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濒危植物百山祖冷杉种子发育特征及其胚培养

刘柯, 刘彬, 袁璐, 帅辉, 杨洋, 王挺进, 陈德良, 陈小荣, 杨锴斌, 金孝锋, 陈利萍

植物学报 2021, 56 (5): 573-583. DOI: 10.11983/CBB21096

摘要（769）

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百山祖冷杉(Abies beshanzuensis)种子萌发率低, 发育特性尚不明确, 极大地限制了种群在原生境的自然更新。该研究以百山祖冷杉不同发育时期的雌球果为材料, 通过研究球果中种子的胚与胚乳数量、重量和显微结构特性, 及测定种子发育关键时期胚乳的初生代谢物, 探究种子发育特征及影响种子发育的主要因素。结果表明, 7月是百山祖冷杉种子发育的关键时期, 此期间胚乳重量快速增加, 胚乳中碳水化合物代谢活动旺盛。解剖学和形态学分析显示, 7月下旬球果中大量种子发育异常。进一步对发育关键时期胚乳中初生代谢物进行分析表明, 海藻糖-6-磷酸含量显著降低。推测在种子发育的关键时期胚乳中海藻糖-6-磷酸降低可能是种子发育异常的重要原因之一。基于种子发育特征, 该研究建立了百山祖冷杉未成熟胚培养技术体系, 并成功获得试管苗。

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图2 百山祖冷杉传粉阶段的珠孔形态变化和花粉转移
(A) 珠被发育形成漏斗状珠孔(箭头); (B) 花粉(箭头)附着于珠孔边缘; (C) 珠被向内折叠, 珠孔闭合(箭头); (D) 花粉(箭头)进入储粉室。MF: 漏斗状珠孔; Po: 花粉; Poc: 储粉室。(A)-(C) Bars=100 μm; (D) Bar=500 μm

正文中引用本图/表的段落

为明确百山祖冷杉传粉过程, 我们利用体视显微镜对雌球果进行解剖及观察, 结果显示5月15日珠孔张开且其边缘发育形成沟槽(呈漏斗状结构) (图2A), 最长直径为779.59 μm, 此时珠孔周围可见淡黄色花粉(图2B), 表明百山祖冷杉正处于传粉阶段。统计结果表明, 63.33%的胚珠珠孔外可见花粉粒附着。5月25日观察发现珠孔边缘内折(图2C), 花粉进入储粉室且颜色变浅, 体积增大(图2D), 表明传粉阶段结束, 此时百山祖冷杉处于受精前阶段。统计显示, 46.67%的胚珠珠孔内进入了花粉粒, 平均每个珠孔内有4.2个花粉, 表明5月下旬百山祖冷杉完成了传粉过程, 大部分胚珠具备发育成种子的潜力。与大多数被子植物相比, 裸子植物的花粉萌发与花粉管生长速度极其缓慢。冷杉属植物从传粉开始至受精需要2个月(王伏雄, 1990; 林金星等, 2013)。大多数冷杉树种传粉持续时间为18-30天(Politi et al., 2011)。由此确定6月25日为百山祖冷杉种子发育特性观察的初始时间。

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