超微结构显示拟南芥花粉壁孢粉素沉积模式及外壁内层的形成

花粉壁由外壁和内壁组成,外壁又分为外壁外层和外壁内层.外壁由绒毡层控制,而内壁由小孢子自身控制.自从有了电子显微镜,就了解到花粉壁有三层结构.花粉外壁内层是高度保守的结构,只有在电镜下才能观察到,但是对其如何形成并不清楚.最近报道了模式植物拟南芥中TEK基因特异调控外壁内层的形成,在该突变体中外壁内层特异缺失而外壁外层能正常形成(Nature communications 5:3855).本文在该项工作的基础上,对模式植物拟南芥花粉壁形成过程进行全面深入分析.发现在四分体的细胞周质中存在的深灰色物质可能是外壁内层成分的前体,其组成成分可能与孢粉素有所不同,当小孢子从四分体中释放时,这些前体物质能够迅速组装成外壁内层.在此基础上,提出了一个拟南芥花粉外壁的发育模型:在减数分裂形成的四分体中,胼胝质壁和小孢子质膜间形成初生外壁.随后小孢子质膜显示出波浪型结构,绒毡层分泌的孢粉素沉积在波浪型质膜顶端发育成外壁外层结构,而绒毡层分泌的外壁内层物质积累在小孢子质膜表面发育成外壁内层结构.四分体胼胝质壁完全降解释放小孢子后,在外壁内层和小孢子质膜间形成内壁.这一包含花粉壁三层结构的模型不仅有助于其他植物物种花粉壁结构和形成过程的了解,也有助于花粉壁分子机理的深入研究.     

荧光显微术在鉴别拟南芥花粉壁发育相关基因功能中的应用

花粉在发育过程中,其壁中的不同成分具有自发荧光或诱发荧光的特性,荧光显微术利用此特性来鉴别花粉壁中的化学成分.拟南芥野生型花序的树脂半薄连续切片用苯胺蓝水溶液染色后,在紫外光激发下,胼胝质发出黄绿色荧光,孢粉素发出黄色或黄棕色荧光,纤维素发出蓝色荧光.利用荧光的方法快速简便,分辨率高,适用于大规模筛选花粉壁发育相关基因时对不同基因的功能进行快速鉴别和分类.用该方法鉴别出了几个与胼胝质合成、胼胝质降解、孢粉素沉积模式以及花粉内壁纤维素合成相关的遗传位点.     

甜菊花粉壁发育的亚显微结构

以电镜术研究了甜菊花粉壁的形成过程,四分体时期,四分孢子质膜为胼胝质壁之间形成初生外壁,原基粒棒下部和上部分别向侧面扩展形成基尼层和覆盖层,胼胝质壁消溶后,即以此为模板逐渐形成外壁雕纹,不连续的初生外壁所留下的空隙则确定了萌发孔的部位,随后外壁内层Ⅱ和内壁相继发育,在小孢子单核后期,外壁雕纹结构已基本完善,但内壁直至花粉二细胞时期才明显加厚.内壁和初生外壁物质来源于小孢子,次生外壁物质起源可能是小孢子和周原质团兼有之,内壁蛋白和外壁蛋白分别由小孢子和药胫提供。     

水稻雄性不育突变体OsMS121的遗传及定位分析

通过射线诱变粳稻9522种子获得一株水稻雄性不育突变体OsMS121．遗传分析的结果显示突变体是单基因隐性突变．细胞学观察发现突变体花粉的萌发孔在发育过程中出现异常．萌发孔的塞子体积较小，且畸形．萌发孔的孢粉素层与野生型相比较为稀疏；环状突起不明显，结构松散，呈颗粒状．用图位克隆的方法将该基因定位在水稻第二条染色体分子标记R2M16—2和R2M18—1之间约200KB范围内．这些结果为该基因的克隆及其在花粉发育中的功能研究奠定了基础。     

连翘花粉发育的超微结构研究

经显微电镜研究连翘(Forsythia suspensa)的花粉发育具以下特点:1)花粉具半覆盖层类型的外壁.外壁的发育在四分体时期启动,此时,内质网小泡排列在四分孢子体质膜边缘,可能决定着未来花粉外壁的纹饰模型.2)花粉粒具有3条萌发沟.萌发沟在发育过程中分别有外壁突起和内壁突起形成.3)生殖细胞具有暂时的胼胝质壁,不含质体,但营养细胞中有大量造粉体分布在生殖细胞周围.4)花粉散放时为二细胞、有花粉鞘.重点讨论了花粉壁的发生和萌发沟的发育.     

花粉发育的电镜研究进展

本文扼要介绍花粉发育的超微结构研究概况;内容包括①小孢子母细胞减数分裂过程中胼胝质壁的积累,胞质融合和胞质重组的形态变化和生物学意义;②雄配子体发育中细胞器的分布、生殖细胞的分裂方式以及雄性生殖单位与精子异型性概念的提出;③花粉的外壁模式与内部结构及其壁蛋白的分布与功能;④花粉败育的形态表现和机理探讨。     

野生大豆绒毡层细胞的超微结构

野生大豆绒毡层属分泌型,在发育过程中始终是单核。绒毡层细胞是花粉外壁孢粉素的主要来源;在不同的发育时期,绒毡层细胞以不同的方式将孢粉素传递到花粉囊中:(1)减数分裂时期,绒毡层细胞的内质网形成大量膜包原生质小泡,这可能是绒毡层细胞适应孢粉素大量合成而形成的一种结构;此时只有少量乌氏体被排到径向质膜外方。(2)四分体时期,绒毡层细胞分泌出大量无定形的孢粉素团块进入花粉囊中,而成为花粉外壁孢粉素的最主要来源。(3)单核花粉时期,绒毡层细胞内切向质膜形成港湾结构,原乌氏体在其中发育成乌氏体;这些后期形成的乌氏体可能与花粉外壁覆盖层的进一步发育有关。     

拟南芥花药和花粉发育的分子调控机制

开花植物的花药和花粉发育是一个极其复杂的过程,包含了一系列生物学事件,众多基因参与其中,这些基因控制着花药细胞分裂和分化、小孢子母细胞减数分裂、花粉壁形成、花药开裂释放花粉粒等各个关键步骤,从而调控花药发育的正常进行。本文综述了近年来以拟南芥为主要研究对象进行的有关花药发育分子机制的研究进展,着重介绍小孢子发生起始、成熟花粉粒形成以及花药开裂释放花粉粒等过程的基因调控。     

中国蓼科花粉萌发孔的平行进化

利用光学显微镜和扫描电镜对蓼科１２ 属１１１ 种的花粉进行了观察和研究,划分出２８ 个花粉类型,对每个类型做了精确的描述和评价;提供了每个花粉类型的重要鉴别特征．根据花粉的萌发孔、外壁结构、外壁纹饰、形状及大小的演化趋势,讨论了各类型花粉的亲缘关系,构建了它们的系统演化路线图谱．该项研究不仅为化石花粉的研究提供了鉴定依据,而且为中国蓼科孢粉地理学的研究提供了理论基础．     

银杏花粉化学成分初步研究

对银杏花粉的一般性状和化学成分进行了初步研究,内容包括花粉堆积密度,每克的花粉数目,孢粉素含量,黄酮含量及甙元组成、脂肪酸组成。结果表明,花粉中总黄酮甙含量为０９５％,主要甙元为山柰酚,脂肪酸组成为棕榈酸２１７％,硬脂酸７５％,油酸２７７％,亚油酸６０％,亚麻酸１６２％,花粉壁主要组成孢粉素含量为１５％。     

甘薯绒毡层细胞的超微结构研究

从个体发育看,甘薯绒毡层细胞的结构具有以下主要特点:①小子孢母细胞时期,除细胞具有丰富的内质网、高尔基体、核糖体、线粒体等细胞器外,最明显的特征是细胞质积累大量的电子致密的淀粉粒.到减数分裂后期,淀粉粒全部分解,而脂质体的数量和体积随淀粉粒的分解而增加,这表明脂质体的形成与淀粉粒密切相关.②小孢子母细胞减数分裂时期,绒毡层细胞质中的内质网和高尔基体形成的囊泡状结构增加,线粒体内沉积电子致密物质.在这个时期,内质网和线粒体分别参与孢粉素颗粒和原乌氏体的形成.③小孢子发育至成熟花粉粒时期,除线粒体继续形成原乌氏体外,脂质体首先分解形成与孢粉素颗粒和原乌氏体大小相似的囊泡或小脂质体,然后分别沉积嗜锇物质而形成孢粉素颗粒和原乌氏体.孢粉素颗粒、原乌氏体和乌氏体的数量随脂质体的退化而迅速增加,表明质质体与孢粉素颗粒和原乌氏体的形成密切相关.     

蚕豆花粉体外萌发的超微结构观察

用扫描电镜和透射电镜研究蚕豆花粉体外萌发的超微结构，绝大多数花粉具远近极双孔沟，沟中有一花粉孔．花粉外壁覆盖层呈特异的细皱网纹，外被嗜锇性物质．花粉孔口仅由花粉内壁构成．当花粉萌发时，精细胞胞质、核内可见成束微管，胞内偶见微丝样结构．生长的花粉管顶端含絮状物质小泡和顶端管外细胞壁纤维构成有密切相关．     

Atomic force microscopic observation on substructure of pollen exine in Cedrus deodara and Metasequoia glyptostroboides

The substructure of pollen exine in Cedrus deodara (Roxb.) Loud. and Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng has been examined with an atomic force microscope (AFM). The results indicate that the exine substructure units containing sporopollenin in two species are similar in shape, which are granular, but slightly different in size. In Cedrus the substructure unit of pollen exine appears to be 56-99 nm long and 42-74 nm wide, while in Metasequoia it appears to be 81-118 nm long and 43-98 nm wide. It has been observed that the subunits of pollen exine in Cedrus arranged tightly to form short-rod-like or spheroidal pollen exine units, several or more than ten of which formed an island-like structure. There are various spaces among these island-like structures which are interconnected to occupy the entire pollen exine. In Metasequoia, the subunits of pollen exine also arranged tightly with a distribution tendency of cluster of 3-10, however, no obvious boundary exists among these clusters. From our results, it is concluded that there is no tendency of helical arrangement for the subunits of pollen exine in Cedrus and Metasequoia, and the results support Southworth' view that subunits of pollen exine are granular shape in lattice structure.     

Atomic force microscopic observation on substructure of pollen exine inCedrus deodara andMetasequoia glyptostroboides

The substructure of pollen exine inCedrus deodara (Roxb.) Loud. andMetasequoia glyptostroboides Hu et Cheng has been examined with an atomic force microscope (AFM). The results indicate that the exine substructure units containing sporopollenin in two species are similar in shape, which are granular, but slightly different in size. InCedrus the substructure unit of pollen exine appears to be 56–99 nm long and 42–74 nm wide, while inMetasequoia it appears to be 81–118 nm long and 43–98 nm wide. It has been observed that the subunits of pollen exine inCedrus arranged tightly to form short-rod-like or spheroidal pollen exine units, several or more than ten of which formed an island-like structure. There are various spaces among these island-like structures which are interconnected to occupy the entire pollen exine. InMetasequoia, the subunits of pollen exine also arranged tightly with a distribution tendency of cluster of 3–10, however, no obvious boundary exists among these clusters. From our results, it is concluded that there is no tendency of helical arrangement for the subunits of pollen exine inCedrus andMetasequoia, and the results support Southworth’ view that subunits of pollen exine are granular shape in lattice structure.