小麦花药和花粉粒的发育实验

本实验以小麦为材料，取不同发育时期的花药永久制片进行小麦花药和花粉发育过程的观察。并取发育适期的麦穗进行小麦花粉母细胞减数分裂过程和由小孢子发育为成熟花粉粒过程的涂片观察。

华北地区冬小麦大约在四月下旬至五月初期叶抽出叶鞘2—5厘米时，花药中花粉母细胞进行减数分裂。此时小麦穗不同部位的小花中花药长度约为1—2毫米。取此时的麦穗不同部位小穗固定切片，可获得减数分裂不同阶段及小孢子时期的小麦花药制片。固定的麦穗并可用来作为观察减数分裂过程的涂片材料。五月十日前后小麦开始扬花，麦穗不同部位小花中的花药长度在2-3毫米左右，固定后可制取自单核花粉粒至成熟花粉粒的制片。及供涂片观察用。

小麦每朵小花中有三枚雄蕊。每个花药由四个花粉囊构成。小麦花药壁层也包括有四层不同的细胞，最外层为表皮，向内依次为药室内壁、中层和绒毡层，而中层仅为一层细胞。小麦花粉粒为三细胞型，即成熟花粉粒中包含有一个大的营养细胞和二枚精子。观察时，可与百合花药和花粉粒发育情况进行比较，了解其共同点与区别。

（一）不同发育时期小麦花药制片观察

1．花粉母细胞时期,此时期的永久制片一般为小穗的横切面。先在低倍物镜下观察制片全貌。小穗横切面可包括1—3朵小花。区别颖片、外稃、内稃、花药及子房或柱头等部位。选取其中发育适期的花药横切面进行仔细观察。小麦花药包括有四个花粉囊，中间有药隔相联，一维管束穿过药隔中央。花粉母细胞时期的小麦花药壁层已有明显分化，共有四层细胞，自外向内依次为表皮、药室内壁（纤维层）、中层和绒毡层。表皮细胞排列紧密，相对较小，稍扁平。药室内壁细胞较大。中层细胞在横切面上呈扁平状，仅一层，易与其它各层区别。花药壁层最里面的绒毡层细胞体积明显较大，细胞质浓厚，有时一个细胞中具有两个细胞核，所以容易辨认。药室腔中排列有一圈花粉母细胞，具有明显较大的细胞核，有时一些花药中的花粉母细胞已进入减数分裂前期Ⅰ，其细胞核中可看到有凝聚的染色丝形成。一般一个药室腔横切面中可看到3一5个或更多个花粉母细胞。

2．二分体和四分体时期,小麦小孢子形成过程中也有明显的二分体和四分体时期，即在减数分裂的第一次分裂后，产生分隔的新壁，将母细胞先分为两个子细胞，称二分体，随后进行第二次分裂，最后形成四个子细胞。这种小孢子形成的方式称为连续型（另一种小孢子形成方式为同时型，是在减数分裂的第一次分裂后，不形成新壁，所以没有形成二分体，而接着进行第二次分裂，产生四个细胞核，然后一次产生新壁，将母细胞分隔成四个子细胞，如蚕豆小孢子发生就属于同时型）。小麦四分体作四面体排列。一般同一药室中花粉母细胞的减数分裂过程基本上是同步的，但也可有一定程度的差别。所以，在同一药室中，有时可同时看到二分体、第二次分裂各时期及四分体等不同发育时期。

在小孢子发生的同时，小麦花药壁的各层细胞相应也发生变化。中层细胞由于药室内壁和绒毡层的发育长大而受到挤压，并液泡化。在永久制片上可看到中层成为染色较深的一窄条，并不规则地间隔地出现一些空白大液泡区，夹在内壁和绒毡层之间。药室内壁细胞仍保持完整。绒毡层细胞体积增大，具有明显的双核，这是由于绒毡层细胞进行了细胞核分裂而未伴随有新壁的形成所致，其细胞质浓厚，染色较深，细胞近方形。

3．单核花粉粒时期（图43-1，C）小麦单核花粉粒的发育情况与百合花粉粒相似。小孢子自四分体胼胝质壁中释放后，体积增大，并进一步形成花粉内、外壁和一个萌发孔。同时，细胞质液泡化程度增强，逐渐形成一中央大液泡而将细胞核推向一侧，达到花粉粒单核靠边期。此时期的花药壁层与四分体时期有所不同，主要是绒毡层细胞开始转向退化。小麦绒毡层亦属腺质绒毡层。在制片中，花药壁绒毡层某些部位的细胞已显示退化，中层细胞也进一步解体。

4．成熟花粉粒时期（图43-1，D）小麦成熟花粉粒的发育与百合有所不同，它是由单核花粉粒经过两次有丝分裂后形成。第一次有丝分裂的结果，形成了一个营养细胞和一个生殖细胞，这时也可称二核花粉粒时期。然后，生殖细胞再次进行有丝分裂形成二枚精子，这时花粉粒发育成熟。成熟的小麦花粉粒即雄配子体中包括有三个细胞，一个大的营养细胞和二个精子，为三细胞型花粉粒。在光学显微镜下可看到小麦成熟花粉粒中的二枚精子呈新月形或逗点状，其中绝大部分为细胞核，染色情况与营养细胞核相似，有时易被误认为裸露的精核。在电子显微镜下，可看到在精核外包围有一薄层细胞质，其中有一定数量的细胞器。精子以质膜为界沉没于营养细胞的细胞质中。所以，精子并非一裸核，而是具有细胞结构的。

在花粉粒发育成熟的同时，小麦花药壁层中的绒毡层细胞按腺质绒毡层形式在原位退化，有时可看到一些绒毡层细胞解体残留物。中层细胞也在花粉粒发育成熟过程中逐渐解体。所以，成熟的小麦花药仅留有表皮和一层细胞壁作带状不均匀加厚的药室内壁（纤维层）。同时，药隔两侧的各两个花粉囊之间的间隔也打通，二室联成一个。最后，成熟花药以纵裂方式开裂，花粉粒由裂口散出。

（二）小麦花粉母细胞减数分裂过程和花粉粒发育情况的涂片观察

小麦穗、小穗和小花的基本结构已在实验三十八中观察过。小麦穗上不同部位小花中雄蕊的发育情况是有先后差别的。一般中部小穗首先发育，然后依次向上、下逐步发育，而每一小穗则基部小花首先发育。若能选取合适的幼穗，则可利用一个幼穗上不同部位的小花中的花药，检查到自花粉母细胞至减数分裂各不同时期的情况，即可进行减数分裂全过程的观察。一般以选取抽穗前7—10天左右的幼穗固定、观察为宜。固定扬花前2—3天麦穗不同部位小花的花药，则可观察到由单核花粉粒至成熟花粉粒各发育时期的情况。

取预先固定的小麦幼穗或新鲜材料，按小穗在麦穗上的排列顺序，自下向上剥取各小穗中的第一和第二朵小花中的花药，用醋酸-洋红溶液或卡宝品红溶液进行涂片观察。

涂片的具体操作如下：在擦洗干净的载玻片上加一滴醋酸洋红（或卡宝品红）溶液，将剥取的小麦花药放在载玻片上的醋酸洋红溶液中。用镊子和解剖针将花药撕开，尽量将其中的花粉母细胞或花粉粒挤出，弃去花药壁，加盖玻片。然后，将载玻片在酒精灯上微微加热，以破坏其细胞质，使背景清晰（若用卡宝品红液，则可省去加热步骤，但需稍延长染色时间）。经加热处理后，将载玻片平放在一张粗滤纸上，其上再盖一张粗滤纸，以大拇指轻轻挤压盖玻片，注意挤压时勿使盖玻片错位。粗滤纸可吸去多余的染液。然后，即可将制片进行镜检观察。

观察时先在低倍物镜下检查，要注意将花药壁层的体细胞与不同发育时期花粉母细胞相区别，寻找花粉母细胞比较集中的部位，移至视野中央，再转换到高倍物镜下仔细观察。对照小麦花粉母细胞减数分裂过程和花粉粒发育图，判断所检查花药中花粉粒的发育时期。

（三）若干种植物花粉整体封片观察

通过对油松、向日葵、紫丁香、合欢、月见草等植物花粉整体封片的观察，了解花粉形态的多样性。