蜀葵小孢子母細(xì)胞發(fā)育過程中細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑的研究.pdf

1、減數(shù)分裂是真核生物由二倍體(孢子體)世代向單倍體(配子體)世代過渡(轉(zhuǎn)變)的關(guān)鍵一步，期間細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上必然要經(jīng)歷劇烈而復(fù)雜的變化，或者說細(xì)胞事件(events)，這些變化表明細(xì)胞正處于一個結(jié)構(gòu)重組或重塑的過程。關(guān)于植物小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂過程中細(xì)胞結(jié)構(gòu)重塑的研究長期以來主要集中在細(xì)胞核(染色質(zhì)/體)上。關(guān)于細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑的研究甚少，且局限在少數(shù)幾種植物上，所得觀察結(jié)果也不盡相同。為了進一步了解高等植物小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂過程中細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)

2、重塑的機制，本研究選用以前從未研究過的蜀葵(Althaea rosea(L.)Cavan)為材料，結(jié)合石蠟、半薄、超薄切片及熒光染色等技術(shù)，在光學(xué)顯微鏡和透射電子顯微鏡下主要對該植物小孢子母細(xì)胞發(fā)育期間細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑過程進行了比較詳細(xì)的研究，主要結(jié)果如下： 光學(xué)顯微鏡下觀察番紅一亮綠染色的石蠟切片與甲苯胺藍(lán)染色的環(huán)氧樹脂半薄切片發(fā)現(xiàn)，蜀葵花藥不是由通常的四個，而是由兩個花粉囊組成。從橫切面上觀察，造孢細(xì)胞時期的花藥中每個花粉囊包

3、含2～4個小孢子母細(xì)胞，從縱切面上觀察，每一個花粉囊內(nèi)包含1～2排小孢子母細(xì)胞。這些小孢子母細(xì)胞大部分呈圓形、半圓形、月牙形、矩形或不規(guī)則的四邊形。小孢子母細(xì)胞的體積巨大，約為壁細(xì)胞的10～20倍，形態(tài)學(xué)特征和分裂面多變。細(xì)胞核定位于細(xì)胞中央或細(xì)胞壁附近，內(nèi)有一個非常巨大的呈球形或環(huán)形的核仁。此外還具有下述一些特殊的現(xiàn)象：1)細(xì)胞壁上有一些長短不等的分枝延伸到小孢子母細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部；2)小孢子母細(xì)胞形狀極不規(guī)則，一些小孢子母細(xì)胞的表面

4、突起，該突起延伸到另一個細(xì)胞的內(nèi)部，從橫切面上觀察，好似一個細(xì)胞之內(nèi)包含另外一個“小細(xì)胞”；3)小孢子母細(xì)胞與絨氈層細(xì)胞之間的壁保持完整，而小孢子母細(xì)胞之間的壁在一處或多處斷開(不連續(xù))，形成0.2～3.0μm的缺刻(nicks)，并且在其周圍分布有許多透明或染色較深的顆粒狀結(jié)構(gòu)，可能代表質(zhì)體、線粒體或液泡等細(xì)胞器；4)偶爾可以觀察到從一個細(xì)胞的核延伸出一條細(xì)絲，該細(xì)絲穿過細(xì)胞壁從一個細(xì)胞延伸到另一個細(xì)胞。 透射電子顯微鏡觀察顯

5、示，在蜀葵小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂早期，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)除出現(xiàn)核糖體群體減少、質(zhì)體和線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)畸變這些在其他植物小孢子母細(xì)胞中已經(jīng)報道過的變化外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也發(fā)生復(fù)雜的結(jié)構(gòu)重組，結(jié)果導(dǎo)致許多類似巨自噬體(autophagosome)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。這些類巨自噬體結(jié)構(gòu)形成的過程及特征如下：1)前減數(shù)分裂時期，細(xì)胞質(zhì)中含有豐富的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)呈長短及直徑大小不同的管狀。隨著細(xì)胞的發(fā)育，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)潴泡的內(nèi)腔壓縮，整個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)變?yōu)殚L而扁平的雙層膜樣結(jié)構(gòu)。2)一條或兩

6、條雙層膜樣的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)平行排列，環(huán)繞一部分細(xì)胞質(zhì)并延伸，最終形成許多非常巨大(直徑0.5～1.0μm)的由單層膜或雙層膜包被的細(xì)胞質(zhì)隔離物(compartment)或者說內(nèi)含體(inclusion)。這些由單層膜或雙層膜包被的內(nèi)含體(membrane bound inclusions，MBIs)中通常不包含質(zhì)體和線粒體，但包含更小的由膜包被形成的內(nèi)含體(MBIs)、核糖體及許多片層狀或絲狀的結(jié)構(gòu)。3)在由雙層膜包被的MBIs內(nèi)，其內(nèi)層膜通常

7、會在一個或多個位點斷開，并與外層膜分離。從外層膜上脫離下來的內(nèi)層膜進一步圍繞一部分基質(zhì)并延伸，最終在原來的MBI內(nèi)形成一個或若干個更小的MBIs。4)這些由單層膜或雙層膜包被的MBIs還可以通過外層膜的內(nèi)陷吞噬其周圍細(xì)胞質(zhì)中的MBI；5)更有意思的是，這些由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)包被形成的MBI還可以遷移到細(xì)胞壁附近，與細(xì)胞壁上的胞質(zhì)通道(cytoplasmic channel，CC)聯(lián)合，通過胞質(zhì)通道將其內(nèi)含物釋放到相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，或通過胞質(zhì)通道

8、從一個細(xì)胞直接延伸到另外一個細(xì)胞，最終被細(xì)胞壁分割成兩個大小不等但內(nèi)含物相似的MBIs。通?？梢?～5個大小不等的MBIs聚集到胞質(zhì)通道附近，或與胞質(zhì)通道緊密相連，或通過胞質(zhì)通道延伸到另一個細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。粗線期后，這些由單/雙層膜包被的內(nèi)含體和細(xì)胞壁上的胞質(zhì)通道都趨于消失。 上述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)重排和MBI的形成可能代表一種細(xì)胞巨自體吞噬或自噬(macroautophagy)的過程，所形成的MBIs可能代表著一種巨型自噬體(macr

9、ophagosomes)，這種現(xiàn)象在小孢子母細(xì)胞中首次報道。被扣押在MBI的細(xì)胞質(zhì)組分可能代表在該細(xì)胞中不再發(fā)揮作用或冗余的細(xì)胞質(zhì)組分，它們可能通過與液泡的融合而最終被液泡中的水解酶降解，也可能通過與上面所述MBI與胞質(zhì)通道的聯(lián)合，將其中的內(nèi)含物轉(zhuǎn)移到與其相鄰的缺少某種細(xì)胞質(zhì)組分的小孢子母細(xì)胞中。這種自噬現(xiàn)象的發(fā)生可能與消除早期階段(造孢細(xì)胞時期)所觀察到的細(xì)胞不規(guī)則(不對稱)分裂所造成的小孢子母細(xì)胞群細(xì)胞質(zhì)在質(zhì)和量方面的非同一性、保證