银杏种子内种皮解剖学复合结构特征.pdf

第41 卷第2 期2023年5月文章编号：2 0 9 5-42 9 8(2 0 2 3)0 2-0 0 6 3-0 4江苏师范大学学报（自然科学版）Journal of Jiangsu Normal University(Natural Science Edition)Vol.41,No.2May,2023银杏种子内种皮解剖学复合结构特征郑兴峰1，刘婉，徐小林1，郑笑3（1.江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6；2.歌风高级中学，江苏沛县2 2 1 6 0 0；3.南京环境科学研究所国家环境保护生物安全重点实验室，江苏南京2 1 0 0 42）摘要：为进一步了解银杏成熟种子的内种皮特征，通过徒手切片和石蜡切片，对银杏胚珠到种子的个体发育过程进行解剖观察.结果表明，银杏成熟种子内种皮是棕色膜质的复合结构，内种皮远轴半部和近轴半部之间，以及远轴半部的内外之间，分别由个体发育来源不同的部分组成；远轴半部的内种皮由内膜层、外膜层和两膜层之间的种腔组成，而近轴半部的内种皮只有1 膜层.种子在发育成熟时，在远轴半部，原胚珠的珠心层没有完全消失，而是成为内种皮的内膜层，胚珠腔直接成为种腔，珠被内区成为内种皮的外膜层；在近轴半部，胚珠的雌配子体之外的邻近组织区成为单膜层的内种皮.此外，观察到银杏幼种子远轴半部珠被内区的储水组织更为详细的特征，但在银杏胚珠或种子内，除基部外，没有见到维管束.关键词：种皮；内种皮；结构；储水组织；裸子植物中图分类号：Q944.5文献标志码：Adoi:10.3969/j.issn.2095-4298.2023.02.013Compound characteristics of the endotesta of Ginkgo biloba seed in anatomyZheng Xingfeng,Liu Wan?,Xu Xiaolin,Zheng Xiao(1.School of Geography,Geomatics&.Planning,Jiangsu Normal University,Xuzhou 221l16,Jiangsu,China;2.Gefeng Senior Middle School,Peixian 221600,Jiangsu,China;3.State Environmental Protection Key Lab on Biosafety,Nanjing Institute of Environmental Sciences,Nanjing 210042,Jiangsu,China)Abstract:An anatomical and ontogenical observation was conducted on the ovule to the mature seed using freehandand paraffin sectioning methods,in order to further understand the characteristics of the endotesta in the matureseed of Ginkgo biloba.The results revealed that the endotesta of mature seed is a compound structure of brownmembrane consisting of origin-different parts in ontogeny and anatomy,between the distal and proximal halves,andbetween the interior and exterior of the distal half of the seed;in the distal half,the endotesta is composed of an in-ner membranous layer,an outer membranous layer,and a seed-cavity in between,but in the proximal half,only onemembranous layer.While the seed matures,in the distal half,the nucellus layer of its previous ovule does not com-pletely disappear,and becomes a part as the inner membranous layer of the endotesta of the mature seed,simultane-ously the ovule-cavity is straightly retained as the seed-cavity,and the inner zone of the integument becomes the out-er membranous layer of the endotesta;in the proximal half,the tissue zone adjacent to the megagametophyte of theovule becomes the membranous endotesta as a single layer.Moreover,in the distal half of the young seed,the moredetailed characteristics of the water tissue originating from the inner zone of the previous integument were observed,however,no vascular bundle was seen in the main body of the ovule and seed except the base.Key words:seed coat;endotesta;structure;water tissue;gymnosperm在实际解剖观察中，银杏（Ginkgobiloba）成熟种核的种孔端即远轴端，内部有个明显的空腔.此空腔仅在个别文献1 中提及，是否为正常结构以及是如何形成的目前未见说明.此外，文献2-6 中关于成熟种子的内种皮特征也存在不一致或不足的认识.1907年，Carothers21描述了银杏胚珠的上半部，他认为珠被分化出3层种皮，即干薄纸质的内层（内种皮）、骨质的中间层（中种皮)和肉质多汁的外层（外种皮）；胚珠的珠心组织逐渐被吸收，但没有完全消失，且由于它们不是珠被的组成部分，因而不能形成种皮.王永平等3认为，银杏内种皮来自珠被的内区，但只显示在种子的上半部，种子下半部的内种皮来源没有涉及.曹帮华等4 注意到银杏内种皮上半部和下半部的区别：上半部有2 层膜，下半部只有收稿日期：2 0 2 2-0 7-31基金项目：徐州市生态环境局生物多样性保护项目（HX2022120）作者简介：郑兴峰，男，副教授，博士，主要从事高等植物形态结构和发育的研究，E-mail:.641层膜，但没有说明发育来源.邢世岩等1.51 发现，银杏成熟种子内种皮上半部呈棕色，下半部呈灰白色.王莉等6 指出，银杏胚珠的珠心在种子发育中完全消失，珠被分化为骨质的中种皮内区和肉质的外种皮外区，但没有提及内种皮.本研究通过徒手解和切片，以及制作石蜡切片，对银否成熟胚珠到成熟种子的发育过程进行了连续观察，以期进一步了解银杏成熟种子中空腔的形成过程以及内种皮的解剖学特征，1材料与方法1.1材料观察和取样的材料来自江苏师范大学校园内1株银杏雌株.该植株发育良好，高约8 m.从4月中旬银杏胚珠发育到6 月下旬种子发育期间，每周观察和取样1 次.9月下旬、1 0 月中旬和下旬、1 1 月上旬（银杏种子已成熟)分别观察取样1 次.石蜡切片用于传粉期的成熟胚珠和发育的幼种子；徒手切片用于发育的幼种子；徒手解剖用于成熟的种子和种核，部分种核经过室内自然干燥后保存.1.2方法采用常规方法制作石蜡切片，经FAA液固定、酒精脱水、二甲苯透明后，采用番红固绿双重染色法进行染色7.切片的厚度为6 8 m.2结果与分析2.1月成熟胚珠结构4月下旬，传粉期的银杏胚珠成熟.分布在珠被江苏师范大学学报（自然科学版）和珠心之间的胚珠腔发达，几乎扩展在整个远轴半部.据此，在内部结构上，可将胚珠划分为远轴半部和近轴半部.胚珠近轴半部内没有珠心和珠被的界限，没有独立的珠心层（图1).MMCNBPCFG，雌配子体；I,珠被；M,珠孔；MC,珠孔道；N,珠心；NB,珠心喙；OC,胚珠腔；PC,花粉室.图1 银杏成熟胚珠的内部结构(石蜡切片）Fig.1 Internal structure of the mature ovuleof Ginkgo biloba(paraffin section)2.2幼种子结构从5月中旬开始，银杏幼种子体积迅速增大.原来胚珠的雌配子体转变为绿色胚乳（图2 a、b、d,e).胚珠腔直接成为种皮和珠心层之间的裂隙状种腔。幼种子相应地分为远轴半部和近轴半部.在幼种子的远轴半部中，珠心层逐渐变薄.图2 e中，由于徒手切片放置时间较长而失水，引起组织收缩，使得珠心层分离而明显可见.珠被分化为3个层（区）（图2 c、d、e 及图3）：外层（外种皮）、中层（中种皮）以及内层（内种皮）,其中内种皮主要为增厚的组织（图2、图第41 卷OCFG1mmWTFGExotMesotWTRNBSCFG，雌配子体（胚乳）；WT，储水组织；Exot，外种皮；Mesot，中种皮；RNB，珠心喙遗迹；SC,种腔；M,种孔；N,珠心层.a.垂直于裂隙状种腔纵切面的2 个半幼种子；b.平行于裂隙状种腔纵切面的2 个半幼种子；c.远轴半部的横切面；Fig.2 Anatomical structure of the young seed of Ginkgo biloba(freehand section)FGFG一WTaExotMesot-FGCd、e.垂直于裂隙状种腔的中部纵切面.图2 银杏幼种子的解剖结构（徒手切片）FG一WTbSCWTNWTMMRNBFGWTExotSCMesotde第2 期3).形成中的外种皮开始出现一些明显的分泌腔(图2c、3b），而分泌腔在胚珠中尚未形成（图1).在幼种子的近轴半部中，胚乳之外的部位也分化为3个层（区)（图2 a、b、d、e）：外层（外种皮），中层（中种皮，分别与远轴半部的外层和内层连续一致），内层（与远轴半部的珠心层和珠被内层（内种皮）相接）.徒手切片时，幼种子的远轴半部中可见增厚的呈绿色的内皮层，但比胚乳的颜色浅（图2），细胞含少量的叶绿体；切片较薄时，在解剖镜底座灯光透射中较为明亮或呈半透明状（图2 d、e），由大量近纵向伸长且膨大的储水组织细胞组成（图3).横切面上，储水组织呈2 个半圆状,其间是裂隙状种腔，它与中种皮扁平方向一致（图2 c、3b).6 月中旬后，储水组织逐渐变薄，种腔相应地扩大.胚珠和幼种子的基部有2 条维管束，但在两者的主体内未发现维管束.MesotExotWTExotMesotSecretCSC100mExot,形成中的外种皮；Mesot,形成中的中种皮；N,珠心层；SC,种腔；WT,储水组织；SecretC,分泌腔.a.远轴半部纵切面幼种子；b.远轴半部横切面幼种子.图3银杏幼种子的储水组织（石蜡切片）Fig.3Water tissues of the young seedof Ginkgo biloba(paraffin section)2.3成熟种子的结构9月中旬，银杏种子开始成熟并转变为棕黄色(图4).外种皮为厚肉质，内含1 个种核.用小锤轻砸，种核壳在远轴半部沿两侧易整齐裂开.种核壳是骨质的中种皮；胚乳与骨质的中种皮之间是膜质或纸质的内种皮（图4a、c).内种皮在远轴半部有2层，呈棕色或棕黄色，2 层之间由种腔间隔；在近轴半部却只有1 层.新鲜成熟种核内，由于胚乳饱满，种腔窄薄不明显（图4a)；干燥成熟种核内，由于胚乳失水收缩，种腔明显可见（图4b、c).新鲜成熟种核打开后，近轴半部有1 层内种皮，外观呈灰白色，MEMECECEaCE，合点端；ME，珠孔端.a.剥开的新鲜种核；b.干种核的胚乳；c.剥开的干种核.图4银杏成熟种子的内种皮Fig.4Endotesta of the mature seed of Ginkgo biloba郑兴峰，等：银杏种子内种皮解剖学复合结构特征WTWTSbMEbCE65且包被着胚乳；种核壳的内壁呈略微灰白的糙面（图4a).干燥成熟种核近轴半部的内壁贴附着1 层棕黄色内种皮（图4c），而胚乳裸露（图4b、c).从成熟胚珠到成熟种子的连续解剖观察，可见胚珠远轴半部的胚珠腔直接遗留为成熟种子种核的种腔；胚珠的珠心层没有完全消失，残留为成熟种子远轴半部的2 层内种皮的内膜层，即在胚乳和种腔之间的内种皮.成熟种子远轴半部的2 层内种皮的外层，紧贴在种核壳的内壁上，来自珠被的最内层。成熟种子在近轴半部的内种皮，只有1 层来自胚珠雌配子体之外的周围薄壁组织区，在幼种子时期即为胚乳与中种皮之间的薄壁组织区.银杏成熟种子的结构示意图见图5.MSecretcRNBSCDHILEDHEmbryoOLEDHEndotEndospermEPHPHMesotExotVBHDH,远轴半部；PH，近轴半部；Embryo，胚；Endosperm，胚乳；M,种孔；H,种脐；SecretC,分泌腔；RNB,珠心喙遗迹；SC，种腔；Endot，内种皮；ILEDH,远轴半部的内皮层内层；OLEDH，远轴半部内皮层外层；EPH，近轴半部的内皮层；Mesot，中种皮；Exot,外种皮；VB,维管束.图5银杏成熟种子结构示意图Fig.5 Schematic diagram on the structure of themature seed of Ginkgo biloba3讨论与结论3.1禾种腔的来源通过观察发现，银杏种核内的种腔是其胚珠腔的直接存留，属于正常结构，这对于认识银杏成熟种子的内种皮是关键.银杏成熟胚珠腔发达，在胚珠的上半部，几乎分布到胚珠的横中线，可认为是特化的珠孔道；它的内侧是珠心，外侧是珠被.在种子植物中胚珠腔和种腔是不常见的结构.胚珠腔是与珠孔相通的腔，通常称为珠孔道.个别研究关注到银杏成熟种子的种腔，但没有使用“种腔”而只是使用“腔”1 .目前关于珠腔和种腔的生物学功能还缺少C了解.3.2幼种子的储水组织种子内存在储水组织是罕见现象，除银杏种子外，在其他类群中尚未见报导.Carothers21进行银杏种子解剖时，最初观察到储水组织并使用watery66tissue概念，并手绘出其纵向示意图，进行了文字描述，但未对其功能进行探讨.Friedman等8 展示了银杏种子徒手切片的黑白图，并对储水组织的功能提出了看法，但只将它描述为增厚半透明组织，没有使用储水组织的概念.Brown等9在徒手切片和半薄组织切片的黑白照片中显示了储水组织，但没有进行文字描述.笔者在徒手切片中观察到，银否幼种子远轴半部内皮层中的储水组织为淡绿色，横切面上呈2 个半圆,其间裂隙状种腔与中种皮扁平方向一致，这些特征在其他文献中未见报导.Carothers2认为，银杏种子内有2 条维管束进储水组织，为储水组织提供丰沛的汁液；储水组织的长细胞横向排列.然而，本研究发现，维管束只存在于种子的基部，在种子主体内未见维管束，另外，储水组织的长细胞接近纵向.是否由于取材品种的不同，或是切片位置、角度的因素造成的结果差异，有待进一步的观察。Friedman等8 认为，银杏种子储水组织能减少对进人幼种子内光线的阻碍，有利于含叶绿体雌配子体（胚乳)的光合作用.银杏种子在成熟过程中，形成较厚的致密骨质的中种皮，在内外种皮之间起到隔离物质流通的作用，且储水组织的位置在骨质中种皮的内侧.因而,笔者认为储水组织在骨质中种皮形成之前，储存水和某些营养物，并进行一定的光合作用，为在骨质中种皮隔离之后胚乳发育所需.3.3成熟种子的内种皮本文中观察结果显示，银杏胚珠远轴半部的珠心层，在种子发育过程中没有最终消失，这与CarothersL2的观察一致；但种子成熟时珠心层成为远轴半部的内种皮内层，分布在胚乳和种腔之间，又与Carothers2的观察不一致.珠心层形成的内种皮，与珠被内区形成的内种皮是不同的来源。成熟种子骨质的中种皮，在远轴半部来自珠被的中区，而不是文献6 中描述的来自珠被内区.在胚珠的近轴半部，没有独立的珠心层或珠被，即没有珠心层和珠被的界限；其内种皮来自胚珠雌配子体之外的周围薄壁组织，或幼种子的胚乳和中种皮区之间的部分.由图4a可知，打开银杏新鲜成熟种核后，可见在近轴半部的内种皮只有1 层；内种皮外表面为灰白色，是由打开种核时原来那层内种皮被撕裂为2个半层的粗糙面引起的；撕裂后留在胚乳表面的半层内种皮较厚，而留在骨质种核壳内表面的半层内种皮很少，几不可见.干燥种核的情况则不同，当它江苏师范大学学报（自然科学版）被打开后，近轴半部的内种皮由于胚乳失水收缩明显，整体从胚乳上脱离而留在种核壳的内表面，且胚乳呈裸露状态（图4b、c).种核壳在远轴半部2 侧棱处容易规整地被打开，已见报导4.3.4结论1)银杏成熟种子的种腔直接来自胚珠腔，是正常的结构.胚珠的雌配子体与胚珠腔之间的珠心层，在种子的发育过程中没有完全消失.2)银杏成熟种子的内种皮，在远轴半部有来源不同的2 层：珠心组织发育来的内层（假内种皮），和珠被内区组织发育来的外层（真内种皮）；在近轴半部，内种皮仅是来源于胚珠雌配子体之外的周围区薄壁组织,在幼种子中是胚乳和中种皮之间的薄壁组织.3)银杏种子具有在种子植物中独特的内种皮：幼种子有储水组织；成熟种子的远轴半部与近轴半部之间，以及远轴半部内外之间，分别由个体发育来源不同的部分组成，构成内种皮的异源复合特征(图 5).参考文献：1开邢世岩，李际红，邢浩，等.叶籽银杏种实形态解剖特征比较J.林业科学，2 0 1 1，47（1）：56.2Carothers I E.Development of ovule and female game-tophyte in Ginkgo bilobaJJ.Bot Gazette,1907,43(2):116.3王永平，王莉，陈鹏，等.银杏种实发育过程中中种皮的解剖与超微结构观察J.植物生理学通讯，2 0 0 6，42(6):1086.4曹帮华，蔡春菊.银杏种子生理研究J.山东农业科学,2 0 0 1,33(1):40.5孙霞，李士美，邢世岩，等.叶籽银杏正常种子与叶生种子中种皮及内种皮超微结构观察J.园艺学报，2 0 0 9，36(11):1561.6王莉，王永平，汪琼，等.银杏胚珠发育进程的解剖学研究J.西北植物学报，2 0 0 7,2 7（7）：1 349.7李正理.植物组织制片学M.北京：北京大学出版社，1 996.8Friedman W E,Goliber T E.Photosynthesis in the fe-male gametophyte of Ginkgo biloba J.Am J Bot,1986,73(9):1261.9Brown R C,Lemmon B E.Microtubules in early devel-opment of the megagametophyte of Ginkgo biloba J.JPlant Res,2008,121(4):397.第41 卷责任编辑：钟传欣】