花粉管钙信号特性及其调控研究进展

花粉管在花柱中生长受多个信号分子的协同调控,钙离子在其中发挥着重要作用.钙是一种重要的第二信使,它将外界的多种生物或非生物信息转化为对细胞内基因表达以及细胞生理反应的调控.钙信号表达方式是胞内自由钙浓度的特异性变化.该文对国内外近年来有关花粉管生长中钙信号特性及其调控的研究进展,如花粉管尖端自由钙离子浓度梯度与胞内钙振荡、花粉管质膜钙转运体的鉴定及其调控特性、花粉管钙信号与微丝和ROP蛋白的关系以及花粉管钙信号与植物自交不亲和性反应的关系等进行综述,为深入开展相关研究提供参考.     

钙和硼对蓝猪耳花粉萌发及花粉管生长的影响

研究了钙(Ca^2 )和硼(H3BO3)对蓝猪耳花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明：(1)在一定范围内Ca^2 几乎不影响花粉萌发频率,而主要影响花粉萌发速度和花粉管生长速度;低Ca^2 不利于花粉管生长,而高Ca^2 抑制花粉萌发速度和花粉管生长;在稍高于最适Ca^2 浓度的条件下,花粉管生长早期呈现波浪形。(2)硼明显影响花粉萌发频率及花粉管形态;花粉管生长必需硼,但不同浓度的硼对花粉管生长速度影响不明显;在高浓度硼条件下,较长时间内花粉管均呈现出波浪形。(3)Cooled-CCD动态跟踪观察进一步证实Ca^2 影响花粉管生长速度,而硼则不明显。     

The Effects of Air Pollution on Structures, Proteins and Allergenicity of Pollen Grains

The prevalence of allergic disease has increased world wide during the last decades. Pollen allergy is the most typical form of allergic disease. The increase in its frequency during recent years is the most evident. Environmental factors play an important role in the problem of pollen allergy in large cities. The aim of this research is determination of allergenicity of Canna pollen in polluted and non-polluted conditions, detection of their allergenic proteins and also elucidation of some microscopic effects of air pollutants on pollen structure and proteins. Mature and immature pollen grains of Canna indica were collected from polluted and non-polluted areas. Pollen grains were studied by scanning electron microscopy. Mice were sensitized by injection of pollen extract and an adjuvant for five times. Allergy potency of different pollen extracts were compared by means of skin test, blood eosinophills number and IgE levels in sensitized and treated animals. Pollen proteins were studied by SDS-PGE and allergenic proteins were detected by immunoblotting techniques. Scanning electron microscope study of the pollen grains showed that in polluted areas, air born particles accumulated on the surface of pollen and changed both pollen's shape and pollen's tectum. Also many vesicles were released out of polluted pollen and the pollen material agglomerated on the surface of pollen. SDS-PAGE showed that different proteins exist in mature and immature pollen. In pollen collected from polluted area, some of protein bands between 22 and 45 kDa were disappeared . Also in all polluted pollen grains, protein content of pollen decreased in response to air pollution causing the release of pollen proteins. According to our experiments and regarding induction of allergic symptoms, the polluted pollen is more effective than non-polluted one, and mature pollen has more allergy potency than immature one.     

用激光扫描共聚焦显微镜观察雪松花粉和花粉管

为更直观地观察和显示花粉和花粉管中细胞结构及其细胞核的状态与行为。雪松花粉和花粉管经卡诺液固定,分别以埃氏苏木精、曙红、Hoechst 33243单染和曙红-Hoechst 33342双染后,用冬青油整体透明,在激光扫描共聚焦显微镜下观察。4种染色法观察效果不同;以曙红-Hoechst 33342双染的样品观察效果最佳,在紫外光激发下清晰地显示出细胞核,在488 nm激光激发下不仅能清晰看到花粉和花粉管壁结构,且能分辨管细胞、柄细胞及体细胞的结构特点和空间位置关系。建立了一种快速简便的适于在激光扫描共聚焦显微镜下观察花粉和花粉管中成员细胞结构及其细胞核的状态、行为的制片技术;激光扫描共聚焦显微镜具有独特的共轭成像装置、连续光学扫描、图像三维重组和多通道检测等功能,极好地展示了雪松花粉和花粉管的结构特点,相比于传统的光学显微镜和荧光显微镜,其观察到的图像更清晰、更直观、更具立体感。     

果梅花粉离体萌发及花粉管生长特性研究

研究了果梅(Prunus mumeSieb.1et Zucc.)花粉在不同培养基组分、花粉不同培养密度和不同温度及培养时间的离体萌发和花粉管生长特性.结果表明:细叶青花粉萌发及花粉管生长最适宜的液体培养基为30mmol/L MES(pH 6.5)缓冲液中含20%蔗糖,0.01%硼酸,20%PEG-4000,0.03?(NO3)2?4H2O,0.02%Mg-SO4?7H2O;萌发率达45.03%,花粉管长度达597.2μm.适宜于果梅花粉萌发和花粉管生长的花粉粒密度为20~80粒/μL.培养温度过高或过低都不利于果梅花粉的萌发和生长,25℃时花粉萌发和花粉管生长最好.细叶青"、月世界"、莺宿"3个品种的平均萌发率为48.6%,平均花粉管长度为762.3μm.果梅花粉在不同培养温度下,萌发及生长不同,在25℃条件下花粉管生长速度最快,集中在0~12 h内,3个品种花粉管平均生长速度为58.5μm/h.     

中国樱桃与甜樱桃花粉原位萌发及花粉管生长的差异

以‘垂丝’、‘东塘’(中国樱桃)和‘莫利’、‘拉宾斯’(甜樱桃)为试材,分别于自花、异花授粉后不同时间切取花柱,用FAA固定,荧光染色后压片观察。结果显示,中国樱桃和甜樱桃的自花、异花花粉均能在柱头萌发,且其花粉管在花柱中表现为“极快—慢—快—稳定”的动态变化过程。但甜樱桃花粉萌发率高于中国樱桃,异花高于自花。中国樱桃自花、异花都有花粉管到达花柱基部;甜樱桃‘莫利’ב拉宾斯’和‘拉宾斯’自交有花粉管到达花柱基部,而‘莫利’自交的花粉管在花柱中上部已停止生长。结果表明,中国樱桃表现自交亲和性,而甜樱桃除人工诱变导致自交亲和的‘拉宾斯’等品种外,表现典型的植物配子体自交不亲和性。     

百合远缘杂交花粉萌发及花粉管生长过程观察

利用荧光显微镜对百合远缘杂交组合Bernini×Pollyanna花粉萌发及花粉管生长过程进行观察研究,结果显示,授粉后3~30 h内花粉萌发形成花粉管,且花粉管生长速度由快到慢,48~51 h内花粉管停止生长,花粉管最后深入到花柱的1/3处,并观察到一些异常的花粉管形态;花粉管生长过程中还伴随着一系列的胼胝质反应,出现的部位依次是乳突细胞、花粉管、花柱通道细胞、胚珠中的胚囊.结果表明该杂交组合不亲和.研究认为Berni-ni柱头乳突细胞是阻碍Pollyanna花粉管生长的第一道屏障,花柱通道细胞是抑制花粉管在花柱内生长的第二道屏障.     

花柱和花粉胞外钙调素对花粉萌发和花粉管伸长的影响

以烟草为材料,通过半体内实验,就花柱和花粉胞外钙调素对花粉萌发和花粉管伸长的影响进行了观察。发现用EGTA及钙调素抗血清处理柱头或花粉均可抑制花粉在柱头上的萌发;向花柱引导组织中显微注射纯化钙调素可促进花粉管束伸长,而注射钙调素抗血清可抑制花粉管束伸长;同时证实玉米花柱和花粉细胞壁中均存在钙调素及钙调素结合蛋白,而且花粉和花柱细胞壁中钙调素结合蛋白的种类有差异。结果表明存在于花粉和花柱细胞外的钙调素对花粉萌发和花粉管伸长均有促进作用。     

钙调素对花粉萌发和花粉管生长的效应

牛脑和玉米胚ＣａＭ能显著促进花粉萌发和花粉管生长（图１）,而ＣａＭ抑制剂ＴＦＰ、ＣＰＺ及另外两个专一性更强的抑制剂Ｃｏｍｐｏｕｎｄ４８／８０和Ｗ７均严重抑制甚至阻止花粉的萌发（图２,３）。用对ＣａＭ亲和性较低的Ｗ７同系物Ｗ５,在与Ｗ７同样浓度下,对花粉萌发和花粉管生长无明显影响。此外,Ｗ７对花粉萌发和花粉管生长的抑制效应可被外源ＣａＭ所消除（图４）。在花粉萌发过程中,其内源ＣａＭ含量显著上升,在花粉萌发率接近最大值时,花粉ＣａＭ含量达最高水平（图５）。上述结果表明ＣａＭ对花粉萌发和花粉管生长的调控起重要作用。     

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。     

桃花粉离体萌发和花粉管生长特性研究

采用花粉离体萌发法研究不同培养基组分和培养条件对桃花粉萌发和花粉管生长的影响,同时对不同贮藏温度下的桃花粉寿命进行研究.结果表明:固体培养基与液体培养基对桃的花粉萌发率和花粉管长度影响差异不显著;10%蔗糖是大多数桃品种花粉的最适萌发条件;硼能提高桃花粉的萌发率,但对花粉管的生长没有促进作用;桃花粉在20℃～25℃的培养温度下萌发率最高,花粉管最长;桃花粉萌发率和花粉管长度在培养前3 h内上升最快,3～5 h上升趋势减弱,5 h后基本停止;随着贮藏温度的升高和贮藏时间的延长,花粉生活力呈降低的趋势.     

肌动蛋白在丝瓜花粉管顶端生长中的作用

用非固定荧光标记的鬼笔环肽作为肌动蛋白探针观察并证明了丝瓜未萌发的花粉粒和不同生长时期花粉管中肌动蛋白纤丝的分布及其形态变化。又用细胞松弛素B（CB）、氯两嗪（CPZ）及N-乙酰马来酰胺（NEM）证明了丝瓜花粉管伸长与肌动蛋白既有密切的关系,也受Ca2 的调节。     

GA_3对含笑花粉萌发及花粉管生长的影响

以含笑（Michelia figo）花粉为试材,采用花粉离体培养法,研究GA3对含笑花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明,GA3可以促进含笑花粉提早萌发,20～200 mg/L GA3对含笑花粉萌发和花粉管生长起促进作用,浓度超过200 mg/L花粉萌发和花粉管生长均受到抑制。以GA3200 mg/L的促进作用最好。     

扇脉杓兰花粉超微结构及花粉管生长的观察

为明确扇脉杓兰花粉形态结构及雄性生殖特性,利用扫描电镜、透射电镜和荧光显微镜对花粉形态和超微结构及花粉管生长过程进行观察。结果表明:(1)扇脉杓兰单粒花粉长球形,表面光滑无特征纹饰,有少量胶黏物质,一些表面有2个或以上的深凹陷,凹陷内有球形突起的内容物。(2)花粉壁分为由棒状的基柱小单元组成的外壁和纤维素果胶组成的内壁,有覆盖层;生殖细胞近圆形,细胞核大而致密;营养细胞多弧形,核质分散;花粉粒细胞质含有大量的线粒体、质体和小泡等细胞器,淀粉、蛋白质和多糖含量丰富。(3)花粉管萌发后沿子房壁方向伸长,授粉20d花粉管伸长生长并不明显,授粉30d伸长的花粉管中出现大量胼胝质塞,并且伸长方向转为胚珠中间,花粉管逐渐接近胚珠,在授粉后50d基本完成受精作用。研究认为,扇脉杓兰花粉发育正常,不阻碍有性生殖过程。     

甲壳动物横纹肌的收缩蛋白质与调节机制

甲壳动物横纹肌肌原纤维的肌丝陈列,收缩蛋白质和收缩的Ca²⁺依赖性调节机制与脊椎动物横纹肌有不少差异.脊椎动物横纹肌、甲壳动物快肌与慢肌的粗丝与细丝的数量比依次为1:2,1:3和1:6,肌丝阵列各异.甲壳动物粗肌丝由肌球蛋白和副肌球蛋白组成,其分子装配与脊椎动物不同.细肌丝含有肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白,肌钙蛋白-T分子量较高,肌钙蛋白-C仅1个Ca²⁺结合位点.甲壳动物横纹肌兼有细肌丝调节与粗肌丝调节.     

梨远缘花粉原位萌发及生长特性

应用荧光标记方法对梨远缘花粉在‘丰水’和‘噢嗄二十世纪’柱头上萌发及花粉管生长特性进行观察,结果表明:(1)梨远缘花粉均能在柱头上萌发,但其萌发率不同,授粉后24 h,在‘丰水’柱头上‘红叶桃’花粉萌发率最高,达62.8%,而‘盖县大李’花粉萌发率仅为12.0%,各种远缘花粉在‘丰水’柱头萌发率均高于‘噢嗄二十世纪’柱头。(2)各种远缘花粉管在梨柱头或花柱内生长情况也有差异,‘红叶桃’等核果类花粉管在梨柱头上均表现为扭曲、盘绕等现象,不能穿过柱头;‘红星’和‘红富士’花粉管虽然有少量穿过柱头,但不能进一步在花柱内生长,表现为扭曲变形、先端膨大等不亲和性现象。因此,梨与远缘果树杂交不亲和在柱头上就已发生,这与梨自交不亲和反应发生在花柱内的现象不同。     

GA3对含笑花粉萌发及花粉管生长的影响

以含笑(Michelia figo)花粉为试材,采用花粉离体培养法,研究GA3对含笑花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明,GA3可以促进含笑花粉提早萌发,20～200 mg/L GA3对含笑花粉萌发和花粉管生长起促进作用,浓度超过200 mg/L花粉萌发和花粉管生长均受到抑制。以GA3200 mg/L的促进作用最好。     

培养基组分及培养条件对蜡梅花粉萌发及花粉管生长的影响

采用液体培养法研究不同培养基组分和培养条件对蜡梅花粉萌发和花粉管生长的影响。结果表明:(1)PEG-4000是蜡梅花粉离体培养所必需的培养基成分,当培养基中无PEG-4000时,花粉不能正常萌发。(2)培养基内低浓度蔗糖对花粉萌发和花粉管的生长无显著影响,但随着蔗糖浓度的升高,则对花粉萌发和花粉管生长表现出强烈的抑制作用,且浓度越高,抑制效应越强。(3)培养基内其它组分分别在一定浓度范围(0～250g/L PEG-4000、0～50mg/L硼酸、0～30mg/L硝酸钙)内对花粉萌发及花粉管生长有促进作用,但超过上述高限值时则起抑制作用。(4)培养基内镁和钾的浓度对花粉萌发及花粉管生长影响不显著。研究表明,蜡梅最适花粉液体培养基组分为250g/L PEG-4000+50mg/L H3BO3+30mg/L Ca(NO3)2.4H2O,且在pH 5.5、温度15℃和600lx的光照培养条件下蜡梅花粉萌发和花粉管生长最佳。     

凯特杏花粉的离体培养及影响因子分析

采用离体培养法,在不同培养基组分含量、pH值、温度及植物生长调节物质的培养条件下,对凯特杏(Prunus armeniacaL.cv Katy)花粉的离体萌发和花粉管生长状况进行观察研究。结果表明:(1)凯特杏花粉离体萌发及花粉管生长的适宜培养基为20%蔗糖 0.04%硼酸 0.01?Cl2,最适pH为6.0,最适温度为20℃,培养20 h后,花粉的萌发率达68.76%,花粉管长度达1 083.53μm。(2)不同植物生长调节物质对花粉萌发和花粉管生长作用不同,赤霉素浓度为5~8 mg/L、矮壮素浓度为10~150 mg/L、多效唑浓度为5~10 mg/L时对凯特杏花粉萌发和花粉管生长都有促进作用,但国光丁酰肼对凯特杏花粉萌发和花粉管生长均有抑制作用。     

细胞松弛素B和鬼笔环肽对梨花粉萌发和花粉管生长的影响

以砂梨(Pyrus pyrifoliaNakai)品种今村秋(Imamuraaki)和丰水(Hosui)为材料,分别用光学显微镜和荧光显微镜观察了离体和半活体条件下微丝骨架解聚剂细胞松弛素B(cytochalasin B,CB)和稳定剂鬼笔环肽(phalloidin)对梨花粉萌发和花粉管生长的影响.结果表明:(1)低浓度(10μg/mL)鬼笔环肽能促进花粉萌发和花粉管生长,但高浓度对花粉萌发和花粉管的生长具有抑制作用;CB抑制花粉萌发和花粉管生长,且抑制效应随其浓度的增加而增强.(2)鬼笔环肽处理柱头后进行自花授粉,可明显促进自花花粉萌发和花粉管的生长,而CB处理柱头后异花授粉则抑制异花花粉萌发及其花粉管生长.可见,微丝骨架参与了梨花粉萌发和花粉管生长过程,并参与了梨自交不亲和反应的调节.