被子植物胚胎学课件

欢迎学习被子植物胚胎学,EmbryologyofAngiosperms,第一章绪论第二章植物界的有性生殖和世代交替第三章小孢子囊及小孢子的发生第四章雄配子体第五章大孢子囊及大孢子发生第六章雌配子体第七章受精作用第八章胚乳endosperm第九章胚embryo第十章无融合生殖第十一章胚状体,参考书：Maheshwari，P.1950被子植物胚胎学引论Maheshwari，P.1965被子植物胚胎学的新进展（RecentAdvancesintheEmbryologyofAngiosperms）胡适宜.1982被子植物胚胎学胡适宜.2005被子植物生殖生物学赵世绪.1982作物胚胎学,第一章绪论,绪论,Johri,B,M.1984EmbryologyofAngiospermsDavis.1966SystematicEmbryologyofAngiosperms.Johri.1992被子植物比较胚胎学.Johri,B,M.1982维管植物实验胚胎学(华东师大学出版社)Raghavan,V.1976维管植物实验胚胎发生(科学出版社,植物所译),绪论,期刊：中:植物学报中国科学西北植物学报武汉植物学报植物研究云南植物研究作物学报、遗传学报外：植物杂志、各国植物学、原生质,绪论,一、研究对象、内容、任务,被子植物：单子叶植物特征双子叶植物,1对象：,（1）心皮包被形成子房,（2）胚珠位于子房内,（3）胚乳是受精后产物。-双受精,（4）具有真正的花、萼、冠、雌、雄蕊,（5）花粉粒停留在柱头上，不直接与胚珠接触,绪论,特征：王伏雄教授、陈祖铿教授对松科、银杏等,裸子植物,（1）心皮不包被形成子房,（2）胚珠裸露,（3）单受精过程,（4）没有真正的花,（5）花粉直接与胚珠接触,绪论,2内容：形态学：形态解剖学胚胎学大小孢子发生雌雄配子的发育受精胚、胚乳的发育种子的成熟3任务（1）探讨有关生殖的规律、生殖的机理（2）实践意义：为其它学科提供理论依据,绪论,二、被子植物胚胎学发展简史1.形态描述胚胎学时期1）Amici（1824）：马齿苋的花粉在受精中的作用刺激芽泡发育成胚。2）Schleiden（1837）：认为花粉管带来未来的植物胚泡。,绪论,3）Hofmeister（1849）“显花植物胚的发生”论文，认为胚起源于芽泡（卵细胞）而不是花粉管。4）雄配子体的发育与结构Hofmeister（1848），紫露草属（Tradescantia）小孢子母细胞四分体，发现减数分裂Hartig等人指出成熟花粉具二核的结构Strasburger（1877）及Elfving（1879）确立二细胞花粉普遍性，同时发现三细胞花粉。,绪论,5）雌配子体的发育与结构Hofmeister，首先区分出胚囊的两极中的细胞群，合点端与珠孔端。Strasburger(1879)，分叉蓼指出蓼型胚囊发育顺序：TreubandMellink发现贝母型胚囊发育程序,绪论,6）胚的发育过程Hanstein（1870）对荠菜和泽泻胚胎发育。7）受精作用Strasburger（1884）在“显花植物受精作用的新探索”论文中，指出兰科植物，花粉管释放出两个雄性核，其中一个与卵结合，而且认为精子的细胞质不参与融合。Navashin（1898）欧洲百合，细弱贝母中发现双受精Schnarf（1924）著有“被子植物胚胎学”,绪论,2.比较胚胎学时期（20世纪初-30年代）总结出不同形态结构为被子植物中某些类型所特有，在一定程度上可以做为分类和系统发育的标准Schnarf（1931）著“被子植物比较胚胎学”一书。,绪论,3、实验胚胎学阶段（20世纪30年代以后，50年代为主主要包括以下几个方面：1）花粉的贮存、花粉人工萌发2）花粉单倍体植株3）子房、胚珠或胚的离体培养4）试管受精5）胚或杂种胚的培养6）胚乳培养等。,绪论,实验胚胎学阶段的成就：60年代以前，对成熟胚的培养。63年试管受精成功，印度德里大学用罂粟植株。64年花药培养成功，产生新植株南洋金花小孢子单倍体植株。73年胚乳培养成功，形成三倍体植物，大戟科植物。76年没传粉的大麦子房培养产生单倍体植株国内90年代以后。,绪论,4、生殖生物学时期（20世纪60年代以来成就）概念：利用新方法、新技术从结构与功能两方面阐述生殖过程的科学叫做生殖生物学。1）以Jensen为代表从事超微结构研究，对生殖系统的结构与功能的统一受精作用的调节有了更进一步的了解。2）组织培养实验胚胎学的迅速发展胚、胚珠、子房、胚乳和花药的培养单倍体育种之新途径。来源于非合子胚的胚状体的发现为快速繁殖提供了手段。,绪论,生殖生物学时期最新成就：生殖生物学时期最新成就：1、雄性生殖单位及精子二型性、雌性生殖单位的发现；2、生殖系统中的细胞骨架与功能；3、生殖系统中传递细胞的分布与功能；4、在生殖系统中多倍体的作用；5、钙在雌蕊中的分布及受精过程中的作用。,绪论,思考题1,什么是世代交替,简述其过程.,第二章植物界的有性生殖和世代交替,一、无性生殖和有性生殖生殖（繁殖）:是所有植物共同具有的特性，是增加生物个体的过程，生殖的结果产生了有机体的后代，从而维持了种的延续。无性生殖生殖分为两类有性生殖,第二章,1、无性繁殖：,繁殖过程中，没有性的行为，没有配子的形成，无受精过程。如：裂殖、出芽、断裂、形成孢子（2倍体）克隆：由一个细胞许多后代（克隆系）,第二章,间期有丝分裂,DNA复制（保守性）前、中、后、末2c4c2(2c)2n4n2(2n),无性生殖的基础：有丝分裂,第二章,2、有性生殖：形成配子雌配子性行为合子新个体雄配子有性繁殖的细胞学基础:减数分裂大小孢子母细胞细偶粗双终中后末子细胞(个),(R.D),间期,2n4n联会交换2n,、第一次分裂,前,子细胞前.中.后.末配子体（个）,间期无复制,2nnR.D第二次分裂,第二章,二、植物生活周期中的世代交替,第二章,世代交替：在植物的生活史中，出现了孢子体和配子体交替形成，无性世代与有性世代交替出现的现象，这种现象叫做世代交替。,大多数植物在生活周期中都有世代交替的明显现象。（alternationofgenerations）,植物完整的生活周期中包括两个交替的世代,1、孢子体世代：产生孢子（spore）2、配子体世代：产生配子（gamete）与世代交替联系的并作为它们的特征的是两个重要的过程，即减数分裂和受精作用。这是世代交替中的两个关键时期。,第二章,世代交替的本质是核相交替。,第二章,孢子体（2n）胚（2n）孢子囊（2n）合子（2n）孢子母细胞（2n）受精减数分裂卵细胞（n）减数孢子(n)精子（n）雌配子囊（n）雄配子囊（n）配子体（n）,单倍体（配子体）和二倍体（孢子体）世代的交替,第二章,配子体世代（单倍体）,孢子体世代（二倍体）,衣藻的繁殖：,第二章,地钱的生活史,第二章,蕨的生活史：,第二章,裸子植物的生活史,第二章,被子植物生活史(小麦),第二章,在不同类群植物的生活史中，孢子体世代与配子体世代表现不同的发达程度。苔藓植物配子体发达，孢子体着生在配子体上。从蕨类植物到被子植物，孢子体越来越发达，配子体越来越退化。裸子植物与被子植物的配子体均寄生在孢子体上。所以在被子植物的生活史上既有世代交替，又有核相交替。,第二章,思考题2,1简述花药壁的发育过程.2绒毡层的功能有哪些?3被子植物中,花药壁发育的类型有哪几种?,第三章小孢子囊及小孢子的发生,胚囊（雌配子体）卵+极核,雄蕊花丝花药花药壁四个花粉囊药室花粉,合子初生胚乳核,胚胚乳,种子,第三章,=小孢子,第三章,一、花药壁的发育表皮-表皮（1层）外层-药室内壁（1层）花未分化的花药初生壁细胞中层-（13层）药孢原内层壁绒毡层-（1层）初生造孢细胞-次生造孢细胞-小孢子母细胞（次生壁细胞）(药室),第一节、花粉壁的发育和小孢子母细胞的形成,第三章,第三章,第三章,1）表皮：垂周分裂，扁长形，明显的角质层，保护功能。2）药室内壁：又称为纤维层，径向延长，成熟时，内切向壁（径向壁）向外、向上有带状加厚（“U”型加厚）。外切向壁为薄壁壁物质纤维素后期为木质化。3）中层：13层，为暂时的贮藏组织，可贮存营养物质。小孢子母细胞阶段解体并被吸收。成熟花药中不存在中层。4）绒毡层：最内1层A、绒毡层的发育a）细胞特点、b）来源、分泌绒毡层c）类型（腺质绒毡层）B、绒毡层的功能变形绒毡层（周原质团绒毡层）,第三章,A、绒毡层的发育a)细胞特点：核大（二核）质浓、表现出腺cell的形态，当小孢子母R.D时，绒毡层cell进行核分裂，有三种形式：正常有丝分裂只有核分裂，无质分裂粘着型分裂后期染色体粘着，形成染色体桥。分配不均核内有丝分裂核膜、核仁不消失只是染色体复制、分离、结果2n4n，形成四倍体,第三章,第三章,b)绒毡层的来源i.全部源于次生壁cell同型绒毡层ii.源于药隔cell异型绒毡层，同时也有源于次生壁cell的绒毡层,第三章,c)绒毡层的类型1）分泌绒毡层（腺质绒毡层）多数被子植物随着小孢子母细胞的R.D，花药壁各层的营养物质通过绒毡层转入药室内。同时，自身的营养也转入药室，结果自身自溶。2）变形绒毡层（周原质团绒毡层）随着R.D（小孢子母细胞的）变形绒毡层的内切向壁、径向壁解体结果变形绒毡层内部的原生质体原生质团进入小孢子母细胞内，从而提供营养（供养更直接效率高）,d）绒毡层膜与乌氏体（Ubishbody）1）乌氏体：Ubischbody球形小体.12um成分：孢粉素发育：次生造孢细胞时期绒毡层cell有乌氏体前体小孢子母细胞时期，前体到达小孢子母细胞质膜与绒毡层内切向壁相连处。小孢子母细胞RD时，乌氏体不断结合孢粉素，到达绒毡层膜处功能：花粉壁中的孢粉素源于乌氏体转移。,第三章,第三章,第三章,向日葵变形绒毡层发育的几个时期,第三章,2）绒毡层膜tapetalmembrane外层、具穿孔（可保存至花药开裂期）内层、索状系统形成的不规则网层、布满乌氏体功能：提供囊状结构，有利于发育成分：不溶性多糖，胼胝质、果胶质。类纤维素抗乙酰解成分一孢粉素，可保留到花粉开裂时期（而绒毡层已消失）3）外绒毡层膜发生于变形绒毡层中,第三章,B.绒毡层的功能1）当小孢子母细胞减数分裂时，绒毡层起着转运营养物质至药室的作用。中层贮藏大量淀粉可溶性通过绒毡层药室2）绒毡层合成胼胝质酶，分解包围四分孢子的胼胝质壁使小孢子分散。雄性不育花药发育的研究指出，由于绒毡层不正常发育使其胼胝质酶过早释放，从而导致小孢子母细胞减数分裂的不正常。,第三章,3）花粉壁孢粉素的形成在绒毡层内4）成熟的花粉粒外有花粉鞘含油层脂类胡萝卜素5）花粉壁（外壁）可储存一些蛋白质6）绒毡层解体后的DNA、RNA、蛋白质、多糖、脂类均被水解成小分子，而作为雄配子体的营养物质,第三章,二、花药壁的发育类型（一）基本型初生壁cell（二）双子叶型初生壁cell：,次生壁cell内次生壁cell外,绒毡层中层中层花药壁药室内壁表皮,次生壁（外）次生壁层（内）,表皮药室内壁花药壁中层绒毡层,第三章,（三）单子叶型表皮初生壁层次生壁层（外）药室内壁花药壁次生壁层（内）中层绒毡层,（四）简化型表皮次生壁层（外）药室内壁初生壁层花药壁次生壁层（内）绒毡层,第三章,三、造孢cell与小孢子母cell的形成初生壁cell孢原细胞初生造孢cell次生造孢cell小孢子母cell,有丝分裂有丝分裂单纵列多纵列,直接分化小孢子母cell,普遍情况,特殊情况（锦葵科、葫芦科某些属）,第三章,小孢子母cell与造孢cell的区别：A相关位置当花药壁各部分分化完全时，为小孢子母cell时期，花粉壁分化不完全，是造孢cell时期B此时cell是否有有丝分裂相a.造孢cell时期（具有丝分裂各时期）b.小孢子母cell时期（减数分裂中的一个时期）R.D同步化C小孢子母cell阶段，核仁不清，染色质凝聚成团，质浓厚。造孢cell核仁清晰，染色质清晰，质不太浓,第三章,第二节小孢子发生,一、小孢子母cell的R.D1）首先由小孢子母cell间cell壁中层积累胼胝质2）小孢子母cell之间厚度增加形成胼胝质壁使小孢子彼此分开，并使其与绒毡层间的连系中断，而在小孢子之间形成胞间道3）所有小孢子构成一个合胞体有助于cell分裂分化，不受外因影响。R.D同步化孤立化过程。4）遗传物质复制一次，分裂二次，形成四个小孢子，外有胼胝质壁包围5）胞质分裂：a.连续型（多单子叶植物）b.同时型（多双子叶植物）,第三章,第二节小孢子发生,一、小孢子母cell的R、D1、减数前药壁与小母之间有胞间连丝（直径0.1左右，最大的为1.5）。减数分裂时联系失去小母之间聚积胼胝质。小母之间壁上12的孔为胞间道形成合胞体，保证物质交换与同步性。从内切向壁向外胼胝质加厚顺序为从外切向壁向内,第三章,2、小孢子母细胞减数分裂时胞质分裂的两种形式1）连续型（多数单子叶植物）二分体四分体2)同时型(大多数双子叶植物)二分体四分体,第三章,第三章,核分裂的同时细胞质发生变化:核：孢子体cell.2nR、D重组配子体cell.n质：改组，内部cell器变化：减数开始时：RNA含量下降核糖体消失质体、线粒体结构“先分化”，然后透明小孢子形成时：核糖体重新出现质体、线粒体再分化,小孢子母cellR、D形成小孢子四分体的过程中，核质的变化,第三章,二、小孢子四分体,第三章,减数分裂形成四分体被胼胝质壁包围形成四分体排列方式有以下五种：四面体形左右对称形交叉形直列式T形（棉花）（小麦）（滨黎属）（萝摩科）（马兜铃属）,第三章,1复合花粉：在胼胝体壁的包围下而发育起来的四个花粉粒如：兰科、杜鹃2花粉小块：多个复合花粉粘在一起而形成如：含羞草816个花粉粒（24个复合花粉）合欢16个花粉粒（4个复合花粉）3花粉块：花粉囊内全部花粉结合为一团块，如：兰科、萝摩科传粉效率降低,第三章,第三章,小孢子四分体小孢子二细胞花粉,三细胞花粉（二精子+营养cell）,小孢子是雄配子体的第一个cell,（生殖cell+营养cell）,第四章,雄配子体=花粉粒（2细胞或3细胞）,第四章雄配子体,第一节营养和生殖cell的形成,一、小孢子发育及其分裂,第四章,雄配子发育中的几个重要阶段图解,第四章,二、生殖cell与营养cell的分化,生殖细胞刚形成时细胞的暂时封闭起到了改变分化方向的作用。生殖细胞位置具有分类意义的特征。小孢子第一次分裂核分裂是均等的，而胞质分裂则为不均等分裂。营养细胞获得大量细胞质，细胞质的差异可能是导致雄配子体中生殖细胞与营养细胞分化的重要因素。,第四章,白菜雄配子体发育的几个重要时期,第四章,玉米花粉发育的几个时期,第四章,（一）营养cell（超微结构）,1、营养核基本特点：1.结构疏松，染色线，染色质呈现扩散状2核呈现裂瓣状核仁存在3核孔数目为生殖核的二倍4代谢活跃（核质交换多）,第四章,2、营养cell质特点：1、细胞质丰富，细胞器多2有大量的质体、绒粒体，内质网、多聚核糖体、高尔基体小泡3内含物丰富，包括：a.后含物：淀粉、脂肪、蛋白质、各种二糖、单糖b.各种维生素、生长激素、赤霉素（淀粉E的溶化剂，使淀粉多糖建花粉管壁）,多少，决定花粉性质：1）淀粉质花粉：风媒花（轻）2）脂肪质花粉：虫媒花,第四章,c.色素：类胡萝素，黄酮类化合物d.各种酶（100种以上）、无机盐（K、Na、Ca、Mg）3、营养cell的作用：对生殖cell起到保护、营养及运送生殖cell或精子，而且营养核的存在对于生殖cell的分裂是不可缺少的。,第四章,（二）生殖cell最初形成时是透镜形为圆形（质少）1、生殖核特点：1、结构紧密，染色质呈凝聚态，染色深2、具12核仁，常裂瓣状，核孔数目少代谢不活跃2、生殖cell质特点：1.质少，cell器贫乏，简单2线粒体：少核糖体、内质网、高尔基体3多数有造粉质体、分别具质体3、生殖cell的功能：核质分化，导致基因表达与调控，使生殖cell精子,第四章,生殖细胞的形成,第四章,三、花粉（小孢子）第一次分裂与质体遗传,第四章,花粉第一次分裂对质体的分布有决定性意义。质体遗传是由雌雄配子体发生和受精过程中质体的分布所决定的。Hagemann（1983）根据细胞学分析，将被子植物分为四种类型。其中三种类型属于单亲母体质体遗传，一种属于双亲质体遗传。,单亲母体质体遗传：1）蕃茄型Lycompersicumtype精子不含质体，合子中质体源于卵cell2）茄型Solanumtype刚形成的生殖cell有质体，成熟精子不含3）小麦型Triticumtype生殖cell与精子都含质体，受精时，质体与精核脱离双亲质体遗传：4)天竺葵型Pelargoniumtype卵cell也有质体、生殖cell与精子内有质体（合子质体）,第四章,第二节精子的形成与结构,二细胞型花粉系统发育原始的种均为二细胞型。三细胞型花粉进化的种，但也有例外，比如一种植物即有二细胞花粉又有三细胞花粉。,第四章,第二节精子的形成与结构,二细胞型花粉系统发育原始的种均为二细胞型。三细胞型花粉进化的种，但也有例外，比如一种植物即有二细胞花粉又有三细胞花粉。,第四章,几种被子植物成熟的花粉粒,A.向日葵；B.慈姑；C.小麦；D.烟草；E棉花；F.百合,第四章,一、精子的形成,生殖细胞分裂形成精子的两种情况：1、在花粉粒中，在营养细胞哺育下经有丝分裂形成一对精子细胞核分裂、胞质分裂，但不形成细胞壁。2、二核细胞花粉萌发之后生殖核进入花粉管，在花粉管中分裂形成精子细胞。,第四章,紫萼生殖细胞在花粉管中分裂,凤仙花生殖细胞的分裂,第四章,二、精子的形态结构1光镜下a.形态：多样（一个物种是一致型态）如球形、纺锤形、蠕虫形、线形b.大小：大的508um.中的204um.小的62umc.精子是裸cell：质膜包被内部结构、核较大、核外面有细胞质鞘（细胞质+细胞膜）,第四章,2电镜下（大麦、棉花、小麦、油菜、黑麦等）精子特点：a、缺少cell壁：为质膜包被的裸细胞。b、细胞质含一般的细胞器（线粒体，高尔基体、内质网、核糖体、核孔、微管）有的无质体，有的有质体，但体积很小（而卵细胞、中央细胞内线粒体和质体却很大，可与其相区别。）,第四章,c、细胞核有浓厚的染色质和核仁。d、精细胞的二型性：即二个精子的大小、形状和所含细胞器的种类和数量均不同。双受精过程中两个雄配子体不是随机地与任一雌配子体结合，而是有预定的一对一相互识别。（Russell、Cass、Knox等人19801984，白花丹、白菜研究结果）,第四章,第三节花粉壁,第四章,成熟的花粉壁明显地区分为三层覆盖层外层基粒棒外壁内层（基足层）内壁花粉壁内层内层（最内层）纤维素内壁：纤维素与果胶质（花粉分化形成）（外壁以孢粉素为主）,第四章,3.3花粉壁,成熟的花粉壁明显地区分为三层覆盖层外层基粒棒外壁内层（基足层）内壁花粉壁内层内层（最内层）内壁：纤维素与果胶质（外壁以孢粉素为主）,一、花粉壁的发育小孢子四分体时，开始形成自己的壁，壁物质来源于小孢子细胞质，小孢子分散后，壁物质来源于小孢子以及绒毡层细胞。,第四章,1外壁的形成1）四分体时，在胼胝质壁与质膜之间，出现纤维素原外壁（由配子体分泌而来的）2）原外壁与质膜之间，一些部位积累脂类和蛋白质，形成辐射状的棒状结构一原其粒棒3）四分体解体，胼胝质壁消化，在原基粒棒的基础上积累孢粉素，形成基粒棒4）基粒棒基部扩展并连接，形成内层I（基足层）孢粉素积累5）基粒棒顶部扩大连接，形成覆盖层、孢粉素积累6）花粉通过质膜，向外分泌纤维素物质，形成内层II（最内层）,第四章,第四章,2内壁的形成小孢子核分裂阶段开始形成，到二细胞花粉期，在萌发孔处，内壁连续成分：纤维素、果胶质3、内、外壁蛋白外壁蛋白：存于花粉壁基粒棒腔中的蛋白源于孢子体花粉与柱头的识别依赖于外壁蛋白与柱头上孢子体蛋白的识别内壁蛋白：存于内壁空隙中，源于小孢子体或二cell花粉即配子体分泌产生的，在萌发孔处数目较多,第四章,第四章,二、花粉壁的功能保护功能（由孢粉素行使此功能）孢粉素：是类胡萝卜素氧化聚合物，它压耐热，抗化学物质,第四章,质膜,胼胝质壁,萌发孔（由原外壁形成）,内壁,外壁,第四节花粉败育与雄性不育,一、花粉败育：1、概念：一般指外界条件如低温和干旱常能引起植物花粉不能正常发育的现象。温度和水分等环境条件与花粉败育有密切的关系。2、举例：如水稻经减数分裂细线期偶线期，若在四分体分离时遇到低温（1222），则常导致小孢子母细胞和小孢子的败育。3、机制：认为此时期DNA合成代谢加速。低温酶活性改变代谢方向形态表现。,第四章,二、雄性不育：1、概念：在正常的自然条件下，个别植物也会产生花药或花粉不能正常发育的现象叫做雄性不育。2、表现：雄性不育的植物表现为雄蕊畸形或退化，花药瘦小萎缩，缺少花粉，没有生命力。3、原因：一般认为是自然变异引起的。4、意义：雄性不育虽然对于植物本身并无意义，但在农业上却可用以免去人工去雄的操作，节省人力。,第四章,雄性不育机理：遗传学认为基因突变胚胎学认为其机理为：1、不育花粉产生时期双子叶植物：多在四分体形成前原因：小孢子母细胞减数异常，胼胝质过早解体，减数分裂不能正常进行。单子叶植物：多在小孢子后期到二细胞花粉时期。原因：表现为缺少淀粉粒的贮藏，原生质解体成为空花粉。,第四章,2、不育系花药组织与花粉发育之间的关系1）绒毡层发育不正常，肥大生长，延迟退化或提早解体。因为绒毡层在小孢子发育过程中起到提供营养的作用。因为它的不正常发育通常会引起小孢子发育失常。2）花丝维管束分化不良，营养物质转运不畅，营养失调也常能导致雄性不育。,第四章,第五节花粉的贮藏与生活力的测定,一、花粉的生活力即花粉的寿命。研究的目的在农业和林业生产和育种实践中，因其花期不遇等原因，必须采集贮藏花粉以期用于人工辅助受粉或杂交之中。故必须研究花粉的寿命以及贮藏方法。,第四章,自然界中花粉的寿命是有限的短的几分钟水稻长的几个月至几年海枣一般为几小时到几天花粉生活力的长短一方面是由遗传基因所决定的另一方面受环境条件的影响,第四章,（一）遗传基因决定,根据系统的研究表明亲缘关系相近的植物，花粉寿命也接近；2细胞型花粉生活力较3细胞型花粉生活力高。原因有三：1）3细胞型花粉经生殖细胞二精子，消耗贮藏物质，生活力降低。2）3细胞型花粉外壁较薄，色素含量少，抗性低3）3细胞型花粉代谢活跃，呼吸强度为2细胞型的三倍。,第四章,（二）环境因素,温度低温湿度干燥氧气（空气）氧少利于花粉寿命延长，是由于降低代谢，使花粉处于休眠期,第四章,二、花粉的储藏条件：按其环境因素加以调控以期达到延长花粉寿命之目的。1）一般花粉在低温（0左右）、干燥（相对湿度为25%50%）、无氧条件下保存有利。但禾本科植物花粉要求较高的湿度，如水稻，温度12，相对湿度85%下保存，生活力从5分钟延长到24小时。,第四章,2）超低温、真空、冷冻、干燥条件下保存花粉。3）有机溶剂保存法利用丙酮、苯、石油醚等有机溶剂对花粉进行保存。,第四章,三、测定花粉粒生活力的方法生活力（真正达到受精结实）萌发力（率）1）离体萌发实验：测贮存时间培养基：蔗糖1030%维持渗透压琼脂0.52%，支持物硼酸0.01%，对花粉萌发有促进作用步骤:a.搜集花粉b.蔗糖分梯度5、10、15、20、25、30c.琼脂0.5%、1%、1.5%,第四章,d.配成各种培养基（小杯或培养器）e.用载片培养f.散花粉、贮存、散的花粉有一定的数量g.观察（各时期不同）2)活体试验:羊草人工把花粉放在一种植物的柱头一萌发，一定时间将花柱切下，观察其花粉管的数目。染色法识别花粉管与花柱组织花粉管被染成黄绿色花柱则被染成浅黄色。,第四章,A.常用间苯二酚兰马休黄染色液。染料配方：间苯二酚兰10毫克溶于少量95%乙醇中马休黄10毫克蒸馏水10mlB.荧光染料苯胺蓝（在0.005%水溶的苯胺蓝的0.15MK2HPO4（PH8.2）中染色1小时）染色结果：紫外光源下，花粉管壁的胼胝质能和苯胺蓝结合而产生诱导荧光。,第四章,R.D,（雌配子体）,第五章,第五章大孢子囊及大孢子发生,几个概念：胎座：胚珠在子房内着生的地方称为胎座。胚珠：由珠心和1层或2层珠被组成的，以珠柄着生于胎座上的结构。合点：珠被、珠心与珠柄连合的部位。,第五章,一、胚珠的发育与类型（一）发育1、子房壁内表皮下的细胞平周分裂，形成凸起胚珠原基,原基的前端为珠心，基部为珠柄。2、胚珠原基基部发生一圈环状突起内珠被3、胚珠原基基部再发生一圈环状突起外珠被4、内、外珠被向上生长将珠心包围仅在顶端留下一孔为珠孔（胚珠发育同时，在珠心中发育成胚囊）,第五章,百合胚珠发育的几个时期,第五章,（二）类型1）直生型胚珠：珠孔、合点、珠柄位于一条垂直线上。（例蓼科、荨麻科等植物）2）倒生型胚珠：胚珠整体倒置，珠孔、珠柄相靠（被子植物中普遍）3）弯生型胚珠：胚珠弯曲，珠孔、合点、珠柄不在一条直线。（豆科植物）4）横生型胚珠：胚珠珠心纵轴与珠柄或多或少垂直。（例毛茛科植物）5）曲生型胚珠：胚珠弯曲程度大，使珠心和胚囊弯曲成马蹄形使胚珠心，珠孔合点、珠柄相靠。（例泽泻科、花蔺科植物）,第五章,第五章,蓼雌蕊纵切面，示直生胚珠,胚珠的几种形态,二、胚珠的结构（一）珠被裸子植物的胚珠都是单珠被。被子植物的胚珠都是双珠被或三珠被。也有无珠被的情况。单珠被：多见于双子叶植物的合瓣花类。双珠被：多见于双子叶植物中的离瓣花类及单子叶植物。三珠被：胚珠基部产生的新结构，将来发育成假种皮。（荔枝的食用部分即为假种皮）无珠被：罕见，只在桑寄生科和蛇狐科某些植物中发现。,第五章,种阜：珠孔部分的珠被发达，变成厚壁细胞形成种阜，吸水膨胀有助于种子的萌发。珠被绒毡层：菊科植物珠心及珠心表皮早期解体，胚囊直接与内珠被内表皮相邻。由珠被表皮细胞径向延长并腺质化。双核，质稠密。淀粉与脂滴在此积累，起到营养作用。,第五章,向日葵的珠被绒毡层,第五章,（二）珠孔概念：胚珠顶端珠被不愈合，形成的孔道称为珠孔，花粉管进入珠心的通道。双珠被形成珠孔的形式有以下两种:1、内珠被形成珠孔或内外珠被等长。（较多见）2、外珠被形成珠孔。（少见，例大戟科、沙苔草科鼠李科等）,第五章,（三）珠心概念：由珠被内方的薄壁细胞组成，珠心中产生孢原，发育成为大孢子母细胞，珠心=大孢子囊。根据珠心发育的程度不同，胚珠可以分为薄珠心胚珠和厚珠心胚珠两种。,第五章,1.薄珠心胚珠：大孢子母细胞只被珠心表皮细胞包围，表皮下孢原大孢子母细胞。不形成任何周缘细胞。例如向日葵、百合等。,第五章,2.厚珠心胚珠：大孢子母细胞与珠心表皮间有数层细胞相隔周缘珠心细胞来源。1）孢原cell分裂（平周）,周缘cell珠心组织造孢cell大孢子母cell如棉花,第五章,2）周缘珠心细胞由珠心表皮细胞平周分裂形成。3）珠心表皮和周缘细胞共同分裂产生周缘珠心细胞。,第五章,几个概念,珠心喙：珠心通常包在内珠被中，有些植物的珠心伸入珠孔之中，形成喙状，叫做珠心喙，例蓼科植物。外胚乳：珠心一般在胚囊发育中被吸收，但有的保存，不退化，保留于成熟的种子里而且贮存营养物质，故称为外胚乳。例苋科、藜科及蓼科植物。珠心冠原：位于珠孔处珠心表皮细胞径向伸长进行垂、平周分裂形成细胞群，细胞壁加厚或栓质化。,第五章,蓼胚珠的纵切面的珠孔端，示珠心喙,第五章,承珠盘：胚囊下方、合点上方的珠心细胞群特化为木质化或栓质化厚壁，叫做承珠盘。胞质不丰富。承珠盘的作用1、防止胚囊突出胚珠基部2、维管束末端上方，与水分、营养物质向胚囊的运输有关。（转输作用）3、有些承珠盘细胞为腺性的，可向胚囊分泌激素或酶。,第五章,荞麦中的承珠盘,第五章,（四）珠柄连接胚珠与胎座的柄状结构内含维管束，是运输营养的通道（五）胚珠维管束由子房维管束延伸而来，并终止于合点（可分枝到内、外珠被中，有的可分枝到珠被和珠心。成为母体与子代之间水分和营养物质的联系通道）,第五章,（一）大孢子发生孢原：胚珠发育早期，珠心表皮下珠心细胞特化形成孢原。薄珠心胚珠：孢原直接形成大孢子母细胞。周缘细胞厚珠心胚珠：孢原造孢细胞大孢子母细胞多数为1个孢原细胞数目少数6个或更多（多孢原）（但最终只有一个起作用大母）,第五章,在向日葵薄珠心胚珠中大孢子的发生,第五章,在玉米厚珠心胚珠中大孢子的发生,第五章,黑种草大孢子的发生,第五章,（二）大孢子四分体的形成：大孢子母细胞减数分裂形成四个大孢子，共有三种类型,线形,T形,（常见类型）,1.单孢子类型,2.双孢子类型,3.四孢子类型,第五章,（缺乏细胞壁或有胞壁形成也迅速消失）,上述三种类型成为被子植物胚囊各型的分类基础。另有一种特殊类型，以天麻为代表三分体珠孔第一次分裂第二次分裂合点不均等,第五章,小麦雌蕊纵切面示大孢子的发生,第五章,（三）功能大孢子四个大孢子中3个退化，剩下的一个叫功能大孢子，常位于合点端，大孢子母cellR.D时期同样有胼胝质壁的形成与消失。,第五章,（三）功能大孢子,常见类型，以蓼型胚囊“长花劳伦菊”为例,以待宵草型胚囊“月见草”为例,合点,合点,功能大孢子,第五章,胼胝质积累与消失的作用：1.在大母R.D前被胼胝质包围，保证了它一个时期的隔离，它启动大母独特分化的途径。2.功能大孢子的形成，就是由于其外围胼胝质首先消失，有充足的营养流入。总之，胼胝质积累与消失对细胞分化起重要作用。,第五章,第六章雌配子体,雌配子体=胚囊成熟胚囊或成熟雌配子体正常型为七细胞八核或七细胞七核。,第六章,一、胚囊的发育类型分类标准:1、参加形成胚囊的大孢子核的数目。2、大孢子形成雌配子体时，核分裂的次数，以及组成成熟胚囊的形态。单孢子胚囊胚囊类型双孢子胚囊四孢子胚囊,第六章,第六章,类型,功能大孢子,胚囊发育核分裂次数,单孢子,蓼型,待宵草型,合点端大孢子珠孔端大孢子,三次分裂81%正常型二次,双孢子,葱型英地百合型,合点端二核大孢子珠孔端二核大孢子,二次二次,四孢子,五福花型椒草型皮耐亚型白花丹型德鲁撒型贝母型小蓝雪花型,四核大孢子四核大孢子四核大孢子四核大孢子四核大孢子1+3融合1+3融合,一次二次二次一次二次二次一次,第六章,（一）单孢子胚囊:由一个大孢子衍生而来,1.蓼型胚囊（Polygonumtype）:三次分裂Strasburger（1879）在分叉蓼中发现并描述（81%）,合点,（,）,第六章,2、待宵草型（Oenothemtype）二次分裂Geerts（葱尔茨）（1908年）首先在待宵草中发现。柳叶菜科除菱属（蓼型）之外的恒定科特征。,减数分裂,雌配子体发育,珠孔,第六章,（二）双孢子胚囊1）葱型（Alliumtype）:二次分裂Strasburger（1879年）首先在葱中发现。为葱属、河苔草科、花蔺科（花蔺属除外）、泽泻科、槲寄生科的特征。,（,第六章,2、英地百合型（Endymiontype）：二次分裂Battaglia（1958年）绵枣儿属、聚铃花中首次描述。,减数分裂,合点端,第六章,（三）四孢子胚囊,第六章,大孢子母细胞减数分裂没有形成壁，四个单倍体核的多核大孢子都参加胚囊的形成。核分裂一次至二次，组成胚囊的细胞核数目不同。五福花型胚囊：四核大孢子一次分裂四皮耐亚型胚囊：四核大孢子二次分裂孢白花丹型胚囊：四核大孢子一次分裂子椒草型胚囊：四核大孢子二次分裂胚德鲁撒型胚囊：四核大孢子二次分裂囊贝母型胚囊：1+3融合二次分裂小兰雪花型胚囊：1+3融合一次分裂,1、五福花型（Adoxatype）：一次分裂Jonsson（1879-1880年）首先在五福花中发现。五福花属、郁金香属、榆属。,功能大孢子,雌配子体发育,减数分裂,第六章,紫萼胚囊的发育,第六章,2、皮耐亚型（Penaeatype）二次Stephens（1909年）皮耐亚科中的三个属里发现。皮耐亚科特征，金虎尾科、大戟科的少数种具有。,雌配子体发育,珠孔,卵细胞,减数分裂,第六章,3、白花丹型（Plumbagotype）一次Haupt（1943年）在白花丹属的蓝茉莉中发现。见于白花丹属、蓝雪花属、染植属的特征。,雌配子体发育,卵细胞,反足细胞,第六章,4、椒草型（Peperomiatype）二次Campbell（1899-1901）、Johnson（1900）在草胡椒中报道。椒草属中存在。,雌配子体发育,减数分裂,第六章,5）德鲁撒型（Prusatype）二次Hakansson（1923年）在散形科的对叶拟天胡荽中发现。在野梧桐、舞鹤草、珠红、宽叶长柱花艾菊、小白菊、菊科、伞形科，榆属中看到此类型。,雌配子体发育,减数分裂,第六章,6、贝母型（Fritillariatype）二次Bambachioni（1928年）贝母属，百合属中发现。在百合族、胡椒属、郁金香属、大戟属、天人菊属，金光菊属中存在。,雌配子体发育,减数分裂,第六章,百合胚囊的发育,第六章,7小蓝雪花型（Plumbgellatype）一次分裂1938年Fugerlind在小花鸡娃草中,雌配子体发育,减数分裂,8除虫菊型（Chrysanthemumtype）一次分裂1938年Fugerlind在小花鸡娃草中,除虫菊I型除虫菊II型,二、不同胚囊发育类型的异同点：1相同点（一致性）1）都有单倍体核组成的卵细胞。2）都有极核（但倍性有差异）待宵草型单倍体从单倍体蓼、五福花、德鲁撒、葱、英地百合型二倍体到八倍体除虫菊三倍体皮耐亚、白花丹、贝母、小兰雪花型四倍体椒草型八倍体,第六章,1）有的有助细胞，有的无助细胞（白花丹型、小兰雪花型）椒草型助细胞只有1个2）有的无反足细胞（待宵草型），有的反足cell很多（椒草型6个，德鲁撒型11个）反足cell核倍性不同：单倍体：蓼型等三倍体：a.贝母型b.小蓝雪花型,2不同点,第六章,三、研究胚囊发育的意义,1、单孢子胚囊是原始型（与裸子植物胚囊相似），双孢子、四孢子胚囊属于进化型。2、每种植物的胚囊发育类型一致，从而为分类学提供了依据，在科的水平有意义。,第六章,81%的胚囊发育类型是蓼型，又称正常型。故讲胚囊的结构与功能通常以蓼型胚囊为例。,四、胚囊的结构与功能（成熟胚囊）,第六章,（一）卵器：个助细胞个卵细胞，珠孔端，品字形排列。1）卵细胞：光镜下的形态：洋梨形，强的极性，大液泡位于珠孔端，卵核位于合点端，细胞质中有淀粉粒，核中有核仁。电镜下的结构：成熟的卵细胞，各种细胞器减少，有内质网、高尔基体、线粒体和质体,但数量少,分化度差。说明卵细胞代谢特点和合成功能低下。,第六章,细胞壁：珠孔端壁厚合点端无壁（玉米、棉花）或具蜂窝状壁（荠菜）。质膜与中央细胞质膜相靠。为精子进入提供方便。白花丹无助细胞，卵细胞具丝状器。细胞质内有丰富的内质网、线粒体、高尔基体、多聚核糖体及微管等。代谢活跃，兼具助细胞的功能。卵的功能：雌配子+精子合子胚,第六章,（2）助细胞多数为个助细胞，椒草型为个，白花丹型个。光镜下的形态特点：有的有丝状器，有的无丝状器,第六章,各种形状的丝状器,第六章,棉花成熟胚囊珠孔端的图解,第六章,电镜下的结构：具细胞壁，珠孔端到合点端逐渐变薄，棉花、玉米有一半细胞壁消失，荠菜等合点端为蜂窝状，和卵细胞相似。丝状器：细胞壁内突（果胶、半纤、纤维素），珠心丝状器胚囊，营养物质。细胞质：丰富的线粒体、内质网、高尔基体、核糖体代谢活动活跃，蛋白质合成，核酸合成。,第六章,助细胞的功能,短命结构，受精后退化。有的受精前一个助细胞退化。1、物质转运到胚囊。2、分泌向化物质，引导花粉管定向生长。3、受精时一个退化，是花粉管进入胚囊，并释放精子的场所。4、助细胞受精或不受精发育成胚潜在的配子。,第六章,珠心组织中的淀粉粒助CELL胚囊,营养中央细胞胚囊,合点处营养反足CELL胚囊,第六章,（二）中央细胞,光镜下的形态：两个极核，或次生核范围。高度液泡化，贮存物质（淀粉粒等）电镜下的形态：细胞器丰富，线粒体、内质网、高尔基体、核糖体、造粉质体多，代谢活跃、合成旺盛。细胞壁与珠心相连处有壁，卵助处尚不好判断。,细胞壁：中央细胞的珠孔端与卵器合点端之间以膜相接，无壁功能：2上极核（次生核）+精子初生胚乳核胚乳,第六章,精子,卵器,中央Cell,雌性生殖单位：1984年由Dumas等人提出，指胚囊发育到临界状态时（即将受精时），由卵器与中央细胞所构成的结构，作为雌性生殖单位的靶细胞而存在。,第六章,（三）反足细胞,反足细胞：短命结构，数目变异大，有的受精前退化，有的受精后退化。电镜下结构：反足cell的cell器丰富,代谢活跃。反足cell与珠心cell接触处形成壁内突，产生传递cell的结构增加膜面积，利于更多物质运输。功能：从合点端向雌配子体转输营养物质，一短途运养。,第六章,几种禾本科植物的成熟胚囊,示数目较多的反足细胞。,第六章,第七章受精作用,受精雄配子与雌配子相互融合的过程。,受精作用过程：a.雄配子体落到雌蕊柱头上，并在柱头上萌发。b.萌发生长出花粉管，通过花柱c.花粉管进入胚囊，将花粉管内的内容物释放d.被释放出的精子与卵融合,第七章,（一）柱头的结构表皮细胞变为乳突状或毛状成为乳突细胞。外有不连续角质层，表皮细胞可将细胞内蛋白质以水溶液形式通过通道排到角质层外，形成水膜亲水性蛋白质薄膜。作用：1）粘着花粉2）不亲合系统的识别反应,一、花粉萌发,第七章,花粉的萌发:示群体效应注意萌发良好的是密集的花粉,第七章,（二）柱头类型（传粉时，柱头不同状态）,1、干型柱头（原始型）：传粉时不产生分泌物。如十字花科、菊科植物花粉落到柱头上时，才开始分泌水，蛋白质,2、湿型柱头传粉时分泌液溢出主要为脂类、碳水化合物、酚类，蛋白质等。各类物质作用如下：脂类：保护，捕捉花粉。酚：防御病害，虫害，花粉识别。蛋白质：花粉识别。糖：营养物，生长。,第七章,（三）花粉萌发具体过程：1、花粉吸水、膨胀；2、5分钟左右花粉外壁蛋白释放3、与柱头表面蛋白膜识别、亲和的花粉管内壁突出萌发孔，生长，分泌角质酶水解角质层，进入花柱柱头；不亲和则相反。,第七章,第七章,向日葵花粉萌发过程,第七章,花粉萌发受内外因素影响内因：花粉自己储存的营养物与自身酶系（角质酶水解柱头表面角质层）外因：1）花柱中“硼”含量高，促进花粉萌发和花粉管生长。其作用是增加氧吸收，促进糖的吸收和代谢，另外对果胶质的合成也起到了一定的作用。2）具备一定的湿度（一般近似饱和）3）温度：20304）群体效应：花粉数多，易于萌发及花粉,第七章,二、花粉管在柱头与花柱中生长（一）花柱类型与花粉管生长：Hanf（1935）将花柱分为三种类型：1、开放型花柱：有中空的花柱道，内表皮为内突壁，分泌粘液物质，花粉管在粘液中生长。2、半闭合型花柱：具花柱道，为23层分泌细胞围成的不发达的传导组织。花粉管从中生长。,第七章,3封闭型花柱：（1）没有中空的花柱道，而为引导组织，引导组织胞间隙大，并积累胞间物质。花粉管穿过细胞间隙生长。例如棉花、白菜。（2）没有中空的花柱道，没有引导组织，可在薄壁细胞间隙生长，例如小麦、玉米、菠菜在细胞间隙生长，也可在细胞壁与质膜之间生长。,菠菜花粉管在柱头上生长图解,第七章,（二）花粉管生长方式依赖于末端生长，末端5m左右的半球形区域帽区。缺少细胞器,小泡、多糖和RNA丰富。花粉管壁为纤维素+果胶质帽区合成。雄配子体主要物质集中在帽区，经过的花粉管形成胼胝质塞，防止倒流。,第七章,花粉管中胼胝质塞的形成,三、花粉管进入胚珠花粉管子房壁胞间隙子房壁内表皮胚珠进入胚珠的途径：1珠孔受精多数被子植物具有2合点受精3中部受精,花粉管从合点进入，沿胚囊表面到珠孔再进入,第七章,花粉管从经珠被中部进入，到珠孔再进入,A珠孔受精,B合点受精,C中部受精,花粉管进入胚珠的方式,第七章,四、花粉管进入胚囊，并释放内含物电镜研究表明，花粉管进入胚囊均从一个助细胞的丝状器的基部进入，到达助细胞中。即进入一个退化的助细胞里。其意义在于：停止花粉管生长的媒介，提供释放精细胞的场所。,第七章,Jensen在棉花里则看到，花粉管转90，管端一侧小孔。内含物，形成塞，防止倒流。,内容物二个精子，助细胞核解体。染色深。白花丹缺乏助细胞，花粉管通过卵细胞的丝状器进入细胞壁与质膜之间。,第七章,五、双受精Nawashin1898年，在贝母，百合中发现双受精：精+卵（配子融合）合子双受两个极核+精子（三核融合）初生胚乳核精精卵结合的选择性（识别蛋白的作用）1）精子+卵2）精子+中央极核多数植物精子cell质不参与融合、,第七章,第七章,第七章,（一）精子的行为1、被动运动-原生质流Cass（1973）大麦精子，活的，不活动。（干扰显微镜）2、主动运动黑麦a尾状细胞质小麦朱澂b尾部大量线粒体大麦c尾部有微丝状结构甜菜,第七章,（二）精子进入中央细胞,Jensen认为，退化的助细胞质膜消失，两精子释放到卵质膜与中央质膜之间，精子质膜同二者接触融解，精核进入卵和中央细胞，细胞质不参与融合。在白花丹中，线粒体、质体（精子中）小，而在合子、初生胚乳核看到精细胞的线粒体、质体。故认为雄性细胞质参加融合。,第七章,第七章,还阳参配子融合的几个阶段,第七章,几种被子植物雌雄性核融合过程的图解,第七章,棉花双受精作用的几个时期,第七章,雌雄性核融合过程：光镜下：电镜下：核膜的融合、依赖内质网/有人认为依赖亲饿颗粒,六、受精作用的基本类型（种子植物）胡适宜依据精核与卵核融合的实际情况划分为：（一）有丝分裂前的类型（被子）：精+卵的融合在合子有丝分裂前完成。染色质混合彻底，合子只形成一个纺锤体。（二）有丝分裂后类型（裸子）：精核进入卵核后，彼此染色质没有真正融合，到分裂期时，各自形成雌、雄染色体组，和自己的纺锤体组，真正的融合在合子有丝分裂后期实现。,第七章,第八章胚乳endosperm,极核+精子（次生核+精子）初生胚乳核胚乳裸子植物的胚乳是雌配子体延续而形成的，故为单倍体。被子植物的胚乳是受精作用的产物，正常型胚囊