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摘 要：以二月兰为试材，借助石蜡切片和电镜扫描技术，研究了其种子形态和器官早期阶段的发育特点。结果表明：二月兰种子为圆柱形，表面粗糙，有凸起的纵条纹状紋饰。种子离开母体时胚已经完全分化，子叶纵折型。种子萌发时下胚轴与胚根交界处出现根环和根环毛，根环毛出现的时间和位置与根毛不同，两者结构相似。种苗子叶期至少7d以上，明显表现为种苗根端先发育，苗端后发育。二月兰个体发育早期出现水生性状，后期发育出现陆生性状。
关键词：二月兰;种苗;个体发育;根环毛
中图分类号 Q949 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）10-0049-03
Abstract： The seed morphology and characteristics of organ development at early stage of Orychophragmus violaceus were studied by means of paraffin section and scanning electron microscopy. The results showed that the seeds of O.violaceus were cylindrical，with rough surface and prominent longitudinal stripes. The embryo was fully differentiated and the cotyledon was longitudinally folded when the seed left the mother. During germination of seeds，collet and collet hairs appeared at the junction of hypocotyl and radicle. The appearance time and location of collet hairs were different from the root hairs，but they were similar in structure. The cotyledon stage of seedlings was at least one week，and it was evident that the priority of development was root end，later at the shoot end. To sum up，in early stage of ontogeny of O. violaceus showed aquatic characters，and in the later stage，terrestrial traits appeared.
Key words： Orychophragmus violaceus; Seedling;Ontogeny; Collet hairs
二月兰[Orychophragmus violaceus （Linn.） O.E.Schulz]，又称诸葛菜，为十字花科诸葛菜属（Orychophragmus）2年生草本植物，全国大部地区均有分布，多生于林缘、山坡、草地等偏旱环境[1-2]。二月兰在黑龙江省原本无自然分布，1990—1993年从北京引进[3]，并通过近3年的栽培试验，从物候、发育节律、适应性等方面得出，二月兰非常适合在黑龙江推广栽培。现今，二月兰在黑龙江地区已经呈半野生状态分布[4]，因其花期较早、抗病性强、花色美丽，在当地城市绿化中得到了广泛应用。
张开艳等[5]将二月兰种植于马缨杜鹃树下，不但两者彼此生长不受影响，还可以使得整个绿化区的观赏期提前30d左右。当前，对二月兰的杂交育种的研究已有了一些报道，大多数情况下以芸薹属植物为父母本进行种间杂交，研究表明，它们杂交亲和性不高，作为母本的芸薹属（Brassica L.）的杂交组合亲和性高于以二月兰为母本的杂交组合[6]。二月兰种子的成活率较高，一般以8月份和9月份播种较为适宜，也利于翌年顺利开花。二月兰的茎叶可作为蔬菜食用，种子可榨油，根可入药[7-9]。可见，围绕二月兰进行的研究工作主要集中在栽培绿化、杂交育种和药食同源等方面，其基础理论的研究仍相对薄弱，个体发育早期的研究资料也未见报道。为此，笔者对二月兰个体发育的早期过程进行了相关研究，以期充实其基础生物学资料，为这一资源的开发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 二月兰于2018年夏季采自哈尔滨市城郊，采集的种子在自然干燥后放置于室温条件下存放。
1.2 方法 二月兰种子的消毒处理参考孙学武的方法进行[10]，用75%的酒精浸泡30s，再用蒸馏水冲洗种子，之后播于培养皿（Ф=90mm）中，在25℃温箱中萌发。每天清水冲洗1次并补充一定量的蒸馏水。及时固定不同发育阶段的种子，用FAA固定液固定并保存。并将部分萌发的种子播于沙土中，观察记录其种苗生长情况。固定的材料采用常规石蜡切片方法，苏木精整染色，切片厚度一般8～10μm。种子表面纹饰和种苗的材料通过HITACHI S-4800型扫描电子显微镜进行观察、拍照。其它装片材料通过镜检，最后在LEICA-DM 4000 B LED显微镜下进行观察照相。
2 结果与分析
2.1 果实和种子形态特征 二月兰的子房两心皮，二室，内有假隔膜。果实为长角果，长条形，具4条棱。种子圆柱形，通常扁平状，长约2.5mm，直径约为1.2mm，棕色至黑褐色;种子表面有凸起的纵条纹状纹饰（图1A，图2A），无胚乳。单果种子数量为5～12粒。
2.2 种子至种苗的发育 二月兰的种子离开母体时胚的分化已经完全，为成熟胚时期，胚的各部分明显可见，子叶呈折叠状态即子叶纵折（图1B）。成熟胚可见胚芽初步分化，2片子叶之间的胚芽处于凸形，胚根已经可见初步的分化，子叶上未见气孔（图2H）。种子吸水3d左右可见种皮微微开裂，胚体内营养物质水解成可吸收的液态，胚的体积逐渐增大，胚根锥形，已初步分化（图2A-B，图3A）。随着种子的进一步发育，下胚轴继续生长，使根端突破种皮（图2A-B）。胚根伸出种皮后可见在下胚轴与胚根交界出现环状突起处即根环（图2C，图3B-C）。种子吸水4～5d时，胚轴发育速度较快，在根环处出现一圈密集的根环毛（图2D，图3D），根环毛为根环处的表皮细胞向外突出所形成（图2D，图3D）。发育初期根环毛的延长生长快于胚根（图2E-F），根环处未被种皮遮盖的位置其根环毛多而密集（图2D）。 种子萌发7d左右，可见其子叶从种皮内完全伸出，变绿，这时未见胚芽发育。之后可见胚轴逐渐伸长、增粗，胚根进一步发育，并在距离根环毛一段距离处形成形态正常的根毛，此时根环毛未见退化，明显长于根毛，根毛相对根环毛分布较为稀疏（图2G）。子叶状态的种苗停滞时间较长，约7d左右可见真叶出现，这期间的主根和侧根陆续发育（图3、图4），并生长至一定长度，根端发育明显快于苗端。
3 讨论与结论
个体发育研究是有机体与所处环境相互作用过程的系统研究[11]，而胚胎发育后期到种子萌发初期是被子植物个体发育研究的薄弱环节。这一发育过程中涉及器官的早期分化，相应的发育性状也是探讨其系统演化的重要依据。二月兰种子萌发初期，在下胚轴和胚根之间的多层细胞首先向外形成环状凸起—根环，随后根环处的表皮细胞向外延伸成管状的毛—根环毛，根环毛较为密集，呈毛丛状。随着根端的进一步发育，根环毛继续发育，后期在其下方出现正常形态的根毛，此时根环毛明显长于根毛。根环毛的形态与根毛类似，应该具有吸收功能;其发育速度较快并长于根毛，还应该有固着功能，使种苗尽快由平卧变为直立。二月兰种子刚萌发时出现的这些发育性状与一些学者的所报道的水生植物发育特点相类似[12-17]，說明二月兰在其演化的过程中曾经历过水生环境，进而出现了适应水环境的特征，登陆后这些特征得以遗传保留。模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana Heynh.）种子萌发的初期也具有根环和根环毛性状，并受多个相关基因调控[18-19]。可见，十字花科植物的早期演化还需进一步研究，并以此来探讨其水生和陆生之间的演化关系。
二月兰种子吸水后3d后即可见胚根突破种皮，胚根伸出种皮后1d即可见根环和其上的根环毛发育。根环毛发育的同时，胚根明显伸长，随后临近根环毛下方则发育出正常的根毛，此时子叶脱离种皮并逐渐变绿。二月兰的种子胚发育程度较高，子叶和胚轴内储存较多的营养物质，这样可以保证在适宜条件下较快萌发，并更快、更便捷地向胚根输送养分。
二月兰种苗子叶展开后至少7d才见真叶发育，而这期间胚根已经发育，并生出侧根。显然这是根端先发育，苗端后发育。也似乎说明，二月兰早期发育出现水生性状，后期发育出现陆生性状。而结合其现在所处的生境，从生态演化的观点来看，二月兰应该是次生陆生植物，即祖先始于水生，后来成功登陆。可见，种子萌发至种苗形成这一早期发育阶段，蕴藏着复杂多样的器官发育顺序上的全新的信息，有待进一步的研究，相应的结构既可充实结构植物学，也可为类群间的系统演化提供参考依据。
参考文献
[1]周太炎，郭荣麟，蓝永珍，等.中国植物志（33卷）[M].北京：科学出版社，1987.
[2]傅沛云.东北植物检索表[M].北京：科学出版社，1995.
[3]魏力军，刘晓辉，刘鸣远.二月兰在哈尔滨引种成功[J].北方园艺，1994（1）：22-23.
[4]魏力军，刘晓辉，刘鸣远.二月兰根系发育形态学研究.植物研究[J].东北林业大学，1995，15（3）：377-389.
[5]张开艳，吴沿友，王灵军.二月兰与杜鹃花共建百里杜鹃景区景观时空观赏性[J].北方园艺，2015（10）：79-81.
[6]王爱云，李恂，胡大有.诸葛菜与芸薹属属间杂交亲和性研究[J].中国油料作物学报.2006，28（1）：7-10.
[7]肖龙，罗鹏.诸葛菜的研究现状与开发前景[J].西北植物学报，1994，14（3）：237-241.
[8]王雁，彭镇华.二月兰的多用途开发与城市绿化应用[J].中国城市林业，2006（3）：39-41.
[9]马密霞，梅燕.诸葛菜的研究现状与开发应用前景[J].安徽农业科学，2012（9）：109-111.
[10]孙学武.诸葛菜种子最适发芽条件筛选[J].亚热带农业研究，2018，14（2）：134-137.
[11]刘玫，王臣，刘鸣远.芡个体发育早期的研究[J].植物研究，2001，21（1）：97-99.
[12]施国新，徐祥生.慈菇下胚轴毛的形态发育研究[J].广西植物，1989，9（2）：113-116.
[13]Kuo J，Long WL，Coles RG，et al.Occurrence and fruit and seed biology of Halophila tricostata Greenway （Hydrocharitaceae）[J].Australian Journal of Marine and Freshwater Research，1993，44：43-57.
[14]刘玫，王臣，刘鸣远.泽泻个体发育早期器官发育顺序的研究[J].植物研究，2002，22（2）：76-78.
[15]刘玫，王臣，刘鸣远.黑藻早期个体发育的研究[J].植物研究，2007，27（5）：529-533.
[16]李庆伟，刘玫，王臣，等.大花睡莲种子至种苗的发育形态学研究[J].植物研究，2008，28（5）：556-559.
[17]茹剑，刘玫，王臣，等.龙舌草果实和种子及其种苗发育形态学研究[J].西北植物学报，2013，33（1）：22-26.
[18]Sliwinska E，Mathur J，Bewley JD.On the relationship between endoreduplication and collet hair initiation and tip growth，as determined using six Arabidopsis thaliana root-hair mutants[J].Journal of experimental botany，2015，66（11）： 3285-3295.
[19]Drdová EJ，Klejchová M，Janko K，et al.Evelopmental plasticity of Arabidopsis hypocotyl is dependent on exocyst complex function[J].Journal of Experimental Botany，2019，70（4）：1255-1265.
（责编：张宏民）
关键词：二月兰;种苗;个体发育;根环毛
中图分类号 Q949 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）10-0049-03
Abstract： The seed morphology and characteristics of organ development at early stage of Orychophragmus violaceus were studied by means of paraffin section and scanning electron microscopy. The results showed that the seeds of O.violaceus were cylindrical，with rough surface and prominent longitudinal stripes. The embryo was fully differentiated and the cotyledon was longitudinally folded when the seed left the mother. During germination of seeds，collet and collet hairs appeared at the junction of hypocotyl and radicle. The appearance time and location of collet hairs were different from the root hairs，but they were similar in structure. The cotyledon stage of seedlings was at least one week，and it was evident that the priority of development was root end，later at the shoot end. To sum up，in early stage of ontogeny of O. violaceus showed aquatic characters，and in the later stage，terrestrial traits appeared.
Key words： Orychophragmus violaceus; Seedling;Ontogeny; Collet hairs
二月兰[Orychophragmus violaceus （Linn.） O.E.Schulz]，又称诸葛菜，为十字花科诸葛菜属（Orychophragmus）2年生草本植物，全国大部地区均有分布，多生于林缘、山坡、草地等偏旱环境[1-2]。二月兰在黑龙江省原本无自然分布，1990—1993年从北京引进[3]，并通过近3年的栽培试验，从物候、发育节律、适应性等方面得出，二月兰非常适合在黑龙江推广栽培。现今，二月兰在黑龙江地区已经呈半野生状态分布[4]，因其花期较早、抗病性强、花色美丽，在当地城市绿化中得到了广泛应用。
张开艳等[5]将二月兰种植于马缨杜鹃树下，不但两者彼此生长不受影响，还可以使得整个绿化区的观赏期提前30d左右。当前，对二月兰的杂交育种的研究已有了一些报道，大多数情况下以芸薹属植物为父母本进行种间杂交，研究表明，它们杂交亲和性不高，作为母本的芸薹属（Brassica L.）的杂交组合亲和性高于以二月兰为母本的杂交组合[6]。二月兰种子的成活率较高，一般以8月份和9月份播种较为适宜，也利于翌年顺利开花。二月兰的茎叶可作为蔬菜食用，种子可榨油，根可入药[7-9]。可见，围绕二月兰进行的研究工作主要集中在栽培绿化、杂交育种和药食同源等方面，其基础理论的研究仍相对薄弱，个体发育早期的研究资料也未见报道。为此，笔者对二月兰个体发育的早期过程进行了相关研究，以期充实其基础生物学资料，为这一资源的开发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料 二月兰于2018年夏季采自哈尔滨市城郊，采集的种子在自然干燥后放置于室温条件下存放。
1.2 方法 二月兰种子的消毒处理参考孙学武的方法进行[10]，用75%的酒精浸泡30s，再用蒸馏水冲洗种子，之后播于培养皿（Ф=90mm）中，在25℃温箱中萌发。每天清水冲洗1次并补充一定量的蒸馏水。及时固定不同发育阶段的种子，用FAA固定液固定并保存。并将部分萌发的种子播于沙土中，观察记录其种苗生长情况。固定的材料采用常规石蜡切片方法，苏木精整染色，切片厚度一般8～10μm。种子表面纹饰和种苗的材料通过HITACHI S-4800型扫描电子显微镜进行观察、拍照。其它装片材料通过镜检，最后在LEICA-DM 4000 B LED显微镜下进行观察照相。
2 结果与分析
2.1 果实和种子形态特征 二月兰的子房两心皮，二室，内有假隔膜。果实为长角果，长条形，具4条棱。种子圆柱形，通常扁平状，长约2.5mm，直径约为1.2mm，棕色至黑褐色;种子表面有凸起的纵条纹状纹饰（图1A，图2A），无胚乳。单果种子数量为5～12粒。
2.2 种子至种苗的发育 二月兰的种子离开母体时胚的分化已经完全，为成熟胚时期，胚的各部分明显可见，子叶呈折叠状态即子叶纵折（图1B）。成熟胚可见胚芽初步分化，2片子叶之间的胚芽处于凸形，胚根已经可见初步的分化，子叶上未见气孔（图2H）。种子吸水3d左右可见种皮微微开裂，胚体内营养物质水解成可吸收的液态，胚的体积逐渐增大，胚根锥形，已初步分化（图2A-B，图3A）。随着种子的进一步发育，下胚轴继续生长，使根端突破种皮（图2A-B）。胚根伸出种皮后可见在下胚轴与胚根交界出现环状突起处即根环（图2C，图3B-C）。种子吸水4～5d时，胚轴发育速度较快，在根环处出现一圈密集的根环毛（图2D，图3D），根环毛为根环处的表皮细胞向外突出所形成（图2D，图3D）。发育初期根环毛的延长生长快于胚根（图2E-F），根环处未被种皮遮盖的位置其根环毛多而密集（图2D）。 种子萌发7d左右，可见其子叶从种皮内完全伸出，变绿，这时未见胚芽发育。之后可见胚轴逐渐伸长、增粗，胚根进一步发育，并在距离根环毛一段距离处形成形态正常的根毛，此时根环毛未见退化，明显长于根毛，根毛相对根环毛分布较为稀疏（图2G）。子叶状态的种苗停滞时间较长，约7d左右可见真叶出现，这期间的主根和侧根陆续发育（图3、图4），并生长至一定长度，根端发育明显快于苗端。
3 讨论与结论
个体发育研究是有机体与所处环境相互作用过程的系统研究[11]，而胚胎发育后期到种子萌发初期是被子植物个体发育研究的薄弱环节。这一发育过程中涉及器官的早期分化，相应的发育性状也是探讨其系统演化的重要依据。二月兰种子萌发初期，在下胚轴和胚根之间的多层细胞首先向外形成环状凸起—根环，随后根环处的表皮细胞向外延伸成管状的毛—根环毛，根环毛较为密集，呈毛丛状。随着根端的进一步发育，根环毛继续发育，后期在其下方出现正常形态的根毛，此时根环毛明显长于根毛。根环毛的形态与根毛类似，应该具有吸收功能;其发育速度较快并长于根毛，还应该有固着功能，使种苗尽快由平卧变为直立。二月兰种子刚萌发时出现的这些发育性状与一些学者的所报道的水生植物发育特点相类似[12-17]，說明二月兰在其演化的过程中曾经历过水生环境，进而出现了适应水环境的特征，登陆后这些特征得以遗传保留。模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana Heynh.）种子萌发的初期也具有根环和根环毛性状，并受多个相关基因调控[18-19]。可见，十字花科植物的早期演化还需进一步研究，并以此来探讨其水生和陆生之间的演化关系。
二月兰种子吸水后3d后即可见胚根突破种皮，胚根伸出种皮后1d即可见根环和其上的根环毛发育。根环毛发育的同时，胚根明显伸长，随后临近根环毛下方则发育出正常的根毛，此时子叶脱离种皮并逐渐变绿。二月兰的种子胚发育程度较高，子叶和胚轴内储存较多的营养物质，这样可以保证在适宜条件下较快萌发，并更快、更便捷地向胚根输送养分。
二月兰种苗子叶展开后至少7d才见真叶发育，而这期间胚根已经发育，并生出侧根。显然这是根端先发育，苗端后发育。也似乎说明，二月兰早期发育出现水生性状，后期发育出现陆生性状。而结合其现在所处的生境，从生态演化的观点来看，二月兰应该是次生陆生植物，即祖先始于水生，后来成功登陆。可见，种子萌发至种苗形成这一早期发育阶段，蕴藏着复杂多样的器官发育顺序上的全新的信息，有待进一步的研究，相应的结构既可充实结构植物学，也可为类群间的系统演化提供参考依据。
参考文献
[1]周太炎，郭荣麟，蓝永珍，等.中国植物志（33卷）[M].北京：科学出版社，1987.
[2]傅沛云.东北植物检索表[M].北京：科学出版社，1995.
[3]魏力军，刘晓辉，刘鸣远.二月兰在哈尔滨引种成功[J].北方园艺，1994（1）：22-23.
[4]魏力军，刘晓辉，刘鸣远.二月兰根系发育形态学研究.植物研究[J].东北林业大学，1995，15（3）：377-389.
[5]张开艳，吴沿友，王灵军.二月兰与杜鹃花共建百里杜鹃景区景观时空观赏性[J].北方园艺，2015（10）：79-81.
[6]王爱云，李恂，胡大有.诸葛菜与芸薹属属间杂交亲和性研究[J].中国油料作物学报.2006，28（1）：7-10.
[7]肖龙，罗鹏.诸葛菜的研究现状与开发前景[J].西北植物学报，1994，14（3）：237-241.
[8]王雁，彭镇华.二月兰的多用途开发与城市绿化应用[J].中国城市林业，2006（3）：39-41.
[9]马密霞，梅燕.诸葛菜的研究现状与开发应用前景[J].安徽农业科学，2012（9）：109-111.
[10]孙学武.诸葛菜种子最适发芽条件筛选[J].亚热带农业研究，2018，14（2）：134-137.
[11]刘玫，王臣，刘鸣远.芡个体发育早期的研究[J].植物研究，2001，21（1）：97-99.
[12]施国新，徐祥生.慈菇下胚轴毛的形态发育研究[J].广西植物，1989，9（2）：113-116.
[13]Kuo J，Long WL，Coles RG，et al.Occurrence and fruit and seed biology of Halophila tricostata Greenway （Hydrocharitaceae）[J].Australian Journal of Marine and Freshwater Research，1993，44：43-57.
[14]刘玫，王臣，刘鸣远.泽泻个体发育早期器官发育顺序的研究[J].植物研究，2002，22（2）：76-78.
[15]刘玫，王臣，刘鸣远.黑藻早期个体发育的研究[J].植物研究，2007，27（5）：529-533.
[16]李庆伟，刘玫，王臣，等.大花睡莲种子至种苗的发育形态学研究[J].植物研究，2008，28（5）：556-559.
[17]茹剑，刘玫，王臣，等.龙舌草果实和种子及其种苗发育形态学研究[J].西北植物学报，2013，33（1）：22-26.
[18]Sliwinska E，Mathur J，Bewley JD.On the relationship between endoreduplication and collet hair initiation and tip growth，as determined using six Arabidopsis thaliana root-hair mutants[J].Journal of experimental botany，2015，66（11）： 3285-3295.
[19]Drdová EJ，Klejchová M，Janko K，et al.Evelopmental plasticity of Arabidopsis hypocotyl is dependent on exocyst complex function[J].Journal of Experimental Botany，2019，70（4）：1255-1265.
（责编：张宏民）