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黑松花粉体外萌发与花粉管生长的研究

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林业科学研究　2007,20(2):224～229Forest Research 文章编号:100121498(2007)022*******黑松花粉体外萌发与花粉管生长的研究李国平1,2,黄群策13,杨鹭生2,秦广雍1(1.郑州大学离子束生物工程省重点实验室,河南郑州　450052; 2.莆田学院环境与生命科学系,福建莆田　351100)摘要:应用荧光标记和激光扫描共聚焦显微镜术研究了黑松花粉和花粉管的形态结构,结果表明:黑松成熟花粉含2个退化的原叶细胞、1个生殖细胞和1个管细胞;花粉水合12h后才开始萌发,花粉萌发后管细胞核移动进入花粉管内,而生殖细胞仍留在花粉粒内;伸长的花粉管可分淀粉粒区和透明区;花粉管内原生质的流动呈喷泉式;花粉管壁具纤维素层;年青的花粉管壁有胼胝质沉积,而较老的花粉管壁不具胼胝质层,花粉管内亦不具胼胝质塞;花粉管易于形成分枝,培养基中蔗糖浓度与分枝的形成有关;培养基中高浓度蔗糖可抑制花粉管的伸长。

裸子植物在花粉结构、花粉萌发和花粉管的形态结构方面与被子植物存在较大差异。

关键词:裸子植物;黑松;花粉;花粉管中图分类号:S791.256文献标识码:AIn V itro Pollen Ger m i n a ti on and Pollen Tube Growth of P inus thunbergiiL I Guo2ping1,2,HUANG Q un2ce1,YANG Lu2sheng2,Q I N Guang2yong1(1.Pr ovincial Key Laborat ory of I on Beam B i o2engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou　450052,He’nan,China;2.Depart m ent of Envir onment and L ife Science,Putian University,Putian　351100,Fujian,China)Abstract:The on of pollen and pollen tubes of P inus thunbergii was studied by using a conf ocal laser scan2 ning m icr oscope after fluorescence labeling.A P inus thunberg ii pollen was42celled pollen with t w o degenerated p r o2 thallial cells,one generative cell and one tube cell.I n culture,pollen ger m inati on occurred after app r oxi m ately12 h of hydrati on.During tube gr owth,the tube cell nucleusmoved int o the el ongating tube,but the generative cells re2 mained within the pollen grain.There are t w o distinct z ones in el ongating pollen tubes.One began in the pollen and extended t owards the pollen tube ti p,containing abounding a myl op lasts.The other z one was the clear z one lacking a myl op lasts at the el ongating pollen tube ti p.The cyt op las m ic2strea m ing type in the tube cell was a regular fountain2 like pattern,with organelles moving t owards the ti p in the center of the tube and a way fr om the ti p al ong the cell cortex.Fluorescence m icr oscopy indicated that the pollen tube wall contained cellul ose m icr ofibrils and,call ose was p resent in the younger pollen tubes,but disappeared fr om the older tubes.No call ose p lug was detected within the pollen tube.The pollen tube generally devel oped t w o t o six branches.The sucr ose concentrati on in culture medium affected the for mati on of tube branching and the gr owth rate of tubes t o a great extent.The p resent study suggested that the devel opment and cellular organizati on of gy mnos per m s pollen tubes were considerably different fr om those of angi os per m pollen tubes.Key words:gy mnos per m s;P inus thunbergii;pollen;pollen tube收稿日期:2006206208基金项目:福建省自然科学基金计划资助项目(B0610031);福建省莆田市科技计划项目(2006N17)作者简介:李国平(1966—),男,副教授,博士生,主要从事植物生殖生物学与离子束植物生物技术研究.3通讯作者第2期李国平等:黑松花粉体外萌发与花粉管生长的研究在植物界中,裸子植物与被子植物均可产生花粉,以花粉管为通道输送精子,完成受精过程[1.2]。

被子植物的花粉落在柱头上萌发,花粉管穿越花柱到达胚珠,受精作用为双受精;而裸子植物的胚珠裸露,传粉时花粉直达胚珠,花粉在珠孔室内萌发,除买麻藤类外[3],受精作用为单受精。

裸子植物的有性生殖过程代表一种较原始的有性生殖方式,研究裸子植物的花粉和花粉管发育对于了解植物界有性生殖方式的这一重要进化阶段和雄配子体发育的多样性具有重要意义。

花粉管的生长与根毛、苔藓及蕨类植物的原丝体、真菌菌丝及动物神经轴突细胞的生长相似,是一种典型的极性顶端生长,即生长部位仅限于花粉管的顶端区域。

由于花粉管便于培养和离体操作,一直是研究细胞极性生长、细胞间相互作用以及信号传导等细胞学问题的理想模式系统。

关于花粉萌发和花粉管顶端生长的研究已有很多报道,但多数集中在被子植物方面[4～6]。

裸子植物在进化上较被子植物原始,裸子植物的花粉发育、传粉和受精过程有别于被子植物的[7],目前对于裸子植物花粉萌发和花粉管生长的研究较少。

黑松(P inus thunbergii Parl.),别名日本黑松,为松科松属常绿乔木,原产于日本和朝鲜,我国东南沿海、江苏、浙江、安徽、河南及辽东半岛等地均有栽培[8]。

本研究以黑松花粉为材料,应用荧光染色和激光扫描共聚焦显微镜术研究其花粉管的形态结构和生长特点,并与被子植物的进行比较,为揭示裸子植物花粉管顶端生长机制提供资料。

1　材料和方法1.1　花粉采集与保存2005年4月中上旬黑松花粉散发期,在河南郑州市滨河公园内人工栽培的成熟黑松树上采集刚开始散粉的雄球花,置室内自然干燥24h,让花粉散出。

收集的花粉置-20℃冰箱保存。

1.2　花粉与花粉管形态结构的观察2005年6月,花粉培养于含0.01%硼酸+ 0.01%氯化钙+0.25%蔗糖的液体培养基中,28℃下振荡培养,定时取样并用配置有Leica DM I RE2研究型电动倒置显微镜的Leica TCS2SP2型激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal m icr oscope, LSC M)观察花粉与花粉管形态结构,方法为:萌发花粉不经固定与染色,直接制成水装片用LSC M的透射光模式观察活体花粉管顶端原生质流动情况;萌发花粉经4%戊二醛固定,10μg・mL-1DAP I(4’,62 dia m idino222phenylindole,Sig ma产品)染色,LSC M下UV激发以显示细胞核移动情况,LSC M下488nm 激发以显示花粉和花粉管的整体形态结构;萌发花粉经4%多聚甲醛固定,P BS(pH值7.2)洗3次,以0.01%荧光增白剂(Fluorescent B rightener28,Sig ma 产品)染色,LSC M下UV激发观察细胞壁纤维素分布,以0.05%水溶性苯胺篮(0.15mol・L-1K2HP O4缓冲液配制,pH值8.2)染色,LSC M下UV激发观察细胞壁胼胝质分布。

上述实验以不进行荧光染色过程作为对照。

1.3　蔗糖浓度对花粉萌发与花粉管生长的影响2005年10月,花粉培养于含0.01%硼酸+ 0.01%氯化钙的液体培养基中,分别附加0.00%、0.10%、0.25%、0.50%、1.00%、5.00%、10.00%蔗糖,28℃下振荡培养,72h后以4%戊二醛固定并检查花粉萌发率、分枝花粉管的百分率、花粉管的长度以及花粉管生长速率,重复3次。

检查花粉萌发率时,每处理至少观察5个以上视野,统计花粉总数不少于300个。

花粉管长度大于花粉粒体高的被视为萌发花粉。

花粉萌发率=萌发花粉数/花粉粒总数×100%。

在统计花粉萌发率时,同时统计具分枝花粉管的百分率。

检查花粉管的长宽度时,每处理至少随机测量25个花粉管。

应用SPSS统计软件对实验结果进行单因素方差分析。

把在含5%蔗糖的培养基中生长的花粉管以DAP I染色,LSC M下488nm激发以观察花粉管的各种分枝情况。

2　结果与分析2.1　黑松花粉与花粉管的形态结构黑松成熟花粉为42细胞花粉,包含2个退化原叶细胞、1个生殖细胞和1个管细胞(图版Ⅰ, 1)。

在成熟花粉中,管细胞占据花粉粒大部分面积,生殖细胞呈椭圆型,具1个较大的扁圆形细胞核,2个原叶细胞已退化成线状。

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花粉管生长的分子机制研究

花粉管生长的分子机制研究

花粉管生长的分子机制研究花粉管是在花粉萌发后，从花粉颈向雌蕊生长的管状结构。

花粉管生长的目的是完成花粉粒的授粉任务。

在过去的几十年里，科学家们一直在研究花粉管的分子机制，以期解开这个生命现象的奥秘。

花粉突破表皮层的过程中，花粉发生了不同程度的喷射捕获。

某些压力条件下，花粉颈壁就会断层，花粉粒就会被弹射到一段距离之内，然后开始萌发。

花粉起初的生物学转化包括离子、分子、蛋白质和核酸。

这种转化会引发花粉管的破裂和内部的细胞溶酶体释放。

经过化学信号传递，细胞壁的加强和细胞壁腐蚀剂的自身输出让花粉管突破表皮层。

花粉管生长过程中的步骤：1. 感知与去向决定花粉管生长开始于感知和定向远程信号的阶段。

它们通过子孔和花粉表面进行接受。

感知这些信号的蛋白质用来激发花粉管的相应适应性和运动反应。

2. 细胞壁腐蚀剂的释放花粉管生长的下一个的阶段是需要细胞壁长期的腐蚀素放到环境中。

利用这个，花粉管就能够开始切入紧张的花粉。

腐蚀剂释放过程中，细胞壁被氧化酶反应加强，而增强的细胞壁可以限制花粉管在底层花粉颈部分裂。

3. 细胞伸长和细胞形态学改变花粉管的下一个阶段是伸长探头。

这个过程需要激发物理力学的必要变化。

在这个过程中，花粉管一些阶段会出现细胞形态的特殊变化，这是视觉物理学学科介入的领域。

这个过程需要摄像与形态学分析技术，以解剖伸长活动和细胞结构特征。

4. 细胞硬化和拐角转移花粉管的下一个阶段是需要细胞硬化，以摆脱曲折处的外部力。

在弹性区和硬化区发生的细胞强度变化，是细胞去适应应变条件的过程。

此外，细胞层和细胞壁的摩擦强度也会随着硬化程度的改变而发生变化，以改变花粉管的方向。

5. 聚合物分布与生物矿化花粉管的生长也需要聚合物的特殊分布和生物矿化的作用。

在聚合物的分布中，可采用细胞化学技术和基因组学分析准确阐述聚合物的分布和作用；而在生物矿化中，比较先进的是利用纳米生物外壳处理过的纳米材料。

总的来说，花粉管的生长是一个极其繁琐而复杂的过程，其中涉及到了大量的生物化学、细胞学等学科。

花粉萌发与花粉管导向的调节机制

花粉萌发与花粉管导向的调节机制

花粉萌发与花粉管导向的调节机制花粉是植物繁育过程中非常重要的因素。

花粉的萌发和花粉管导向是花粉在花粉管内向花药植物性器官发展的过程，是植物繁殖的关键。

在这个过程中涉及的调节机制是非常复杂的，需要多方面的研究。

本文将从花粉萌发和花粉管导向的角度，探讨其中的调节机制。

一、花粉萌发花粉萌发是花粉囊内花粉粒生成成花粉管的过程。

这个过程分为四个阶段：吸水、芽细胞形成、壁裂和芽伸长。

其中，吸水是花粉萌发的第一步。

花粉粒由于水分的吸引力而变得膨胀和湿润。

剪切力也是其中一个因素，它可以帮助花粉粒将管胞穿过厚的子壁层。

接下来，膜受体和细胞质柱结构的变化会导致花粉粒的萌发。

花粉粒成长成花粉管需要大量的能量和资源，平均花粉管长度需要约20倍的细胞体积，同时需要很多信号分子、货物和细胞器来支持其生长。

花粉萌发的机制非常复杂，而且受到许多调节因素的影响。

首先，花粉管必须以正确的方向向着卵细胞发展，这需要依赖于导向因子的吸引力和排斥力。

另外，细胞中的蛋白质和RNA分子还会对萌发起到关键的作用。

除此之外，其中一个调节因素是活性氧的含量。

活性氧，如超氧和过氧化氢，是一种在植物生长发育和环境响应中起到重要作用的小分子。

最近的研究表明，花粉管方法会释放活性氧物质，从而达到调控萌发的目的。

二、花粉管导向在花粉萌发和花粉管发育过程中，花粉管导向也是非常重要的因素。

它是指花粉管在生殖道中向着卵细胞发展的过程。

花粉管导向由多个因素控制，包括细胞间相互作用、信号传导、营养状况和激素信号等。

另外，花粉管开发所引发的生理和分子机制的变化也在其中发挥重要作用。

花粉管导向研究方面已经有了很多的发展，其中，最新研究表明，植物激素可以调节花粉管的导向。

例如，生长素和乙烯可以通过酸性磷酸酯酶的调控来影响细胞外基质的改变性，从而改变细胞间相互作用。

同时，赤霉素和细胞壁草酰转移酶也可以通过细胞壁改变细胞间信号的传递来影响花粉管导向。

除了激素以外，还有许多其他因素也会影响花粉管导向。

小黑杨花粉离体萌发和细胞学分析

小黑杨花粉离体萌发和细胞学分析

Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：

Ｔ ｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏ ｉ ｕ ｄ ｃ ｌｕ ｅ ｍｅ ｉ ｍ ｏ ｏ ｉ ｏ ｈ ｆｅ ｔ ｆｌｑ ｉ ｕ ｔ ｒ ｄ ｕ ｃ ｍｐ ｓ ｔ ｎ，ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ，ｐ ｖ ｌ ｅ ｏ ｐ ｌ ｓ ｓｍｏ ｉ ｘ Ｐ． ｉ ｒ ｏ ｌ ｎ Ｈ ａ ｕ ｎ Ｐｏ ｕ ｕ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｌｅ
在 单 因 子试 验 中 ， 糖 、 ， Ｏ 蔗 Ｈ Ｂ 和 Ｃ Ｃ 在一 定 的 浓 度 范 围 内对 小 黑 杨 花 粉 萌 发 及 花 粉 管 生 长 起 促 进 作 用 ， 超 过 ａＩ 但
一
定浓 度 时 则 起 抑 制 作 用 ，温 度 和 ｐ 值 也 是 如 此 。在 正 交 试 验 中 ， 糖 、 ， ０ 、ａ ｌ、 度 和 ｐ 值 对 小 黑 杨 花 Ｈ 蔗 Ｈ Ｂ Ｃ Ｃ：温 Ｈ 粉 萌 发 均 有 极 显 著 的 影 响 ，小 黑 杨 花 粉 萌 发 最 适 的 培 养 基 为 １０ｇ 蔗 糖 ＋ ２ ｇ Ｌ Ｈ Ｂ ，＋ ４ ｇ Ｌ ５ ・Ｌ ０ｍ ・ ， ０ ０ｍ 。 ｃ ｃ，在 ２ ａ １， １℃ 和 ｐ ６０条 件 下 ， 粉 的 萌 发 率 可 以 达 到 ４ ．３ ， 粉 管 生 长 状 态 良好 。 细 胞 学 观 察 结 果 表 明 ： Ｈ． 花 ６２％ 花 小 黑 杨 成 熟 花 粉 为 ２一 细 胞 型 ， 着 培 养 时 间 的延 长 ， 粉 萌 发 率 逐 渐 提 高 ， 粉 管 不 断 伸 长 。 随 花 花 关 键 词 ： 小 黑 杨 ； 粉 ； 体 萌 发 ；液体 培 养 基 ； 发率 花 离 萌
２ ．黑 龙江 省 农 业 科 学 院作 物 育 种 所 哈 尔 滨 １０ ８ ） ５ ０ ６ （ ．东 北 林 业 大 学 教育 部 林 木 遗 传 改 良 和生 物 技 术 重 点 实 验 室 哈 尔 滨 １０４ １ ５０ ０；
花粉发育的分子机制研究

花粉发育的分子机制研究

花粉发育的分子机制研究花粉是由植物雄性生殖细胞产生的，它们是植物繁殖的重要组成部分。

花粉产生的过程被称为花粉发育，一直以来，人们对于花粉发育的分子机制的研究都非常重视。

花粉的发育过程可以分为四个阶段：鞘膜分生组织的形成、小孢子母细胞的减数分裂和四分体形成、花粉粒的形成和花粉管的生长。

这个过程涉及到许多基因的调控和表达，它们密切相互作用，共同完成了花粉发育的过程。

首先，在花粉发育早期，鞘膜分生组织的形成是十分重要的。

鞘膜细胞将花药域划分成不同的小室，这些小室中的小孢子母细胞会完成减数分裂和四分体形成，形成花粉粒。

在这个过程中，许多转录因子参与了鞘膜分生组织的形成和维持。

例如，转录因子DYSFUNCTIONAL TAPETUM1（DYT1）和TAPETAL DETERMINANT1（TPD1）在花粉发育早期发挥了至关重要的作用。

其次，在花粉粒形成过程中，许多基因参与了花粉壁的合成和花粉粒内部结构的形成。

例如，RTS-like transcription factor1（RTS1）是一个在花粉粒形成过程中发挥重要作用的基因。

它能够调控花粉粒的壁合成和转录因子的表达，从而在花粉壁合成的过程中起到关键作用。

而另一个基因，MYB97，在花粉形成和花粉粒内部结构的发育中也发挥了至关重要的作用。

MYB97参与了花粉壁中花青素和黄酮类物质的合成，为花粉壁的形成和花粉粒内部结构的发育奠定了基础。

最后，在花粉发育的最后一个阶段，花粉管开始生长，许多基因参与了花粉管的生长和导向。

例如，氨基酸流动感知蛋白家族是一类在花粉管生长和导向中发挥重要作用的基因。

它们能够感知氨基酸浓度、调控离子通道的活性以及成胶酶的表达等诸多生物过程。

除此之外，还有许多激素和生长素与花粉管的生长和导向密切相关。

例如，赤霉素和吲哚-3-乙酸等激素能够影响花粉管的生长，而生长素则能够调整花粉管的导向。

综上所述，花粉发育的分子机制研究已经取得了长足的进展。