百合花药和花粉粒的发育
百合花药和花粉粒的发育
雄蕊是花中重要的组成部分之一。在雄蕊的花药中产生花粉母细胞。由花粉母细胞通过减数分裂形成小孢子。小孢子的染色体数目为花粉母细胞染色体数目的一半，为单倍体。这是一次无性生殖过程。然后，由小孢子进一步发育，形成成熟花粉粒，即雄配子体。
本实验以百合为材料，取不同发育时期的百合花药永久制片进行观察，了解花粉粒的发育过程与花药的基本结构。百合花粉粒为二细胞型，成熟花粉粒中仅包含有一营养细胞和一生殖细胞。
（一）百合花的结构
首先观察一百合花的模型或实物标本，对百合花的全貌和基本结构特征有一了解。百合为单子叶植物，是典型三数花。花被两轮，每轮三枚；雄蕊六枚，分两轮着生；雌蕊由三心皮合生而成，子房三室，中轴胎座，每一子房室中着生两列胚珠。观察实物或模型时，主要了解百合雄蕊和雌蕊的形态结构特征。
（二）不同发育时期百合花药制片观察
百合不同发育时期花药永久制片一般可包括造孢组织时期、花粉母细胞减数分裂前期I前后、二分体和四分体、单核花粉粒和成熟花粉粒等几个时期。制作方法是剥取处于减数分裂前后不同大小的百合花蕾和开花前后的花药进行固定（当花药过于幼小时，可将雄蕊连同雌蕊一起固定）。
然后制成花药横切面永久制片。一张制片上，可包括同一发育时期的若干花药横切面，也可包括有不同发育时期的花药横切面若干个。所以，观察永久制片时，应先在低倍物镜下将制片全貌作一了解，分辨其发育时期及花药各结构部位。然后，在同一发育时期的花药切面中选取一较好的切面部位，转换高倍物镜做进一步观察。
1．造孢组织时期取造孢组织时期百合花药永久制片，在低倍物镜下观察整个花药的结构。注意由于这一时期花药幼小，一般不单独剥取制片，而是取雌、雄蕊作为一整体进行包埋、制片。所以，永久制片为幼嫩花药和子房在一起的横切面。百合为三数花，有六枚离生的雄蕊和一个由三心皮合生而成的三室子房。
永久制片中，周围六个蝴蝶形的结构为花药横切面，中间一个三角形的结构为子房横切面（在一些永久制片中，有时周围仅五个花药）。
观察百合花药的横切面，可以看到每一花药由四室组成，每室即为一花粉囊（或称药室）。花粉囊之间有药隔相连。在药隔中间可看到有一维管束穿过，药隔的其它部分为薄壁组织。有时，在永久制片中还可看到在药隔之下的空间中，有一花丝横切面，花丝中也有一维管束穿过。要注意将花丝和药隔区别开。
在高倍物镜下对其中一个切面完整、层次清晰的花粉囊进行仔细观察。在造孢组织时期，花药壁的各层分化不明显，整个花药最外面为一层表皮细胞，其内每一药室由3—4层分化不大的壁细胞包围，药室中央为一群造孢细胞。
造孢组织的细胞呈多边形，细胞质浓厚，细胞核较大，极易与壁细胞区别。百合的造孢组织是由孢原细胞分裂所产生的初生造孢细胞，经过几次有丝分裂后形成。然后由造孢组织转化为花粉母细胞进入减数分裂。
2．花粉母细胞时期这时的花药壁层已有明显分化。最外层为表皮，表皮下有一层较大的细胞为药室内壁（又称纤维层）。在药室内壁以内有2—4层中层细胞，从花药横切面看，中层细胞呈扁平状。
花药壁的最内层为绒毡层，此层细胞较大，具浓厚细胞质，并径向伸长，故易与其它层细胞区别。花粉囊中央为花粉母细胞，细胞近圆形，具有相对较大的细胞核和浓厚的细胞质。一些永久制片中，花粉母细胞已进入减数分裂前期Ⅰ，可看到染色体成细线状，并见明显的核仁。
3．二分体和四分体时期为花粉母细胞正在进行减数分裂过程中的制片。当花粉母细胞完成减数分裂的第一次分裂形成二个细胞时，称为二分体时期；当完成减数分裂全过程，形成四个小孢子，包围在共同的胼胝质壁中时，称为四分体时期。
百合的四分体四个子细胞作四面体排列、也可有一部分作左右对称排列。在永久制片上可看到花粉囊中有二个子细胞、或者三、四个子细胞紧靠在一起，外围包有胼胝质壁。
注意观察这时花药壁层的变化情况。在二分体和四分体时期，百合花药壁的药室内壁和中层基本保持原状，绒毡层细胞则经历了细胞核的分裂，但并不伴随有细胞壁的形成，因而可看到绒毡层细胞具有双核的现象。
4．单核花粉粒时期 在单核花粉粒时期，百合花药壁层中的绒毡层细胞开始退化，细胞壁解体，原生质体联合在一起形成一圈。此后，这一圈具多核的原生质团在原处逐渐退化，这种退化形式的绒毡层，特称为腺质绒毡层。
此时的药室腔中，每一四分体中的四个小孢子已从共同的胼胝质壁中释放。释放后的小孢子继续发育长大，并形成了内、外壁和萌发孔。随着小孢子长大，其内部细胞质液泡化程度加强，形成了大液泡而将原先位于中央的细胞核推向一边，小孢子发育成熟，即将进入雄配子体发育阶段。成熟小孢子也可称单核花粉粒。
5．成熟花粉粒时期注意观察这一时期百合花药壁层的变化情况。百合花药壁层在花粉粒成熟时，绒毡层一般已退化，而中层尚处在退化过程之中。所以，在永久制片中可看到一些花药内壁的里面仍有二、三层或一层扁平的中层细胞，另一些花药中，则中层接近完全解体。壁层最里面的绒毡层此时完全消失，或者有时可见到少许绒毡层解体后的残留物。药室内壁在这时可明显看到在细胞壁上有带状不均匀加厚。同时，药隔两侧的一对花粉囊之间的间隔解体，二室相互联通。
此外，在花药开裂处可看到一些与表皮细胞不同、具有较浓厚细胞质的细胞，这是一些由表皮细胞发育而成的薄壁细胞，称为唇细胞。成熟花药最后由于纤维层（药室内壁）的不均匀收缩而在唇细胞处作纵向开裂，花粉由此处散出。
百合的成熟花粉粒为二细胞型，它是由单核花粉粒经过一次有丝分裂形成两个细胞。其中一个大的为营养细胞，另一个呈纺锤形的为生殖细胞，一般紧靠花粉粒壁。生殖细胞有自身的细胞质，但无细胞壁，而是以质膜为界沉没于营养细胞的细胞质之中。
在永久制片中所看到的纺锤形生殖细胞的轮廓，即为其质膜界线。成熟的百合花粉粒营养细胞的细胞质中含有大量贮藏物质。花粉粒外壁上有网状雕纹，并有一萌发沟。选择一切得较完整的成熟花粉粒转到高倍物镜下观察，辨认其生殖细胞（一般呈梭形，贴于花粉粒壁一侧）和营养细胞。
（三）百合花粉粒整体封片观察
最后，取百合花粉粒的整体封片作一补充观察。可看到百合花粉粒呈黄色，长椭圆形。并观察花粉粒外壁的雕纹和萌发沟。
