五爪金龙花药发育过程中钙、多糖和脂类的分布

摘要

本实验采用焦锑酸盐沉淀技术定位钙离子，采用组织化学染色技术定位多糖和脂类，通过光学显微镜、透射电镜的观察，对五爪金龙(Ipomoea cairica(L.)Sweet)花药发育中钙离子、多糖、脂类的分布特征进行了较为详尽的研究。结果如下： (1)利用超薄切片和透射电镜技术，对五爪金龙花药发育过程中的内部结构观察发现，五爪金龙花药较为特殊之处有两点：①药室壁有两层中层，内中层在二胞花粉晚期退化；②绒毡层为异型绒毡层，具有双重起源。由药壁细胞在造孢时期形成药壁绒毡层，由药隔细胞在小孢子母细胞时期形成药隔绒毡层。但两种绒毡层在形态结构、解体时间等方面，无明显差别。 此外，通过透射电镜的观察，将五爪金龙花粉壁的发育过程概括为：四分体时期，花粉外壁开始形成。到小孢子晚期，花粉内壁开始发育。此时，花粉外壁可明显区分为覆盖层、基粒棒层和外壁内层。二胞花粉时期，花粉内外壁继续发育，花粉内含物逐渐增多，花粉体积显著增大。 (2)利用焦锑酸盐沉淀技术和透射电镜技术对五爪金龙花药发育中钙离子的分布进行观察，结果显示： 造孢细胞时期，钙颗粒主要分布在造孢细胞的细胞质中。小孢子母细胞时期，钙颗粒集中在胼胝质壁内。四分体小孢子中，钙颗粒分布于胼胝质壁和小孢子外壁原基处。此后小孢子的发育过程中，钙颗粒主要分布在小孢子细胞的液泡形成处和液泡内。此外，小孢子壁的外壁外层及内壁中也分布有较大钙颗粒，而呈片层状的外壁内层中钙颗粒细小且数量较少，最后消失。在二胞花粉中，花粉内壁中钙颗粒消失，只在花粉外壁外层有分布。根据以上结果推测钙离子在花粉发育过程中的主要作用有：参与胼胝质壁的形成和解体，参与大液泡和花粉壁的形成。 在药壁组织中：小孢子母细胞时期之前，药壁细胞内钙颗粒较多。表皮细胞的大部分钙颗粒分布在液泡中，而药室内壁和中层细胞中钙颗粒主要分布在液泡边缘、细胞质及细胞壁中。到四分体时期，表皮、药室内壁和中层的钙颗粒略有减少，并持续到小孢子发育晚期。形成二胞花粉之后，钙沉淀进一步减少。绒毡层细胞中：解体前，钙颗粒分布在细胞壁边缘；在小孢子早期解体后，钙颗粒则分布于细胞残迹中，而且由绒毡层形成的乌氏体表面有明显的钙颗粒。药隔组织及维管束木质部的细胞壁、液泡边缘或液泡中始终有钙颗粒分布，但在二胞花粉时期明显减少。根据以上结果推测：在花药发育早期，植物体内钙离子通过药隔组织先运输到药壁细胞中。从小孢子母细胞到小孢子发育晚期，药壁细胞中的钙离子被转运到药室中。此时，由绒毡层细胞形成的乌氏体，可将钙转移到解体的胼胝质壁和小孢子壁中。二胞花粉时期之后，由于药室内花粉对钙离子的需求减少，较多的钙颗粒集中在花粉外壁和药室腔内的营养物质中。 (3)利用半薄切片和组织化学染色技术，对五爪金龙花药发育中多糖和脂类的分布进行观察发现： 造孢细胞中有较多的多糖颗粒，但无脂滴。小孢子母细胞减数分裂之前，细胞内多糖颗粒消失，出现了细小的脂滴。小孢子母细胞减数分裂之后，细胞内脂滴减少，但重新出现了多糖颗粒。直到小孢子发育晚期，形成大液泡后，脂滴才开始增多。小孢子有丝分裂后，二胞花粉中积累的多糖和脂滴逐渐增加，成熟花粉中有大量的多糖和脂滴物质。造孢细胞时期，花药壁的表皮细胞已有较多多糖颗粒，母细胞时期药室内壁细胞中也出现多糖颗粒。之后，表皮和药室内壁细胞中一直分布有较多的多糖颗粒和较少的脂滴。从母细胞时期到四分体时期，内中层细胞中有较多脂滴。解体前的绒毡层细胞中没有多糖颗粒，也无明显脂滴分布。小孢子早期解体后的绒毡层转变成脂类物质，积累在药室腔内。二胞花粉时期，内中层细胞也退化，其细胞质物质同样转变成大量的脂类物质。 根据花药中多糖和脂滴的分布，可将花粉发育中多糖和脂类物质的作用分为两个阶段：二胞花粉之前，小孢子内的多糖可能用于胼胝质壁和花粉内壁的合成，而脂滴则与液泡膜及花粉外壁的合成有关。二胞花粉以后，花粉中的多糖和脂滴作为营养物质大量储备，为之后生殖细胞的发育、花粉管的萌发等过程提供原料和动力。花药壁细胞营养物质的转运过程也可分为两个阶段，绒毡层细胞退化前，由绒毡层细胞吸收，转运营养物质到药室中；绒毡层细胞退化后，则由内中层细胞吸收转运。最后，内中层细胞的降解物也作为二胞花粉中营养物质的来源。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1被子植物花药的发育过程

1.1.1小孢子的发育

1.1.2雄配子体的发育

1.1.3花药壁的发育

1.1.4花粉壁和萌发孔

1.1.5花药发育过程中的物质代谢

1.2植物有性生殖过程中钙

1.2.1钙离子作用的发现

1.2.2细胞内钙的存在形式

1.2.3钙在植物细胞中的分布

1.2.4钙信号的作用方式

1.2.5钙离子对植物生殖发育的影响

1.3五爪金龙的应用价值及生殖生物学研究进展

1.4研究目的

第二章花药发育不同时期钙离子分布

2.1实验材料

2.2实验器材与设备

2.3实验试剂及配制

2.3.1磷酸缓冲液的配制

2.3.2 4％锇酸母液的配制

2.3.3 4％焦锑酸钾母液的配制

2.3.4前固定液、洗涤液、后固定液的配制

2.3.5不完全树脂及完全树脂的配制

2.3.6甲苯胺蓝染液的配制

2.3.7孚尔瓦膜(Formvar Film，聚乙烯醇缩甲醛)的配制

2.3.8醋酸双氧铀染色液的配制

2.3.9冲版，印相与放大所需溶液的配制

2.4方法

2.4.1压片法确定花药发育时期

2.4.2焦锑酸盐沉淀法定位钙离子

2.5结果

2.5.1五爪金龙花形态观察及花药压片结果

2.5.2钙离子定位结果

2.6讨论

2.6.1花粉发育过程中钙离子的分布

2.6.2花药壁及药隔组织中钙离子的分布

2.7小结

2.7.1花粉发育过程中钙离子的分布特征和作用

2.7.2花药壁及药隔组织中钙离子的分布特征和转运过程

第三章花药发育不同时期多糖、脂类分布

3.1实验材料

3.2实验器材与设备

3.3实验试剂及配制

3.3.1制备半薄切片所需试剂的配制

3.3.2显示半薄切片中多糖、脂类所需试剂的配制

3.4方法

3.4.1半薄切片的制备

3.4.2显示半薄切片中多糖、脂类的细胞化学方法

3.5结果

3.5.1花药压片结果

3.5.2花药不同时期组织化学染色结果与分析

3.6讨论

3.7小结

3.7.1花粉发育过程中的多糖和脂类物质代谢

3.7.2药室壁发育过程中的多糖和脂类物质代谢

第四章创新点与展望

4.1本研究的主要创新点

4.2展望

参考文献

图版及说明

图版及说明1

图版及说明2

图版及说明3

致谢