莴苣助细胞发育过程中钙的分布研究

用焦锑酸盐沉淀法对莴苣助细胞中的钙分布进行了观察。结果表明,开花前3天刚形成的助细胞中的钙颗粒很少:开花前2天助细胞壁中的钙颗粒增加;开花前1天助细胞珠孔端细胞壁加厚,其中积累了许多钙颗粒:开花当天助细胞珠孔端的丝状器中聚集了大量的钙颗粒。授粉后1h时两个助细胞的结构和钙分布发生差异,一个呈退化状,其中的钙颗粒明显增多,另一宿存助细胞中的钙分布与授粉前相似。去雄不授粉1天后两个助细胞均保持完好,且两助细胞中的钙分布没有明显差异,表明由花粉管引起一个助细胞中钙含量增加进而导致了助细胞退化。退化助细胞在卵细胞与中央细胞之间形成一薄层。助细胞退化后不同部位的钙颗粒呈现出与受精作用密切有关的变化:授粉后1h时,钙主要聚集在近合点端部位;授粉后2.5h卵细胞即将受精,这时许多细小的钙颗粒主要聚集在卵细胞与中央细胞之间的薄层中;授粉后4h精、卵细胞已融合,这时退化助细胞合点端的钙颗粒明显减少,而在其珠孔端又聚集了较多的钙。上述助细胞中的钙含量变化与吸引花粉管进入胚囊和促使精卵细胞融合密切有关。     

被子植物助细胞中钙含量的变化

助细胞是被子植物受精过程中花粉管进入胚囊并释放精子及其内容物的场所,而助细胞中不同时期的钙含量与受精作用的顺利完成密切相关。在大多数植物中,助细胞是成熟胚囊中钙含量最高的细胞。传粉后在花粉管中所产生的信号诱导下,助细胞中钙含量还可能继续增加。花粉管进入退化助细胞后,在超高钙环境中破裂并释放精子,精子沿退化助细胞转移到受精靶区实现双受精。随后助细胞中的钙含量迅速降低。因此钙在吸引花粉管、雄配子释放甚至雄配子转移等过程中都发挥了重要作用。     

被子植物受精作用的分子和细胞生物学机制

被子植物双受精包括精-卵、精子-中央细胞两个融合过程。由于双受精深藏于母体组织中进行, 长期以来一直是植物有性生殖研究中的难点。近年来, 随着各种植物配子体cDNA文库的构建, 各种离体研究系统的建立和突变体分析的兴起, 极大地推动了被子植物受精作用研究的快速发展, 增进了人们对被子植物受精过程的分子和细胞生物学机制的深入了解。本文着重讨论受精作用的若干重要发育事件, 包括受精前卵器细胞对花粉管向胚珠定向生长的近距离引导信号, 精子的靶向运动,精、卵细胞相互作用和配子融合后卵细胞的激活与中央细胞发育的启动等。     

被子植物受精作用的分子和细胞生物学机制

被子植物双受精包括精-卵、精子-中央细胞两个融合过程。由于双受精深藏于母体组织中进行,长期以来一直是植物有性生殖研究中的难点。近年来,随着各种植物配子体cDNA文库的构建,各种离体研究系统的建立和突变体分析的兴起,极大地推动了被子植物受精作用研究的快速发展,增进了人们对被子植物受精过程的分子和细胞生物学机制的深入了解。本文着重讨论受精作用的若干重要发育事件,包括受精前卵器细胞对花粉管向胚珠定向生长的近距离引导信号,精子的靶向运动,精、卵细胞相互作用和配子融合后卵细胞的激活与中央细胞发育的启动等。     

被子植物助细胞的发育和功能

助细胞是被子植物雌配子体的组成细胞之一,是大多数被子植物完成受精作用的关键环节之一。在受精过程中,助细胞吸引花粉管向雌配子体生长,并接受花粉管长入细胞程序死亡助细胞中。接下来的花粉管停止生长和花粉管顶端破裂释放出2个精细胞的过程可能也依赖于助细胞。另外,雄性生殖单位的解体、提供精细胞的运动轨道和启动精细胞合成DNA的生物学事件也可能与助细胞有关。助细胞的形态结构已研究得比较清楚,但有关助细胞的发育机理和它在受精过程中的作用则仍不明确。近年来对助细胞的研究又取得了一些新结果,尤其是一些分子生物学的研究结果为揭示助细胞的功能提供了重要线索。该文总结了这方面的研究成果,并对助细胞的生殖功能进行了分析。     

烟草雌、雄配子DNA含量变化

采用显微分光光度法测定了烟草（Nieotiana tabacum）精细胞和卵细胞的DNA含量。烟草是二胞花粉,花粉萌发后生殖细胞在花粉管中分裂形成精细胞。授粉后45h花粉管到达子房,在花粉管内的精细胞DNA含量为1C。当花粉管在退化助细胞中破裂,释放出的两个精细胞开始合成DNA。在与卵细胞融合前,两个精细胞DNA含量接近2C。随着精细胞的到达及合成DNA,卵细胞也开始合成DNA,融合前的卵细胞DNA含量也接近2C。精、卵细胞融合后,合子DNA含量为4C。烟草雌、雄配子是在细胞周期的G2期发生融合,属于G2型。     

被子植物助细胞的发育和功能

助细胞是被子植物雌配子体的组成细胞之一, 是大多数被子植物完成受精作用的关键环节之一。在受精过程中, 助细胞吸引花粉管向雌配子体生长, 并接受花粉管长入细胞程序死亡助细胞中。接下来的花粉管停止生长和花粉管顶端破裂释放出2个精细胞的过程可能也依赖于助细胞。另外, 雄性生殖单位的解体、提供精细胞的运动轨道和启动精细胞合成DNA的生物学事件也可能与助细胞有关。助细胞的形态结构已研究得比较清楚, 但有关助细胞的发育机理和它在受精过程中的作用则仍不明确。近年来对助细胞的研究又取得了一些新结果, 尤其是一些分子生物学的研究结果为揭示助细胞的功能提供了重要线索。该文总结了这方面的研究成果, 并对助细胞的生殖功能进行了分析。     

烟草雌、雄配子DNA 含量变化

采用显微分光光度法测定了烟草( Nicotiana tabacum) 精细胞和卵细胞的DNA 含量。烟草是二胞花粉, 花粉萌发后生殖细胞在花粉管中分裂形成精细胞。授粉后45 h 花粉管到达子房, 在花粉管内的精细胞DNA 含量为1C。当花粉管在退化助细胞中破裂, 释放出的两个精细胞开始合成DNA。在与卵细胞融合前,两个精细胞DNA 含量接近2C。随着精细胞的到达及合成DNA, 卵细胞也开始合成DNA, 融合前的卵细胞DNA 含量也接近2C。精、卵细胞融合后, 合子DNA 含量为4C。烟草雌、雄配子是在细胞周期的G2 期发生融合, 属于G2 型。     

天竺葵雌性生殖单位的超微结构

应用透射电镜研究了临近受精时天竺葵(Pelargonium hortorum Bailey)胚囊中的卵细胞、助细胞和中央细胞的结构。证明了卵细胞与助细胞以及助细胞与助细胞之间从合点端至珠孔端有很大的面积以质膜分界,仅珠孔端少部分以壁分隔。卵细胞与中央细胞之间同样缺乏细胞壁。在卵细胞的合点端,两质膜不同程度地分离形成宽窄相间的间隙。在间隙的絮状基质中存在小泡,这些小泡的产生似与卵和中央细胞中周质内质网的活动有关。推测小泡为多糖性质,可能为合子新壁的建造提供物质。卵细胞质中含巨大线粒体,质体和内质网也较丰富。基于超微结构的特征,可认为卵细胞具高度的生理合成活动的潜能。中央细胞极核位于珠孔端与卵器细胞毗邻,有利于在双受精作用中同时发生精细胞与卵细胞和精细胞与中央细胞核的融合。中央细胞的侧壁在珠孔端形成内突,具传递细胞的特点,表明这是雌配子体向孢子体摄取营养的重要部位。助细胞的细胞质含丰富的细胞器,这与多数植物中的相似,但具几个明显的特征,即核中存在微核仁,内质网形成圆球体或脂体,线粒体富集在丝状器的附近。传粉后花粉管进入胚囊之前,两个助细胞中一个退化。     

水稻(Oryza sativa L.)的受精作用

本文对四个水稻品种的双受精过程作了细胞形态学的观察。作者看到,水稻在受精过程中常常有多条花粉管相继伸向珠孔,并把花粉管内含物注入胚囊。注入胚囊的内含物进入两助细胞之一,在卵细胞的一侧形成钩状构造。当合子发育成原胚时,钩状构造就逐渐消失。卵细胞与极核,除了通常的单精受精以外,有少数可能是属于多精受精的现象。卵细胞多精受精时,超数精子不但进入细胞质,而且进入细胞核。精子还可能进入原胚的胚胎细胞。     

Centenary on S.G.Nawaschin's Discovery of Double Fertilization: Retrospects and Prospects

A review on the double fertilization in angiosperm is addressed at its centennial discovery by S.G. Nawaschen. Studies in the first 50 years mainly by light microscopy had defined this process of double fertilization as a general characteristic in angiosperms. In the later 50 years research works in this field have been greatly advanced on account of the developing new techniques especially the electron-microscopy. The topics in this review include: (1) The growth of pollen tube entering the embryo sac: role of the synergid in the pollen tube receiption and signals from the degenerated synergid. (2) The arrival of male gametes to female gametes: structure and function of the male germ unit, the function of cytoskeleton in the delivery of sperm cells. (3) Gametic fusion: the structure and function of the female germ unit, gametic membrane fusion, karyogamy, DNA contents in sperm and egg nuclei, the relationship between the karyogamy and cell cycle, sperm dimorphism and preferential fertilization, and spermegg recognition. Future directions for the research of double fertilization are also recommended.     

Synergid: a key link in fertilization of angiosperms

In over 80 % of the angiosperms, the female gametophyte is comprised of seven cells, two of which are the synergid cells. These cells are considered pivotal in assuring successful fertilization. The synergid cells direct pollen tube growth toward the female gametophyte, and facilitate the entrance of the tube into the embryo sac. Once the pollen tube enters the synergid cell, its growth is arrested, the tip of the tube breaks, and two sperm cells are released. This sequence of events is also synergid dependent. In addition, separation of the cells of the male germ unit, orientation of the two sperm cells in the degenerating synergid, and fusion of the egg and central cell with sperm cells may also be related to synergid cells. Synergid structure has been widely studied, but development and function of these cells during angiosperm fertilization remains elusive. Recent molecular approaches have provided an enhanced understanding of the role of synergid cells in fertilization. The present review summarizes the results of current studies regarding the role of synergids in angiosperm reproductive function.     

She's the boss: signaling in pollen tube reception

In angiosperms, the sperm cells are carried within the pollen tubes (male gametophytes) to the female gametophyte so that double fertilization can occur. The female gametophyte exerts control over the male, with specialized cells known as synergids guiding the pollen tubes and controlling their behavior when they enter the female gametophyte so that the sperm cells can be delivered to the egg and central cell. Upon pollen tube arrival at the ovule, signal transduction cascades mediated by receptor-like kinases are initiated in both the synergid and the tip of the pollen tube, leading to synergid cell death and pollen tube rupture. In this review, we discuss the role of these receptors and of newly discovered members of the pollen tube reception pathway.     

水稻双受精过程的细胞形态学及时间进程的观察

应用常规石蜡切片和荧光显微镜观察水稻(Oryz a sativa)受精过程中雌雄性细胞融合时的形态特征及时间进程, 确定合子期, 为花粉管通道转基因技术的实施提供理论依据。结果表明: 授粉后, 花粉随即萌发, 花粉管进入羽毛状柱头分支结构的细胞间隙, 继续生长于花柱至子房顶部的引导组织的细胞间隙中, 而后进入子房, 在子房壁与外珠被之间的缝隙中向珠孔方向生长, 花粉与花粉管均具有明显的绿色荧光。花粉管经珠孔及珠心表皮细胞间隙进入一个助细胞, 释放精子。精子释放前, 两极核移向卵细胞的合点端; 两精子释放于卵细胞与中央细胞的间隙后, 先后脱去细胞质, 然后分别移向卵核和极核, 移向卵核的精核快于移向极核的精核; 精核与两极核在向反足细胞团方向移动的过程中完成雌雄核融合。大量图片显示了雌雄性核融合的详细过程以及多精受精现象。水稻受精过程经历的时间表如下: 授粉后, 花粉在柱头萌发; 花粉萌发至花粉管进入珠孔大约需要0.5小时; 授粉后0.5小时左右, 花粉管进入一个助细胞, 释放精子; 授粉后0.5-2.5小时, 精卵融合形成合子; 授粉后约10.0小时, 合子第1次分裂, 合子期为授粉后2.5-10.0小时; 授粉后1.0-3.0小时, 精核与两极核融合; 授粉后约5.0小时, 初生胚乳核分裂。     

水稻双受精过程的细胞形态学及时间进程的观察

应用常规石蜡切片和荧光显微镜观察水稻（Oryza sativa）受精过程中雌雄性细胞融合时的形态特征及时间进程,确定合子期,为花粉管通道转基因技术的实施提供理论依据。结果表明：授粉后,花粉随即萌发,花粉管进入羽毛状柱头分支结构的细胞间隙,继续生长于花柱至子房顶部的引导组织的细胞间隙中,而后进入子房,在子房壁与外珠被之间的缝隙中向珠孔方向生长,花粉与花粉管均具有明显的绿色荧光。花粉管经珠孔及珠心表皮细胞间隙进入一个助细胞,释放精子。精子释放前,两极核移向卵细胞的合点端：两精子释放于卵细胞与中央细胞的间隙后,先后脱去细胞质,然后分别移向卵核和极核,移向卵核的精核快于移向极核的精核：精核与两极核在向反足细胞团方向移动的过程中完成雌雄核融合。大量图片显示了雌雄性核融合的详细过程以及多精受精现象。水稻受精过程经历的时间表如下：授粉后,花粉在柱头萌发：花粉萌发至花粉管进入珠孔大约需要0．5小时：授粉后0．54,时左右,花粉管进入一个助细胞,释放精子：授粉后0．5—2．5小时,精卵融合形成合子：授粉后约10．0小时,合子第1次分裂,合子期为授粉后2．5-10．04,时：授粉后1．0-3．04,时,精核与两极核融合：授粉后约5．0小时,初生胚乳核分裂。’     

Transmission of male cytoplasm during fertilization in Nicotiana tabacum

Serially sectioned embryo sacs of Nicotiana tabacum were examined during fertilization events using transmission electron microscopy. After pollen tube discharge, the outer membrane of the sperm pair is removed, the two sperm cells are deposited in the degenerate synergid and the sperm cells migrate to the chalazal edge of the synergid where gametic fusion occurs. During fertilization, the male cytoplasm, including heritable organelles, is transmitted into the female reproductive cells as shown by: (1) the cytoplasmic confluence of one sperm and the central cell during cellular fusion, (2) the occurrence of sperm mitochondria (distinguished by ultrastructural differences) in the zygote cytoplasm and adjacent to the sperm nucleus, (3) the presence of darkly stained aggregates which are found exclusively in mature sperm cells within the cytoplasm of both female cells soon after cell fusion, and (4) the absence of any large enucleated cytoplasmic bodies containing recognizable organelles outside the zygote or endosperm cells. The infrequent occurrence of plastids in the sperm and the transmission of sperm cytoplasm into the egg during double fertilization provide the cytological basis for occasional biparental plastid inheritance as reported previously in tobacco. Although sperm mitochondria are transmitted into the egg/zygote, their inheritance has not been detected genetically. In one abnormal embryo sac, a pair of sperm cells was released into the cytoplasm of the presumptive zygote. Although pollen tube discharge usually removes the inner pollen-tube plasma membrane containing the two sperm cells, this did not occur in this case. When sperm cells are deposited in a degenerating synergid or outside of a cell, this outer membrane is removed, as it apparently is for fertilization.