被子植物双受精过程

花粉管生长的营养来源： 花粉管生长的营养来源：
（1）花粉本身的贮藏物 ） （2）柱头和花柱组织中 柱头和花柱组织中
2 花粉管到达胚珠和进入胚囊
花粉管穿过珠孔后， 花粉管穿过珠孔后，径直朝向助细胞 丝状器从而进入胚囊中。 丝状器从而进入胚囊中。花粉管穿入 两个助细胞中的一个后， 两个助细胞中的一个后，于花粉管的 顶端形成一个孔， 顶端形成一个孔，从孔中释放出花粉 管的内容物。 管的内容物。 精细胞、 精细胞、一个营养核和少量细胞质
两个精细胞在花粉管中下行时， 两个精细胞在花粉管中下行时，它们 一直维持连结。 一直维持连结。 雌性生殖单位结构特点， 雌性生殖单位结构特点，阐明了在受 精的靶区缺少细胞壁，从而认识到雌、 精的靶区缺少细胞壁，从而认识到雌、 雄配子之间能通过膜的融合而为为一 体。
二、配子融合时雄配子细胞质的参与
第五节 传精至受精的间隔期
从花粉落到柱头上至雌雄性核融合所 经历的时间，因植物不同而异， 经历的时间，因植物不同而异，较为 普遍的是在10 48h之间 10之间。 普遍的是在10-48h之间。
栎属 12-14月 月 毛氏兜兰 19-20周 周 小叶杨 3-6d 梨属 2-7d 苹果属 5d
番茄 50h 玉米 25-26h 小麦 1-4h 二棱大麦 30-35min
第二节 配子的融合
花粉管进入胚囊是经由退化的一个助细胞 一般认为细胞内高水平的游离钙或松弛的 结合钙，是导致助细胞退化的主要因素。 结合钙，是导致助细胞退化的主要因素。 另一方面，花粉管成分、渗透压或pH pH的改 另一方面，花粉管成分、渗透压或pH的改 所有这些因素构成的微环境， 变，所有这些因素构成的微环境，对促进 花粉管的释放和停止生长起作用。 花粉管的释放和停止生长起作用。
第二，孚尔根反应实验操作中的原因， 第二，孚尔根反应实验操作中的原因， 其中特别是不合适的水解时间可引起 负反应。孚尔根反应在DNA定量上容 负反应。孚尔根反应在 定量上容 易产生较大的差异，为此， 易产生较大的差异，为此，当前在 DNA定量的研究中，几乎完全由特异 定量的研究中， 定量的研究中 荧光染料染色方法所代替。 的DNA荧光染料染色方法所代替。 荧光染料染色方法所代替
2、与卵融合的精子的细胞质被排斥，而 、与卵融合的精子的细胞质被排斥，
与中央细胞融合的精子细胞质参与融合。 与中央细胞融合的精子细胞质参与融合。
大麦 3、与卵及与中央细胞融合的精子细胞质都 、 参与融合。 参与融合。矮牵牛
三 、配子质膜的融合
精细胞被释放在卵与中央细胞之间的区域。 精细胞被释放在卵与中央细胞之间的区域。 包围它们的花粉管内质膜崩解， 包围它们的花粉管内质膜崩解，两个裸露 的精细胞同时分别与卵和中央细胞接触。 的精细胞同时分别与卵和中央细胞接触。 精细胞与雌性细胞质膜间的距离从20～ 精细胞与雌性细胞质膜间的距离从 ～ 70µm不等。 不等。 不等 膜的融合开始在膜的一个位点， 膜的融合开始在膜的一个位点，然后在多 个位点融合，融合的膜逐渐崩解， 个位点融合，融合的膜逐渐崩解，直至仅 观察到纤细的膜轮廓。 观察到纤细的膜轮廓。
大麦 花粉管生长的最适温度为23℃ 花粉管生长的最适温度为 ℃，传粉 到达胚囊， 后20min到达胚囊， 到达胚囊 而在5℃ 则超过2h才能到达胚囊 才能到达胚囊。 而在 ℃时，则超过 才能到达胚囊。 大多数温带地区的植物，花粉萌发和 大多数温带地区的植物， 花粉管的生长， 花粉管的生长，在5℃以下受到一定的 ℃ 抑制， 抑制，25-30℃是最适温度。 ℃是最适温度。
花粉管在花柱中生长
花粉管生长部位： 花粉管生长部位： 花粉管尖端5μm左右有生长点， 5μm左右有生长点 花粉管尖端5μm左右有生长点，在光 学显微镜下呈较透明的半球形， 学显微镜下呈较透明的半球形，其中 含有高尔基体、核糖体等多种细胞器， 含有高尔基体、核糖体等多种细胞器， 丰富的RNA 各种酶类和多糖、油滴等。 RNA， 丰富的RNA，各种酶类和多糖、油滴等。 这些特征与形成新的管壁有关。 这些特征与形成新的管壁有关。
在柱头的乳突（papillae） 在柱头的乳突（papillae）的表 存在一层亲水蛋白质的薄膜。 面，存在一层亲水蛋白质的薄膜。 一方面有粘着花粉或水合花粉的 作用， 作用，同时也是不亲和系统的识 别反应的位置。 别反应的位置。
烟草柱头扫描电镜照片
湿型柱头：柱头在传粉时有溢出物， 湿型柱头：柱头在传粉时有溢出物， 它为花粉萌发提供必须的基质。 它为花粉萌发提供必须的基质。溢出 物含少量游离的糖， 物含少量游离的糖，还含脂类和酚的 化合物。 化合物。 干型柱头： 干型柱头：柱头在传粉时是不产生分 泌物的。 泌物的。这种柱头由于在表面存在蛋 白质薄膜的亲水性， 白质薄膜的亲水性，能通过其下层的 角质层的中断处汲水， 角质层的中断处汲水，辅助粘着花粉 和使花粉获得萌发必须的水分。 和使花粉获得萌发必须的水分。
胡适宜和朱至清对几种植物的卵细 胞和中央细胞核研究的结果， 胞和中央细胞核研究的结果，证明不 同植物有差异
棉花、向日葵和扁豆 棉花、
年幼的卵细胞核和胚囊中央细胞核 都表现强的孚尔根反应， 都表现强的孚尔根反应， 随着发育而逐渐降低对孚尔根反应 的强度。 的强度。
雌性核对孚尔根反应弱或负反应是普 遍的。 遍的。
第九章
受
精
第一节 双受精过程
受精即雌、雄配子的融合 受精即雌、
配子配合前期（ 配子配合前期（progamic phase） ） 配子配合（ 配子配合（syngamy） ）
一、花粉萌发
花粉被传送到雌蕊的柱头上， 花粉被传送到雌蕊的柱头上， 柱头具有特殊的表面，适于“捕捉” 柱头具有特殊的表面，适于“捕捉” 和承受花粉， 和承受花粉，并为花粉萌发时提供 必须的水分。 必须的水分。 柱头通常有大的表面，表皮细 柱头通常有大的表面， 胞变为乳突状或毛状，适于附着花 胞变为乳突状或毛状， 粉。
配子融合的时期十分短促， 配子融合的时期十分短促，在白花丹 似乎整个时期历时不到1 似乎整个时期历时不到 min，推测游 ， 离钙可能对促进膜的融合起一定作用。 离钙可能对促进膜的融合起一定作用。
第三节 配子识别
细胞间的识别（ 细胞间的识别（recognition）是生物 ） 界普遍存在的现象之一。 界普遍存在的现象之一。它是细胞分 自己” 异己”的一种能力， 辨“自己”与“异己”的一种能力， 是细胞表面在分子水平上选择性的相 互识别与辨别。 互识别与辨别。
三、双受精
精子* ———合子———胚 精子*卵———合子———胚 合子——— 精子*两个极核—初生胚乳核— 精子*两个极核—初生胚乳核—胚乳
被子植物的双受精
A．花粉管进入胚囊 B．花粉管释放出内含物 C．两个 精子分别转移至卵和中央细胞 D．精核转移示意图a.精 子与卵接近，b.精核在转移中，c.精核转移到卵细胞中
配子融合时两个精细胞与卵和中央细 胞的结合是随机的，还是预定性的呢？ 胞的结合是随机的，还是预定性的呢？
一、被子植物配子识别的假说
1、随机假说（chance hypothesis） 、随机假说（ ） 精细胞与卵细胞或中央细胞的结合是 随机决定的。 随机决定的。 2、特异受体假说（specific receptor 、特异受体假说（ hypothesis） ） 雌雄配了的融合是由其细胞表面特异 识别因子决定的。 识别因子决定的。
花粉落在柱头上以后， 花粉萌发 花粉落在柱头上以后， 几秒钟之内即由花粉外壁释放出 蛋白质， 蛋白质，与柱头表面的蛋白质相 互作用。 互作用。 二者如果是亲和的，产生“认可” 二者如果是亲和的，产生“认可” 反应，花粉粒由周围吸收水分， 反应，花粉粒由周围吸收水分， 内壁由萌发孔伸出为萌发管。 内壁由萌发孔伸出为萌发管。
应用DNA特异性荧光染料，对多种植物成 特异性荧光染料， 应用 特异性荧光染料 熟卵细胞与合子核DNA的检测，得到的结 的检测， 熟卵细胞与合子核 的检测 果无一例外地显示DNA的存在，包括孚尔 的存在， 果无一例外地显示 的存在 根负反应的材料。 根负反应的材料。
对雌性核负反应的原因的解释， 对雌性核负反应的原因的解释，主要 从下列两个方面 第一，认为卵核处于特殊的生理状态， 第一，认为卵核处于特殊的生理状态， 影响的因素可能是： 影响的因素可能是：①卵细胞核中存 在抑制孚尔根反应因素； 在抑制孚尔根反应因素；②卵细胞核 呈高度分散状态， 中DNA呈高度分散状态，再加上卵核 呈高度分散状态 体积大， 体积大，DNA的稀释可能超出孚尔根 的稀释可能超出孚尔根 反应在光镜下的分辨能力。 反应在光镜下的分辨能力。
2 、 精细胞表膜的糖分子和糖蛋白 植物精细胞表膜存在多种糖蛋白， 植物精细胞表膜存在多种糖蛋白，其 中可能包括某些凝集素受体。 中可能包括某些凝集素受体。
精子、卵及合子中DNA的含量 第四节 精子、卵及合子中 的含量
植物受精作用是植物世代交替的转折点， 植物受精作用是植物世代交替的转折点， 它涉及配子体世代向孢子体世代的转变， 它涉及配子体世代向孢子体世代的转变， 并伴随发生DNA倍性从单倍转变为二倍。 DNA倍性从单倍转变为二倍 并伴随发生DNA倍性从单倍转变为二倍。
环境因素的影响可引起很大的变动
小麦 10℃时，传粉后 开始受精。 传粉后2h开始受精 开始受精。 ℃ 20℃时，萌发最好，30 min开始受精， 萌发最好， 开始受精， ℃ 开始受精 30℃时，萌发率比 ℃低，花粉管生长快， 萌发率比20℃ 花粉管生长快， ℃ 只需15min就受精了。 就受精了。 只需 就受精了 当温度再升高时，大量花粉不萌发。 当温度再升高时，大量花粉不萌发。
虽然能确定融合前的精子是具细胞质 但对它们与雌性配子融合时， 的，但对它们与雌性配子融合时，细 胞质是否也同核一起进入雌配子， 胞质是否也同核一起进入雌配子，至 今未有一致的结论。 今未有一致的结论。
1、在配子融合时，两个精子的细胞质 在配子融合时， 都不参与融合。 都不参与融合。陆地棉
在这种融合模式中尚有一个未能阐明的 问题，即核从精细胞独自转移的完成， 问题，即核从精细胞独自转移的完成，精 细胞必须维持凝胶状态， 细胞必须维持凝胶状态，阻止精细胞质流 动至卵细胞及接着发生细胞质的闭合。 动至卵细胞及接着发生细胞质的闭合。然 而，既使在受精时每分钟采样的详细观察 也未得到显示膜闭合的证据。 也未得到显示膜闭合的证据。
一、精子
精子核均呈孚尔根正反应，DNA特异性 精子核均呈孚尔根正反应，DNA特异性 荧光染料染色也均表现强的荧光。 荧光染料染色也均表现强的荧光。
二、卵和合子
卵细胞核对孚尔根反应与精子不同， 卵细胞核对孚尔根反应与精子不同， 刚形成的卵核呈孚尔根正反应， 刚形成的卵核呈孚尔根正反应， 成熟的卵核则是负反应或弱的正反应。 成熟的卵核则是负反应或弱的正反应。
二、花粉管在雌蕊组织中生长
1 花粉管进入柱头和花柱
从柱头组织的细胞壁之间或通过细胞壁 向下生长的
开放型花柱：有中空的管道， 开放型花柱：有中空的管道，管道内
表皮细胞能分泌粘性物质， 表皮细胞能分泌粘性物质，花粉管沿着 管道的内表面，在粘液中向下生长。 管道的内表面，在粘液中向下生长。
没有中空的花柱道， 闭合型花柱 ：没有中空的花柱道， 有引导组织 。细胞内含丰富的细 胞器，具较高的活性， 胞器，具较高的活性，花粉管在 充满基质的间隙中生长。 充满基质的间隙中生长。
Faure (1999) 提Biblioteka Baidu三种模型 ：
精-卵识别的三种模型
二、糖蛋白在配子识别中的作用
1 精、卵融合前期有关的糖蛋白
被子植物的受精识别从广义而言可看作是 多位点的。 多位点的。首先是从花粉与柱头表面的接 触开始。对于自交不亲和性植物， 触开始。对于自交不亲和性植物，其等位 基因编码一系列S位点糖蛋白 通过这些S 位点糖蛋白。 基因编码一系列 位点糖蛋白。通过这些 糖蛋白的作用， 糖蛋白的作用，植物最终表现为自交不亲 和性状。对于同种亲和性植物， 和性状。对于同种亲和性植物，其花粉与 柱头之间也存在识别，并与花粉壁、 柱头之间也存在识别，并与花粉壁、柱头 表面及花柱引导组织内的糖蛋白有关。 表面及花柱引导组织内的糖蛋白有关。