钙对宁夏枸杞功能大孢子决定和非功能大孢子退化的调控机制研究

绝大多数被子植物的大孢子母细胞减数分裂后形成4个大孢子，通常仅保留合点端1个大孢子发育，而其他3个均退化。也有些植物除合点端大孢子，其他大孢子也有发育为功能大孢子的可能，如宁夏枸杞。探索大孢子发育和退化的机制是一个吸引人的研究领域，然而，由于胚珠所处位置的特殊性，迄今为止大孢子发生与退化的机制还不清楚。钙在植物有性生殖过程中是一个非常重要的作用因子，国际国内围绕钙在这一热点问题开展了大量而卓越的工作。本项目在掌握宁夏枸杞花的外部形态与内部结构相关性的基础上，利用焦锑酸盐沉淀法和激光扫描共聚焦显微镜技术相结合的手段，对宁夏枸杞大孢子发生过程中钙离子的分布特征和动态含量变化规律进行研究，旨在揭示钙对宁夏枸杞功能大孢子的决定和非功能大孢子的退化的调控机制，为认识有性生殖过程中的相关调控机制提供依据。

绝大多数被子植物的大孢子母细胞减数分裂后形成4个大孢子，通常仅保留合点端1个大孢子发育，而其他3个均退化。由于胚珠所处位置的特殊性和难操作性，大孢子发生与退化的机制还不清楚。钙在植物有性生殖过程中是一个非常重要的作用因子，国际国内围绕钙在这一热点问题开展了大量而卓越的工作。本项目主要围绕钙对枸杞功能大孢子的发生调节机制进行了研究。首先用石蜡切片法和整体透明染色法初步判断枸杞胚珠的外部形态和内部结构发育时期的相关性；利用激光扫描共聚焦显微镜技术和半薄切片法进一步观察并验证实验结果，全面准确地掌握其发育的相关性和大孢子发育特征。结果显示在我们所观察的大量材料中，功能大孢子均由合点端的第一个大孢子发育而来，且其他三个大孢子退化顺序无规律性。.在掌握其相关性的基础上，进一步利用焦锑酸盐沉淀法检测大孢子发生前后时期，尤其大孢子分化过程中钙离子的时空分布变化。经过半薄切片定位后，制成超薄切片在透射电镜下观察。在所观察的大量材料中，结果显示大孢子母细胞时期胚珠中均无钙沉淀颗粒分布；随着大孢子母细胞的进一步分化伸长，整体胚珠中开始积累钙颗粒；减数分裂后形成的二分体中钙沉淀颗粒主要分布于液泡中；第二次减数分裂后形成的四分体呈线性分布，除合点端无胼胝质壁外，四分体的其他部位及珠孔端3个大孢子之间都沉积有厚厚的胼胝质壁，这一特征与珠孔端大孢子营养物质断绝而导致退化的说法一致。起初形成的四个大孢子从合点端至珠孔端电子密度逐渐增高，胞质逐渐浓缩。在对四分体大孢子的观察中发现，四个大孢子中的钙分布存在明显差异，功能大孢子中普遍含有较多钙沉淀颗粒，而退化的大孢子中含量则很少。高浓度的钙很有可能是维持大孢子继续分化发育的原因，钙的空间位置含量变化与大孢子的退化存在密切关系。另外，我们尝试利用荧光指示剂导入胚珠结合激光扫描共聚焦显微镜技术探测钙的动态变化。由于枸杞胚珠具有很厚的珠被组织，荧光染料很难进入胚囊中，所以很难检测胚囊内细胞的钙的空间变化，这一方法有待进一步讨论和改进。研究结果显示了钙在枸杞功能大孢子发生中的空间分布变化特征，揭示了钙对宁夏枸杞功能大孢子的决定和非功能大孢子的退化的调控机制，为认识有性生殖过程中的相关调控机制提供了重要依据，这也是第二例有关钙与大孢子发生与退化方面的研究，实验结果与莴苣研究中的报道基本一致。除了以上研究内容外，本项目还对实验做了调整和进一步的扩展。