分兩輪著生；雌蕊由三心皮合生而成，子房三室，中軸胎座，每一子房室中著生兩列胚珠。觀察實物或模型時，主要了解百合雄蕊和雌蕊的形態結構特征。

（二）不同發育時期百合花藥制片觀察

百合不同發育時期花藥永久制片一般可包括造孢組織時期、花粉母細胞減數分裂前期I前后、二分體和四分體、單核花粉粒和成熟花粉粒等幾個時期。制作方法是剝取處于減數分裂前后不同大小的百合花蕾和開花前后的花藥進行固定（當花藥過于幼小時，可將雄蕊連同雌蕊一起固定）。

然后制成花藥橫切面永久制片。一張制片上，可包括同一發育時期的若干花藥橫切面，也可包括有不同發育時期的花藥橫切面若干個。所以，觀察永久制片時，應先在低倍物鏡下將制片全貌作一了解，分辨其發育時期及花藥各結構部位。然后，在同一發育時期的花藥切面中選取一較好的切面部位，轉換高倍物鏡做進一步觀察。

1．造孢組織時期取造孢組織時期百合花藥永久制片，在低倍物鏡下觀察整個花藥的結構。注意由于這一時期花藥幼小，一般不單獨剝取制片，而是取雌、雄蕊作為一整體進行包埋、制片。所以，永久制片為幼嫩花藥和子房在一起的橫切面。百合為三數花，有六枚離生的雄蕊和一個由三心皮合生而成的三室子房。

永久制片中，周圍六個蝴蝶形的結構為花藥橫切面，中間一個三角形的結構為子房橫切面（在一些永久制片中，有時周圍僅五個花藥）。

觀察百合花藥的橫切面，可以看到每一花藥由四室組成，每室即為一花粉囊（或稱藥室）。花粉囊之間有藥隔相連。在藥隔中間可看到有一維管束穿過，藥隔的其它部分為薄壁組織。有時，在永久制片中還可看到在藥隔之下的空間中，有一花絲橫切面，花絲中也有一維管束穿過。要注意將花絲和藥隔區別開。

在高倍物鏡下對其中一個切面完整、層次清晰的花粉囊進行仔細觀察。在造孢組織時期，花藥壁的各層分化不明顯，整個花藥最外面為一層表皮細胞，其內每一藥室由3—4層分化不大的壁細胞包圍，藥室中央為一群造孢細胞。

造孢組織的細胞呈多邊形，細胞質濃厚，細胞核較大，極易與壁細胞區別。百合的造孢組織是由孢原細胞分裂所產生的初生造孢細胞，經過幾次有絲分裂后形成。然后由造孢組織轉化為花粉母細胞進入減數分裂。

2．花粉母細胞時期這時的花藥壁層已有明顯分化。最外層為表皮，表皮下有一層較大的細胞為藥室內壁（又稱纖維層）。在藥室內壁以內有2—4層中層細胞，從花藥橫切面看，中層細胞呈扁平狀。

花藥壁的最內層為絨氈層，此層細胞較大，具濃厚細胞質，并徑向伸長，故易與其它層細胞區別。花粉囊中央為花粉母細胞，細胞近圓形，具有相對較大的細胞核和濃厚的細胞質。一些永久制片中，花粉母細胞已進入減數分裂前期Ⅰ，可看到染色體成細線狀，并見明顯的核仁。

3．二分體和四分體時期為花粉母細胞正在進行減數分裂過程中的制片。當花粉母細胞完成減數分裂的第一次分裂形成二個細胞時，稱為二分體時期；當完成減數分裂全過程，形成四個小孢子，包圍在共同的胼胝質壁中時，稱為四分體時期。

百合的四分體四個子細胞作四面體排列、也可有一部分作左右對稱排列。在永久制片上可看到花粉囊中有二個子細胞、或者三、四個子細胞緊靠在一起，外圍包有胼胝質壁。

注意觀察這時花藥壁層的變化情況。在二分體和四分體時期，百合花藥壁的藥室內壁和中層基本保持原狀，絨氈層細胞則經歷了細胞核的分裂，但并不伴隨有細胞壁的形成，因而可看到絨氈層細胞具有雙核的現象。

4．單核花粉粒時期 在單核花粉粒時期，百合花藥壁層中的絨氈層細胞開始退化，細胞壁解體，原生質體聯合在一起形成一圈。此后，這一圈具多核的原生質團在原處逐漸退化，這種退化形式的絨氈層，特稱為腺質絨氈層。

此時的藥室腔中，每一四分體中的四個小孢子已從共同的胼胝質壁中釋放。釋放后的小孢子繼續發育長大，并形成了內、外壁和萌發孔。隨著小孢子長大，其內部細胞質液泡化程度加強，形成了大液泡而將原先位于中央的細胞核推向一邊，小孢子發育成熟，即將進入雄配子體發育階段。成熟小孢子也可稱單核花粉粒。

5．成熟花粉粒時期注意觀察這一時期百合花藥壁層的變化情況。百合花藥壁層在花粉粒成熟時，絨氈層一般已退化，而中層尚處在退化過程之中。所以，在永久制片中可看到一些花藥內壁的里面仍有二、三層或一層扁平的中層細胞，另一些花藥中，則中層接近完全解體。

壁層最里面的絨氈層此時完全消失，或者有時可見到少許絨氈層解體后的殘留物。藥室內壁在這時可明顯看到在細胞壁上有帶狀不均勻加厚。同時，藥隔兩側的一對花粉囊之間的間隔解體，二室相互聯通。

此外，在花藥開裂處可看到一些與表皮細胞不同、具有較濃厚細胞質的細胞，這是一些由表皮細胞發育而成的薄壁細胞，稱為唇細胞。成熟花藥最后由于纖維層（藥室內壁）的不均勻收縮而在唇細胞處作縱向開裂，花粉由此處散出。

百合的成熟花粉粒為二細胞型，它是由單核花粉粒經過一次有絲分裂形成兩個細胞。其中一個大的為營養細胞，另一個呈紡錘形的為生殖細胞，一般緊靠花粉粒壁。生殖細胞有自身的細胞質，但無細胞壁，而是以質膜為界沉沒于營養細胞的細胞質之中。

在永久制片中所看到的紡錘形生殖細胞的輪廓，即為其質膜界線。成熟的百合花粉粒營養細胞的細胞質中含有大量貯藏物質。花粉粒外壁上有網狀雕紋，并有一萌發溝。選擇一切得較完整的成熟花粉粒轉到高倍物鏡下觀察，辨認其生殖細胞（一般呈梭形，貼于花粉粒壁一側）和營養細胞。

（三）百合花粉粒整體封片觀察

最后，取百合花粉粒的整體封片作一補充觀察。可看到百合花粉粒呈黃色，長橢圓形。并觀察花粉粒外壁的雕紋和萌發溝。