Microsporogenesis of Hibiscus syriacus L and Its Sporoderm Differentiation

무궁화의 화분형성 및 화분벽의 분화발달

Complete microsporogenesis of Hibiscus syriacus L. were carried out employing LM, TEM, and SEM to investigate the pollen ontogeny that undergoes considerable structural differentiation. The process first began with several cell diYisions in the anther primordium that produces 3 different tissues of epidennal, archesporial, and connective tissues. Only archesporial tissue involved further differentiation into the tapetum and formation of reproductive cells, pollen mother cells (PMC). The tapetum and PMC were closely associated with each other structurally and metabolically by exhibiting numerous plasmodesmata, mitochondria, and many small vacuoles in their dense cytoplasm. A callosic wall began to surround the PMC while meiosis took place in the PMC to produce 4 microspores. When thick callose encircled each microspore as a frame, the sporodenn development initiated from the plasma membrane of a pollen grain in a tetrad. The first fonned sporoderm layer was bacules and tectum of sexine that originated from the plasma membrane. After the dissolution of a callose, further development Qf sporoderm continued in the order of nexine 1, nexine 2, and intine layer. The nexine layer was thicker (ca. $2-3.5\;\mu\textrm{m}$) than the intine layer whose thickness was about $0.9-1.5\;\mu\textrm{m}$. Upon completion of the sporoderm development, that is after intine formation, spines and apertures of pollen surface ornamentation initiated from the tectum. Spines were dimorphic, about $4-9\;\mu\textrm{m}\;an;15-20\;\mu\textrm{m}$ in length, and no basal cushion was detected. The mature pollen grains ranged $100-200\;\mu\textrm{m}$ in diameter, but their average was about $170\;\mu\textrm{m}$. About 120 spines were observed over the spheroidal pollen surface. Apertures were simple punctures of $2-3\;\mu\textrm{m}$ in diameter and about 50 apertures were arranged somewhat helically over the surface. Comparing such features of form and size of the pollen, sporodenn sculpture and structure, and aperture and spine conditions with known evolutionary trends in the genus Hibiscus, Hibiscus syriacus seemed to possess many advanced features in the sporodenn differentiation.iation.

무궁화(Hibiscus syriacus L.) 화분의 형성과 분화발달 과정을 광학현미경, 투과 및 주사전자현미경 등으로 연구하였다. 초기 화분낭시원체는 세포분열에 의해 표피계, 포원조직, 결합조직으로 되고, 포원조직은 융단조직고 생식세포인 화분모세포를 형성하였다. 특히 조밀한 세포질과 많은 세포내소기관을 포함하는 융단조직세포와 화분모세포에는 핵 주위에 매우 많은 소액포들이 분포하였고, 이들 세포 사이에 많은 원형질연락사가 관찰되어 이들 간의 구조 및 기능적인 밀접한 관계가 추정되었다. 화분못포가 감수분열을 수행하는 동안 이들 세포 주위에 callose가 쌓이기 시작하였고 분열이 끝나 사분체가 되면 callose는 각각의 화분립을 두껍게 포위하였다. 이때 각각의 화분립에서 화분벽 발달이 시작되는데, 세포막으로부터 probacule이 형성되기 시작하여 bacule과 tectum으로 구성된 sexine층을 일차적으로 형성하였다. Callose가 분해되면서 화분벽은 nexine 1, nexine 2, intine층의 순서로 발달하였고 nexine층은 intine층보다 두껍게 분화하였다. 화분내벽인 intine층의 발달이 끝난 후 표면구조인 발아공과 돌기가 tectum 위에 형성되었고, 발아공(ca, $2-3\;\mu\textrm{m}$)은 비교적 규칙적인 나선상 형태로 화분표면에 50여개 분포하였다. 돌기는 약 $4-9\;\mu\textrm{m}과\;15-20;\mu\textrm{m}$ 길이의 이형구조를 이루었고 기저부의 돌출구조는 관찰되지 않았다. 화분형성과정을 끝낸 성숙한 화분의 크기는 약 $170\;\mu\textrm{m}$이고 120여개의 돌기가 관찰되었다. 본 연구에서 밝혀진 화분의 크기와 모양, 화분벽의 구조와 형태, 발아공 및 돌기의 특성 등을 Hibiscus속에서 알려진 진화적 추이와 비교하여 볼 때 H. syriacus는 동속내에서 비교적 진화된 화분의 특성을 지니고 있는 것으로 추정되었다.