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姜科植物广泛分布于热带、亚热带地区,姜科植物的花粉根据其成熟时所呈现的不同特性,被分为粘液状,粘浆状和干粉状三种类型。不同花粉类型的形成与花粉覆盖物(花粉鞘)有关,以往的研究普遍认为花粉覆盖物来源于花药绒毡层。本文选取具有粘液状花粉的黄花大苞姜(Caulokaempferia coenobialis),粘浆状花粉的大豆蔻(Hornstedtia hainanensis)以及干粉状花粉的华山姜(Alpinia chinensis)为三种花粉类型的代表进行组织化学研究和亚显微结构观察,对以上三种材料的花药及花粉的发育进行对比研究,探讨三种类型花粉的形成过程的差异,主要研究结果如下:
黄花大苞姜的绒毡层类型为变形绒毡层,而大豆蔻和华山姜的绒毡层类型均为腺性绒毡层。小孢子母细胞时期至四分体时期黄花大苞姜与大豆蔻的绒毡层主要分泌多糖物质,从小孢子释放初期开始则以分泌脂类为主,直至绒毡层解体药室内仍有大量脂类物质残余。华山姜在小孢子母细胞时期绒毡层内就开始有少量脂类物质积累,分泌物以多糖为主,脂类占小部分,花粉成熟时药室内几乎没有脂类物质残留。
亚显微观察发现黄花大苞姜与大豆蔻的绒毡层中含有大量合成脂类的亚细胞结构——造油体和脂滴。小孢子释放初期黄花大苞姜绒毡层细胞中充满了脂类物质,大豆蔻绒毡层细胞的脂类物质略少一些,随后这些脂类物质分泌进入药室并附着于花粉外壁之上与丝絮状物质共同形成花粉覆盖物——花粉鞘。华山姜绒毡层细胞虽然也有脂类物质存在,但在亚显微观察中未见造油体,花粉成熟时期药室内仅有少量脂类存在。
三种植物花粉发育过程中,小孢子或花粉细胞内含物变化趋势相似,成熟花粉均为淀粉质花粉。三种植物的花粉壁结构存在差异,黄花大苞姜的花粉壁外壁较窄而内壁较宽,内壁为片层结构;大豆蔻和华山姜的花粉内壁及外壁外层均较窄而外壁内层较宽,外壁内层呈筛网状。三种植物的绒毡层分泌物都参与形成花粉壁,小孢子自身也提供大部分花粉壁物质,但无直接证据证明小孢子内部提供物质参与花粉鞘物质的形成。
以上对姜科三种不同花粉类型植物的花药研究表明:姜科植物花粉类型的形成与其绒毡层相关;花粉的粘性或干性与参与形成花粉鞘的绒毡层分泌物所含脂类物质的多寡相关;这些脂类物质来源于造油体或脂滴,造油体的前体为质体,而脂滴的形成与内质网关系密切。另外,小孢子是否参与形成花粉鞘物质仍需要进一步探讨。