被子植物受精生物学概述

被子植物受精生物学概述

摘要 被子植物有性生殖中,受精始终占有中心位置。受精是一系列精巧有序的发育事态,是十分复杂的自然过程。本文主要对被子植物花粉的发育、胚囊的发育以及精子和卵细胞发生的受精过程进行概述。

关键词 被子植物;受精;雄配子;雌配子

植物的生活周期中,受精与有性生殖联系恒定不变,受精是植物亲代与子代联系的桥梁,在发育和遗传中具有重要作用:激活卵细胞,启动胚胎发生;实现由配子体向孢子体、由单倍体向二倍体之间的世代转换;实现双亲遗传物质的结合。受精是一系列精巧有序的发育事态,是十分复杂的自然过程。被子植物受精作用依赖于单倍体雄配子和雌配子的有序发生和彼此融合。雌雄配子分别是由雄配子体(花粉)和雌配子体(胚囊)产生的。被子植物受精又具有独特的双受精特点。在双受精过程中,一个雄配子与卵细胞融合产生胚,另一个雄配子与中央细胞的极核融合产生胚乳,胚乳提供胚发育所必需的营养物质。

花粉实际上是小孢子和雄配子体的统称。花粉发育的早期阶段为小孢子,小孢子由小孢子母细胞减数分裂而来,是单细胞结构,只有一个细胞核,常称之为单核花粉。小孢子经过有丝分裂第一次产生一个营养细胞和一个生殖细胞,此时进入雄配子体阶段。早期的雄配子体常被称为双核花粉。三细胞花粉在成熟时,生殖细胞分裂成两个精细胞(雄配子),二细胞花粉在进入花粉管内生殖细胞才会分裂形成两个精子。花粉发育过程中经历复杂的细胞学变化。如在小孢子母细胞减数分裂阶段,发生细胞质改组;在小孢子发育阶段,发生胼胝质壁的降解,液泡的增大,细胞质和核的极性分布;在雄配子发育阶段,发生生殖细胞的位移和营养物质的积累;在小孢子形成后,孢子逐渐沉积壁物质,包括多糖的内壁和孢粉素的外壁。这些细胞学的变化,涉及一系列的基因表达,近十年对花粉的研究已经分离和克隆了数十种花粉特异表达的eDNA基因,特别是从中找到一些在不同时期花药和花粉中特异表达的启动子。雄配子体由花粉萌发的花粉管运送到受精靶区以实现受精。花粉管的生长,花粉管细胞质环流,细胞器的运动,营养核和生殖细胞或精细胞的移动,生殖细胞的分裂都与花粉管内的细胞骨架系统活动有密切的关系。被子植物花粉和花粉管的细胞骨架主要由微丝和微管组成,缺乏是否存在中间纤维的证据。在干花粉中检测不到微管但可以检测到微丝的存在。水台花粉中,微丝微管都存在,在水合之后微丝微管的结构会出现明显的变化。花粉管内的微丝和微管并列分布。在生殖一精细胞(GSP)中。有大量微管的存在,是否普遍存在微丝还有争论。

胚囊(雌配子体)的发育分为两个连续的阶段,大孢子发生:从大孢子母细胞减数分裂,到大孢子的成熟;雌配子体发生:从大孢子经过三次有丝分裂细胞化,到雌配子体成熟。成熟的胚囊有13种类型,在被子植物中最普遍的是蓼型胚囊,典型的七细胞八核胚囊结构。雌性生殖单位是由卵细胞,两个助细胞和中央细胞组成的。

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