小麥花藥和花粉粒的發育實驗

本實驗以小麥為材料，取不同發育時期的花藥永久制片進行小麥花藥和花粉發育過程的觀察。并取發育適期的麥穗進行小麥花粉母細胞減數分裂過程和由小孢子發育為成熟花粉粒過程的涂片觀察。

華北地區冬小麥大約在四月下旬至五月初期葉抽出葉鞘2—5厘米時，花藥中花粉母細胞進行減數分裂。此時小麥穗不同部位的小花中花藥長度約為1—2毫米。取此時的麥穗不同部位小穗固定切片，可獲得減數分裂不同階段及小孢子時期的小麥花藥制片。固定的麥穗并可用來作為觀察減數分裂過程的涂片材料。五月十日前后小麥開始揚花，麥穗不同部位小花中的花藥長度在2-3毫米左右，固定后可制取自單核花粉粒至成熟花粉粒的制片。及供涂片觀察用。

小麥每朵小花中有三枚雄蕊。每個花藥由四個花粉囊構成。小麥花藥壁層也包括有四層不同的細胞，最外層為表皮，向內依次為藥室內壁、中層和絨氈層，而中層僅為一層細胞。小麥花粉粒為三細胞型，即成熟花粉粒中包含有一個大的營養細胞和二枚精子。觀察時，可與百合花藥和花粉粒發育情況進行比較，了解其共同點與區別。

（一）不同發育時期小麥花藥制片觀察

1．花粉母細胞時期,此時期的永久制片一般為小穗的橫切面。先在低倍物鏡下觀察制片全貌。小穗橫切面可包括1—3朵小花。區別穎片、外稃、內稃、花藥及子房或柱頭等部位。選取其中發育適期的花藥橫切面進行仔細觀察。小麥花藥包括有四個花粉囊，中間有藥隔相聯，一維管束穿過藥隔中央。花粉母細胞時期的小麥花藥壁層已有明顯分化，共有四層細胞，自外向內依次為表皮、藥室內壁（纖維層）、中層和絨氈層。表皮細胞排列緊密，相對較小，稍扁平。藥室內壁細胞較大。中層細胞在橫切面上呈扁平狀，僅一層，易與其它各層區別。花藥壁層最里面的絨氈層細胞體積明顯較大，細胞質濃厚，有時一個細胞中具有兩個細胞核，所以容易辨認。藥室腔中排列有一圈花粉母細胞，具有明顯較大的細胞核，有時一些花藥中的花粉母細胞已進入減數分裂前期Ⅰ，其細胞核中可看到有凝聚的染色絲形成。一般一個藥室腔橫切面中可看到3一5個或更多個花粉母細胞。

2．二分體和四分體時期,小麥小孢子形成過程中也有明顯的二分體和四分體時期，即在減數分裂的第一次分裂后，產生分隔的新壁，將母細胞先分為兩個子細胞，稱二分體，隨后進行第二次分裂，最后形成四個子細胞。這種小孢子形成的方式稱為連續型（另一種小孢子形成方式為同時型，是在減數分裂的第一次分裂后，不形成新壁，所以沒有形成二分體，而接著進行第二次分裂，產生四個細胞核，然后一次產生新壁，將母細胞分隔成四個子細胞，如蠶豆小孢子發生就屬于同時型）。小麥四分體作四面體排列。一般同一藥室中花粉母細胞的減數分裂過程基本上是同步的，但也可有一定程度的差別。所以，在同一藥室中，有時可同時看到二分體、第二次分裂各時期及四分體等不同發育時期。

在小孢子發生的同時，小麥花藥壁的各層細胞相應也發生變化。中層細胞由于藥室內壁和絨氈層的發育長大而受到擠壓，并液泡化。在永久制片上可看到中層成為染色較深的一窄條，并不規則地間隔地出現一些空白大液泡區，夾在內壁和絨氈層之間。藥室內壁細胞仍保持完整。絨氈層細胞體積增大，具有明顯的雙核，這是由于絨氈層細胞進行了細胞核分裂而未伴隨有新壁的形成所致，其細胞質濃厚，染色較深，細胞近方形。

3．單核花粉粒時期（圖43-1，C）小麥單核花粉粒的發育情況與百合花粉粒相似。小孢子自四分體胼胝質壁中釋放后，體積增大，并進一步形成花粉內、外壁和一個萌發孔。同時，細胞質液泡化程度增強，逐漸形成一中央大液泡而將細胞核推向一側，達到花粉粒單核靠邊期。此時期的花藥壁層與四分體時期有所不同，主要是絨氈層細胞開始轉向退化。小麥絨氈層亦屬腺質絨氈層。在制片中，花藥壁絨氈層某些部位的細胞已顯示退化，中層細胞也進一步解體。

4．成熟花粉粒時期（圖43-1，D）小麥成熟花粉粒的發育與百合有所不同，它是由單核花粉粒經過兩次有絲分裂后形成。第一次有絲分裂的結果，形成了一個營養細胞和一個生殖細胞，這時也可稱二核花粉粒時期。然后，生殖細胞再次進行有絲分裂形成二枚精子，這時花粉粒發育成熟。成熟的小麥花粉粒即雄配子體中包括有三個細胞，一個大的營養細胞和二個精子，為三細胞型花粉粒。在光學顯微鏡下可看到小麥成熟花粉粒中的二枚精子呈新月形或逗點狀，其中絕大部分為細胞核，染色情況與營養細胞核相似，有時易被誤認為裸露的精核。在電子顯微鏡下，可看到在精核外包圍有一薄層細胞質，其中有一定數量的細胞器。精子以質膜為界沉沒于營養細胞的細胞質中。所以，精子并非一裸核，而是具有細胞結構的。

在花粉粒發育成熟的同時，小麥花藥壁層中的絨氈層細胞按腺質絨氈層形式在原位退化，有時可看到一些絨氈層細胞解體殘留物。中層細胞也在花粉粒發育成熟過程中逐漸解體。所以，成熟的小麥花藥僅留有表皮和一層細胞壁作帶狀不均勻加厚的藥室內壁（纖維層）。同時，藥隔兩側的各兩個花粉囊之間的間隔也打通，二室聯成一個。最后，成熟花藥以縱裂方式開裂，花粉粒由裂口散出。

（二）小麥花粉母細胞減數分裂過程和花粉粒發育情況的涂片觀察

小麥穗、小穗和小花的基本結構已在實驗三十八中觀察過。小麥穗上不同部位小花中雄蕊的發育情況是有先后差別的。一般中部小穗首先發育，然后依次向上、下逐步發育，而每一小穗則基部小花首先發育。若能選取合適的幼穗，則可利用一個幼穗上不同部位的小花中的花藥，檢查到自花粉母細胞至減數分裂各不同時期的情況，即可進行減數分裂全過程的觀察。一般以選取抽穗前7—10天左右的幼穗固定、觀察為宜。固定揚花前2—3天麥穗不同部位小花的花藥，則可觀察到由單核花粉粒至成熟花粉粒各發育時期的情況。

取預先固定的小麥幼穗或新鮮材料，按小穗在麥穗上的排列順序，自下向上剝取各小穗中的第一和第二朵小花中的花藥，用醋酸-洋紅溶液或卡寶品紅溶液進行涂片觀察。

涂片的具體操作如下：在擦洗干凈的載玻片上加一滴醋酸洋紅（或卡寶品紅）溶液，將剝取的小麥花藥放在載玻片上的醋酸洋紅溶液中。用鑷子和解剖針將花藥撕開，盡量將其中的花粉母細胞或花粉粒擠出，棄去花藥壁，加蓋玻片。然后，將載玻片在酒精燈上微微加熱，以破壞其細胞質，使背景清晰（若用卡寶品紅液，則可省去加熱步驟，但需稍延長染色時間）。經加熱處理后，將載玻片平放在一張粗濾紙上，其上再蓋一張粗濾紙，以大拇指輕輕擠壓蓋玻片，注意擠壓時勿使蓋玻片錯位。粗濾紙可吸去多余的染液。然后，即可將制片進行鏡檢觀察。

觀察時先在低倍物鏡下檢查，要注意將花藥壁層的體細胞與不同發育時期花粉母細胞相區別，尋找花粉母細胞比較集中的部位，移至視野中央，再轉換到高倍物鏡下仔細觀察。對照小麥花粉母細胞減數分裂過程和花粉粒發育圖，判斷所檢查花藥中花粉粒的發育時期。

（三）若干種植物花粉整體封片觀察

通過對油松、向日葵、紫丁香、合歡、月見草等植物花粉整體封片的觀察，了解花粉形態的多樣性。