花粉粒的萌发和花粉管通道法简述

花粉粒的萌发和花粉管通道法简述

作者：王源

来源：《中学生物学》2010年第01期

摘要主要通过文字配图简述了花粉粒的萌发和花粉管的伸长过程。叙述了植物基因工程中的花粉管通道法理论的提出、外源DNA导入方法和时机、应用前景、局限性及其优化等内容，以期对中学师生学习相关内容有所帮助。

关键词花粉粒萌发花粉管伸长花粉管通道法外源DNA导入

中图分类号Q-49

文献标识码 E

新课标高中生物选修三中讲到基因工程操作程序中，将目的基因导入植物细胞时提到了花粉管通道法；在高中生物必修一组成生物体的化学元素中讲元素的重要作用时，教师一般会举例微量元素硼(B)的生理功能是促进花粉粒的萌发和花粉管的伸长。高中学生对花粉粒和花粉管的知识了解得很少，而对于花粉管通道法的具体内容中学教师也知之甚少。下面将通过文字配图简述之，以期对中学师生学习相关内容有所帮助。

1花粉粒的萌发和花粉管的伸长

1.1花粉粒的萌发

植物授粉是受精的前提。具有生活力的花粉粒落到雌蕊的柱头上，被柱头表皮细胞分泌的黏液吸附后，花粉壁中的识别蛋白与柱头乳突细胞表面的特异蛋白质表膜相互识别。如果二者是亲和的，则花粉粒可得到柱头的滋养并从周围吸收水分，代谢活动加强，体积增大。吸水后的花粉粒呼吸作用迅速增强，细胞中多聚核糖体数量增多，蛋白质的合成也有显著的提高，其营养细胞的液泡化增强，细胞内部物质增多，细胞的内压增大，这就迫使花粉粒的内壁向着一个(或几个)萌发孔突出并继续伸长，形成花粉管，这一过程称作花粉粒的萌发(图1)。实验证明此过程中，硼(B)元素起着重要作用，硼元素可以减少花粉的破裂，提高花粉的萌发率，并促使花粉管生长。

1.2花粉管的伸长

由于花粉粒的外壁性质坚硬，包围着内壁的四周，只有在萌发孔的地方留下伸展余地，所以花粉的原生质体和内壁，在膨胀的情况下，一般向着一个萌发孔突出，形成一个细长的管子，称为花粉管。有些植物的花粉具有几个萌发孔，可同时长出几个花粉管，但其中只有一个能继续生长下去，其余都停止生长。花粉管必须伸长才能进入胚囊(图2)。花粉管实际上是一种有多个核的单细胞结构。花粉粒萌发后，花粉管进入柱头，穿过花柱而到达子房。当花粉管生长时，花粉粒中的内容物几乎全部集中在花粉管的亚顶端。如果是三核期花粉粒，则包括1个营养核和2个精细胞、细胞质和细胞器。如果是二核期花粉粒，生殖细胞在花粉管中再分裂一次，形成2个精细胞。花粉管到达子房后，通常从珠孔进入胚囊，称为珠孔受精。少数植物的花粉管从合点部位进入胚囊，称为合点受精；或从胚珠中部进入胚囊，称为中部受精。为什么花粉管总能准确地伸向胚珠和胚囊呢?目前有研究认为花柱道、子房内壁、胎座、珠孔道和

助细胞等，能分泌某些化学物质(如钙、硼)，诱导花粉管的定向生长。

2花粉管通道法及其应用前景

2.1花粉管通道法转化理论提出

花粉管通道法是_种较老的植物转化方法，是我国科学家周光宇在1983年首次在“Methods in En-zymology”报道的研究成果。该技术的原理主要是授粉后向子房注射含目的基因的DNA 溶液，利用植物在

图2雌蕊的结构模式及其花粉的萌发过程开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导人受精卵细

2.2花粉管通道法中外源DNA导入方法和时机

花粉管通道操作方法通常有：微注射法、柱头滴加和花粉粒携带。其中，最初的操作方法是柱头滴加法。在以后的实践中，又根据植物的花器结构特征等，开发了一些新的花粉管通道导入外源DNA的技术方法，如子房注射法，即对于子房较大的受体，在授粉后使用微量注射

器沿子房纵轴插入一定深度注射外源DNA溶液；或采用花粉粒携带法，即用待转基因的溶液处理花粉粒，用这种携带有外源基因的花粉粒授粉。

早期的花粉管通道法所用的外源DNA是种间或属间带有目的基因的供体总DNA片段，随着基因工程的发展，现在导入的一般为重组分子，把有益的基因连在质粒载体上导人受体，去除不必要的基因。花粉管通道法实施的最佳时机集中在植物传粉受精后的一段时间，这是有其根据的。一方面，早期胚细胞不具有正常细胞壁，因此易于DNA转化；另一方面，受精后的细胞DNA复制活跃，易于DNA整合。

2.3花粉管通道法应用前景

_花粉管通道法与其他转化方法比较，主要优点包括以下几个方面。

①保留了常规育种的基本特点，可直接按照育种要求选择转化后代。

②直接得到转化种子，无须进行繁琐的组织培养，并免除了从离体原生质到再生植株漫长的人工培养过程，比常规有性杂交有更快的速度。也减少了基因型的影响。

③操作简便经济，无需昂贵的仪器和化学药品，育种研究人员可直接在大田操作。

④进入受体基因组的是部分DNA片段或目的基因，因此导入的DNA易于整合，转移基因所控制的性状在受体株中易于稳定。

⑤具备基因工程的先进性，不仅可以导入供体的总DNA，而且可以导入含有目标基因的质粒，甚至可将化学诱变剂导入胚囊。

⑥可省略抗生素标记基因，因而在转基因产品中，将不会含有抗生素表达，安全性可能更好。

总之，花粉管通道法现已被誉为流行的转基因方法的一种，成为国内外农业生物技术研究中的热门课题。在其他涉及植株再生的转基因方法遇到困难时，研究者往往利用花粉管通道法来改变现状。

2.4花粉管通道法的局限性及其优化

花粉管通道法属于常规育种范畴的技术手段之一，也有其局限性，如早期将完整的基因组导人受体基因组，会引起性状的大量分离，需经多代自交纯化，才能得到目标性状纯合稳定的后代，所以时间相对久一些。同时，花粉管通道法只能用于开花植物，且只有在花期可以进行

转育，导入总DNA片段的转育株会带有少量非目的性状的DNA片段，其效果也受结实率与转化率的限制，如前人研究中运用花粉管通道法转化外源DNA转化成植株率一般仅为1％～10％。另外花粉管通道法的外源基因整合机理还不清楚。因此，花粉管通道法技术还并不十分成熟，在一定程度上限制其广泛应用。