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。     

肌醇磷脂信号途径参与胞外钙调素启动花粉萌发和花粉管伸长

高等植物有性生殖是植物发育生物学研究的重要内容之一,而作为雄配子体的花粉在雌蕊柱头上萌发及花粉管在花柱内的持续生长是有性生殖实现的关键。已有许多研究表明Ca2 在花粉萌发和花粉管生长过程中起重要作用。最近,我室在多年细胞外钙调素（calinodulin,CaM）存在。性质及生物学功能研究（孙大业等1995;Sun等1994,1995;Tang等1996）的基础上,通过不过膜的大分子CaM拈抗剂或抗体并结合恢复实验证实细胞外CaM对花粉的萌发和花粉管的伸长具有启动作用（马力耕和孙大业1996）,并发现G蛋白、质膜Caz”通道及胞内依赖Caz”的蛋白…     

类整合素在烟草花粉萌发和花粉管生长中的作用

本文研究了动物整合素VnR抗血清及动物整合素专一性抑制剂含RGD的多肽对体外及半体内培养条件下烟草花粉萌发及花粉管生长的影响。结果表明在体外培养条件下,VnR抗血清及GRGDSP肽对花粉的萌发及花粉管的生长没有明显的抑制作用,但可抑制钙调素促进的花粉萌发和花粉管的生长;两者对柱头上进行的花粉萌发及在花柱里进行的花粉管生长也有一定程度的抑制。对类整合素在花粉萌发及花粉管生长中的作用进行了讨论。     

高温对苹果花粉在花柱内萌发和生长的影响

以‘长富2号’红富士苹果为母本,‘红星’苹果为父本,研究35℃高温对苹果花粉在花柱内萌发和生长的影响。结果表明：温度影响花粉在柱头和花柱内的萌发及生长,与对照相比,高温促进花粉在柱头表面快速萌发,并加速花粉管在花柱内的伸长生长,但是在授粉72hN,高温处理下培养的花粉管形态出现花粉管变粗、弯曲并有瘤状小结的异化现象,同时,花柱发生褐变,并产生胼胝质,最终导致花粉管不能进入胚珠完成受精。     

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。     

柚雌蕊不同部位抽提液对自交不亲和阻抑效果的研究

以‘土柚’（Citrus grandis ‘Tuyou’）作对照,采用荧光显微技术对‘琯溪蜜柚’（Citrus grandis‘Guanxi-miyou’）、‘度尾蜜柚’（Citrus grandis ‘Duweimiyou’）两个品种花粉在本品种和异品种雌蕊不同部位抽提液中花粉萌发和花粉管伸长状态进行了观察。结果表明：‘琯溪蜜柚’和‘度尾蜜柚’子房抽提液对自身花粉管伸长阻抑最明显,并产生严重的弯曲;柱头抽提液对自身花粉管伸长稍有影响,出现中度弯曲;花柱抽提液中自身花粉管伸长正常,仅有轻微弯曲。然而,对于异品种的花粉以及自交亲和的‘土柚’,其子房、花柱和柱头抽提液对花粉管伸长没有这种阻抑效应。     

甜柿巨大花粉萌发特征及辐射敏感性研究

以‘禅寺丸’（Diospyros kakiL.f)为试材,对巨大花粉萌发率,花粉管伸长,亲和性及辐射敏感性进行了研究。结果表明：（1）巨大花粉在培养基和柱头上正常萌发,不存在萌发及亲和性障碍;（2）巨大花粉萌发迟缓及低萌发率造成其与普通花粉受精竞争中处于劣势;（3）巨大花粉和普通花粉对^60Coγ-射线辐射敏感性有差异。巨大花粉的敏感性低于普通花粉,1200Gy为刺激巨大花粉萌发的适合剂量,同时可抑制普通花粉萌发,从而可相对提高巨大花粉的受精竞争力;（4）辐射延迟效应造成巨大花粉的萌发率在一定期间内有下降趋势。但自身的修复机制可部分恢复其生活力。     

小报春不同授粉组合亲和性研究

利用小报春‘红星’、‘紫霞’、‘罗兰香’3个品种分别设置8种授粉组合,统计了不同授粉组合的结实情况和单果种子数量,并对‘红星’品种部分授粉组合的花粉萌发与花粉管伸长过程进行荧光显微观察。结果显示:(1)3个品种的结实率和单果种子数量均表现为异型植株授粉>长花柱同型异株授粉、长花柱自交>短花柱同型异株授粉、短花柱自交,不同授粉组合间单果种子数量差异极显著,异型植株授粉类型结实率均达到100%,单果种子数量为44～181粒,显著高于自交组合和同型异株杂交组合;以异型致死花粉作为蒙导对短花柱同型异株授粉组合的结实有一定促进作用,但对长花柱同型异株授粉组合的结实没有一致的促进作用;3个品种中‘红星’的结实率和单果种子数量最高。(2)荧光显微观察表明,异型授粉组合花粉在柱头上大量萌发并在花柱中伸长,授粉144h后花粉管开始进入子房;同型授粉组合授粉12h后花粉开始萌发,但直到授粉后144h花粉管还没有进入花柱;自交授粉组合授粉后144h仍无花粉萌发。实验结果说明,小报春存在明显的自交不亲和性,且短花柱类型的自交不亲和性比长花柱类型强。     

向日葵柱头,花柱和珠孔中钙分布的超微细胞化学定位

用焦锑酸盐沉淀法对向日葵（ＨｅｌｉａｎｔｈｕｓａｎｎｕｕｓＬ．）授粉前后柱头、花柱和珠孔中的钙进行了超微细胞化学定位。同时还运用Ｘ射线能谱（ＥＤＸ）和波谱（ＷＤＸ）两种方法进行了Ｘ射线定性分析,证明了前法所得沉淀确系焦锑酸钙。观察表明,花粉萌发和花粉管生长所经的柱头接受面,花柱引导组织和珠孔引导组织中含钙较柱头、花柱和珠孔的其它部位明显地多。柱头乳突细胞的表面和花柱引导组织的胞间基质中、尤其胞间基质与细胞壁外层相接之处钙很密集。在珠孔外端引导组织中,以角质层为界,钙主要分布于其近珠柄侧。花粉管壁果胶质层中有相当多的钙。结合向日葵中已有的研究和其他文献,讨论了钙的分布与花粉管生长的关系     

莴苣授粉前后柱头与花柱中钙的分布变化

莴苣柱头呈两裂片状,有接受花粉的接受面和非接受面之分。授粉前后,柱头接受面乳突细胞的细胞壁中贮存丰富的细小钙颗粒,而非接受面的表皮细胞壁中的钙颗粒很少。在花柱组织中钙的分布具有明显特征,在同一水平上,钙主要分布在引导组织的质外体中,如细胞壁和细胞间隙中,而在引导组织外的薄壁组织中钙主要分布在的细胞内液炮和细胞壁中以及维管束导管内。在花柱不同水平上,花柱中的钙呈现出梯度分布,顶端各组织中的钙颗粒较少,基部各组织中的钙颗粒较多。授粉后1h花柱基部组织的钙颗粒增多,钙梯度分布现象增强。花柱引导组织中的钙梯度分布很可能是吸引花粉管向下生长的原因。讨论了莴苣花柱引导组织中钙梯度分布特征和花粉管在其体内生长的关系。     

莴苣授粉前后柱头与花柱中钙的分布变化

莴苣柱头呈两裂片状,有接受花粉的接受面和非接受面之分。授粉前后,柱头接受面乳突细胞的细胞壁中贮存丰富的细小钙颗粒,而非接受面的表皮细胞壁中的钙颗：粒很少。在花柱组织中钙的分布具有明显特征,在同一水平上,钙主要分布在引导组织的质外体中,如细胞壁和细胞间隙中,而在引导组织外的薄壁组织中钙主要分布在的细胞内液泡和细胞壁中以及维管束导管内。在花柱不同水平上,花柱中的钙呈现出梯度分布,顶端各组织中的钙颗粒较少,基部各组织中的钙颗粒较多。授粉后1h花柱基部组织的钙颗粒增多,钙梯度分布现象增强。花柱引导组织中的钙梯度分布很可能是吸引花粉管向下生长的原因。讨论了莴苣花柱引导组织中钙梯度分布特征和花粉管在其体内生长的关系。     

烟草花粉萌发和花粉管生长期间柱头和花柱中的钙分布

烟草柱头表面有两层覆盖物,其中含有少量细小的钙颗粒.花粉落到柱头上后,储存在花粉外壁中的钙被释放到覆盖层中.当花粉管穿过覆盖层长入柱头细胞之间时,花粉管顶端的细胞壁中出现了大量的细小钙颗粒.开花后22 h观察时,在花柱引导组织中形成了钙的梯度分布:花柱上部引导组织中的钙较少,而下部连接子房处的花柱引导组织中含有较多的钙颗粒.去雄花开花后1 d时,花柱上部引导组织中的钙明显增多;3 d时,连柱头细胞中也出现了较多的钙颗粒.讨论了烟草花柱引导组织中钙梯度分布和花粉管生长的关系.     

钙结合蛋白对花粉生长发育调控研究进展

植物钙结合蛋白存在于花粉管中,通过直接或间接结合Ca~(2+),定位膜结构,形成Ca~(2+)信号通道,发生信号转导,对花粉发育及花粉管的生长起到调控作用。目前已明确以钙调蛋白(CAM)、钙依赖型蛋白激酶(CDPK)、类钙调蛋白(CML)、类钙调素B类蛋白(CBL)和激酶蛋白(CIPK)为主的植物钙结合蛋白在调控花粉发育及花粉管生长方面的重要作用。该文主要对近年来国内外已经明确的各类钙结合蛋白家族以及家族成员间不同的作用机理的研究进展进行综述,并举例阐述了钙结合蛋白家族中各类成员对花粉管特定的作用方式及调控作用,最后对今后相关领域的研究前景进行了展望。     

小报春与岩生报春种间杂交亲和性研究

以报春花属报春花组的小报春(Primula forbesii)和指叶报春组的岩生报春(Primula saxatilis)为亲本,对种间杂交的结实性及花粉管行为进行了观察。结果表明:小报春与岩生报春种间杂交表现为不亲和,正反交组合正常结实率为0,但正交、反交组合花粉在柱头表面的萌发和花粉管伸长过程有明显差异,小报春花粉授粉4h后可以在岩生报春柱头表面萌发,但花粉管伸长的速度明显比对照组[岩生报春(P)×岩生报春(T)、岩生报春(T)×岩生报春(P)]慢,并且花粉管生长弯曲,授粉192h后花粉管仍未到达子房;岩生报春的花粉可以在小报春柱头上正常萌发,授粉48h后花粉管到达子房;4个对照授粉组合均分别于24h(短花柱为母本)、48h(长花柱为母本)时完成受精过程。研究表明,岩生报春×小报春杂交存在受精前障碍,小报春×岩生报春杂交亲和性较好,并可通过幼胚拯救的方法获得组间杂种后代;花柱长度可能是影响种间杂交结实能力的因素之一。     

细胞外钙调素——一种植物中的多肽信使?

钙调素历来被认为是细胞内钙信号的多功能受体蛋白,国内外10多年的研究已证实,它普遍存在于人、动物细胞外与植物质外体.我们的工作证明了钙调素不仅普遍存在于植物细胞外,而且在胞外位点具有促进悬浮培养细胞及其原生质体的增殖、调节花粉萌发与伸长和促进rbc小亚基基因的光不依赖性表达等多种重要生物学功能.在花粉体系中,还证明了胞外钙调素具有跨膜与胞外信号转导机制,其中包括异三聚体G蛋白、PLC/IP3/IP3R和胞内钙信号等组分的参与.因此,认为细胞外钙调素可能是植物中的一种多肽信使,这对传统上认为植物中不存在进行胞间通讯的多肽信使的观点,提出了新的质疑.     

花粉——雌蕊相互作用的分子基础

显花植物授粉过程包含了花粉与雌蕊一系列复杂的细胞间相互作用。花粉在柱头上必须发生粘附与水合作用后才能萌发,花粉胞被蛋白可能在粘附机制中起主要作用,而水孔蛋白调节了花粉的水合过程;花粉管在花柱引导组织中定向生长,受引导组织胞间质、向化性物质及细胞粘附机制等因素的影响,也与花粉受体及子房有关。在植物的自交不亲和性反应中,配子体型自交不亲和性反应主要是由自交不亲和基因蛋白产物降解花粉RNA或以Ca^2 介导的信号级联反应实现的;孢子体型自交不亲和性反应则依赖于干性柱头以及雌蕊的S受体激酶及S位点糖蛋白与花粉S基因配体之间的相互作用。     

猕猴桃花粉原位生长过程中Ca2+的超微细胞化学定位

应用扫描电镜和荧光显微镜对软枣猕猴桃同种花粉在柱头上原位萌发及花粉管生长情况进行了观察,并用焦锑酸盐沉淀法对其授粉前后柱头及花柱中Ca2+进行超微细胞化学定位.结果显示:(1)猕猴桃柱头属于干性柱头,具有一道裂沟,乳突呈长圆柱形,授粉前后形态差异不明显.(2)授粉后3 h,花粉管生长穿过柱头表面,授粉后7 h,花粉管生长到达花柱底部;(3)授粉前后,柱头接受面靠近柱头外围细胞的角质层一侧细胞器内含有丰富的钙,而柱头非接受表面钙颗粒分布很少;(4)授粉前和授粉后3 h,花柱顶端钙颗粒较少,基部钙颗粒较多;授粉后7 h,花柱顶端和基部钙分布密度无明显差别;(5)授粉前后花柱顶端钙主要均匀分布在细胞质膜位置;在花柱基部授粉前钙主要分布在引导组织胞间隙中,授粉后3 h主要分布在细胞质内,授粉后7 h主要存在于细胞质、内质网上.研究表明,猕猴桃授粉前后,柱头和花柱组织中均含有钙,授粉前和授粉后3 h花柱中的钙呈现出梯度分布,授粉后7 h钙的梯度分布现象减弱甚至消失.     

花柱和柱头的结构

雌蕊由柱头、花柱和子房３部分组成。柱头是接受花粉的表面,通常将柱头分为２种类型：干砂和湿柱头。干柱头在传粉时没有分泌物的形成,表达干燥并覆盖有一层蛋白质薄膜;湿柱头在传粉时是湿润的,表面被一层分必物所覆盖,有皮细胞人有腺细胞的特征。花柱也被分为２种类型：开放型和闭合型。开放型花柱即中空花柱,花柱中央为花柱道,花柱道周围分布有一层特殊的通道细胞;闭合型花柱即实心花柱,也有２种类型,一类其中央有引导     

青篱柴通过促进亲和花粉生长而提高传粉精确性

异型花柱植物的适应意义在于提高亲和花粉的传递, 从而促进异交, 但是有不少研究发现柱头上落置了大量不亲和花粉。目前, 很少有人研究柱头是否有利于亲和花粉的萌发和花粉管伸长, 以及通过去雄处理排除花内和植株内不亲和花粉干扰从而验证二型花柱植物是否可以促进异交。本研究以亚麻科青篱柴属(Tirpitzia)的二型花柱植物青篱柴(T. sinensis)为研究对象, 分居群调查了青篱柴长、短柱型的植株数量, 测量不同柱型的花粉与柱头大小以及观察其表面纹饰, 测定不同开花时间长、短柱型的柱头活性与花粉活力, 统计自然状态下柱头上落置的不同表型花粉比例, 进一步统计花内、株内去雄和自然对照下柱头上落置的不同表型花粉比例, 计算型间、型内和混合授粉花粉管长度和花粉萌发率, 人工授粉检测其是否型内异交不亲和与自交不亲和。结果表明, 自然居群中长、短柱型青篱柴植株数量没有显著性差异; 短柱型青篱柴花粉体积显著大于长柱型, 且二者花粉表面纹饰不同, 但不同柱型的柱头表面积与表面纹饰无差异; 青篱柴开花第一天的花粉活力显著高于开花第二天, 而柱头活性在开花前两天无显著性差异; 自然状态下柱头上落置的不亲和花粉比例显著高于亲和花粉; 在长柱型青篱柴中, 花内和株内去雄显著提高了柱头上亲和花粉的落置比例; 柱头上授型内花粉, 其花粉萌发率和花粉管的长度都显著低于授型间花粉; 授粉结果表明青篱柴为型内异交不亲和与自交不亲和。二型花柱植物通过促进亲和花粉的萌发和花粉管的伸长而有利于型间授粉, 从而显著提高其传粉精确性。     

南蛇藤花粉和柱头的生物学特性研究

以南蛇藤花粉和柱头为研究对象,用日立TM-1000扫描电镜(SEM)观察花粉和柱头形态;用TTC(2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride)法测定不同贮藏温度对雄花花粉活力的影响;用固体培养基萌发法测定不同温度下雄花花粉的萌发率。结果表明:南蛇藤花粉粒呈长球形,赤道观细长椭圆形,极面观近三裂圆形,具三孔沟,网状雕纹。南蛇藤雌花、两性花的柱头形态及不同发育期的变化规律相似,而雄花柱头形态明显区别于雌花和两性花的。不同的贮藏温度对雄花花粉活力的影响差异明显,贮藏温度越高,花粉失活越快,说明低温利于花粉贮藏。南蛇藤雄花花粉萌发的最适温度约25℃。