论文摘要
减数分裂是真核生物由二倍体(孢子体)世代向单倍体(配子体)世代过渡(转变)的关键一步,期间细胞在结构上必然要经历剧烈而复杂的变化,或者说细胞事件(events),这些变化表明细胞正处于一个结构重组或重塑的过程。关于植物小孢子母细胞减数分裂过程中细胞结构重塑的研究长期以来主要集中在细胞核(染色质/体)上。关于细胞质结构重塑的研究甚少,且局限在少数几种植物上,所得观察结果也不尽相同。为了进一步了解高等植物小孢子母细胞减数分裂过程中细胞质结构重塑的机制,本研究选用以前从未研究过的蜀葵(Althaea rosea(L.)Cavan)为材料,结合石蜡、半薄、超薄切片及荧光染色等技术,在光学显微镜和透射电子显微镜下主要对该植物小孢子母细胞发育期间细胞质结构重塑过程进行了比较详细的研究,主要结果如下:光学显微镜下观察番红—亮绿染色的石蜡切片与甲苯胺蓝染色的环氧树脂半薄切片发现,蜀葵花药不是由通常的四个,而是由两个花粉囊组成。从横切面上观察,造孢细胞时期的花药中每个花粉囊包含2～4个小孢子母细胞,从纵切面上观察,每一个花粉囊内包含1～2排小孢子母细胞。这些小孢子母细胞大部分呈圆形、半圆形、月牙形、矩形或不规则的四边形。小孢子母细胞的体积巨大,约为壁细胞的10～20倍,形态学特征和分裂面多变。细胞核定位于细胞中央或细胞壁附近,内有一个非常巨大的呈球形或环形的核仁。此外还具有下述一些特殊的现象:1)细胞壁上有一些长短不等的分枝延伸到小孢子母细胞的细胞质内部;2)小孢子母细胞形状极不规则,一些小孢子母细胞的表面突起,该突起延伸到另一个细胞的内部,从横切面上观察,好似一个细胞之内包含另外一个“小细胞”;3)小孢子母细胞与绒毡层细胞之间的壁保持完整,而小孢子母细胞之间的壁在一处或多处断开(不连续),形成0.2～3.0μm的缺刻(nicks),并且在其周围分布有许多透明或染色较深的颗粒状结构,可能代表质体、线粒体或液泡等细胞器;4)偶尔可以观察到从一个细胞的核延伸出一条细丝,该细丝穿过细胞壁从一个细胞延伸到另一个细胞。透射电子显微镜观察显示,在蜀葵小孢子母细胞减数分裂早期,细胞质内除出现核糖体群体减少、质体和线粒体形态结构畸变这些在其他植物小孢子母细胞中已经报道过的变化外,内质网也发生复杂的结构重组,结果导致许多类似巨自噬体(autophagosome)结构的出现。这些类巨自噬体结构形成的过程及特征如下:1)前减数分裂时期,细胞质中含有丰富的内质网。内质网呈长短及直径大小不同的管状。随着细胞的发育,内质网潴泡的内腔压缩,整个内质网变为长而扁平的双层膜样结构。2)一条或两条双层膜样的内质网平行排列,环绕一部分细胞质并延伸,最终形成许多非常巨大(直径0.5～1.0μm)的由单层膜或双层膜包被的细胞质隔离物(compartment)或者说内含体(inclusion)。这些由单层膜或双层膜包被的内含体(membrane boundinclusions,MBIs)中通常不包含质体和线粒体,但包含更小的由膜包被形成的内含体(MBIs)、核糖体及许多片层状或丝状的结构。3)在由双层膜包被的MBIs内,其内层膜通常会在一个或多个位点断开,并与外层膜分离。从外层膜上脱离下来的内层膜进一步围绕一部分基质并延伸,最终在原来的MBI内形成一个或若干个更小的MBIs。4)这些由单层膜或双层膜包被的MBIs还可以通过外层膜的内陷吞噬其周围细胞质中的MBI;5)更有意思的是,这些由内质网包被形成的MBI还可以迁移到细胞壁附近,与细胞壁上的胞质通道(cytoplasmic channel,CC)联合,通过胞质通道将其内含物释放到相邻细胞的细胞质中,或通过胞质通道从一个细胞直接延伸到另外一个细胞,最终被细胞壁分割成两个大小不等但内含物相似的MBIs。通常可见1～5个大小不等的MBIs聚集到胞质通道附近,或与胞质通道紧密相连,或通过胞质通道延伸到另一个细胞的细胞质中。粗线期后,这些由单/双层膜包被的内含体和细胞壁上的胞质通道都趋于消失。上述内质网结构重排和MBI的形成可能代表一种细胞巨自体吞噬或自噬(macroautophagy)的过程,所形成的MBIs可能代表着一种巨型自噬体(macrophagosomes),这种现象在小孢子母细胞中首次报道。被扣押在MBI的细胞质组分可能代表在该细胞中不再发挥作用或冗余的细胞质组分,它们可能通过与液泡的融合而最终被液泡中的水解酶降解,也可能通过与上面所述MBI与胞质通道的联合,将其中的内含物转移到与其相邻的缺少某种细胞质组分的小孢子母细胞中。这种自噬现象的发生可能与消除早期阶段(造孢细胞时期)所观察到的细胞不规则(不对称)分裂所造成的小孢子母细胞群细胞质在质和量方面的非同一性、保证小孢子母细胞群体的均一性、维持小孢子母细胞的特征性的同步分裂有关,而这一切的最终目的都是为了产生大量、均一以及有功能的雄配子体,以保证植物成功的授粉和维持物种遗传的相对稳定性。