Ультраструктура і цитохімія зародкового мішка

Ультраструктуру зародкового мішка досліджував Дженсен у 60-х роках XX століття.

Клітини стиглого зародкового мішка різняться за ультраструктурою, що свідчить про їх різну функціональну активність. Синергіди - високодиференційовані метаболічноактивні клітини. Цитоплазма їх містить добре розвинутий ендоплазматичний ретикулум, значну кількість мітохондрій, є пластиди, лізосоми, діктіосоми і рибосоми. Оболонки синергід мають плазмодесми.

Яйцеклітина метаболічно малоактивна. Цитоплазма містить всі органели, характерні для клітини (пластиди, мітохондрії, діктіосоми, ендоплазматичний ретикулум), але їхзначно менше, ніж у синергідах. Органели слабо розвинені, зокрема - кристи в мітохондріях, ендоплазматичний ретикулум, а рибосоми не утворюють полісом.

Центральна клітина метаболічно активна. В цитоплазмі є пластиди, мітохондрії з розвинутими кристами, ендоплазматичний ретикулум як гладкий, так і гранулярний.

Досліджені рослини за ступенем виявлення ДНК в ядрах яйцеклітин умовно можна поділити на три групи:

1. Рослини з Фельген-позитивними яйцеклітинами, в ядрах яких ДНК в структурах хроматина виявляється чітко (Datura, Nicotiana).

2. Рослини із слабо Фельген-позитивними яйцеклітинами, в ядрах яких ДНК виявлена значно слабше (Triticum, Hordeum, Gossypium).

3. Рослини, в яких реакція ядер яйцеклітин на ДНК від’ємна. Фельген-від'ємні яйцеклітини (Helianthus, Crepis).

Полярні ядра або ядро центральної клітини характеризуються незначною або від'ємною реакцією на ДНК. В наукових працях висловлена думка, що втрата здатності до зафарбовування хроматина ядер обумовлена як дисперсним станом хроматина, так і зміною фізико-хімічного стану ДНК.

РНК виявлена в цитоплазмі усіх клітин зародкового мішка. Найбільше РНК в антиподах, про що свідчить позитивна піронінофілія після фарбування цитоплазми за Браше. Найменша кількість РНК в цитоплазмі центральної клітини, середня - в яйцеклітині і синергідах.

Для дослідження хроматина ядра зародкового мішка застосовували біофізичний метод люмінесцентного мікроскопічного спектрального аналізу, за допомогою якого визначали фізико-хімічний стан хроматина. Було встановлено, що ядра всіх клітин зародкового мішка розрізняються за структурною організацією хроматина. ДНК-Фельген-позитивне ядро яйцеклітини має стабільний структурний стан хроматина і низький рівень метаболічної активності. ДНК ядра центральної клітини характеризується лабільним структурним станом і входить до складу дифузного хроматина, який знаходиться в контакті з мембраною ядра.

Ядра синергід і антипод метаболічно активні, але ДНК ядер антипод більш метаболічно активна, ніж в ядрах синергід. У стабілізації хроматина, крім білків, беруть участь і ліпіди.

Ядра клітин зрілого зародкового мішка, готового до запліднення, знаходяться в різному вихідному стані, особливо ядра яйцеклітини і центральної клітини. Різне зафарбовування ядер за Фельгеном можна пояснити різним структурним станом хроматина.

 

Типи зародкових мішків.

 

Класифікація типів зародкових мішків за І.Д. Романовим (1971).

 

Типи зародкових мішків.

Класифікація базується на основі трьох ознак:

1) число мегаспор, які беруть участь в утворенні зародкових мішків;

2) число поділів, які проходять від утворення материнської клітини мегаспор (мегаспороцита) до диференціювання яйцеклітини;

3) поляризація, тобто - кінцеве положення ядер у стиглому зародковому мішку.

На підставі першої ознаки зародкові мішки поділяють на три основні групи:

а - мопоспоричні зародкові мішки - Polygonum і Oenothera-типи. Зародкові мішки утворюються із однієї клітини тетради мегаспор (із однієї мегаспори);

б - біспоричні зародкові мішки. Характеризуються утворенням зародкового мішка із однієї клітини діади мегаспор, тобто із двох мегаспор (Allium-тип);

в - тетраспоричиі зародкові мішки. Характеризуються утворенням зародкового мішка із мегаспороцита при участі усіх чотирьох ядер, які, під час поділу ядра материнської клітини мегаспор, залишаються в одній клітині, не розділяються клітинними перетинками і не формують діаду і тетраду мегаспор (Balsamita (Anthemis), Drusa, Fritillaria, Plumbagella, Adoxa, Penaea, Plumbago, Peperomia, Tulipa tetraphylla, Eriostemones).

Моно- і біспоричні зародкові мішки біполярні, тобто, яйцевий і антиподальний апарати розміщуються на протилежних полюсах зародкового мішка.

Моноспоричний 8-ядерний зародковий мішок Polygonum-типу розвивається із нижньої клітини тетради мегаспор внаслідок п'яти поділів, з яких перший і другий поділи - мейоз, а останні три - мітози, починаючи від утворення материнської клітини мегаспор (мегаспороцита).

Біспоричний 8-ядерний зародковий мішок Allium-типу утворюється із нижньої клітини діади мегаспор внаслідок чотирьох поділів, починаючи від утворення материнської клітини мегаспор.

Тетраспоричні зародкові мішки бувають біполярні, уніполярні, теграполярні і поліполярні.

Найпростішим серед тетраспоричних біполярних зародкових мішків є тип Adoxa. Це 8-ядерні зародкові мішки, що виникають внаслідок трьох поділів мегаспороцита, з яких два перші 1 і 2 поділ мейозу і один мітотичний.

Fritillaria-тип. При його утворенні чотири ядра, що виникають після мейозу, розміщуються в такий спосіб: одне гаплоїдне ядро знаходиться у верхній частині клітини майбутнього зародкового мішка, а три - в нижній. Всі чотири ядра діляться одночасно. У верхній частині клітини виникають два гаплоїдні ядра, а в нижній частині - три ядра. На ранній телофазі їх поділу вони зливаються таким чином, що утворюються два триплоїдні ядра (феномен Карано-Бамбічіоні).

Внаслідок поділу і злиття ядер, в халазальному кінці формуються два триплоїдні ядра. Четвертий мітотичний поділ призводить до утворення 8-ядерного, двополюсного зародкового мішка, в якому ядра яйцевого апарату і верхнє полярне ядро гаплоїдні, а ядра антипод і нижнє полярне ядро - триплоїдні.

Drusa-тип - характерний аналогічним розміщенням ядер, як і у Fritillaria-типу, але нижні ядра не зливаються і, внаслідок чотирьох поділів (мейоз І і II) та двох мітозів утворюється 16-ядерний зародковий мішок, в якому формується 11 антипод.

Plumbagella-тип характеризується наявністю феномена Карано-Бамбічіоні, але зародковий мішок утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II та один мітоз). Зародковий мішок містить 4 ядра: гаплоїдне ядро яйцеклітини, верхнє полярне ядро та триплоїдні ядра: одної антиподи і нижнього полярного ядра. Синергіди не утворюються.

Tulipa tetraphylla -тип. Утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II і один мітоз), але в яйцевому апараті є 5 клітин, а в антиподальному - одна. Серед п'яти клітин яйцевого апарату - одна яйцеклітина, чотири синергіди. Два полярні ядра - в центральній клітині.

Eriostemones-тип належить до уніполярних зародкових мішків. В яйцевому апараті 8 ядер, а згодом - 7 клітин серед яких одна яйцеклітина, одне верхнє полярне ядро. Антиподи і нижнє полярне ядро - відсутні.

До тетраполярних зародкових мішків відносяться типи Penaea і Plumbago

Penaea-тип 16-ядерний. Яйцевий, антиподальний і бокові апарати в ньому триклітинні, а ядро центральної клітини, яке утворюється при злитті чотирьох ядер - тетраплоїдне.

Plumbago-тип 8-ядерний. Утворюється внаслідок трьох поділів (мейоз І і II і один мітоз). Ядро центральної клітини утворюється внаслідок злиття чотирьох ядер. Решта чотири клітини - це: яйцеклітина, одна антипода і дві бокові клітини. Синергіди відсутні.

Peperomia-тип. Поліполярний тетраспоричний зародковий мішок. Це 16-ядерний зародковий мішок. Яйцевий апарат має тільки яйцеклітину. Ядро центральної клітини утворюється при злитті 8 ядер. Останні 7 клітин розміщені по боках зародкового мішка.

Balsamita або Anthemis-тип характеризується наявністю 8-ядерного зародкового мішка, при утворенні якого беруть участь усі чотири ядра мегаспор і в антиподальній частині якого три ядра дегенерують. Зародковий мішок утворюється внаслідок п'яти поділів і містить дві синергіди, яйцеклітину, три антиподи та нижнє і верхнє полярні ядра.