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德保苏铁(Cycas debaoensis Y.C.Zhong et C.J.Chen)、海南苏铁(Cycas hainanensis C.J.Chen)、叉叶苏铁(Cycas bifida(Dyer).K.D.Hill)及石山苏铁(Cycas sexseminifera F.N.Wei)均系苏铁科(Cycadaceae)苏铁属(Cycas)植物,在我国境内都有自然分布。目前关于这四种苏铁的生殖生物学研究匮乏,对于其小孢子发生发育的研究仍属空白;另一方面由于苏铁属内的分类较为混乱,而小孢子发生时母细胞的胞质分裂类型在植物分类学中常被作为一项重要的胚胎学证据,因此本文就以此为切入点,研究了上述四种苏铁属植物的小孢子发生尤其是减数分裂过程中母细胞的胞质分裂类型,以增加苏铁属的生殖生物学资料,并为苏铁属下的分类提供进一步的胚胎学证据。
本文利用石蜡切片法、半薄切片法、组织化学方法,结合DAPI及苯胺蓝荧光染色技术,较为详细地研究了四种苏铁的小孢子发生过程。四种苏铁的小孢子发生过程及其特点十分相似,仅在发育时间以及四分体的排列等方面有所不同,主要表现在以下几个方面:(1)叉叶苏铁、海南苏铁以及石山苏铁的小孢子叶球在2月末至3月初开始萌动,比德保苏铁要早约3—5天时间。另外,前三种苏铁的小孢子母细胞进入减数分裂的时间要比后者早2—3天;(2)四种苏铁小孢子叶球的外部形态特征相似,仅在发育过程中的颜色变化有所不同;(3)小孢子囊着生在小孢子叶的远轴面,一般4—5个以辐射方式聚生为一个囊群;小孢子囊均为厚囊性发育,囊壁由6—7层细胞构成,包括表皮、中层和绒毡层,绒毡层起源于成熟造孢组织的外围细胞,其退化方式为分泌型;(4)四种苏铁小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂方式均为同时型;(5)减数分裂Ⅱ结束后,四分体的排列有多种情况,但左右对称形和四面体形为最主要的排列方式,交叉十字形也是四种苏铁的四分体共有的排列方式,叉叶苏铁和石山苏铁还具有T形排列,石山苏铁中偶尔出现直列式排列;(6)在小孢子发生过程中,母细胞内淀粉粒的积累及其壁上胼胝质的沉积均呈现规律性变化。
四种苏铁属植物小孢子发生过程中最显著的特征是母细胞的胞质分裂方式均为同时型,这说明叉叶类苏铁和单羽类苏铁的小孢子发生类型也相同。这种特异性的小孢子发生类型与已报道的苏铁属其它种类是不一致的,在苏铁植物的系统分类方面具有重要意义。
另外,本文通过德保苏铁石蜡切片和半薄切片的荧光染色比较实验,证明了切片的厚度对苏铁属胞质分裂类型的判断有重要影响,并总结出苏铁属植物胞质分裂类型判断过程中应该注意的几个关键性影响因素:(1)小孢子囊的统计数目;(2)切片的厚度;(3)切片时的位置。据此对前人研究方法的可靠性进行了分析和评价,结合本研究结果,初步断定整个苏铁属的小孢子发生类型均为同时型,胞质分裂方式可能适合用于更大植物类群的分类。