功能性雄蕊的开裂组织开裂释放花粉,但在绒毡

被子植物中花的性别分化是避免自交衰退、促进异交和保持遗传多样性的重要途径,对其形成机制的研究有助于理解被子植物进化的机制。单性花的进化起源和形态均具有丰富的多样性,表明不同的性别分化模式由不同的发育机制如孢子体组织(sporophytic)和/或配子体(gametophytic tissue)组织所控制。然而,导致单性花形成的相关发育机制的研究一直较少。

中科院华南植物园植物科学中心博士生阳桂芳在导师徐凤霞研究员指导下,通过对雌雄同株的金钩花花发育及其雄蕊和不育雄蕊的形态与结构的对比研究发现,金钩花为结构上的雄花两性花同株,功能上的雄花雌花同株。相关研究近日发表在《国际植物科学》。

隶属于番荔枝科(Annonaceae)的金钩花(Pseuduvaria trimera),野外发现同一植株上存在两性花和雄花。由于两性花的花药在整个花期都不开裂,其在形态上虽表现为两性花,功能上实则为雌性花,然而导致其花药不开裂的机制并不清楚。

被子植物具有两性花或单性花等多样性的生殖系统,其中单性花的形成是避免自交衰退、促进异交、保持遗传多样性的重要途径,其形成机制有助于进一步明确被子植物进化的机制。番荔枝科是木兰目较原始的类群,花性别在属间具有高度的多样性,处于被子植物花演化途径中十分关键的位置。

中国科学院华南植物园植物科学中心博士阳桂芳在导师徐凤霞指导下,通过对金钩花的雄花和功能性雌花的花药和花粉发育进行对比研究发现,两种类型的花药表皮、药室内隔、中层及花粉的发育过程均一致,但在绒毡层和开裂组织的发育过程表现出不同。雌花花药的绒毡层细胞为三核,细胞核延后至单核小孢子早期开始降解,细胞质却高度液泡化,花粉成熟时绒毡层细胞仍宿存;开裂组织细胞始终保持完整结构。金钩花发育过程中出现两性花阶段(具有和功能性雄蕊形态结构类似的不育雄蕊),在减数分裂之后,孢子体组织异常导致花药不能正常开裂,从而形成功能性雌花。性器官败育的时期及所涉及的组织是揭示单性花形成机理的重要方面。

美高梅集团官网,研究人员研究发现,就形态发生和发育过程而言,雄花属于Ⅱ型单性花发育模式,雌花属于Ⅰ型单性花发育模式,说明金钩花为结构上的雄花两性花同株,功能上的雄花雌花同株。

该研究得到国家自然科学基金和中科院A类战略性先导科技专项(XDA13020500)的资助。相关研究成果已发表在国际学术期刊Botany (DOI: 10.1139/cjb-2017-0203) 上。

雄蕊的开裂组织由隔膜细胞和裂口细胞组成,功能性雄蕊的开裂组织开裂释放花粉,而退化雄蕊的开裂组织不开裂,其花粉不能释放,从而导致不育。金钩花这种花药不开裂或延迟开裂形成不育雄蕊的机制可能是为了促进异株异花授粉。

论文链接

(原载于《中国科学报》 2017-01-12 第4版 综合)

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图1. 金钩花雄花花药开裂组织的发育过程

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图2. 金钩花雌花花药开裂区域的发育过程

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