基因工程----花粉管通道法原理

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1、花粉管通道法在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出，我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。1花粉管通道法的生理学基础花粉管通道法的主要原理是授粉后使外源DNA能沿着花粉管通道形成的途径渗透，经过珠心进入胚囊

2、，最终转化尚不具备正常细胞壁的合子或早期胚胎细胞。这一技术原理可以应用于任何开花植物。水稻是自花授粉作物，因此这种方法同样适用于水稻。围绕着花粉管通道的形成是一个发生在植物花器结构中的传粉授精的过程。从狭义上理解就象字面表明的那样，授粉是指从花粉被送到柱头上到在柱头上萌发的过程，实际上应该是一个以狭义授粉为中心的包括这一过程的非常复杂的生理现象，即包括花粉形成、传粉、花粉萌发、花粉管伸长以及继花粉管伸长之后的受精问题，甚至还包括拒绝受精现象。被子植物的花器结构已研究得比较清楚，最外面的是子房，子房中有胚珠，它由外胚珠、内胚

3、珠及珠心、珠孔、珠柄组成。珠心内有8核，近珠孔端有3个核，一个分化为卵细胞，2个分化为助细胞。助细胞和卵细胞组合成卵器。这三个细胞排列成三角形，各细胞都呈梨形，尖部朝着珠孔端。近合点端的3个核分化为反足细胞。胚囊的中央有两个极核，并和周围细胞质组成一个中央细胞。因此典型的被子植物胚囊为8核7细胞胚囊，亦称为雌配子体，卵细胞称为雌配子。雄配子体由含有大量淀粉的营养核和具有微管的两个精细胞、此外还有多糖类、线粒体组成。植物开花以后，落在柱头上的花粉粒，被柱头分泌的粘液所粘住，以后花粉的内壁在萌发孔处向外突出并继续伸长，形成花粉

4、管，这一过程，称作花粉粒的萌发。花粉落在柱头上以后，首先向周围吸收水分，吸水后的花粉粒呼吸作用迅速增强，多聚核糖体数量增多，蛋白质的合成也有显著的提高。吸水的二细胞花粉粒，其营养细胞的液泡化增强，细胞内部物质增多，细胞的内压增加，这就迫使花粉粒的内壁向着一个（或几个）萌发孔突出，形成花粉管。禾本科作物中，当花粉粘着在柱头上以后，就会引起柱头的萎缩现象，从粘着部分开始逐渐扩大到相邻细胞，最终使得整个柱头的乳突细胞萎缩。这种萎缩是由于已授粉的柱头的细胞的渗透性增大并脱水所致。花粉一粘到柱头上就立刻从花粉中渗出某种液体；同时在花

5、粉粒表面产生瘤状膨起而改变形状。其后，在30-60秒内花粉又恢复到原来的球形。随之，花粉伸入乳突细胞开始萌发。2花粉管的细胞学结构花粉管实际上是一种有多个核的单细胞结构。以麝香百合花粉管的电子显微镜像结构为例。在不进行生长的部分，即尖端稍后的基部细胞质中含有丰富的线粒体、高尔基小体、小泡体、脂质体以及囊状结构。与此形成对照，在进行生长的尖端只有囊状结构，而没有其他小体。细胞化学研究证明，花粉管尖端富含DNA、蛋白质、碳水化合物（Rosen，1964）。Sassen观察了矮牵牛花粉粒和花粉管的细微结构。发现在被称为生殖核的外

6、周具有真正的细胞壁。它是由两层构成的，内层含有纤维素微丝，外层含有某种耐酸的物质。生殖核周围的细胞质中含有各种细胞器。这种细胞质与营养核周围的细胞质被某种结构分离出来。营养核是分叶状的，被具有孔穴的核膜包围着。高尔基器产生囊状结构，聚集在花粉管的尖端（加藤幸雄和佐志诚，1987）。3助细胞在花粉管伸长过程中的作用花粉管必须伸长才能进入胚囊，花粉管进入胚囊的方法有多种。1.从卵细胞与一个助细胞之间进入。2.从胚囊壁和一个助细胞之间进入。3.直接进入一个助细胞等。在某些种植物中，花粉管进入两个助细胞中的一个，在这一助细胞中释入

7、出精核。用电子显微镜也确证了这种观察（Schulz等，1968）。助细胞对于精核的进入是极为重要的。棉花中，一个助细胞在花粉管到达胚囊之前就开始退化。细胞器膜和液泡发生变化，细胞发生退化。在花粉管的顶端与助细胞的细胞质接触之前，花粉管不会开裂。从其细胞质的结构来看，认为花粉管的内含物需要在压力之下方能注入。受精前，各个助细胞的核及细胞质是正常的。但是一旦受精，其中一个助细胞的核及细胞质便发生变性，花粉管进入这一变性的助细胞之中。精核的释放不是在花粉管的尖端，而是在稍稍靠后的部位，管壁破裂而释放出精核。在这一瞬间，助细胞发生

8、变化。助细胞的细胞壁消失，液泡缩小（Jensen，1968）。然后，花粉管将其中的营养核、两个精子和淀粉释放到助细胞中，被释放出的精子立即移动到已退化的助细胞的合点端。此后，精核进入卵细胞和中央细胞的细胞质，于是形成合子和胚乳核。已退化的营养核和助细胞核，在受精后仍残留在助细胞内。已知在花粉中有这样的情