干柱頭的花粉附著和萌發(fā)

第三章植物的傳粉和受精花粉的種類從發(fā)育時期看，釋放的花粉有三類：單核花粉、雙核花粉、三核花粉。單核花粉要經(jīng)過一次分裂后形成含營養(yǎng)核和生殖核的兩核花粉，生殖核需要再進(jìn)行一次有絲分裂形成兩個精子。在花粉管中生殖核一般都完成第二次有絲分裂，含有兩個精子。從傳粉方式看，有風(fēng)媒花和蟲媒花。風(fēng)媒花的花粉形態(tài)小、重量輕、含水較少，便于被風(fēng)攜帶。蟲媒花粉形態(tài)較大，含水較多，較粘，外壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，便于昆蟲或動物粘著。從自交親和性分，有自交親和和自交不親和的花粉。自交不親和在多數(shù)植物家族發(fā)生在萌發(fā)后，特定植物家族（草本植物、芥菜等）自交不親和反應(yīng)發(fā)生在柱頭上?；ǚ郾诮Y(jié)構(gòu)有三層：花粉外壁（exine），本身多層，含有化學(xué)抗性多聚物孢粉素，結(jié)構(gòu)精細(xì)，類型因物種不同而多樣，中間分布有萌發(fā)孔，便于花粉萌發(fā)?；ǚ蹆?nèi)壁（intine）有時也是多層，主要由纖維素組成?；ǚ弁獗?，由脂類、蛋白、色素、芳香化合物等組成，充填到外壁空隙中對花粉和柱頭的相互作用以及萌發(fā)起重要作用。第一節(jié)花粉的萌發(fā)圖3.1花粉的多樣性(A)用Congored染色的水化的

Liliumlongiflorum花粉粒。內(nèi)壁(redstaining)單一的孔處有幾種組織;花粉外被(green)在裝飾的外壁表面形成滴。(B)Passiflora

fanguinolenta,的多孔花粉，水化并用外壁專一性AuramineO染色。(C)Acaciaretinoides的多聚花粉，用AuramineO染色?？煽吹?3個小的相互連接的花粉。(D)七種花粉類型的結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖，包括Arabidopsis,Ambrosia(ragweed),maize,Plumbago,andArtemisiadouglasiana(mugwort),它們在大小、外壁裝飾萌發(fā)孔的數(shù)目和分布上不同。(E)用AuramineO.染色的Torenia

fournieri柱頭上的一部分,(F)FM1-43染色可見擬南芥柱頭突起。.Bars=10

m(A)到(D)200

m(E)和(F).花粉結(jié)構(gòu)多樣性不同物種的花粉在大小、營養(yǎng)成分、色素、外壁裝飾、芳香成分等性質(zhì)上不同，這些性質(zhì)在花粉的水化、粘著、花粉傳遞、萌發(fā)等過程中起重要作用（圖3.1）?；ǚ郾诘慕Y(jié)構(gòu)多樣性花粉壁結(jié)構(gòu)具有物種專一性?；ǚ鄣亩鄻有栽跍p數(shù)分裂期就已經(jīng)決定。有兩大類型的分裂方式：1）同時發(fā)生型：第一次減數(shù)分裂后接著進(jìn)行第二次分裂，然后胼胝質(zhì)圍繞四個小孢子沉積。2）連續(xù)發(fā)生型：第一次分裂后形成的二價小孢子體外沉積胼胝質(zhì)，然后再進(jìn)行第二次分裂。圖3.2.花粉四分體和簇(A)擬南芥突變體quartet.四分體。四個完成的花粉由外壁橋連接。(B)擬南芥突變體tes/stud

融合的花粉粒。細(xì)胞分裂在減數(shù)分裂后沒有發(fā)生，形成多核細(xì)胞質(zhì)。(C)Drocerabinata(sundew)的天然花粉四分體。Bars=10

m.

小孢子在胼胝質(zhì)壁內(nèi)的排列決定以下幾方面：1）.營養(yǎng)核和生殖核的極性排列。2）.花粉釋放時的聚集度（單體、雙體、四分體或成簇）3）.花粉外壁雕刻形狀4）.萌發(fā)孔位置花粉外壁的雕刻類型和萌發(fā)孔的位置在減數(shù)分裂后由細(xì)胞外壁前體決定。胼胝質(zhì)的臨時沉積和降解在被子植物中發(fā)生，之后由沉積的孢粉素決定其類型。最初起始的物種專一性的前外壁素的沉積需要質(zhì)膜、細(xì)胞骨架、顆粒和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)共同作用。擬南芥DEFECTIVEINEXINE1基因產(chǎn)物與質(zhì)膜結(jié)合，聚集引導(dǎo)孢粉素沉積。萌發(fā)孔的數(shù)目、位置、結(jié)構(gòu)的不同也是外壁多樣性的因素。單子葉植物有一個萌發(fā)孔，是原始性狀。雙子葉植物有三個萌發(fā)孔。還有兩種極端情況，沒有萌發(fā)孔和沒有外壁。萌發(fā)孔位置確定的時期是四分體外壁形成期，與細(xì)胞分裂有關(guān)?；ǚ勖劝l(fā)孔可能的功能有：1）、花粉干燥和水化時水分進(jìn)出的通道2）、調(diào)節(jié)花粉粒收縮和膨脹引起的壓力3）、花粉管伸出的入口。花粉內(nèi)壁是由花粉細(xì)胞本身合成的纖維素，其結(jié)構(gòu)適應(yīng)于外壁的排列。例如具有光滑外壁，不能結(jié)合大量花粉外被的內(nèi)壁水化程度高，且具有水解酶。在萌發(fā)孔外壁薄處，在最內(nèi)的內(nèi)壁和薄的外壁之間有額外的一層內(nèi)壁，一些含有酶和潛在的過敏原，另一些在細(xì)胞壁膨脹和花粉管萌發(fā)時起作用。內(nèi)壁的纖維圍繞萌發(fā)孔成輻射狀排列，造成環(huán)繞花粉粒的環(huán)。能夠加強(qiáng)和延長花粉管的極性?；ǚ酃苊劝l(fā)延長時，萌發(fā)孔處的內(nèi)壁成為花粉管的一部分。新的壁材料添加在生長的尖端。內(nèi)壁的酶活性整合到花粉管側(cè)壁上，可能在入侵和自交不親和方面起作用。花粉結(jié)構(gòu)和傳送為適應(yīng)動物傳粉，一些花粉不育，專門用于吸引動物。如Lagerstroemia有兩態(tài)花粉，蘭色可育花粉和黃色飼喂不育花粉。盡管飼喂花粉可以萌發(fā)但達(dá)不到花柱。腰果形成四種三維結(jié)構(gòu)相似但在柱頭萌發(fā)和穿透能力不同的花粉。一些動物如甲蟲、蠅、蜜蜂、鳥等根據(jù)花粉的大小和表面特點選擇。風(fēng)媒植物花粉的特點是個體小?；ǚ弁獗怀煞值亩鄻有燥L(fēng)媒花外被含量很少，僅有足夠與柱頭相互作用的成分。蟲酶花含量很豐富，草類花粉很少內(nèi)含物，油菜花粉含有豐富的脂類和蛋白體?；ǚ弁獗诳涨恢谢ǚ弁獗晃镔|(zhì)由圍繞著花粉的絨氈層細(xì)胞形成?；ǚ弁獗唤?jīng)鑒定存在各種鏈長的脂肪酸、蛋白、類胡羅卜素、類黃酮類物質(zhì)。玉米花粉外被主要成分木聚糖酶在柱頭降解木聚糖，對花粉管的穿入柱頭起重要作用。B.Oleracea

中100多種蛋白被電泳分離，其中包括柱頭花粉相互作用和自交不親和的蛋白。擬南芥高分子量外被蛋白中有脂酶、富含甘氨酸的油脂蛋白、鈣結(jié)合蛋白、類似于細(xì)胞外受體激酶蛋白?；ǚ弁獗贿€含有吸引昆蟲的揮發(fā)性脂肪。如吸引蜂蜜的18C不飽和脂肪酸。10個科15個種開花植物主要有三類揮發(fā)性物質(zhì)：類異戊二烯（isoprenoids）、脂肪酸、苯類,每種都有特征性的混合揮發(fā)物和不同程度的揮發(fā)?；ǚ酆椭^的相互作用結(jié)構(gòu)特征功能重要性花粉粒大小生物與非生物授粉者攜帶的選擇和液體動力花粉數(shù)目/每授粉單位花粉粒增加傳遞效率花粉外被保護(hù)花粉細(xì)胞不干化，防止紫外輻射，病原入侵、附著、色、香吸引動物，參與附著的蛋白成分、相容性、信號傳導(dǎo)、水化必需的蛋白和脂。外壁類型與生物和非生物載體作用，影響柱頭表面結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)柱頭附著，保持花粉外被，影響壁強(qiáng)度和彈性。外壁孔的性狀干化和吸水的水流通道，干化進(jìn)程限制花粉成活性和生命周期。萌發(fā)孔大小、數(shù)目和復(fù)雜性是干旱、真菌侵染、機(jī)械逆境的易感點，水化吸水主要位點，萌發(fā)時花粉管出口。內(nèi)壁厚度和復(fù)雜性與外壁相反，萌發(fā)孔處特化。柱頭外被是水浸透的位點，很多與花粉識別有關(guān)的蛋白和脂類。柱頭的類型和多樣性柱頭是二倍體，表面有大量小突起（papillae），與特定結(jié)構(gòu)的花粉粘著接觸，提供花粉的落腳點和花粉管穿入點。柱頭表面根據(jù)含水量的多少分為干柱頭和濕柱頭。濕柱頭的柱頭上覆蓋有分泌物（蛋白、脂類、多糖、色素等）。干柱頭的柱頭小突起覆蓋有蠟質(zhì)、角質(zhì)和蛋白樣薄膜。風(fēng)媒植物中常見。對1000種植物進(jìn)行研究表明，被子植物形成三核花粉的種一般有干柱頭，形成二核花粉的種一般與濕柱頭作用。所有柱頭都具有捕捉花粉、支持水化和萌發(fā)、提供花粉管的進(jìn)入點和引導(dǎo)到達(dá)子房的路徑。根據(jù)花粉釋放的時間對雌蕊成熟的時間進(jìn)行控制，有雄蕊先熟和雌蕊先熟的分類。測定雌蕊成熟的標(biāo)志有：1）.簡單酶活性的存在。2）.支持花粉萌發(fā)。3）.支持受精。4）.形態(tài)特征：小突形成，分泌物和酶的存在。花粉與柱頭的識別和親和性

同種的異花授粉花粉和柱頭之間一般都是親和的，而由于多數(shù)植物的雌雄同花特性使自花授粉成為可能，為了排除自交造成的品種退化的可能性，這些植物進(jìn)化了自交不親和（Selfincompatible,SI）的機(jī)制。雌蕊作為花粉篩在不同的階段使雌蕊上不親和或不適宜的花粉停止發(fā)展，只允許特定的花粉進(jìn)入雌蕊，幫助花粉萌發(fā)，并引導(dǎo)花粉管生長，完成雙受精過程?；ǚ郏ɑǚ酃埽┖痛迫镏g相互作用，共同完成受粉和雙受精的整個過程。ABC為油菜花粉粘著吸水，DE為煙草花粉萌發(fā)和穿透,F為擬南芥花粉管生長?；ǚ酆椭^的形狀、結(jié)構(gòu)的匹配是第一個識別的因素，其次花粉的含水性和柱頭的含水性也是一個重要特性?；ǚ墼谥^上的附著由花粉和柱頭相互作用決定，其中包括了柱頭分泌物、突出物結(jié)構(gòu)和成分，及花粉外壁和外被結(jié)構(gòu)和成分的相互作用?；ǚ勐湓谥^上，水化、萌發(fā)、延伸，進(jìn)入傳輸?shù)溃╰ransmittingtract，TT)。花粉管在縱隔上出現(xiàn)隔膜（septum，S)，長到胚珠柄（funiculus，f)并進(jìn)入珠孔,使卵和中心細(xì)胞受精?；ǚ墼诟芍^上的附著是由花粉的特性決定。在濕柱頭上附著受分泌物的幫助，分泌物在百合中是水性的，在煙草和矮牽牛中是脂溶性的?；ǚ鬯突ǚ酃苊劝l(fā)可以很快發(fā)生或到一個小時，依賴于花粉在花藥開裂時干化的程度。草本花粉從不完全脫水。離開花藥時代謝活性中等。這使水化在落到柱頭上后幾分鐘很快萌發(fā)。相反，百合花粉釋放時干化程度很高，在極端環(huán)境下能存活，但落到適當(dāng)?shù)闹^上水化后經(jīng)一個小時萌發(fā)。十字花科植物在干柱頭上的水化需要與突起接觸，在花粉外被的幫助下從外壁流到兩者接觸區(qū)域。干柱頭的花粉附著和萌發(fā)

擬南芥和油菜的三核花粉粒附著在干柱頭上后，發(fā)生化學(xué)結(jié)合、生物化學(xué)變化，代謝活性增加，RNA合成?；ǚ酃軓拿劝l(fā)孔出現(xiàn),穿透柱頭,在細(xì)胞間生長，分泌果膠酶?；ǚ?柱頭附著迅速并具有高度選擇性。柱頭表面形成許多突起，突起直接與花粉作用，如果親和就接受，不親和就不接受。用擬南芥和矮牽牛花粉同時對擬南芥柱頭授粉，大量擬南芥花粉附著在柱頭上，矮牽牛花粉很少附著。用不同進(jìn)化關(guān)系物種的花粉施加在擬南芥柱頭上，進(jìn)化關(guān)系越遠(yuǎn)，花粉附著強(qiáng)度越低。擬南芥的柱頭對花粉的選擇性和影響因素

(A)

擬南芥花粉附著(B)矮牽?；ǚ鄹街?C)花粉應(yīng)用在擬南芥柱頭上n10分析。一般單子葉花粉附著力低于雙子葉花粉。(A-E)Lightmicrographsillustratingexinefragmentbindingfollowingawashin1%Tween20for1hour.(A)Arabidopsis,(B)Artemesia

douglasiana,(C)Cynodon

dactylon,(D)Poa

pratensis(E)Quercus

agrifolia

pollen.Sizebars,0.5mm.(F)ScanningelectronmicrographofArabidopsisexinefragments(arrows)boundtostigmacells.Sizebar,5mm.AdhesionofpollenexinefragmentstoArabidopsisstigmas.Development126,5431-5440(1999)Purifiedexinebindstostigmacells擬南芥花粉的迅速附著由花粉外壁（exine)的生物物理和生物化學(xué)因素決定，由于時間短暫，迅速附著不可能是蛋白-蛋白之間的作用。之后，花粉外被的脂和蛋白復(fù)合物移動到花粉-柱頭接觸面上形成“腳”。柱頭表面蛋白也對附著有貢獻(xiàn)。這階段進(jìn)行蛋白-蛋白之間的相互作用。包括花粉外被蛋白和油菜S位點相關(guān)蛋白(S-locus–relatedprotein，SLR1)之間的相互作用。花粉粒(P)和一個柱頭突起(S)的透射電鏡圖,用彩色強(qiáng)化花粉外被(粉)、內(nèi)壁（intine，桃色)、外壁（exine，綠)、柱頭細(xì)胞壁(黃)、柱頭角質(zhì)層(藍(lán))。富含脂類物質(zhì)的腳在兩者表面集聚。這里覆蓋柱頭角質(zhì)的表層不明顯。SLR1SLGSLR1-BPPCP-A1油菜S位點相關(guān)的糖蛋白SLR1、SLG在柱頭表達(dá)，分別與花粉外被蛋白SLR1-BP和PCR-A1(Pollencoatproteins)結(jié)合，化學(xué)特異固定花粉于柱頭上。同時具有識別親和性的作用?；ǚ弁獗换|(zhì)流到與柱頭接觸的角，與柱頭分泌物充分混合，非特異地物理固定花粉。油菜SLR1和S位點糖蛋白(S-locusglycoprotein，SLG)是柱頭表達(dá)的S位點相關(guān)的糖蛋白，它們在遺傳位點上不連鎖，但序列高度相似，SLR1和slr1花粉在柱頭的附著強(qiáng)度相同。兩種蛋白的抗體都能減少花粉附著。每種蛋白都分別與花粉外被中的特定蛋白結(jié)合。通過花粉蛋白與柱頭蛋白的這種特異化學(xué)結(jié)合和非特異的物理融合，增強(qiáng)花粉到柱頭的附著?；ǚ酃軓幕ǚ哿Ｖ行纬?，穿過“腳”到柱頭表面，將花粉系到柱頭上。當(dāng)花粉不相配時，花粉管的進(jìn)一步生長受到阻止。沒有柱頭分泌物的情況下，花粉外被對附著起很大作用，分泌物從花粉外被流出到柱頭上，在柱頭和花粉之間形成“腳”，起粘著作用。擬南芥無花粉外被的突變體ECERIFERUM(CER)花粉在柱頭的粘著受到影響。純化的花粉外壁碎片可以附著在柱頭上?；ǚ弁獗缓椭^分泌物中都有脂酶，分泌物相互融合，幫助花粉管進(jìn)入柱頭?；ǚ弁獗恢兄惢|(zhì)在自交不親和中也起作用。擬南芥花粉外被含有與一小套蛋白一起的長鏈或短鏈脂類分子，包括6個脂肪酶和富含甘氨酸和一個脂類結(jié)合區(qū)域的油脂蛋白。擬南芥花粉外被長鏈脂類分子合成的突變影響水化，加入三乙酰甘油可恢復(fù)水化。油菜花粉外被結(jié)構(gòu)與此相似。油菜油脂或外被結(jié)構(gòu)的破壞可延遲或阻止花粉水化。應(yīng)用外源脂類可以繞過花粉水化的控制?；ǚ弁獗恢愒谒^程中的作用可能是在花粉柱頭連接介質(zhì)中建立一個水勢梯度，指導(dǎo)花粉管生長。酮酯酰輔酶A合成酶FIDDLEHEAD擬南芥花粉外被長鏈脂類分子合成花粉的發(fā)育Chemicalnatureofpollen-stigmaadhesionDevelopment126,5431-5440(1999)離子螯合劑氧化還原非離子清潔劑蛋白酶強(qiáng)酸強(qiáng)堿陰離子去污劑pollen-stigmaadhesionislikelymediatedbylipophilicmolecules，itispossiblethatmoleculesmediatingadhesionareanchoredtothecellsurfacethroughahydrophobicinteractionanddetergentsliberateanentireadhesioncomplex.柱頭表面角質(zhì)層上有很薄的膜樣蛋白層突起，對相容花粉的進(jìn)入是必需的，去污劑或蛋白酶都能阻止花粉管進(jìn)入柱頭。擬南芥花粉外被上脂和油脂蛋白對水化是必需的表明花粉附著時水化也由花粉決定。煙草花粉外被上沒有油脂樣蛋白。這種濕柱頭的水化由柱頭因子決定。擬南芥授粉早期事件(1)花粉外被移動到花粉與柱頭接觸點，在兩個表面形成腳，用脂類染料FM1-43可觀察到。(2)花粉管從花粉外壁伸出，進(jìn)入柱頭突起，用細(xì)胞壁染料剛果紅（Congored）可見。(3)花粉管在突起的細(xì)胞壁之間彎饒進(jìn)入花柱，不被剛果紅染色。在脂類提供水吸收通道的同時，蛋白質(zhì)可能起調(diào)節(jié)作用。油菜水化過程依賴連續(xù)的蛋白質(zhì)合成。擬南芥和油菜花粉外被都有富含甘氨酸的油脂蛋白（Glycine-richolesin-domainprotein,GRP），已經(jīng)證明擬南芥花粉外被中的GRP17是水化必需的。油脂蛋白在種子中分布在油脂體表面，控制油脂體的大小。擬南芥GRP和一組花粉外被脂酶，具有種和品種間變異性，可能在種和亞種間花粉專一性識別中起作用。柱頭接受花粉的時間期限是在不同的物種授粉后一個小時到幾天不等。恰當(dāng)?shù)幕ǚ郯l(fā)育時期是接受花粉能力的關(guān)鍵時期，不成熟的柱頭或衰老、退化的柱頭都不能提供完全正常的授粉過程。前者停止在水化前，后者不能生長。柱頭角質(zhì)表皮的破裂和角質(zhì)酶或其他脂酶的作用幫助花粉進(jìn)入柱頭。柱頭接受花粉的能力受幾個因素的影響：通過粘著捕捉花粉的能力。使花粉水化的能力。使花粉萌發(fā)的能力。濕柱頭花粉的附著和萌發(fā)花粉降落在濕柱頭時水迅速圍繞花粉粒聚集，花粉通過與柱頭接觸面的“腳”或干柱頭突起從柱頭吸收水分、營養(yǎng)和其他小分子。柱頭上水通道分子的表達(dá)提供了從柱頭迅速釋放水到花粉的可調(diào)控通道。柱頭表皮可能對水可滲透?；ǚ鄣乃鞘艿綍r間空間上的調(diào)控。不適當(dāng)?shù)乃稍斐蔀?zāi)難性的結(jié)果。干柱頭植物中花粉水化調(diào)控可作為不親和花粉授粉的障礙。濕柱頭分泌有飽和和不飽和三酰甘油，或主要是可溶性碳水化合物，大量蛋白質(zhì)，分泌活躍期表面角質(zhì)層破壞，維管活性增強(qiáng)。柱頭分泌活動是花粉捕捉和附著的重要手段，同時也能使病原菌陷于其中，起著防衛(wèi)作用，柱頭分泌高水平活性氧可能與此有關(guān)。(A)Afterapplicationofpetuniaexudate,pollengrainsonthestigmalesssurfacebecomehydratedandgerminateandthepollentubespenetratethestylartissue.(B)to(D)Effectsoftheapplicationoflilyexudate

(B),trilinolein甘油三亞油酸酯(C),andsaturatedtriacylglycerides

(D)pg,pollengrain;pt,pollentube;tt,transmittingtissue;vb,vascularbundle.Bars=100mm.LongitudinalSectionsofStigmalessPistilsat24hafterPollination矮牽牛分泌物百合分泌物甘油三亞油酸酯飽和甘油三酯煙草花粉浸沒在純化的脂或柱頭分泌物中，附近提供水環(huán)境，花粉管在靠近兩相界面的萌發(fā)孔處形成。說明水的直接作用。煙草缺乏富含脂類的花粉外被突變也使柱頭上水化不能進(jìn)行或不能萌發(fā)。缺乏外被的花粉在高濕度能夠水化，但缺乏軸向信息，萌發(fā)點相對于柱頭具有隨機(jī)性。人們提出了脂和水在引導(dǎo)花粉管在柱頭上生長和進(jìn)入傳輸管道的假設(shè)，在柱頭脂質(zhì)基質(zhì)中水的分布受到控制，水流向花粉的途徑?jīng)Q定了花粉管生長的途徑。在另一種濕柱頭植物百合中，柱頭分泌物是富含碳水化合物的水相，花粉管生長方向由兩種多肽化學(xué)藍(lán)素（chemocyanin）和柱頭/花柱富含半胱氨酸的附著素（stigma/stylar

cysteine-richadhesin，SCA)引導(dǎo)，化學(xué)藍(lán)素是一種含銅蛋白，作為化學(xué)信號指引花粉管生長方向，SCA本身沒有方向指導(dǎo)作用，但可以增強(qiáng)化學(xué)藍(lán)素的方向指導(dǎo)作用。SCA可被花粉管內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，外源游離的泛素處理花柱可以促進(jìn)SCA的內(nèi)吞，進(jìn)而促進(jìn)百合花粉管附著。百合含有的Ankyrin重復(fù)序列的蛋白lilyankyrinrepeat-containingprotein(LlANK)是泛素連接酶，存在于膜包被的細(xì)胞器，對花粉萌發(fā)和生長是必需的。三者之間是否有聯(lián)系，值得進(jìn)一步研究。干柱頭植物擬南芥柱頭分泌物中也有和百合化學(xué)藍(lán)素相似的植物藍(lán)素（plantcyanin），與花粉管生長有關(guān)，過量表達(dá)引起種子結(jié)實減少花粉管生長異常?？赡苤参锼{(lán)素的導(dǎo)向機(jī)制在干柱頭和濕柱頭中機(jī)制相似。柱頭花粉之間的活性氧、活性氮信號傳導(dǎo)

動植物中活性氧（Reactiveoxygenspecies,ROS）、活性氮尤其是NO是各種信號傳導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵組分。在花粉管生長和花粉柱頭相互作用中也發(fā)現(xiàn)了它們的作用。千里光（Senecio

squalidus)中的柱頭專一的過氧化物酶（stigma-specificperoxidase

，SSP）只在柱頭突起表達(dá)，SSP蛋白在突起表面的細(xì)胞質(zhì)不連續(xù)分布。用ROS敏感熒光染料DCFH2-DA染色，在共聚焦顯微鏡下，千里光柱頭活性氧水平遠(yuǎn)高于其他物種，而且ROS主要限制在柱頭突起部位。過氧化氫清除劑丙酮酸鈉可以減少突起上的ROS水平，說明過氧化氫是突起上主要的ROS。擬南芥柱頭突起同樣也有高水平的ROS/H2O2，對從單子葉到雙子葉植物的20種被子植物的干柱頭和濕柱頭進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)所有柱頭上都有ROS積累。這些結(jié)果說明ROS可能是SSP的底物。鑒于在保衛(wèi)細(xì)胞質(zhì)膜上的超極化Ca2+依賴滲透通道可被ROS調(diào)節(jié)的事實，Mori和Schroeder提出ROS激活Ca2+通道，引發(fā)多種信號傳導(dǎo)通路的激活。根毛和保衛(wèi)細(xì)胞中，NADH氧化酶介導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生。百合花粉管中NAD（P）H濃度的波動與花粉管生長的高峰一致，NAD(P)H氧化酶抑制花粉管的生長，同時，線粒體聚集的區(qū)域活性氧水平最高。同樣用DCFH2-DA檢測了柱頭的花粉的NO水平，發(fā)現(xiàn)花粉的NO水平遠(yuǎn)高于柱頭。在已經(jīng)檢測的10個單子葉和雙子葉植物中所有花粉都有NO形成。用NO處理柱頭，DCFH2-DA染色大大減少，而花粉在柱頭的附著和發(fā)育同樣減少DCFH2-DA染色。花粉釋放NO。這說明花粉中NO釋放到柱頭上引起柱頭ROS的消失，Hiscock和Allen推測NO是相容的花粉釋放的解除柱頭防御物質(zhì)ROS的方式。在蕨類植物Ceratopteris

richardii單細(xì)胞孢子中，NO和NO的清除劑都能使cGMP依賴的極性生長喪失，但它們作用方式相反，鳥苷酸環(huán)化酶和磷酸二酯酶同樣以相佶抗的方式使鈣依賴的細(xì)胞極性喪失，NO和cGMP都在重力引起的極性生長信號的下游。百合花粉管的生長方向可被NO通過cGMP途徑改變，NO在花粉管的過氧化物酶體產(chǎn)生，負(fù)調(diào)控花粉管生長方向?；ǚ蹣O化和萌發(fā)，為花粉管生長做準(zhǔn)備

水化使利用大量預(yù)先合成的mRNA激活代謝過程，營養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞骨架重新組織，花粉變成極性化細(xì)胞，將其細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞骨架組織到與柱頭接觸處，支持管的伸出。這些變化發(fā)生在水化后幾分鐘到幾十分鐘，細(xì)胞骨架圍繞核形成纖絲狀，并且細(xì)胞骨架向花粉管萌發(fā)處極化分布。將營養(yǎng)核重排使之在生殖核前進(jìn)入柱頭。將線粒體和多糖顆粒集結(jié)在花粉管頭部。選擇質(zhì)膜顆粒將胼胝質(zhì)沉積在萌發(fā)位點。到花粉管生長點的可能的傳導(dǎo)極性信號有水、脂、離子、肽。一種五氨基酸、硫酸化的肽段（Phytosulphokine），在花粉少量情況下誘導(dǎo)萌發(fā)。這個肽段的假定受體是一個120kDa和一個160kDa,糖基化膜蛋白。在四個已知植物信號肽段中只有兩個Clavata3和S-locuscysteine-richprotein(SCR)有鑒定的受體，且都是受體激酶?；ǚ酃軆?nèi)，Ca2+在花粉管尖部聚集，向后形成遞減的濃度梯度，這種梯度對管尖部生長的速度和方向的信號調(diào)節(jié)起著中心作用。其他離子如H+、Cl-、K+的濃度梯度在花粉管生長延伸過程中也經(jīng)歷與花粉管延長速率震蕩相似的周期性震蕩。極化信號觸發(fā)RHOOFPLANTS1(ROP1)的聚集，它是一個參與F-actin動力學(xué)，在花粉管尖建立梯度的GTP結(jié)合蛋白。同ROP1協(xié)同作用的有ROPINTERACTINGCRIB-CONTAINING1蛋白，分布于生長中的花粉管尖，它們的功能集中在分泌顆粒的傳遞。其他分布在管尖部位的蛋白與細(xì)胞極性的建立有關(guān)。延長的蕨類植物根尖有一種annexin與根尖小泡外分泌有關(guān)，表現(xiàn)了依賴鈣的與磷脂結(jié)合的反應(yīng)，影響細(xì)胞骨架和潛在的依賴電壓的鈣離子通道活性。在花粉內(nèi)部相對于外部信號建立了極性后，花粉管要伸出外壁，根據(jù)物種特點，或從萌發(fā)孔伸出，或直接突破花粉外壁。黑麥和桉樹在萌發(fā)孔處的內(nèi)膜被溶解，突破孢粉外壁。擬南芥花粉有三個萌發(fā)孔，花粉管常精確地從與柱頭接觸的外壁處萌發(fā)?；ǚ酃苊劝l(fā)需要三種條件：1）、降解花粉壁的酶2）、通過局部凝膠膨脹力3）、聚集的膨脹壓。可能是在花粉柱頭接觸處部分降解的外壁上膨壓或凝膠膨脹力比別處容易突破?；ǚ酃苋肭诌M(jìn)入柱頭

通過花粉外壁后，花粉管需要穿過柱頭進(jìn)入花柱，有些柱頭和花柱是一體，有些需要穿過柱頭表面的表皮和突起外壁再進(jìn)入花柱。在花粉粒對柱頭附著的干柱頭類型，突起決定花粉管進(jìn)入花柱傳輸通道的位點。濕柱頭中，細(xì)胞外基質(zhì)(ECMs)覆蓋在柱頭表面，穿透進(jìn)入花柱前花粉管可在那里生長到一定長度。煙草中，脂溶性的細(xì)胞外基質(zhì)ECM提供水的梯度，為花粉管穿透進(jìn)入柱頭提供物理的導(dǎo)向。其他物種中，有化學(xué)信號提供花粉管進(jìn)入花柱細(xì)胞外基質(zhì)ECM的導(dǎo)向?；ǚ酃苌L穿過突起細(xì)胞壁，花粉分泌的各種酶在侵入柱頭表面中起重要作用，已經(jīng)在花粉內(nèi)壁和花粉管中鑒定了酸性磷酸酶、核糖核酸酶、酯酶、淀粉酶、蛋白酶的活性。角質(zhì)酶（幾丁質(zhì)酶，一種酯酶）在降解柱頭表面角質(zhì)中起重要作用。角質(zhì)酶在一些柱頭蛋白樣突起中也存在。移區(qū)突起也阻止相適配的花粉進(jìn)入柱頭。角質(zhì)酶抑制劑減少花粉管進(jìn)入柱頭的機(jī)會。果膠酶、果膠酸酶和多聚半乳糖醛酸酶都與花粉管進(jìn)入有關(guān)。酶解進(jìn)入柱頭被精確調(diào)控，以防止病原或不適當(dāng)?shù)倪M(jìn)入。這個控制是通過花粉和柱頭不斷的通訊進(jìn)行。番茄LePRK1和LePRK2富含亮氨酸重復(fù)序列的受體激酶定位在花粉管中，形成復(fù)合物，柱頭分泌的細(xì)胞壁重修飾蛋白和富含半胱氨酸的蛋白LAT52(LATEANTHERTOMATO52)、LeSTIG1是受體激酶的配體，在體外分別和LePRK1、LePRK2相互作用。LeSTIG1誘導(dǎo)LAT52-LePRK2復(fù)合物的解離，同時形成LeSTIG1-LePRK2復(fù)合物，可能是柱頭花粉管相互作用過程中花粉管進(jìn)入柱頭內(nèi)環(huán)境的檢驗點。它們是花粉水化和萌發(fā)必需的，可能在細(xì)胞壁外起信號傳遞作用。LAT52-LePRK2LeSTIG1LeSTIG1-LePRK2LAT52花粉與柱頭相互作用基因組水平的研究

對敲除擬南芥柱頭突起的柱頭和野生型柱頭進(jìn)行基因差異表達(dá)研究，發(fā)現(xiàn)柱頭特異表達(dá)的基因有過氧化物酶、CytP450、伸展蛋白、受體樣激酶、Ser羧肽酶、

1-3葡聚糖酶、AGP、LTP、Cys蛋白酶、DnaJ樣蛋白、SLR1類似蛋白、UDPG轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、內(nèi)膜結(jié)合蛋白、Calnexin、抗病等，都與已知功能相符合。對花粉轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究分析表明花粉中功能性的基因是信號傳導(dǎo)、抗逆、代謝、離子運(yùn)輸、細(xì)胞骨架動力學(xué)等。野生型敲除野生型敲除階段１３階段１４無論是干柱頭還是濕柱頭，都有大量分泌物幫助花粉管生長。分泌物中有果膠酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、葡聚糖酶、延展蛋白，這些酶或蛋白在疏松細(xì)胞壁并重新安排細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中起重要作用。煙草中一種柱頭大量分泌的脂轉(zhuǎn)移蛋白（lipidtransferprotein，LTP）在管尖伸長中起主要作用。在百合花柱中，LTP-SCA作為化學(xué)信號和附著劑起作用。有些非專一的LTP起防衛(wèi)病原菌的作用?；ǚ酆突ǚ酃苤幸脖磉_(dá)細(xì)胞壁物質(zhì)降解酶類，如果膠甲脂酶基因VGD1，突變體花粉管不能生長。果膠甲脂酶基因VGD1，突變體花粉管不能生長第二節(jié)花粉管的結(jié)構(gòu)、生長與細(xì)胞骨架一、花粉管的結(jié)構(gòu)非生長區(qū)花粉管的細(xì)胞質(zhì)有豐富的線粒體、網(wǎng)狀高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和小泡。生長區(qū)含有大量小泡，幾乎沒有其他細(xì)胞器。細(xì)胞質(zhì)在頂端區(qū)域隨機(jī)分布，在其他區(qū)域與花粉管長軸平行。頂端區(qū)兩類小泡：大的直徑300nm，源于高爾基體，含有細(xì)胞壁前體物質(zhì)，與頂端細(xì)胞膜融合，釋放內(nèi)含物，參與細(xì)胞壁的生長。小的直徑50nm，來源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)?；ǚ酃鼙诔煞钟欣w維素、果膠質(zhì)、半纖維素、胼胝質(zhì)。花粉管頂端不含胼胝質(zhì)。高爾基小泡可能含有合成多糖的酶?；ǚ酃鼙谥杏械鞍踪|(zhì)，胼胝質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合。富含羥脯氨酸蛋白的糖蛋白也在細(xì)胞壁。([A]to[G])andCHX23-GFP(H)expressedtransientlyintobaccopollen:(A)NtPLIM2b-GFP,actinfilamentmarker;(B)GFP-Rab5,endosomemarker;(C)GFP-Rab2,Golgimarker;(D)Mito-GFP,mitochondriamarker;(E)SIP2.1-GFP,ERmarker;(F)GFP-HDEL,ERmarker;(G)Lat52:GFP,cytosol

marker;and(H)CHX23-GFP，Cation.(I)to(J”)ConfocalmicroscopyimagesshowingcolocalizationofCHX23withERmarkers.TobaccopollencotransfectedwiththeERmarker,GFP-HDEL(I)andCHX23-RFP(I’),orSIP2.1-GFP(J)andCHX23-RFP(J’).(I”)and(J”)aremergedimages.(K)ConfocalimageofCHX23-GFPinArabidopsispollenfromplantsstablytransformedwithProCHX23:CHX23-GFP.Bar=5mm.(A)to(H)Fluorescentmicroscopyimagesofvariousmarkers二、花粉管的生長花粉營養(yǎng)細(xì)胞的主要活性是合成和組裝花粉管細(xì)胞壁，花粉管中動態(tài)細(xì)胞骨架對花粉管的生長是必需的。肌動蛋白是傳遞尖部生長需要和延長所需的極性化微纖絲形成的組成成分，是花粉生長有關(guān)細(xì)胞骨架主要成分。細(xì)胞骨架肌動蛋白-肌球蛋白驅(qū)動細(xì)胞質(zhì)流，運(yùn)輸花粉管頂端生長需要的小泡。每四秒取一次圖象，顯示花粉管中大量的細(xì)胞器流動。白色箭頭指示一個大的細(xì)胞器以2

m/sec的平均速度向管尖方向移動。這樣的運(yùn)動推測沿著肌動蛋白線路進(jìn)行。由于每個相應(yīng)的圖象聚焦于花粉管皮層區(qū)域，只有朝尖端的運(yùn)動被觀察到。肌動蛋白多聚化本身對花粉管生長起綜合作用，抑制肌動蛋白多聚化的試劑抑制花粉管延長。肌動蛋白密集區(qū)域說明是細(xì)胞器運(yùn)輸活躍的區(qū)域。用綠色熒光蛋白GFP標(biāo)記的talin

的瞬時表達(dá)顯示肌動蛋白在細(xì)胞器排出區(qū)域呈現(xiàn)出環(huán)或領(lǐng)狀，而小泡已經(jīng)運(yùn)輸?shù)轿坏募舛藳]有肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)?；ǚ酃苤屑拥鞍椎慕Y(jié)構(gòu)被分為三個區(qū)域：縱向成束的干區(qū)、亞頂端區(qū)和頂端區(qū)。干區(qū)肌動蛋白作為小泡運(yùn)輸?shù)巾敹说募?xì)胞質(zhì)流的軌道，亞頂端區(qū)分布有短肌動蛋白束，由肌動蛋白纖維（F-actin）組成，是一種動力網(wǎng)絡(luò)。在煙草花粉管極頂端也出現(xiàn)F-actin。亞頂端肌動蛋白的聚合負(fù)責(zé)花粉管的延長，最頂端F-actin纖維可能與小泡停泊和融合有關(guān)。肌動蛋白微絲的聚合受大量肌動蛋白結(jié)合蛋白（Actinbindingprotein,ABPs）的調(diào)控，這些蛋白受上升的pH和Ca2+水平的調(diào)控。ARMADILLOREPEATONLY1(ARO1)在F-actin重組織和花粉管尖部極性生長中起重要作用。小G蛋白ROP1(Rhoofplants1)與和ROP作用、含CRIB序列的蛋白3和4（RIC3、RIC4）結(jié)合，定位于花粉管尖，通過與肌動蛋白骨架和管尖濃縮的Ca2+濃度梯度的相互作用，是傳遞含有細(xì)胞壁物質(zhì)小泡到管尖的目標(biāo)?；ǚ酃苌L過程還依賴泛素蛋白酶體系，保持動態(tài)的細(xì)胞骨架和細(xì)胞質(zhì)流變化，泛素蛋白酶抑制劑抑制花粉管生長。花粉管中赤霉素GA的形成對花粉管的生長也是必需的。肌動蛋白結(jié)合蛋白對細(xì)胞內(nèi)外刺激反應(yīng)，作為信號傳導(dǎo)途徑和肌動蛋白動態(tài)變化的連接環(huán)節(jié)，決定細(xì)胞構(gòu)型。真核生物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有七十多種肌動蛋白結(jié)合蛋白，花粉管中有很多種存在，如肌球蛋白（myosin）、單體聚合蛋白(Profilin)、微絲解聚蛋白（colifin/ADF）、villin、核化蛋白Arp2/3復(fù)合物、纖維切斷蛋白（gelsolin/fragmin）、formin和Caldeson，這些蛋白可能是關(guān)鍵信號途徑調(diào)控管尖生長的目標(biāo)。除了ROP、離子信號外，還發(fā)現(xiàn)了cAMP、磷脂酰肌醇（phosphoinositides）、鈣調(diào)素（calmodulin）、蛋白激酶、伽馬氨基丁酸（GABA）和一氧化氮（nitricoxide）等也是與花粉管生長有關(guān)的信號分子，推測它們通過在管尖的濃縮和與細(xì)胞骨架的相互作用，調(diào)控管尖生長。其他調(diào)控花粉管生長的因子還有Rac蛋白、類型IADP核糖基化GTP酶激活蛋白（ADPribosylationfactorGTPase-activatingprotein,AGD1）等，都與胞質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)。第三節(jié)花粉管與花柱的相互作用一旦花粉水化萌發(fā)發(fā)生，花粉管在柱頭的生長受到指引。引導(dǎo)花粉管生長的物質(zhì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有水、脂、離子、肽、糖基蛋白、IP3、GABA、NO、cAMP等。花柱中花粉管生長的引導(dǎo)

花粉管在花柱中的生長不僅受傳輸管道環(huán)境本身的影響，也受來自于胚珠的信號指引。這種引導(dǎo)作用有長距離和短距離的指引。長距離指引花粉進(jìn)入柱頭后，在花柱中的生長除了傳輸通道中營養(yǎng)物質(zhì)的供給外，還受到從花柱到胚珠梯度分布化學(xué)信號及其他信號物質(zhì)的指引。短距離指引在花粉管生長到胚珠附近，即第三和四階段時，需要胚珠內(nèi)的信號指引，這時的指引屬于短距離信號指引。第三階段花粉管沿著隔膜向胚柄生長，第四階段沿著胚柄向珠孔生長?；ㄖ鶅?nèi)細(xì)胞間空間有一條連續(xù)的分泌大量物質(zhì)的通道，與柱頭分泌物連續(xù)，稱為傳輸通道（transmittingtract），花粉管在其中生長。在開放花柱中，許多單子葉植物象百合，花粉管沿著傳輸管道表皮，在充滿黏液的管道中生長。多數(shù)雙子葉植物花柱封閉，花粉管在與柱頭分泌區(qū)連續(xù)的傳輸管道組織（transmittingtissue）中生長。花柱可分為開放、封閉、半封閉三類。長距離指引傳輸管道組織的細(xì)胞列由橫向壁上胞間連絲相連，縱向壁被細(xì)胞間基質(zhì)(IM)分離?；瘜W(xué)分析表明IM成分有游離糖類，多糖、游離氨基酸、蛋白、糖蛋白、酚類化合物，它們可能對花粉管的生長起著營養(yǎng)、識別和指導(dǎo)作用。在這種基質(zhì)中花粉管生長速度很快。Tung等人鑒定了擬南芥花柱傳輸管道專一表達(dá)的基因，主要有細(xì)胞壁多糖酶類、CytP450、幾丁質(zhì)酶、脂酶、逆境反應(yīng)蛋白、根瘤蛋白MtN21等，與花粉管生長過程細(xì)胞壁物質(zhì)降解和抗逆有關(guān)?；ㄖ械膫鬏斀M織細(xì)胞間分泌的有糖類、蛋白類（如羥脯糖蛋白HRGPs、阿拉伯半乳糖蛋白AGPs），這些物質(zhì)作為花粉生長的營養(yǎng)物質(zhì)和引導(dǎo)花粉生長方向的作用。在花粉管生長過程中，受到營養(yǎng)物質(zhì)濃度梯度、傳導(dǎo)組織細(xì)胞壁和胚珠外壁糖蛋白以及

-aminobutyricacid(GABA)濃度梯度的引導(dǎo)。擬南芥雌蕊傳輸管道中心特異分布AGPs,胚珠內(nèi)大孢子表面也布滿大量AGP，隨著胚珠的繼續(xù)發(fā)育，胚囊表面細(xì)胞壁有兩種AGP抗體結(jié)合的AGP分布，在助細(xì)胞和它們的纖維狀裝置上尤為密集?？贵wJIM8和JIM13標(biāo)記的AGP延伸分布到珠孔處的內(nèi)珠被，顯示對花粉管的吸引?？贵wMAC207和LM2標(biāo)記的AGP在大孢子發(fā)生和雌配子體發(fā)生的各種細(xì)胞類型都有分布，但胚囊中沒有，說明吸引花粉管的是JIM8和JIM13標(biāo)記的AGP。煙草傳輸通道專一的(transmittingtissue–specific，TTS)糖蛋白也是一種AGPs，與細(xì)胞間基質(zhì)緊密結(jié)合，從頂部到胚珠糖基化程度增高，酸性增高，在傳輸通道中建立了化學(xué)濃度梯度，花粉管在體外有去糖基化的作用，因此，AGP在傳輸通道中的分布可能為花粉管提供糖分子，對生長的花粉管具有引導(dǎo)作用。富含半乳糖花柱糖蛋白（galactose-richstyleglycoprotein，GaRSGP)、120kD糖蛋白、雌蕊專一的類伸展蛋白（pistil-specificextensin-likeprotein，PELP)不具糖基化梯度作用。GaRSGP位于傳輸組織細(xì)胞壁上。120kD糖蛋白位于IM然后進(jìn)入花粉細(xì)胞質(zhì)。雌蕊專一的類伸展蛋白PELPIII先在IM，然后到花粉管細(xì)胞壁上，最后轉(zhuǎn)移到胼胝質(zhì)塞上。大分子轉(zhuǎn)運(yùn)通過花粉細(xì)胞壁可能是S-Rnase決定自交不親和的原因之一。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)S-Rnase

與TTS和NaPELPIII糖蛋白形成復(fù)合物。SCA/果膠組合提供附著基質(zhì)，在接觸或絡(luò)合刺激中起著引導(dǎo)花粉管的作用。煙草的柱頭是濕柱頭，實心花柱，花粉管生長穿過分泌區(qū)域細(xì)胞的細(xì)胞間空間，內(nèi)有分泌細(xì)胞的排出物。排出物具有疏松細(xì)胞壁活性。排出物中雌蕊花粉過敏樣蛋白(PPAL)與

-expansins高度相似，可能作為細(xì)胞壁疏松活性物質(zhì)幫助花粉管長入煙草柱頭。但PPAL在體外膨脹計分析沒有細(xì)胞壁疏松活性。煙草排出物中最豐富的蛋白脂類轉(zhuǎn)移蛋白(LTP)可在體外結(jié)合?；?。脂類可能在花粉管生長導(dǎo)向中起重要作用。LTPs組成擬南芥涉及脂代謝基因中最大一組，可能有不同的功能。花藥貢獻(xiàn)的非專一性LTPs和分泌的其他蛋白防御病原菌。蛋白酶抑制劑、thaumatin-likeproteins,以及其他防御相關(guān)蛋白在Solanaceae豆科植物的柱頭表達(dá)和積累，可能防止動物或病原菌。

-氨基丁酸GABA（g-aminobutyricacid）在體外促進(jìn)花粉管生長，過量抑制花粉管生長。PollenPistil2(POP2)編碼

-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶。將GABA分解為琥珀半醛，然后氧化成為琥珀酸，放出NADH（圖3.13）。野生型未授粉雌蕊在花柱中積累低水平的GABA,從柱頭經(jīng)花柱到子房室量濃度梯度增加，為花粉管生長提供GABA梯度。同時也為花粉管生長提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)。在pop2

突變體中,GABA沒有降解，甚至比野生型積累更高水平。野生型花粉管在pop2

花柱中正常生長，但pop2花粉管在突變雌蕊中不能生長。說明花粉管的POP2決定GABA的利用。伽馬氨基丁酸（

-aminobutyricacid，GABA)在擬南芥從柱頭到胚珠濃度分布呈梯度增加:柱頭濃度為20

M，花柱中為60

M，子房壁為110

M，子房室的隔膜表面為160

M，完整的胚珠和胚柄含30

M，然而胚珠內(nèi)的GABA可能集中在內(nèi)珠被，濃度達(dá)500

M?；ǚ酃苤械腉ABA轉(zhuǎn)氨酶可以分解GABA，對花粉管在花柱中的生長是必需的，說明從柱頭到胚珠內(nèi)的GABA濃度梯度對花粉管進(jìn)入胚珠是一個重要方向因素。GABA對花粉管的指引屬于長距離指引。NO是指導(dǎo)花粉管生長并進(jìn)入胚珠的另一個信號?；ㄖ幸龑?dǎo)花粉生長的NO信號是由雌蕊中產(chǎn)生的，NO不對稱分布在珠孔周圍，花粉管從沒有NO的區(qū)域生長進(jìn)入珠孔。體外花粉管內(nèi)的過氧化物酶體形成NO，通過花粉管內(nèi)的cGMP途徑抑制生長而調(diào)節(jié)花粉管生長，花粉管釋放NO處與花柱接觸面的活性氧消失。然而NO信號傳導(dǎo)突變體Atnos1花粉可以在野生型雌蕊中正常生長，反之花粉管生長異常。去除NO的試劑可以引起花粉管極性改變，D-Ser可增加Ca2+輸入花粉管，從而引起花粉管極性變化，用D-Ser處理可以恢復(fù)NO缺乏引起的花粉管極性異常。說明NO信號介導(dǎo)Ca信號系統(tǒng)控制的花粉管生長，負(fù)調(diào)控花粉管生長方向。胚珠中中心細(xì)胞引導(dǎo)突變（Centralcellguidance，CCG）基因編碼N端為鋅

帶保守區(qū)域的核蛋白CCG的表達(dá)也決定花粉管生長的方向。突變體花粉管不能進(jìn)入珠孔。CCGN端保守區(qū)域是普通轉(zhuǎn)錄因子TFIIB和TFIIIB家族的具有的序列，在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用。突變體胚囊細(xì)胞類型不受影響，在突變體中心細(xì)胞特異表達(dá)轉(zhuǎn)基因的CCG恢復(fù)對花粉管的引導(dǎo)作用。CCG決定花粉管進(jìn)入珠孔

A.野生型花粉管（黃）進(jìn)入珠孔（M）。B.ccg突變體花粉管錯過珠孔。胚珠對花粉管生長的指引

短距離指引已進(jìn)入胚珠的花粉管的排斥負(fù)調(diào)控也是一種控制花粉管生長方向的因素。這種方向指引作用是在胚珠附近發(fā)生，屬于短距離作用。花粉管避免標(biāo)定的胚珠

三個花粉管競爭一個胚珠(a–p)。綠花粉管進(jìn)入珠孔，粉色和紅色遲到的花粉管沒有進(jìn)入。NO信號在花粉管在珠孔附近的轉(zhuǎn)彎過程中發(fā)揮重要作用。GABA也一直在引導(dǎo)花粉管方向時起作用，包括短距離的信號作用。MYB98是R2R3MYB基因家族的轉(zhuǎn)錄因子，正調(diào)控一系列在助細(xì)胞特異表達(dá)的基因，決定助細(xì)胞的分化。myb98突變體花粉管失去進(jìn)入珠孔的方向指導(dǎo)。助細(xì)胞是吸引花粉管生長的一個主要信號來源，細(xì)胞壁加厚有裝飾，形成纖維狀裝置（filliform

apparatus,fa），有許多指狀突起伸入助細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)，myb98突變體的助細(xì)胞纖維狀裝置指狀突起缺失，它調(diào)控一系列位于助細(xì)胞纖維狀裝置指狀突起蛋白的表達(dá)，說明助細(xì)胞纖維狀裝置指狀突起與花粉管的珠孔定向有關(guān)。助細(xì)胞纖維狀裝置指狀突起決定基因MYB98MAGATAMA3（MAA3）編碼818個氨基酸的蛋白，含有DEAD解旋酶區(qū)域，在花、角果、根葉、莖頂端表達(dá)水平相似，突變體雌配子體發(fā)育延遲，極核核仁很小，花粉管到珠孔的定向缺失。MAA3與酵母的Sen1(splicingendonuclease1)相似，Sen1對各種RNA代謝是必需的，突變體中出現(xiàn)小核RNA(smallnuclearRNA，snoRNA)和rRNA的處理缺陷。小核仁的maa3突變體可能有同樣的情況。大規(guī)模的基因表達(dá)缺失影響胚囊內(nèi)各類細(xì)胞信號的形成，從而導(dǎo)致對花粉管方向決定的喪失。各種RNA代謝必需的MAA3阿拉伯半乳糖蛋白（Arabinogalactanproteins，AGPs）在受精前后的卵細(xì)胞細(xì)胞膜、細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)中存在，兩細(xì)胞前胚的細(xì)胞質(zhì)和液泡中也存在。受精前卵細(xì)胞AGP含量很高，受精后AGP含量迅速降低，AGP抑制劑

GlcY處理使卵細(xì)胞受精停止，但中心細(xì)胞受精不受影響，說明AGP影響合子形成。AGP影響特異精子與卵子結(jié)合擬南芥AGP在助細(xì)胞和它們的纖維狀裝置上密集分布。花粉管進(jìn)入胚囊后的變化助細(xì)胞本身是極化的細(xì)胞，細(xì)胞核（sn）、細(xì)胞質(zhì)位于珠孔端，富含各種細(xì)胞器，大液泡(sv)位于反足細(xì)胞端。面向合點端的細(xì)胞壁缺失或不連續(xù)。這種不連續(xù)可能為精子通向卵