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。     

芥菜型油菜与白菜正反杂交的胚胎学研究

利用荧光技术对芥菜型油菜(Brassica juncea)与白菜(B. pekinesis)种间正反杂交后花粉萌发和花粉管生长过程进行了观察。结果显示: 芥菜型油菜与白菜正交授粉后, 花粉在柱头上能正常萌发, 多数花粉管沿花柱到达胚珠完成受精, 且受精方式有珠孔受精、合点受精和中部受精, 少量花粉管生长不正常, 出现花粉管顶端膨大扭曲, 花粉管分支等异常现象; 反交授粉后, 花粉在柱头上萌发时柱头乳突细胞产生强烈胼胝质反应, 影响花粉管生长, 只有少量花粉管通过花柱到达胚珠完成受精。用石蜡切片技术观察了正反杂交后杂种的胚胎发育, 正交杂种胚胎发育较早, 胚和胚乳生长较正常, 杂种胚一般均能发育至成熟; 反交杂种胚发育至心型期便不能继续发育, 胚乳也停滞在游离核阶段并最终败育。综合分析 表明, 芥菜型油菜与白菜正反杂交都存在一定程度的受精不亲和性。     

西番莲双受精过程的细胞学观察

利用石蜡制片,观察了西番莲双受精的全过程,其主要结果如下：人工授粉后6．5小时,大量花粉管进入子房腔,并沿子房内壁生长,进行珠孔受精;7—7．5小时,花粉管由珠孔进入胚囊,破坏一个助细胞,释放出二个精子;7．5—9小时,大多数胚珠雌、雄性核发生融合。其受精作用属于有丝分裂前型的配子融合类型;精子与卵细胞、精子与极核融合几乎同时发生。两极核于受精后融合;合子与初生胚乳核无休眠期,受精后立即进行有丝分裂。     

别开生面:被子植物受精机制研究的新发现

被子植物受精调控机制一直是植物有性生殖领域的研究热点之一。近年来,对于花粉管导向、防止多精入卵以及受精恢复系统启动等关键过程的研究有了快速进展。但迄今发现的主要调控途径均为基于助细胞功能、旨在确保双受精成功的机制,而对基于中央细胞确保双受精成功的机制仍知之甚少。近期,李红菊研究组在该领域取得了新的突破,他们发现中央细胞也能够分泌吸引花粉管的小肽,进而揭示了一条全新的不依赖于助细胞的受精恢复途径,填补了对受精机制认识的一个空白。     

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。     

钙在被子植物受精过程中的作用

近年来,花粉管中的钙信号和生理功能的研究又取得了明显的进展,同时在雌蕊系统中有关钙分布的研究也初步显示了其时、空特征与被子植物的受精作用密切相关。该文总结了花粉萌发和花粉管生长过程中外源钙的作用机制,结合雌蕊组织中钙分布的特征,进一步探讨了钙在被子植物受精过程中的功能。     

花粉管引导机制的研究进展

花粉管引导是指显花植物在受精过程中,雌蕊组织与花粉管相互作用使花粉管定向生长并最终到达胚囊的过程,其机制颇为复杂。该文基于调控花粉管生长的孢子体引导和配子体细胞引导两个主要过程,阐述雌蕊中不同蛋白分子和其它小分子物质的浓度梯度在花粉管的孢子体组织引导中的作用,以及胚囊中不同类型的细胞及其相关基因与蛋白在花粉管的配子体细胞引导中的作用。同时,该文也对精细胞在花粉管引导中的作用进行了阐述。     

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。     

受精依赖的卵细胞调控防止多精入卵的分子机制

在动物受精过程中,卵母细胞皮层颗粒所分泌的蛋白酶在防止多精入卵中起着重要作用。在有花植物的有性生殖过程中,受精过程则更为复杂。这一过程涉及到花粉管所运输的一对不可移动的精子分别与卵细胞和中央细胞融合的过程。在通常情况下,每个胚珠只会吸引一根花粉管,从而有效地降低多精入卵可能性。植物受精后防止多余花粉管进入胚囊的机制长期以来一直不清楚。武汉大学植物生殖研究团队最近的一项工作发现卵细胞本身在防止多花粉进入胚囊的过程中发挥了重要的作用。卵细胞特异性地表达两个天冬氨酸蛋白酶基因ECS1和ECS2,其mRNA在成功受精之后会快速降解。ECS蛋白在卵细胞的顶端区域以类似于动物皮层颗粒网络的形式分布,且其分泌过程也是受精依赖的。ecs1ecs2双突变体的胚珠呈现吸引多花粉的表型。ECS1和ECS2能够特异性地切割花粉管吸引物质LURE1。ECS1和ECS2在助细胞中的异位表达则会导致LURE1蛋白水平的降低及花粉管吸引能力的减弱。因此,ECS1和ECS2快速防止了多余花粉管进入胚囊。上述发现揭示植物的卵细胞能够感知受精并建立起一种受精依赖的快速防止多花粉管进入胚囊的机制。     

钙在被子植物受精过程中的作用

近年来,花粉管中的钙信号和生理功能的研究取得了明显的进展,同时在雌蕊系统中有关钙分布的研究也初步显示了其时、空特征与被子植物的受精作用密切相关。该文总结了花粉萌发和花粉管生长过程中外源钙和内源钙的作用机制,结合雌蕊组织中钙分布的特征,进一步探讨了钙在被子植物受精过程中的功能。     

芥菜型油菜与白菜正反杂交的胚胎学研究

利用荧光技术对芥菜型油菜（Brassica juncea）与白菜（B．pekinesis）种间正反杂交后花粉萌发和花粉管生长过程进行了观察。结果显示：芥菜型油菜与白菜正交授粉后,花粉在柱头上能正常萌发,多数花粉管沿花柱到达胚珠完成受精,且受精方式有珠孔受精、合点受精和中部受精,少量花粉管生长不正常,出现花粉管顶端膨大扭曲,花粉管分支等异常现象;反交授粉后,花粉在柱头上萌发时柱头乳突细胞产生强烈胼胝质反应,影响花粉管生长,只有少量花粉管通过花柱到达胚珠完成受精。用石蜡切片技术观察了正反杂交后杂种的胚胎发育,正交杂种胚胎发育较早,胚和胚乳生长较正常,杂种胚一般均能发育至成熟;反交杂种胚发育至心型期便不能继续发育,胚乳也停滞在游离核阶段并最终败育。综合分析表明,芥菜型油菜与白菜正反杂交都存在一定程度的受精不亲和性。     

百合花粉管中的胞吞/胞吐作用观察分析

应用细胞膜染料FM 4-64结合Zeiss 5 live快速扫描型共聚焦显微镜观察了百合花粉管中的吞排作用.结果显示,培养基中加入FM4-64后,染料迅速进入到花粉管中,并在花粉管顶端形成一个锥形的区域;锥形区域表现出周期性变化,并且与花粉管脉冲生长呈负相关,即锥形区形成期花粉管生长缓慢,而锥形区消退期花粉管生长迅速;在锥形区域的消退期,花粉管顶端,尤其是最顶端快速向前延伸,而在锥形区域的形成期,花粉管最顶端的延伸速度显著下降,但亚顶端区域仍基本维持原有的生长速度.研究发现,花粉管的最顶端既是内吞作用也是胞吐作用的主要场所,但胞吞作用仅局限于花粉管的最顶端,而胞吐作用发生在包括亚顶端在内的整个花粉管顶端;胞吞和胞吐作用在花粉管最顶端交替发生,可能是花粉管脉冲生长的一个非常重要的原因.     

Ca2+、pH在花粉及萌发花粉管生长中的作用研究进展

花粉正常萌发并生长是精细胞顺利到达胚囊并实现受精作用的前提,因而是高等植物有性生殖的一个关键环节。花粉管生长涉及一系列过程,而花粉(或花粉管)内外的Ca^2 和pH的变化与花粉萌发、花粉管生长有着密切的关系。比较详细地论述了Ca^2 和pH在花粉萌发、花粉管生长过程中的分布特点、生理功能及分子机制。     

植物亲和受精过程中花粉管的粘附和定向生长

亲和受精过程中,粘附和向化作用贯穿始终.从花粉自花药中释放到花粉管穿过珠孔过程中,花粉管在雌蕊中的粘附和定向生长是多位点发生的,涉及到一系列的信号转导事件的发生;在雌蕊中糖原、果胶、Ca2*等多种物质通过不同的作用机制参与调控花粉管的粘附和定向生长.该文就这方面的研究进展作介绍.     

DUF784基因在花粉管导向中的功能分析

花粉管导向是高等植物完成双受精过程的重要环节,是受多重信号调控的复杂过程.最近的研究揭示,配子体阶段花粉管导向的诱导信号分子是一类具多态性的富含半胱氨酸的防卫素类似蛋白,如来自玉米的ZmEA1和蓝猪耳草中的LUREs在吸引花粉管进入珠孔起重要作用.但是拟南芥及其它植物中此类信号未知.转录组学分析表明,一组DUF784基因可能在花粉管导向中起到重要作用.通过RNAi技术降低一组DUF784基因的表达,分析发现在RNAi转基因植株中,出现胚珠败育现象,花粉管导向出现异常,一部分花粉管不能进入珠孔.另外,用MYB98基因的启动子携带1个DUF基因的编码区,然后转化ccg突变体,发现ccg转基因株系中胚胎败育率下降,即DUF基因能部分互补ccg突变体的表型;从这两方面证实了DUF784基因在花粉管定向导入过程中的作用.     

花粉发育的转录组研究进展

在受精过程中花粉通过其极性生长的花粉管将精细胞运送到胚囊启动双受精, 除了在有性生殖过程中的重要作用外,花粉及其极性生长的花粉管也是研究植物生长发育的重要模式材料。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序的完成, 在基因组水平上揭示花粉发育以及花粉管极性生长的分子基础已成为可能。经过最近几年的研究已初步明确了花粉转录组特征。本文主要讨论了拟南芥花粉转录组学的研究进展, 以期帮助读者对花粉发育的研究有全面了解。     

烟草精细胞两个群体的分离

高等植物的倾向受精是一个非常吸引人的研究课题,目前对其机理还不清楚.要想探索高等植物倾向受精现象,前提之一是要分离出一定数量的两个精细胞群体作为分子生物学研究方法的材料.以前的研究表明,烟草(Nicotiana tabacum L.)花粉管中的两个精细胞体积差异明显.这种异型性的精细胞可能与倾向受精有关.烟草是二胞型花粉,生殖细胞只在体内生长的花粉管中才分裂形成两个精细胞.用体内/体外技术培养出花粉管后,爆破花粉管即可释放出花粉管内含物,其中包括两个精细胞.用微量酶液可使两个精细胞分开.然后用显微操作器可挑选出两个大小不同、数量上千的精细胞群体.这种单一纯化的精细胞群体为用分子生物学方法区分两个精细胞的DNA和蛋白质差异打下基础.本研究是高等植物的第二例、二胞花粉植物中的第一例分离两个特定精细胞群体的尝试,为构建烟草两个精细胞的cDNA文库创造了条件.     

花粉发育的转录组研究进展

在受精过程中花粉通过其极性生长的花粉管将精细胞运送到胚囊启动双受精，除了在有性生殖过程中的重要作用外，花粉及其极性生长的花粉管也是研究植物生长发育的重要模式材料。随着模式植物拟南芥和水稻基因组测序的完成，在基因组水平上揭示花粉发育以及花粉管极性生长的分子基础已成为可能。经过最近几年的研究已初步明确了花粉转录组特征。本文主要讨论了拟南芥花粉转录组学的研究进展，以期帮助读者对花粉发育的研究有全面了解。     

阿拉伯半乳糖蛋白在被子植物有性生殖中的作用

阿拉伯半乳糖蛋白(arabinogalactan-proteins,AGPs)是一类主要分布在细胞表面和胞外基质中的糖蛋白.它们在植物的雄性器官(花粉、花粉管、精细胞)、雌性器官(柱头、花柱、子房)和胚胎(合子胚和体细胞胚)等组织和细胞中均有大量的表达.大量研究表明AGPs在被子植物有性生殖过程中起着非常重要的作用,既可能参与花粉管粘附、营养、传导或提供信号的作用,也可能参与受精过程中配子识别和受精后胚胎的发育与分化等过程.该文就其分子结构、特性以及在植物有性生殖过程中各种器官和组织内的表达和功能研究进展做了较为全面的概述.     

植物的受精作用 第三讲 雄性配子与雌性配子融合的过程

当花粉管进入胚囊后,立即释放出其中的内容物,包括两个精子。接着发生雌雄配子的融合:一个精子与卵融合,形成合子,进一步发育成胚;另一个精子与中央细胞的极核(通常两个)融合,形成初生胚乳核,发育成为胚乳。受精作用发生的两种融合的现象,称为双受精。这是被子植物独具的特点。