鈣在煙草有性生殖過程中的細(xì)胞化學(xué)定位研究.pdf

1、Ca2+是植物生長發(fā)育過程中不可缺少的元素之一，有很多重要的生理功能。植物有性生殖過程與Ca2+密切相關(guān)，從大、小孢子發(fā)生、雌、雄配子體發(fā)育，到傳粉、受精、胚胎發(fā)生等過程，Ca2+都參與其中，并發(fā)揮重要作用。但目前有關(guān)植物中的鈣功能研究主要集中在Ca2+信號方面，對Ca2+在植物生長發(fā)育過程中的生理功能研究較少，尤其是對于有關(guān)植物有性生殖過程中Ca2+的分布特征還沒有完全了解，對其生理功能也還沒有深入的認(rèn)識。煙草是植物學(xué)研究的一種模式植

2、物，對其有性生殖研究已積累了大量的資料。我們對煙草有性生殖過程中鈣在花藥和雌蕊組織中的分布特征進(jìn)行了研究，并根據(jù)這些分布特征對其在有性生殖各個環(huán)節(jié)中的生理功能進(jìn)行了探討。 對煙草花藥發(fā)育過程中Ca2+的動態(tài)分布研究表明，Ca2+參與了調(diào)控花粉發(fā)育過程，尤其是與小孢子轉(zhuǎn)變過程中的重要事態(tài)有密切關(guān)系。小孢子發(fā)育過程中最明顯的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化是大液泡的形成，將細(xì)胞核擠到細(xì)胞的邊緣，造成明顯的極性。這為小孢子的不等分裂做好準(zhǔn)備，使小孢子轉(zhuǎn)入

3、配子體發(fā)育。這一時期也是花藥中Ca2+含量最高的時期。小孢子分裂形成二胞花粉后，大液泡分解，花粉粒中的Ca2+也隨之減少。另外，在煙草花藥發(fā)育過程中，Ca2+與小孢子母細(xì)胞胼胝質(zhì)壁溶解、藥壁中層和絨氈層細(xì)胞的退化，以及花粉壁的形成均有密切聯(lián)系。 煙草柱頭為濕型。開花時柱頭表面有一層覆蓋物。成熟花粉粒首先落到柱頭覆蓋層的表面，開始從柱頭覆蓋層吸收水分萌發(fā)。在柱頭覆蓋層中有許多小泡，其中含有豐富的鈣沉淀顆粒。水合的花粉萌發(fā)孔處積累了

4、較多的Ca2+沉淀顆粒，很可能是花粉粒從覆蓋層中吸收Ca2+的痕跡。水合的花粉吸收了柱頭覆蓋層中的水和Ca2+后，在花粉細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)許多小液泡，匯集成大液泡產(chǎn)生膨壓，花粉開始萌發(fā)。萌發(fā)的花粉管穿過覆蓋層時，其表面上仍附有許多Ca2+沉淀顆粒，顯示花粉管仍在從覆蓋層小泡中吸收Ca2+。 煙草花柱為實心型，中間是花粉管生長的引導(dǎo)組織?；ǚ酃茉谝龑?dǎo)組織細(xì)胞之間的細(xì)胞壁中生長。其中的Ca2+沉淀顆粒呈梯度分布，越接近子房，引導(dǎo)組織之間的

5、細(xì)胞壁中的鈣顆粒越多。但是這一Ca2+梯度直到開花后1天才會形成。這也是煙草雌蕊的成熟要晚于雄蕊的一種特征。煙草花粉管正是隨著此梯度分布向子房定向生長。在去雄一天但不授粉的煙草花柱引導(dǎo)組織中也會產(chǎn)生相同的鈣梯度分布。 Ca2+對煙草大孢子發(fā)生和雌配子體形成也有重要的調(diào)控作用。蓼型胚囊珠孔端三個大孢子退化的現(xiàn)象是一個有趣的問題，其過程可能是由細(xì)胞程序性死亡機制調(diào)控。而大孢子內(nèi)部Ca2+濃度的變化可能與這一調(diào)控密切相關(guān)。煙草近珠孔

6、端的兩個大孢子來自二分體珠孔端的細(xì)胞，二者同時退化，伴隨著其內(nèi)部鈣顆粒含量的增加；而第三個大孢子來源于二分體合點端的細(xì)胞，它的退化則伴隨著大孢子內(nèi)部鈣顆粒含量的減少，而功能大孢子中的鈣顆粒含量明顯增高等特征。我們推測，大孢子母細(xì)胞可能在減數(shù)分裂I時即預(yù)定了合點端兩個大孢子與珠孔端兩個大孢子將來的命運，即煙草胚囊二分體階段的兩個大孢子具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理功能上的差異。 在煙草雌配子體發(fā)育過程中，游離核胚囊中的Ca2+顆粒分布與大液泡

7、的形成有密切關(guān)系：在功能大孢子細(xì)胞質(zhì)中分布有較多的Ca2+顆粒，但隨著胚囊的發(fā)育，在二核，四核，八核胚囊中的大液泡體積增大，細(xì)胞質(zhì)中Ca2+顆粒的數(shù)量減少。游離核胚囊分化出雌配子體細(xì)胞后，在各個細(xì)胞中的Ca2+顆粒又有了重新分布：其中助細(xì)胞中的Ca2+沉淀顆粒增加明顯，尤其是在成熟助細(xì)胞的絲狀器中積累了大量的Ca2+顆粒；卵細(xì)胞中的Ca2+顆粒一直較少；而中央細(xì)胞中的Ca2+顆粒也相對較少，可能與中央細(xì)胞具有碩大的大液泡，Ca2+溶解入