胚囊PPT參考幻燈片

1、第五章 胚囊的發(fā)育， 組成和結(jié)構(gòu),1,5.1 引言,關(guān)于雌配子體結(jié)構(gòu)的描述始于1870年末。 20世紀(jì)上半期光鏡水平已有大量資料。 近40年來(lái)，運(yùn)用電鏡、組織化學(xué)、生物化學(xué)、熒光、相差顯微鏡等做了大量的研究，豐富了對(duì)雌配子體的認(rèn)識(shí)。 最近幾年,分離技術(shù)、熒光探針、DNA定位的DAPI和Hoechst33258等方法進(jìn)行研究，遺傳分子機(jī)制方面的研究發(fā)展迅速。,2,本章著重介紹雌配子體發(fā)育，特別是雌性生殖單位方面的研究進(jìn)展，主要有以下幾個(gè)方面：,雌配子體發(fā)育和細(xì)胞化的超微結(jié)構(gòu)和細(xì)胞化學(xué) 雌配子體發(fā)育的突變體和遺傳分析 雌性生殖單位的組成和作用 細(xì)胞骨架在雌配子體發(fā)育和受精中的作用,3,5.2 雌配

2、子體的發(fā)育,雌配子體的發(fā)育分為兩個(gè)連續(xù)的階段： 1.大孢子發(fā)生 大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂至大孢子成熟 2.雌配子體發(fā)生 大孢子經(jīng)三次有絲分裂至細(xì)胞化至雌配子體成熟 至今有關(guān)超微結(jié)構(gòu)的研究主要在蓼型和貝母型兩種胚囊發(fā)育類型中。,4,5.2.1 大孢子母細(xì)胞,根據(jù)細(xì)胞壁形成的方式及大孢子核數(shù)目參與雌配子體形成情況不同，雌配子體發(fā)生可分為三種不同的類型：?jiǎn)捂咦印㈦p孢子和四孢子的胚囊發(fā)育類型。,5,在四孢子胚囊類型中減數(shù)分裂的四個(gè)核全部參與形成胚囊，有以下特點(diǎn)： （1）大孢子核的分布主要有三種形式 雙極性2+2 雙極性1+3 四極性1+1+1+1 （2） 不同形式在其后的雌配子體發(fā)生過(guò)程可能需要一次、兩次

3、或不經(jīng)有絲分裂，及可能有核的融合 （3）在皮耐亞型、德魯撒型和貝母型中，卵和兩個(gè)助細(xì)胞來(lái)自同一個(gè)大孢子核，但五?；ㄐ椭?，有兩個(gè)大孢子核參與形成卵器的結(jié)構(gòu) （4）大多數(shù)四孢子類型的胚囊，中央細(xì)胞核來(lái)自四個(gè)大孢子核，而五福花型和德魯撒型中央細(xì)胞核只來(lái)自于兩個(gè)大孢子核,6,Haig對(duì)大孢子形成的各種類型和明顯的變異作了較全面的論述。 他提出的最普遍的模式為大孢子發(fā)育，它伴隨著核的停頓的變異或隨后核的增殖。 根據(jù)遺傳沖突的理論基礎(chǔ)研究在雌配子體發(fā)生過(guò)程中遺傳上最穩(wěn)定的應(yīng)該是單孢子的發(fā)育形式。成功的大孢子由位置決定，而不能直接參與競(jìng)爭(zhēng)形成胚囊的大孢子則退化了。Haig認(rèn)為這種穩(wěn)定性是蓼型發(fā)育為何如此普遍

4、的的理由。從這一方面看，四孢子發(fā)育類型似乎是最不穩(wěn)定和胚囊結(jié)構(gòu)的變異最多。然而胚珠和胚乳之間遺傳沖突的程度在某些四孢子胚囊植物將會(huì)減弱，因?yàn)樵谥醒爰?xì)胞中融合的核是由全部四個(gè)大孢子衍生的核的結(jié)合產(chǎn)物，因此它們?cè)谶z傳上與大孢子母細(xì)胞是等同的。,7,大孢子母細(xì)胞隨著減數(shù)分裂細(xì)胞質(zhì)發(fā)生了很大的變化：,減數(shù)分裂開(kāi)始時(shí)大孢子母細(xì)胞與分生細(xì)胞相似，線粒體和原質(zhì)體并未高度分化，存在大量核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 極性化表現(xiàn)各異,多數(shù)植物極性化表現(xiàn)程度較弱，大孢子母細(xì)胞功能一極可遺傳細(xì)胞器的數(shù)量增加。極性化也表現(xiàn)在細(xì)胞壁的一些特征上。大孢子母細(xì)胞比周圍細(xì)胞壁厚，一般情況下在細(xì)胞非功能的一極有胼胝質(zhì)。在大孢子發(fā)生的過(guò)程中極

5、性是否建立了發(fā)育的樣式或只是反映這些樣式目前還不清楚。,8,在前期線粒體和原質(zhì)體產(chǎn)生很明顯的結(jié)構(gòu)變化及脫分化，變?yōu)橥饷采蠘O為相似，這導(dǎo)致了早期的細(xì)胞學(xué)家提出了在整個(gè)減數(shù)分裂過(guò)程中是否有可遺傳的細(xì)胞器保存，或是它們由其他細(xì)胞器或核膜重新產(chǎn)生的問(wèn)題。超微結(jié)構(gòu)和生化研究顯示這些含有DNA的細(xì)胞器在前期仍然存在但高度改變。在這個(gè)時(shí)期還發(fā)生核糖體的數(shù)量減少。 在細(xì)胞質(zhì)中常發(fā)現(xiàn)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生的自噬液泡和原有液泡，并偶然發(fā)現(xiàn)它們含有膜或類似細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)。兩種非特異性酶，酸性磷酸酶和脂酶已定位在這些小室（液泡）中。推測(cè)在這個(gè)時(shí)期一些細(xì)胞的物質(zhì)被選擇性的在液泡中降解，并分解為它們的前體物。,9,5.2.2減數(shù)分裂

6、的產(chǎn)物和功能大孢子的決定,減數(shù)分裂的產(chǎn)物：大孢子母細(xì)胞核經(jīng)連續(xù)兩次分裂形成形成四個(gè)單倍的大孢子核 在單孢子和雙孢子胚囊發(fā)育的各種形式中，減數(shù)分裂衍生的一些細(xì)胞退化是遺傳決定的并與胼胝質(zhì)的存在有關(guān)。 大孢子母細(xì)胞通常是在其無(wú)效一極的位置的壁中沉積胼胝質(zhì)，胞間連絲僅存在于無(wú)胼胝質(zhì)積累的細(xì)胞壁部位。 胼胝質(zhì)在四分體中的積累將無(wú)功能和有功能的大孢子分開(kāi)，并常在退化的大孢子間形成異常的壁。 在整個(gè)退化過(guò)程中退化的細(xì)胞還保留富有胼胝質(zhì)的細(xì)胞壁和缺少胞間連絲，這與功能大孢子和周圍的細(xì)胞不同。,10,Haig和Westoby認(rèn)為胼胝質(zhì)壁是大孢子之間遺傳沖突的直接證據(jù)。至于胼胝質(zhì)是否直接阻礙營(yíng)養(yǎng)進(jìn)入退化的大孢子

7、（或二分體）或這些退化更可能是由發(fā)育的信號(hào)的干擾，到目前為止還不清楚，但這些細(xì)胞從合胞體中單獨(dú)分離出來(lái)將可能最終導(dǎo)致退化。,11,通常質(zhì)體的內(nèi)含物很少，但高爾基體、粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和液泡比功能大孢子和二分體細(xì)胞更為豐富。 過(guò)氧化物酶和脂酶等水解活性的提高。這兩種酶在退化大孢子中通常無(wú)一定的分布范圍，但在功能大孢子中只分布在特定的分隔空間內(nèi)。 退化大孢子起初在形態(tài)上與大孢子母細(xì)胞相似，但隨著內(nèi)膜系統(tǒng)的破壞而引起內(nèi)含物的解體，最終導(dǎo)致細(xì)胞普遍分解，推測(cè)降解產(chǎn)物與周圍退化珠心細(xì)胞一樣最終被吸收利用。,減數(shù)分裂的退化產(chǎn)物的特征：,12,在四胞子胚囊中，細(xì)胞壁缺少胼胝質(zhì)，胞間連絲較集中分布在細(xì)胞合點(diǎn)端的壁，保

8、持其功能直至減數(shù)分裂完成。 在雌配子體發(fā)育過(guò)程中決定極性的因素： （1）Willemse提出的核的行為是一個(gè)主要因 素 單孢子胚囊發(fā)育類型中核一般定位在合 點(diǎn)端至中央，為二分體細(xì)胞壁的形成建立一個(gè)不對(duì)稱的位置。 （2）生物物理上的壓力對(duì)極性形成的作用是另一個(gè)不可乎略的因素,13,功能大孢子中細(xì)胞質(zhì)的特征：,線粒體和質(zhì)體重新分化 核仁增大 核糖體積累 一些貯存產(chǎn)物如脂肪和淀粉粒又重新出現(xiàn) 這些細(xì)胞質(zhì)的超微結(jié)構(gòu)顯示了合成活性增 強(qiáng)，胚囊發(fā)育的不正常性在這個(gè)時(shí)期變得 明顯，這表明伴隨著功能大孢子的再分化，生理上也發(fā)生重要的變化。,14,5.2.3雌配子體發(fā)生和細(xì)胞質(zhì)成熟,四孢子的雌配子體在大小、增大

9、的程度和細(xì)胞質(zhì)成熟上比單孢子和雙孢子胚囊發(fā)育的形式提前發(fā)育。 在細(xì)胞質(zhì)的成熟過(guò)程中明顯的變化，包括中央液泡的膨脹和可遺傳細(xì)胞器的復(fù)制。 雌配子核的最終定位取決于細(xì)胞質(zhì)的重組。,15,雌配子體發(fā)育過(guò)程中的超微結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)研究較少 玉米中，二核時(shí)期的胚囊看來(lái)合成活性較強(qiáng)，八核時(shí)期隨著中央液泡的明顯增大而急劇擴(kuò)張，線粒體經(jīng)歷減數(shù)分裂后脫分化和重新分化的周期變化。 還陽(yáng)參屬，胚囊在二核時(shí)期細(xì)胞器增多，但在蔥屬、百合屬中細(xì)胞器的數(shù)目直到四核時(shí)期沒(méi)有變化。 向日葵在二核和四核時(shí)期的胚囊中，有粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，許多脂體和含有淀粉的質(zhì)體的積累。 金盞花和玉米中存在著大量的粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體,顯示了有大量的蛋白質(zhì)合

10、成。,16,5.2.4 胚囊的細(xì)胞化,在八核時(shí)期細(xì)胞化迅速進(jìn)行，因此很少看到八個(gè)游離核的胚囊。 已有充分的證據(jù)說(shuō)明在胚囊成熟過(guò)程中核的定位對(duì)細(xì)胞的決定是一個(gè)重要的因素。 在被子植物中經(jīng)常見(jiàn)到珠孔端的一核向胚囊的合點(diǎn)端移動(dòng)的現(xiàn)象。 核的定位也與紡錘體的方向相一致：在珠孔最前端的兩核形成橫向的紡錘體，其他兩核形成傾斜的紡錘體。,17,因?yàn)榕吣业闹榭锥擞兴膫€(gè)核，可能有同樣多的四個(gè)細(xì)胞板完成細(xì)胞壁的形成。對(duì)于非姐妹核之間的細(xì)胞壁形成方式，過(guò)去的報(bào)道有分歧（已有橫向成膜體的延續(xù)及形成第三細(xì)胞板）。 胚囊合點(diǎn)端的細(xì)胞化與珠孔端同步，三個(gè)細(xì)胞板形成反足細(xì)胞的方式與珠孔端的情況相似。 胚囊的細(xì)胞化過(guò)程中沒(méi)有形

11、成早前期帶微管，因此成膜體的方向如何被控制需進(jìn)一步研究。,18,胚囊細(xì)胞化過(guò)程中成膜體的方向： 第二次有絲分裂核的定位與成膜體的方向垂直排列，非姊妹核對(duì)成垂直排列；第三次有絲分裂珠孔端與合點(diǎn)端的核分裂是同步的，非姊妹核對(duì)的排列幾乎垂直。 細(xì)胞壁形成后，卵細(xì)胞和助細(xì)胞較小，它們合點(diǎn)端的壁扁平或呈凹狀，隨后卵與助細(xì)胞向合點(diǎn)端擴(kuò)展，細(xì)胞拉長(zhǎng)，直到它們合點(diǎn)端的壁成為不連續(xù)的狀態(tài)，不久，絲狀器也開(kāi)始形成。,19,5.2.5 雌配子體的突變體和遺傳分析,雌配子體發(fā)育所需的基因產(chǎn)物和它們的功能可以由雌配子體本身或胚珠的孢子體細(xì)胞的基因所控制。 雌配子體表達(dá)的基因控制雌配子體發(fā)育的各個(gè)重要方面如核定位等，許多

12、基因可能起調(diào)節(jié)作用，但對(duì)它們的識(shí)別和功能的了解卻幾乎一無(wú)所知。 最近已經(jīng)開(kāi)始對(duì)雌配子體突變體篩選的工作以期了解突變對(duì)雌配子體發(fā)育過(guò)程的影響和它們的功能。,20,配子體突變,孢子體突變影響孢子體表達(dá)的基因，表現(xiàn)為一般的孟德?tīng)?：1分離模式 配子體突變只影響配子體表達(dá)的基因，不能通過(guò)卵和/或精子傳遞，因此表現(xiàn)非孟德?tīng)柗蛛x模式,21,配子體突變分以下三種類型,雌配子體特異（FGS) 它們多數(shù)不是由持家基因引起的,因?yàn)檫@些基因也會(huì)影響雄配子體和孢子體細(xì)胞。 它們影響雌配子體發(fā)育的特異性過(guò)程，如雌配子體極性，核的移動(dòng)和融合等。 雄配子體特異 一般配子體(GG),22,影響配子體發(fā)生的特異突變到目前為止還

13、不清楚在雌配子體發(fā)生過(guò)程中哪些發(fā)育階段是由單倍體表達(dá)的基因所控制及它們?cè)诤螘r(shí)才表達(dá)。但隨著研究的深入對(duì)以上問(wèn)題的答案開(kāi)始有了眉目。 單倍體基因在雌配子體發(fā)生的早期就表達(dá) 許多雌配子體突變體是影響單核以后階段的,如ig突變體的胚囊發(fā)生多于三次核的分裂，即使在細(xì)胞化后也再進(jìn)行不定數(shù)的分裂。 通過(guò)影響雌配子體發(fā)生的突變說(shuō)明胚囊對(duì)花粉管的誘導(dǎo)起很重要的作用。,23,用遺傳手段去識(shí)別雌配子體發(fā)生過(guò)程中的關(guān)鍵分子在擬南芥和玉米中才剛剛開(kāi)始，但已找到了影響雌配子體功能和雌配子體發(fā)生主要階段的突變。影響雌配子體發(fā)生的每一階段和雌配子體功能的突變正在進(jìn)行中。,24,5.3 雌性生殖單位的組成,雌性生殖單位：由卵

14、細(xì)胞，兩個(gè)助細(xì)胞和中央細(xì)胞組成。它是胚囊發(fā)育到成熟，即準(zhǔn)備受精之前才組成的一個(gè)暫時(shí)性的單位。,5.3.1 雌性生殖單位的概念,25,雌性生殖單位的功能：,1）接收花粉管 2）釋放精子到雌配子體的接收部位 3）實(shí)現(xiàn)雌雄配子的融合,26,助細(xì)胞,助細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 助細(xì)胞的細(xì)胞壁：從珠孔端至合點(diǎn)端逐漸變薄。有些植物在細(xì)胞約一半的距離處細(xì)胞壁消失，即合點(diǎn)端僅為質(zhì)膜包圍而無(wú)壁；另一些植物雖然有細(xì)胞壁包圍整個(gè)細(xì)胞，但在合點(diǎn)部分的壁變?yōu)榉涓C狀。 助細(xì)胞的絲狀器：在助細(xì)胞最靠近珠孔端的部位，壁增厚呈不規(guī)則的形狀即常形成內(nèi)突，這種結(jié)構(gòu)稱為絲狀器。絲狀器是在細(xì)胞珠孔端原來(lái)初生壁的基礎(chǔ)上逐漸沉積壁物質(zhì)及不均勻加厚形成各種形態(tài)，這些壁物質(zhì)一般認(rèn)為來(lái)源于高爾基體，主要成分為糖類、纖維素、半纖維素，此外還可能含有酸性和不溶性多糖或果膠。,2