菜豆花粉发育中质体和线粒体及其DNA存在的状况——着重阐明质体遗传的细胞学基础

应用电镜和DNA的DAPI荧光检测技术研究了菜豆(Phaseolus vulgaris L.)小孢子/花粉发育中质体和线粒体及其DNA存在的状况。观察表明:在小孢子分裂时质体全部分配到营养细胞中,初形成的生殖细胞已不含质体。线粒体和质体的DNA在花粉发育中也先后降解,生殖细胞从刚形成时发育至成熟花粉时期这两种细胞器DNA均不存在。研究结果为菜豆质体母系遗传提供了确切的细胞学证据。遗传分析的研究曾确定菜豆质体为双亲遗传,对与本研究结论不同的原因进行了讨论。     

玉竹雄配子的发育——着重阐明质体在生殖细胞和营养细胞中的分布和变化

玉竹(Polygonatum simizui Kitag)小孢子在分裂前,质体极性分布导致分裂后形成的生殖细胞不含质体,而营养细胞包含了小孢子中全部的质体。生殖细胞发育至成熟花粉时期,及在花粉管中分裂形成的两个精细胞中始终不含质体。虽然生殖细胞和精细胞中都存在线粒体,但细胞质中无DNA类核。玉竹雄性质体的遗传为单亲母本型。在雄配子体发育过程中,营养细胞中的质体发生明显的变化。在早期的营养细胞质中,造粉质体增殖和活跃地合成淀粉。后期,脂体增加而造粉质体消失。接近成熟时花粉富含油滴。对百合科的不同属植物质体被排除的机理及花粉中贮藏的淀粉与脂体的转变进行了讨论。     

豌豆生殖细胞的发育—着重论述质体母系遗传的细胞学基础

超微结构的研究证明,豌豆（Ｐｉｓｕｍ ｓａｔｉｖｕｍ Ｌ．）生殖细胞自形成直至成熟花粉时期,始终存在少量质体和较多的线粒体。ＤＮＡ 荧光的观察表明,在发育早期的生殖细胞中不含细胞质ＤＮＡ 类核,但在成熟花粉的生殖细胞中有许多的类核。在花粉离体萌发过程中,随着花粉管的生长,生殖细胞中的类核逐渐降解。在花粉培养２４ ｈ 后,生殖细胞的类核全部消失。研究结果确定了豌豆质体母系遗传的细胞学基础,支持遗传分析及ＲＦＬＰ研究的结论,阐明了过去在细胞学上认为是双亲遗传的判断不正确的原因     

王百合及兰州百合细胞质遗传的细胞学研究

描述了王百合（ＬｉｌｉｕｍｒｅｇａｌｅＷｉｌｓ．）及兰州百合（Ｌ．ｄａｖｉｄｉＤｕｃｈ．）质体和线粒体在生殖细胞及精细胞中的分布和细胞质中ＤＮＡ的状况。在刚形成的王百合的生殖细胞中含有少量的质体和大量的线粒体。当生殖细胞游离在营养细胞质中时,质体在生殖细胞中完全退化消失。ＤＡＰＩ荧光技术进一步证明,在成熟花粉、花粉管中的生殖细胞及其分裂形成的两个精细胞中无任何细胞器ＤＮＡ。兰州百合在小孢子分裂时质体严格地极性分布,造成了刚形成的生殖细胞中即无质体。兰州百合、麝香百合（Ｌ．ｌｏｎｇｉｆｌｏｒｕｍＴｈｕｎｂ．）及其杂种的ＲＦＬＰ分析,也证明兰州百合质体是单亲母系传递的。虽然在不同发育时期的生殖细胞及精细胞中可以观察到线粒体,但在雄配子体时期它们的ＤＮＡ已降解,因此雄性线粒体不能被传递至后代。研究结果提供了百合属的这两个种质体和线粒体具母系遗传方式的细胞学证据,并阐明父系细胞质不能作为遗传传递的机理。     

甘薯细胞质传递的研究：精细胞的质体和线粒体及其DNA存在的状况

甘薯（ＩｐｏｍｏｅａｂａｔａｔａｓＬａｍ．）成熟花粉为二细胞型,在授粉后萌发之前生殖细胞分裂形成精细胞。仍在花粉粒中的两个精细胞大小和形状基本相似,细胞质中含丰富的质体和线粒体。细胞质ＤＮＡ特异荧光显示精细胞及产生它们的前细胞———生殖细胞中均含有丰富的类核。一对精细胞中类核的数量无明显的差异。精细胞中存在两种形态类核,大而荧光强的类核可能为质体类核,而小的荧光弱的类核为线粒体类核。双亲或父系质体遗传在被子植物中是少数,本研究结果为旋花科的除牵牛属和打碗花属外又提供了新的一属具这种遗传方式的细胞学证据。     

麻疯树小孢子发育的研究

用透射电镜观察了麻疯树(Jatropha curcas L.)小孢子发育的超微结构。小孢子母细胞时期内质网和质体较多;减数分裂和四分体时期,细胞处于明显的代谢活跃状态,细胞器丰富,主要有内质网、线粒体、质体、高尔基体和球状体;在小孢子发育早期和晚期,线粒体和内质网仍较丰富;小孢子经过高度的不对称分裂后,形成较大的营养细胞和较小的生殖细胞,营养细胞中细胞器数量明显减少,含大量的淀粉和脂类物质,生殖细胞中脂类物质丰富;表皮、药室内壁和中层细胞在小孢子母细胞和四分体时期淀粉粒丰富,小孢子时期明显减少,绒毡层从小孢子母细胞至小孢子发育晚期的细胞器都很丰富,主要为内质网、质体和线粒体,为二胞花粉发育奠定基础。     

天竺葵质体和线粒体双亲遗传的细胞学机理——雄性和雌性配子微结构…

天竺葵生殖细胞和精细胞在发育中,始终存在质体和线粒体。在精细胞中,质体的体积大、数量多、具基质浓厚和切面上多为呈现的特点。线粒体在生殖细胞和精细胞中没有差异,体积较质体小得多,球形或杆状,边缘染色较深。在卵细胞中质体的含量比线粒体丰富,这两种细胞器的结构形态与精细胞的有明显的差异。细胞的质体多呈不规则的棒状和含淀粉粒。线粒体比精细胞的大２－３倍,许多为环状。ＤＮＡ荧光的检测证明了在生殖细胞、精细胞     

栽培甜菜花粉发育过程的超微结构

利用透射电镜技术对栽培甜菜（Beta vuigaris）花粉发育过程进行了超微结构观察。结果表明,在小孢子母细胞减数分裂期间,细胞内发生了“细胞质改组”,主要表现在核糖体减少,质体和线粒体结构发生了规律性变化。末期1不形成细胞板,而是在2个子核间形成“细胞器带”。“细胞器带”的存在起到类似细胞板的作用,暂时将细胞质分隔成两部分。四分体呈四面体型,被胼胝质壁包围。小孢子外壁的沉积始于四分体晚期,至小孢子晚期外壁已基本发育完全。单核小孢子时期,细胞核大,细胞器丰富。二细胞花粉发育主要表现在生殖细胞壁的变化上,生殖细胞壁上不具有胞间连丝。成熟花粉为三细胞型,含有1个营养细胞和2个精细胞。精细胞具有短尾突,无壁,为裸细胞,每个精细胞通过2层质膜与营养细胞的细胞质分开。生殖细胞与精细胞里缺乏质体。     

栽培甜菜花粉发育过程的超微结构

利用透射电镜技术对栽培甜菜(Beta vulgaris)花粉发育过程进行了超微结构观察。结果表明, 在小孢子母细胞减数分裂期间, 细胞内发生了“细胞质改组”, 主要表现在核糖体减少, 质体和线粒体结构发生了规律性变化。末期I 不形成细胞板,而是在2个子核间形成“细胞器带”。“细胞器带”的存在起到类似细胞板的作用, 暂时将细胞质分隔成两部分。四分体呈四面体型, 被胼胝质壁包围。小孢子外壁的沉积始于四分体晚期, 至小孢子晚期外壁已基本发育完全。单核小孢子时期, 细胞核大, 细胞器丰富。二细胞花粉发育主要表现在生殖细胞壁的变化上, 生殖细胞壁上不具有胞间连丝。成熟花粉为三细胞型, 含有1个营养细胞和2个精细胞。精细胞具有短尾突, 无壁, 为裸细胞, 每个精细胞通过2层质膜与营养细胞的细胞质分开。生殖细胞与精细胞里缺乏质体。     

天竺葵质体和线粒体双亲遗传的细胞学机理——雄性和雌性配子超微结构和DNA荧光的研究

天竺葵（Ｐｅｌａｒｇｏｎｉｕｍ ｈｏｒｔｏｒｕｍ Ｂａｉｌｅｙ）生殖细胞和精细胞在发育中始终存在质体和线粒体。在精细胞中,质体的体积大、数量多,具基质浓厚和在切面上多为环状的特点。线粒体在生殖细胞和精细胞中没有差异,体积较质体小得多,球形或杆状,边缘染色较深。在卵细胞中质体的含量比线粒体丰富,这两种细胞器的结构形态与精细胞的有明显的差异。细胞的质体多呈不规则的棒状和含淀粉粒。线粒体比精细胞的大２—３ 倍,许多为环状。ＤＮＡ 荧光的检测证明了在生殖细胞、精细胞和卵细胞中存在质体和线粒体类核。卵中的环状线粒体类核的形态在精细胞中是不存在的。本研究确定了雄性和雌性配子的质体和线粒体在结构形态上各具特点,可作为鉴别它们的标记,从合子中查明雄性质体和线粒体是否传递,以及在胚胎发育的早期雌雄亲本来源的细胞器的动态     

甜菜无融合生殖单体附加系M14花粉发生与发育的超微结构研究

运用透射电子显微镜技术,对甜菜无融合生殖单体附加系M14的小孢子发生、雄配子体发育以及相应的花药壁发育过程进行超微结构的观察研究,以阐明甜菜无融合生殖单体附加系M14花粉发生与发育超微结构特点以及花粉败育的时期和败育的细胞学特征.结果显示:(1)小孢子母细胞减数分裂正常,分裂期间细胞质具有明显的"细胞质改组"现象,主要表现在核糖体减少,质体、线粒体的结构发生规律性的变化,有利于孢子体向配子体的转变.M14减数分裂的胞质分裂为同时型,前期Ⅱ和中期Ⅱ形成"细胞器带";正常发育的花粉,小孢子分裂形成营养细胞和生殖细胞;生殖细胞脱离花粉壁,生殖细胞游离于营养细胞的细胞质中,最初具细胞壁,而后消失,且生殖细胞壁成分与花粉内壁成分相似.(2)三细胞型的成熟花粉含有一个营养细胞和两个具有尾突的精子;每个精子通过两层质膜与营养细胞隔开,含有一个大的精核,长尾突内含少量的细胞质以及纤丝状结构.(3)生殖细胞和精子中缺乏质体.(4)花粉的败育起始于小孢子,大部分受阻于单核-二细胞花粉期,其败育特征为花粉内液泡吞噬作用导致细胞器解体,绒毡层细胞过早解体或肥大生长致使营养供应受阻,可能是导致单核-二细胞花粉败育的主要细胞学原因.研究表明,白花甜菜第九号染色体的附加可能是导致M14大量花粉败育的遗传学因素.     

枸杞花粉发育的超微结构变化

用JEM-100CXⅡ透射电子显微镜对宁夏枸杞(Ly cium barbarum L.)花粉发育过程做了超微结构观察.结果表明,在花粉母细胞细线和偶线期,核糖体数量减少、线粒体结构简化;之后核糖体数量逐渐回升,后期Ⅰ线粒体结构恢复正常.小孢子液泡化过程中核糖体再次减少,同时线粒体和质体结构简化;在早期二胞花粉中,核糖体数量增加、线粒体和质体结构再度分化.花粉母细胞和小孢子发育过程中都存在“细胞质改组”现象,且这两次“细胞质改组”与细胞功能的转变密切相关.在次生造孢细胞、花粉母细胞和小孢子后期都有液泡数量明显增加或体积增大的过程.前两次液泡的增加可能参与了其胼胝质壁的构建;而小孢子晚期中的大液泡则创造了一种极性为其不等分裂作好了生理和结构上的准备.     

扁豆花粉发育的超微结构

用透射电镜对扁豆ＤｏｌｉｃｈｏｓｌａｂｌａｂＬ．的小孢子发生和雄配子体形成过程进行了观察。首次观察到扁豆花粉发育过程中,其质体与线粒体去分化、再分化发生于整个花粉发育过程中,并经历了两个去分化和再分化的周期。     

莴苣花粉发育过程中ATP酶的分布

对莴苣花粉发育过程中ATPase的分布特征做了研究。四分体早期的小孢子细胞质中开始出现ATPase反应颗粒。之后,小孢子在发育过程中,花粉内壁聚集大量体积较大的ATPase反应颗粒,并一直保持到花粉即将成熟。在小孢子发育晚期,在花粉萌发孔处和小孢子大液泡中也特异性地聚集了较多ATPase颗粒。二胞花粉刚形成的生殖细胞表面呈现大量的ATPase反应颗粒,当生殖细胞脱离花粉内壁移入营养细胞,ATPase反应颗粒基本消失。生殖细胞分化过程中生殖细胞的ATPase反应颗粒逐渐低于营养细胞中的。在成熟花粉中,精细胞中的ATPase反应颗粒比营养细胞中的少,且主要集中在细胞核中。结果显示花粉发育过程中ATPase的特异分布与花粉发育的一些生物学事件密切相关。     

牵牛属质体DNA的父系遗传

利用限制性片段长度多态性（ＲＦＬＰ）技术研究了牵牛属（Ｐｈａｒｂｉｔｉｓ）植物质体ＤＮＡ 的遗传方式。结果表明,在牵牛（Ｐ． ｎｉｌ）×大花牵牛（Ｐ． ｌｉｍｂａｔａ）和大花牵牛×牵牛中,质体ＤＮＡ 为父系遗传。在大花牵牛×牵牛中,质体ＤＮＡ还有可能为双亲遗传。研究证明牵牛属为被子植物中具有质体父系遗传方式的第三个属。牵牛属质体父系遗传机制尚不清楚,作者认为母系质体及其ＤＮＡ 在受精后的释稀、排除和／或降解可能是质体父系遗传的基础     

小麦雄配子体的超微结构 Ⅰ.营养细胞和生殖细胞的形成

小孢子分裂的末期产生的成膜体,经离心的扩展后形成一个与内壁连结的细胞板,而后形成分隔营养细胞和生殖细胞的壁。由于胞质分裂高度的不均等性,形成大小悬殊的营养细胞和生殖细胞。在初期的生殖细胞和营养细胞的细胞质中,细胞器是没有差异的,包括线粒体、质体、内质网、高尔基体和核糖体。只有在胞质分裂初期看到微管。生殖细胞形成后,进一步的发育是逐渐脱离花粉粒的壁而成为游离的细胞,浸没在营养细胞的细胞质中。与此同时壁物质消失,变为一个被二层质膜所包围的裸细胞。当生殖细胞发育至游离的裸细胞时期,与营养细胞比较,显示明显的异质性,表现为生殖细胞中的质体不发育或退化,其它细胞器没有什么变化。相反,营养细胞中的质体和线粒体在数量上和大小上显著增长,在质体中迅速积累淀粉。对小麦生殖细胞暂时出现细胞壁的意义以及和营养细胞的异质性进行了讨论。     

牵牛属生殖细胞和精细胞中细胞器DNA的研究

用ＤＡＰＩ荧光技术观察了大花牵牛（ Ｐｈａｒｂｉｔｉｓ ｌｉｍ ｂａｔａ Ｌｉｎｄｌ．）和圆叶牵牛（Ｐ． ｐｕｒｐｕｒｅａ（Ｌ．） Ｖｏｉｇｈｔ）生殖细胞的细胞质ＤＮＡ及其在精细胞形成过程中的动态。牵牛属这两个种的生殖细胞均为细长形,具有大量细胞器ＤＮＡ。刚形成的一对精细胞大多数一端钝,另一端呈尾状。较后期的精细胞多呈凸透镜状。生殖细胞分裂形成的一对精细胞多是同型的,也有的表现为异型。精细胞的核多偏于细胞的一端。在细胞质中有大量细胞器ＤＮＡ分布。精细胞中的细胞器ＤＮＡ 荧光点在大小及荧光强度上有所不同,可能代表线粒体和质体这两种不同的细胞器ＤＮＡ。大花牵牛与圆叶牵牛之间,无论是生殖细胞或精细胞在细胞形状和细胞质ＤＮＡ 分布状况上基本相似。一个明显的差异是,后者的细胞质ＤＮＡ 荧光点体积较小和荧光弱。研究表明,精细胞存在具有ＤＮＡ 的细胞器,为牵牛花细胞质具有双亲遗传或父系遗传的潜能提供了细胞学证据。本文还对研究的两个种的精细胞存在同型和异型的现象,以及精细胞在核质比率上的特点与质体双亲遗传的关系进行了讨论     

牵牛花受精前后卵细胞质体和线粒体及其细胞质DNA的变化

应用透射电镜研究了圆叶牵牛（Ｐｈａｒｂｉｔｉｓｐｕｒｐｕｒｅａ （Ｌ．） Ｖｏｙｇｈｔ）和大花牵牛（Ｐ． ｌｉｍ ｂａｔａ Ｌｉｎｄｌ．）卵细胞在受精前和受精后质体和线粒体的变化。观察到卵细胞在受精前高度液泡化,在核周及卵细胞周围的薄层细胞质中有质体和线粒体。质体含１～２ 个较大淀粉粒。线粒体多呈环形或杯状。卵细胞受精后,细胞质增多,质体的数量也明显增加。质体基质变得更加浓厚,并且普遍含有嗜锇的球体。合子中线粒体丰富,但缺乏卵细胞中那种环形或杯状线粒体,多呈圆形。细胞质ＤＮＡ检测的结果表明,卵细胞质ＤＮＡ荧光有大小和形状不同的两类,它们在细胞中随机分布。一类较大,呈环状,可能是线粒体中的ＤＮＡ显示的荧光;另一类小的点状荧光,可能大多是质体ＤＮＡ荧光,前者比后者多。卵细胞受精后,细胞质类核发生变化,表现在数量上明显地比受精前少。研究揭示了牵牛花合子中细胞质ＤＮＡ 减少的现象,说明了母系质体ＤＮＡ 在受精后可能被降解,提供了母系质体不传递到后代的可能机制。     

被子植物质体遗传的细胞学研究

植物细胞质遗传涉及细胞质中含DNA的两种细胞器——质体和线粒体从亲代至子代的传递。相对来说线粒体遗传的研究远不及质体的多,这可能是线粒体这种细胞器缺乏合适的表型突变体之故。高等植物质体遗传的研究历史可追溯到本世纪初在杂交试验中对叶色遗传的非孟德尔定律的发现,Baur在马蹄纹天竺葵(Pelargonium zonale)中从叶色突变体(白化体)的杂交遗传分析,发现了双亲质体遗传;而Correns在紫茉莉(Mirabilis jalapa)中则发现了单亲母本质体遗传(见Kuroiwa)。此后,对质体基因组突变性状遗传分析的研究,大量的资料说明了在被子植物中存在双亲质体遗传和单亲母系质体遗传两种类型,而后一种占大多数,仅少数是比较有规律的为双亲质体遗传或偶尔是双亲质体遗传。几十年来应用遗传分析的方法对被子植物质体遗传的研究,着重于揭示不同植物种质体的遗传是单亲母系或是双亲质体传递,以及探索杂种核基因对质体传递方式的影响。     

牡丹小孢子发生与雄配子体发育的超微结构研究

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）花粉母细胞在减数分裂前期Ⅰ出现核液泡,其具有消化和转移细胞核中降解产物的功能。细胞发生了规律性的变化：前期Ⅰ,核糖体数量减少,质体、线粒体结构简化;末期Ⅰ和前期Ⅱ,出现细胞器带,四分体时期,细胞器分散开,结构较清晰,核糖体密度最大。小孢子时期,各结构简化,数量减少,至成熟二胞花粉时,细胞器丰富,结构恢复清晰。牡丹生殖细胞初期具壁,游离在营养细胞质内后壁消失,始终不含质体。花粉成熟时,生殖细胞和营养构成“雄性生殖单位“（MGU）。