胚囊PPT參考幻燈片

1、第五章 胚囊的發(fā)育， 組成和結構,1,5.1 引言,關于雌配子體結構的描述始于1870年末。 20世紀上半期光鏡水平已有大量資料。 近40年來，運用電鏡、組織化學、生物化學、熒光、相差顯微鏡等做了大量的研究，豐富了對雌配子體的認識。 最近幾年,分離技術、熒光探針、DNA定位的DAPI和Hoechst33258等方法進行研究，遺傳分子機制方面的研究發(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展，主要有以下幾個方面：,雌配子體發(fā)育和細胞化的超微結構和細胞化學 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)育分為兩個連續(xù)的階段： 1.大孢子發(fā)生 大孢子母細胞減數(shù)分裂至大孢子成熟 2.雌配子體發(fā)生 大孢子經(jīng)三次有絲分裂至細胞化至雌配子體成熟 至今有關超微結構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 大孢子母細胞,根據(jù)細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：單孢子、雙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)分裂的四個核全部參與形成胚囊，有以下特點： （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，卵和兩個助細胞來自同一個大孢子核，但五?；ㄐ椭?，有兩個大孢子核參與形成卵器的結構 （4）大多數(shù)四孢子類型的胚囊，中央細胞核來自四個大孢子核，而五?；ㄐ秃偷卖斎鲂椭醒爰毎酥粊碜杂趦蓚€大孢子核,6,Haig對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研究在雌配子體發(fā)生過程中遺傳上最穩(wěn)定的應該是單孢子的發(fā)育形式。成功的大孢子由位置決定，而不能直接參與競爭形成胚囊的大孢子則退化了。Haig認為這種穩(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)定和胚囊結構的變異最多。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減弱，因為在中央細胞中融合的核是由全部四個大孢子衍生的核的結合產(chǎn)物，因此它們在遺傳上與大孢子母細胞是等同的。,7,大孢子母細胞隨著減數(shù)分裂細胞質(zhì)發(fā)生了很大的變化：,減數(shù)分裂開始時大孢子母細胞與分生細胞相似，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，大孢子母細胞功能一極可遺傳細胞器的數(shù)量增加。極性化也表現(xiàn)在細胞壁的一些特征上。大孢子母細胞比周圍細胞壁厚，一般情況下在細胞非功能的一極有胼胝質(zhì)。在大孢子發(fā)生的過程中極

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)生很明顯的結構變化及脫分化，變?yōu)橥饷采蠘O為相似，這導致了早期的細胞學家提出了在整個減數(shù)分裂過程中是否有可遺傳的細胞器保存，或是它們由其他細胞器或核膜重新產(chǎn)生的問題。超微結構和生化研究顯示這些含有DNA的細胞器在前期仍然存在但高度改變。在這個時期還發(fā)生核糖體的數(shù)量減少。 在細胞質(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胞器的結構。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。推測在這個時期一些細胞的物質(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：大孢子母細胞核經(jīng)連續(xù)兩次分裂形成形成四個單倍的大孢子核 在單孢子和雙孢子胚囊發(fā)育的各種形式中，減數(shù)分裂衍生的一些細胞退化是遺傳決定的并與胼胝質(zhì)的存在有關。 大孢子母細胞通常是在其無效一極的位置的壁中沉積胼胝質(zhì)，胞間連絲僅存在于無胼胝質(zhì)積累的細胞壁部位。 胼胝質(zhì)在四分體中的積累將無功能和有功能的大孢子分開，并常在退化的大孢子間形成異常的壁。 在整個退化過程中退化的細胞還保留富有胼胝質(zhì)的細胞壁和缺少胞間連絲，這與功能大孢子和周圍的細胞不同。,10,Haig和Westoby認為胼胝質(zhì)壁是大孢子之間遺傳沖突的直接證據(jù)。至于胼胝質(zhì)是否直接阻礙營養(yǎng)進入退化的大孢子

7、（或二分體）或這些退化更可能是由發(fā)育的信號的干擾，到目前為止還不清楚，但這些細胞從合胞體中單獨分離出來將可能最終導致退化。,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胞更為豐富。 過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，最終導致細胞普遍分解，推測降解產(chǎn)物與周圍退化珠心細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，細胞壁缺少胼胝質(zhì)，胞間連絲較集中分布在細胞合點端的壁，保

8、持其功能直至減數(shù)分裂完成。 在雌配子體發(fā)育過程中決定極性的因素： （1）Willemse提出的核的行為是一個主要因 素 單孢子胚囊發(fā)育類型中核一般定位在合 點端至中央，為二分體細胞壁的形成建立一個不對稱的位置。 （2）生物物理上的壓力對極性形成的作用是另一個不可乎略的因素,13,功能大孢子中細胞質(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) 這些細胞質(zhì)的超微結構顯示了合成活性增 強，胚囊發(fā)育的不正常性在這個時期變得 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)生和細胞質(zhì)成熟,四孢子的雌配子體在大小、增大

9、的程度和細胞質(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。 在細胞質(zhì)的成熟過程中明顯的變化，包括中央液泡的膨脹和可遺傳細胞器的復制。 雌配子核的最終定位取決于細胞質(zhì)的重組。,15,雌配子體發(fā)育過程中的超微結構和生理狀態(tài)研究較少 玉米中，二核時期的胚囊看來合成活性較強，八核時期隨著中央液泡的明顯增大而急劇擴張，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。 還陽參屬，胚囊在二核時期細胞器增多，但在蔥屬、百合屬中細胞器的數(shù)目直到四核時期沒有變化。 向日葵在二核和四核時期的胚囊中，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 胚囊的細胞化,在八核時期細胞化迅速進行，因此很少看到八個游離核的胚囊。 已有充分的證據(jù)說明在胚囊成熟過程中核的定位對細胞的決定是一個重要的因素。 在被子植物中經(jīng)常見到珠孔端的一核向胚囊的合點端移動的現(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,因為胚囊的珠孔端有四個核，可能有同樣多的四個細胞板完成細胞壁的形成。對于非姐妹核之間的細胞壁形成方式，過去的報道有分歧（已有橫向成膜體的延續(xù)及形成第三細胞板）。 胚囊合點端的細胞化與珠孔端同步，三個細胞板形成反足細胞的方式與珠孔端的情況相似。 胚囊的細胞化過程中沒有形

11、成早前期帶微管，因此成膜體的方向如何被控制需進一步研究。,18,胚囊細胞化過程中成膜體的方向： 第二次有絲分裂核的定位與成膜體的方向垂直排列，非姊妹核對成垂直排列；第三次有絲分裂珠孔端與合點端的核分裂是同步的，非姊妹核對的排列幾乎垂直。 細胞壁形成后，卵細胞和助細胞較小，它們合點端的壁扁平或呈凹狀，隨后卵與助細胞向合點端擴展，細胞拉長，直到它們合點端的壁成為不連續(xù)的狀態(tài)，不久，絲狀器也開始形成。,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胞的基因所控制。 雌配子體表達的基因控制雌配子體發(fā)育的各個重要方面如核定位等，許多

12、基因可能起調(diào)節(jié)作用，但對它們的識別和功能的了解卻幾乎一無所知。 最近已經(jīng)開始對雌配子體突變體篩選的工作以期了解突變對雌配子體發(fā)育過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的基因，表現(xiàn)為一般的孟德爾3：1分離模式 配子體突變只影響配子體表達的基因，不能通過卵和/或精子傳遞，因此表現(xiàn)非孟德爾分離模式,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,因為這些基因也會影響雄配子體和孢子體細胞。 它們影響雌配子體發(fā)育的特異性過程，如雌配子體極性，核的移動和融合等。 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)生過程中哪些發(fā)育階段是由單倍體表達的基因所控制及它們在何時才表達。但隨著研究的深入對以上問題的答案開始有了眉目。 單倍體基因在雌配子體發(fā)生的早期就表達 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，即使在細胞化后也再進行不定數(shù)的分裂。 通過影響雌配子體發(fā)生的突變說明胚囊對花粉管的誘導起很重要的作用。,23,用遺傳手段去識別雌配子體發(fā)生過程中的關鍵分子在擬南芥和玉米中才剛剛開始，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行中。,24,5.3 雌性生殖單位的組成,雌性生殖單位：由卵

14、細胞，兩個助細胞和中央細胞組成。它是胚囊發(fā)育到成熟，即準備受精之前才組成的一個暫時性的單位。,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）實現(xiàn)雌雄配子的融合,26,助細胞,助細胞的結構特點： 助細胞的細胞壁：從珠孔端至合點端逐漸變薄。有些植物在細胞約一半的距離處細胞壁消失，即合點端僅為質(zhì)膜包圍而無壁；另一些植物雖然有細胞壁包圍整個細胞，但在合點部分的壁變?yōu)榉涓C狀。 助細胞的絲狀器：在助細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，這種結構稱為絲狀器。絲狀器是在細胞珠孔端原來初生壁的基礎上逐漸沉積壁物質(zhì)及不均勻加厚形成各種形態(tài)，這些壁物質(zhì)一般認為來源于高爾基體，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