Ультраструктура і цитохімія пилкових трубок. Рух генеративної клітини, сперміїв і вегетативного ядра в пилковій трубці 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Ультраструктура і цитохімія пилкових трубок. Рух генеративної клітини, сперміїв і вегетативного ядра в пилковій трубці



Ростова зона пилкової трубки складає 3-7 мкм її кінчика, багата везикулами діктіосом і гладкими мембранами ендоплазматичного ретикулуму та іншими органелами пилкового зерна. Ростова зона пилкової трубки, від решти її частин, відокремлюється калозною пробкою. Гістохімічні реакції свідчать про наявність в ній тих самих органічних і неорганічних речовин, що і в пилковому зерні, хоча амінокислот і білків менше. Інтенсивна реакція на ці речовини спостерігається в кінчику пилкової трубки. Ці дані підтверджуються цитохімічно. Найбільша концентрація РНК виявлена в кінчику пилкової трубки.

Біохімічно в пилкових трубках досліджений синтез РНК і білка. Проростання пилкових трубок не залежить від синтезу РНК, але подальший ріст пилкової трубки і поділ генеративної клітини придушується при дії інгібіторів синтезу РНК. У пилкових трубках, що ростуть, синтезується рибосомальна р-РНК трьох видів, з коефіцієнтами седиментації 5 S, 18 S і 28 S. Синтез РНК, необхідної для поділу генеративної клітини, триває протягом двох-трьох годин їх росту, далі припиняється. Цитохімічно доведено, що синтез РНК здійснюється тільки у вегетативному ядрі. Хроматин ядра генеративної клітини сильно конденсований і в синтезі РНК участі не приймає. Дегенерація вегетативного ядра і зникнення його ядерця, що відбувається в пилковій трубці після поділу генеративної клітини, призводить до порушення дії регуляторних механізмів синтезу р-РНК.

Синтезу білка в пилковій трубці передує активація рибосом і утворення полісом. При рості пилкової трубки кількість рибосом, які беруть участь у синтезі білка, збільшується від 12 % - в сухому пилковому зерні, до 46 % - через 10 хвилин після проростання і до 66% - протягом 1-4 годин росту пилкової трубки. Формування полісом починається протягом 10 хвилин і здійснюється тільки у випадку синтезу нової інформаційної РНК.

Білки для ранніх стадій поділу генеративної клітини синтезуються в перші дві години росту пилкової трубки, а білки, необхідні для завершення поділу генеративної клітини, синтезуються в послідуючі дві-три години. Отже, протягом чотирьох-п'яти годин росту пилкових трубок у культурі в них повністю завершується синтез РНК і білків.

Генеративна клітина, під час поділу в пилковій трубці, зупиняється і залишається нерухомою до утворення сперміїв, після чого рух сформованих сперміїв відновлюється. Очевидно, така поведінка генеративної клітини вказує на її активний рух, в основі якого лежить взаємодія АТФ із міозинподібними білками цитоплазми. В пилкових трубках Lilium, Gossypium, Amarillis, в зоні розміщення вегетативного ядра і генеративної клітини, виявлені електроннощільні фібрилярні структури. Було висловлено припущення, що біля генеративної клітини і вегетативного ядра існує локальний скоротливий центр, який сприяє їх руху в пилковій трубці.

 

Запліднення

Попанадання сперміїв у зародковий мішок можливе:

1) в одну із синергід;

2) між синергідами;

3)біля яйцеклітини (при відсутності синергід).

Синергіда, в яку проникає пилкова трубка, зазнає значних змін: зникає вакуоля, цитоплазма стає гранулярною. В цій синергіді виявлені дегенероване вегетативне ядро і ядро синергіди. Відомо, що у деяких рослин одна із синергід, в яку в майбутньому входить пилкова трубка, починає змінюватись ще до входження до неї пилкової трубки. Синергіда, в яку пилкова трубка не входить, зберігається протягом деякого часу, а іноді її можна спостерігати ще і при наявності багатоклітинного зародка.

Коли пилкова трубка входить у зародковий мішок між синергідами, вона виливає свій вміст безпосередньо в простір між жіночими клітинами (Triticum, Nicotiana).

Для нормального проходження запліднення достатньо проникнення в зародковий мішок однієї пилкової трубки. В зародковий мішок можуть увійти декілька пилкових трубок. Вони виливають свій вміст у другу синергіду, алеможливий і пізніший вхід пилкових трубок в одну й ту жсинергіду. Спермії додаткових трубок, як правило, участі в заплідненні не беруть і дегенерують.

При дослідженні процесу запліднення у Gossypium, Hordeum, Petunia за допомогою електронного мікроскопа,цитоплазма сперміїв в жіночих клітинах не була виявлена. Було зроблено припущення, що цитоплазма сперміїв залишається в дегенеруючій синергіді. Не виключена можливість проникнення сперміїв в жіночі клітини у вигляді цілих клітин. В. Дженсен (Jensen, 1972), досліджуючи процесзапліднення під електронним мікроскопом у Gossypium висловив припущення відносно розходження сперміїв у жіночі клітини. Цитоплазма пилкової трубки виливається в синергіду і разом із сперміями виходить через її апікальний кінець. Спермії вступають у контакт з яйцеклітиною і центральною клітиною. Плазмалемна оболонка цих клітин не перешкоджає руху сперміїв і проникненню їх в ці клітини. Виливання вмісту пилкової трубки викликає фізико-хімічну взаємодію між цитоплазмою синергіди і пилкової трубки, наслідком чого і є рух сперміїв до яйцеклітини і центрального ядра. Існують й інші гіпотези, але немає єдиної точки зору про механізм спрямованого переміщення сперміїв у жіночі клітини («мітотична» гіпотеза, «сили тяжіння» спермія і жіночих клітин та інші).

 

Злиття гамет

В залежності від поведінки сперміїв при злитті їх з ядрами жіночих клітин Е.Н. Герасимова-Навашина (1957) запропонувала розрізняти два основні і один проміжний типи запліднення (рис. 14).

Премітотичний і постмітотичний типи запліднення.

Під час премітотичпого типу об'єднання ядер гамет відбувається відразу після їх контакту, тобто перед першим мітозом ядра зиготи і первинного ядра ендосперму.

При постмітотичному - об'єднання ядер наступає після початку мітозу як у ядрах жіночих клітин, так і в сперміях.

Премітотичний тип.

Приклад – Nicotiana tabacum. Під час проходження через синергіду спермії овальної форми, після попадання в жіночі клітини і контакту з їх ядрами, набувають округлої форми. В подальшому перетворення сперміїв відбуваються асинхронно. Розміри і структура спермія, контактуючого з одним із полярних ядер, швидко змінюються. Спермій збільшується в розмірах, хроматин його починає розпушуватись і занурюватись в полярне ядро. Після занурення здійснюється його деконденсація і виділяється ядерце. Коли злиття спермія з одним із полярних ядер закінчується, починається об'єднання його з другим полярним ядром. Внаслідок такого потрійного злиття утворюється первинне ядро ендосперму. Деконденсація хроматина спермія супроводжується зниженням інтенсивності реакції Фельгена. При повному злитті спермія з полярними ядрами реакція Фельгена - від'ємна.

Спермій, що контактує, з ядром яйцеклітини, довго зберігає свою форму і структуру. Його з'єднання з ядром яйцеклітини наступає значно пізніше, ніж об'єднання спермія з полярними ядрами. Цьому злиттю передує зміна структури ядра яйцеклітини. Хроматин ядра яйцеклітини, із конденсованого, переходить у більш дифузний стан, при цьому знижується інтенсивність реакції Фельгена. Спермій зазнає перетворень: ядро його збільшується в обсязі, хроматин деконденсується, виділяється ядерце. Злиття спермія з ядром яйцеклітини відбувається аналогічно із злиттям спермія з полярним ядром, але трохи пізніше. Внаслідок об'єднання ядер гамет формується нова клітина - зигота. Хроматин ядра зиготи реакцією Фельгена, деякий час, майже не виявляється.

Згодом інтенсивність реакції Фельгена посилюється, хроматин ядра знову починає виявлятись, формуються хромосоми і ядро зиготи приступає до поділу.

При премітотичному типі запліднення спермії, в процесі об'єднання з ядрами жіночих клітин, зазнають істотних змін. Ці зміни однотипні для обох сперміїв, але починаються вони неодночасно. Злиття спермія з полярним ядром починається і закінчується раніше, ніж з ядром яйцеклітини. Злиттю спермія з ядром яйцеклітини передує зміна структури цього ядра. Премітотичний тип запліднення характерний для більшості квіткових рослин.

Швидкість процесу запліднення різниться у різних рослин. У Nicotiana tabacum запліднення триває 14 годин, у Triticum - 5, у Crepis - 1 година. Швидке об'єднання сперміїв відбувається з тими ядрами яйцеклітини, які дають від’ємну або слабо позитивну реакцію Фельгена, тобто містять дифузний або слабо конденсований хроматин. Темп процесу запліднення визначається не швидкістю проникнення сперміїв у ядра жіночих клітин і деконденсацією їх фоматина (цей процес, можливо, подібний у різних рослин), а швидкістю тих перетворень хроматина, які здійснюються в ядрі яйцеклітини після його контакту із спермієм. Чим більше конденсований хроматин в ядрі яйцеклітини, тим пізніше наступає час злиття ядра із спермієм, тим триваліший час запліднення в цілому.

При потрійному злитті відмічено такі відміни:

1) у одних рослин злиттю спермія передує об'єднання полярних ядер, внаслідок чого спермій зливається з диплоїдним ядром центральної клітини;

2) у других - спермій зливається спочатку з одним із полярних ядер, а об'єднання з другим полярним ядром здійснюється пізніше;

3) у третіх - обидва полярні ядра і спермій об’єднуються одночасно.

Постмітотичний тип запліднення.

Приклад - Lilium. Спермії виходять із синергіди у простір між яйцеклітиною і центральною клітиною. Форма сперміїв черв'якоподібна. Реакція Фельгена інтенсивна. Форма сперміїв деякий час незмінна, а згодом вони збільшуються в розмірах і заокруглюються. Хроматин спермія декондесується, інтенсивність реакції Фельгена знижується, в ядрах виникають ядерця. Процес триває до тих пір, поки ядра сперміїв не набувають ідентичної ядрам жіночих клітин форми, внаслідок чого в яйцеклітині - зиготі виявляються два зовнішньо одинакові ядра, а в центральній -три. При вступі в мітоз, профаза мітозу проходить, окремо в кожному ядрі. Об'єднання їх наступає тільки при переході профази в метафазу, коли зникають ядерні оболонки і всі хромосоми утворюють одну спільну метафазну пластинку.

Отже, закінчення процесу запліднення відбувається після початку мітозу. При постмітотичному типі описані перетворення сперміїв також здійснюються швидше в центральній клітині, ніж у яйцеклітині. Постмітотичний тип запліднення зустрічається у незначної кількосіі квіткових рослин.

Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що спермії рослин з премітотичним типом запліднення є сформованими клітинами і їх ядра мають нормально розвинені оболонки, а хромосоми втратили здатність розчиняти оболонку ядра. Причина існування двох типів запліднення, очевидно, полягає у фізико-хімічному стані хроматина ядер, які зливаються.

На даному етапі, при вивченні процесу запліднення, застосовується теорія мітотичного циклу. Було встановлено, що чоловічі і жіночі гамети приступають до запліднення в одній фазі - G1 (пресинтетичній), не дивлячись на те, що вони характеризуються різним станом хроматина. Хроматин ядра чоловічої гамети завжди більш конденсований, порівняно з хроматином ядра жіночої гамети. У фазі G1, після контакту ядер гамет, проходить деконденсація їх хроматина. Далі гамети вступають у наступну фазу мітотичного циклу - S (синтетичну).

У S-фазі відбувається редуплікація молекул ДНК, синтез РНК і деяких білків. Після закінчення цієї фази обидві гамети переходять у фазу G2 (постсинтетичну), де відбувається остаточна підготовка до мітозу.

При премітотичному типі запліднення ядро чоловічої гамети всі фази мітотичного циклу проходить в межах ядра жіночої гамети. При постмітотичному типі - ядра обох гамет проходять всі фази цього циклу окремо одне від одного, контактуючи між собою. Поведінка хроматина чоловічої і жіночої гамет у процесі запліднення неоднакова. Хроматин спермія, після запліднення, як у зиготі, так і у первинному ядрі ендосперму, вступає в профазу першого поділу значно раніше. Це характерно для обох типів запліднення (рис. 15, 16).

Чоловічі і жіночі гамети, що формуються, різняться тривалістю періодів мітотичного циклу. Для чоловічих гамет найбільш коротким є період G1, найбільш тривалим періодом - S, а період G2 за тривалістю займає проміжне положення. Для жіночих гамет найбільш коротким є період G2, найдовшим - S, а період G1 займає проміжне положення.

Чоловіча гамета період G1 проходить швидше, ніж жіноча, оскільки цей період у спермія більш короткий, ніж у жіночої гамети. Далі спермій вступає в період S, який також закінчується раніше ядра жіночої гамети. В ядрі жіночої гамети період S починається пізніше, ніж у спермія, внаслідок більш тривалого періоду G1. Таким чином, закінчення періоду S ядра жіночої гамети наступає також пізніше закінчення цього періоду в спермія.

Отже, ядро спермія швидко проходить періоди G1 і S і швидко вступає в період G2. В цьому періоді хроматин спермія знову конденсується і біля ядерця спермія виявляються інтенсивно зафарбовані за Фельгеном глибки хроматина. Хроматин ядра жіночої гамети знаходиться в цей час у більш дифузному стані і дає менш інтенсивну реакцію Фельгена.

Ядро спермія період G2 закінчує раніше, ніж ядро жіночоїї гамети і вступає в профазу мітозу. Біля його ядерця формуються хромосоми. Формування хромосом в ядрі жіночої гамети проходить пізніше (рис. 17).

У ранній профазі першого поділу хромосоми чоловічої і жіночої гамет помітно відрізняються внаслідок їх неодночасної конденсації (хромосоми спермія більш конденсовані). Різниця у стані хроматина обох гамет зникає тільки в пізній профазі, яка у чоловічих гамеї є більш тривалою, ніж у жіночих.

Феномен асинхронного перетворення чоловічих і жіночих гамет, очевидно, є загальнобіологічним, тому що ній відомий не тільки для рослин з різним типом запліднення, але чітко спостерігається і у тварин. Ці питання вимагають додаткового дослідження щодо абсолютних значень відмічених фаз.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 444; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.227.36 (0.028 с.)