全 文 ：植 物 学 报
A Ct 口 刀匕t o n ie a
1 95 5 , 2 7 ( 3 )
: 2 3 3一 2 3 8
云南油杉受精过程中新细胞质
及蛋白泡的动态观察
刘 成 运
(中国科学院昆明植物研究所 )
摘要 云南油杉 ( K e t o l o e犷`a e , ` l夕 , i a ” a M a s t ) 在受精前 , 精核与卵核周 围的细胞质鞘不明
显 。 受精后 ,合子核周围出现细密的新细胞质 。 应用孚尔根核染色法 , 可以较清晰地将新细胞
质染出 ,呈现较弱的正反应 , 而合子的核质及受精前的精核与卵核染色极弱 。 卵细胞质及其中
的蛋白泡均为负反应 。 原胚形成后 ,除上层外 , 其余几层细胞质内开始积累淀粉粒 。 此时胚原
细胞核的孚尔根染色深度有所增加 。 幼胚形成后 , 在顶端的胚原细胞群中核的孚尔根染色反
应已恢复正常 。 在原胚及幼胚胚原细胞质中也 呈现很弱的正反应 。 在电镜下 , 胚原层细胞质
及新细胞质中均含有核样电子致密小体或称作染色质小体 , 而原胚莲座层细胞质及四周套细
胞质中的线粒体则不含这种核样小体 。 因此 ,大蛋白泡在卵核形成的早期数量不多 , 当合子形
成时含量最高 ,而随着游离核的分裂进程 , 蛋白泡以及原卵质均逐渐地解体 , 在原胚形成后全
部消解 。
关键词 云南油杉 ;新细胞质 ;蛋白泡
在裸子植物中 , 新细胞质的概念是 aC m ef or t 逐渐建立起来的 〔” ,0] 。 王伏雄等在福建
柏 [oF砂。 心 h do ig o i] 和 白豆杉 (尸、袖。 x o kr ie ha ) 等松柏植物受精过程的研究中 , 也
观察到了精子细胞质与原卵核周围的细胞质结合在一起形成新 细 胞 质 〔3川。 由于新细胞
质要参与以后的原胚的发育 , 因此这一问题无论在理论上还是在育种实践中均有很重要
的意义 〔, , 3川。 此外 , 对松柏类植物中卵细胞质 , 特别是其中的大蛋 白泡或称大内含物的
发生和性状也有一些研究报道阴 。 本文应用组化及电镜 , 观察了云南油杉在受精过程中
新细胞质及蛋白泡的发生和变化 , 对裸子植物胚胎学的研究提供一些新资料 产
材 料 和 方 法
云南油杉 ( K e l e l o e、 e , e ly二沁 。 a M a s t ) 采自云南昆明西山 。 自 19 52 年 5 月 2 5 日至
6 月 10 日 , 共采集 4 次 。 剥取雌配子体及周围的珠心组织 , 分别进行二种固定 , 一是光学
用卡诺氏固定液 ( 3 : 1 ) , 另一个是电镜用由 O. 75 M 磷酸钠缓冲液 p H 7 . 2 含 5多蔗糖所配制
的 2多多聚甲醛及 2 . 5多戊二醛混合固定液 , 抽气固定 15 分钟后 , 置 4℃冰箱 15 小时 ,再用
本文于 19 8 3 年 H 月收到 , 1 98 4年 4 月收到修改稿。
本研究承蒙王伏雄教授指导 , 电镜制片及观察在中国医学科学院医学生物学研究所电镜室协助下进行 ,均以衷
心感谢。
2抖 植 物 学 报 2 7卷
同一缓冲液洗三次 , 每次一小时 , 然后固定于由上述缓冲液配制的 2多饿酸内 , 置 斗℃冰箱
过夜 , 然后用重蒸馏水洗三次 , 每次一小时 , 最后经丙酮系列脱水 、 环氧丙烷过渡 , 包埋于
E oP n
一 8 12 中 ,经 35 ℃ 、 45 ℃ 、 60 ℃ 各 12 小时聚合 。 用 L K ,B一 v 型超薄切片机切片 , 柠檬
酸铅及醋酸双氧铀双染 , D X几一 12 型电镜下观察并照像 。 光学固定液所固定的材料 按常
规石蜡切片 , 片厚 10 微米 , P A s + 苏木精 + 微量固绿染色山及孚尔根核染色 。
观 察 结 果
关于云南油杉的受精过程及初期胚胎发育 , 王伏雄等已有报道仁1 。 这里仅就受精过
程 中新细胞质及蛋 白泡的发生和发育作一些动态的观察 。
(一 ) 新细胞质的发育动态
云南油杉雌配子体顶端的颈卵器原始细胞分裂形成中央细胞和颈细胞 , 中央细胞进
一步分裂形成腹沟细胞和卵细胞 。 早期的卵核位于颈卵器近珠心组织端 。 此时亦有精
核进人卵细胞内 , 向卵核靠近 (图版 I , 1 ) 。 在光镜下 ,精核与卵核的核膜界线清晰 , 在核膜
四周与卵质交界处 , 没有明显可见的细胞质带或鞘 。 卵核染色质粗大而疏松 ,而精核染色
质则较细密 (图版 I , 2 、 3 ) 。 当精卵结合时 , 精核与卵核靠近处 , 卵核核膜产生凹陷 (图版 I ,
4 )
。 整个结合过程与已报道的一致 〔习 。 合子核形成后 , 最明显的形态改变是合子核的核
膜界线变得模糊 , 在合子核质与原卵质之间出现了一致密的新细胞质区域 (图版 I , 5 ) 。在
电镜下 , 这一区域是 由许多线粒体所组成 , 其中线粒体的形态多样 , 呈 v 形 、 Y 型或 c 型 ,
但多为腊肠形 。在每一线粒体上均可见到核样或圆球状电子致密小体 , 数目、 大小不等 。这
种小体在颈卵器周围的套细胞质中的线粒体上未观察到 , 而在同一卵细胞细胞壁附近的
卵质中则含有这种电子致密小体的线粒体 , 但数量略少 (图版 n , 1 、 2 ) 。 通过孚尔根核染
色 , 新细胞质区域被染成淡玫瑰红色 , 而合子核染色质孚尔根反应很弱 , 几乎不易被观察
到 , 卵质及蛋白泡则为负反应 。 这样新细胞质在无色的背景下还是很明显地被观察到 (图
版 I , 6 ) 。 但此时整个新细胞质的染色深度要比周围套细胞核及腹沟细胞 核 的 染色深度
弱得多 。 这种很少量的 D N A 染色反应显然是和新细胞质含有大量聚集的带有染色质小
体的线粒体有关娜 〕。 当合子核有丝分裂开始后 , 新细胞质仍然包绕在游离核的四周 , 且逐
渐向颈卵器基部移动 (图版 I , 7 ) 。 当 16 细胞的原胚形成之后 , 在原胚各层细胞质中 (除
上层外 )开始积累淀粉粒 , 但数量较少 (图版 I , s) 。 而在上层核的周围 , 有许多粗大的细
胞质颗粒 出现 , 通过电镜观察 , 这些粗大的颗粒是来自卵质的解体物质和蛋 白泡的解体物
质 , 及一部分形态完整的质体和线粒体以及小液泡等 (图版 1 , 3 ) 。 这些细胞器及解体物
质向基部沉降主要是为原胚及初期幼胚的发育提供营养物质 。 通过孚尔根染色 , 原胚顶
端的胚原细胞核及胚柄细胞核染色深度有所增加 , 特别是胚原细胞核的染色深度与附近
套细胞核的染色深度接近 , 同时其细胞质中也呈现出极轻微的红色反应 (图版 工, 9 ) 。 而
当幼胚开始突破颈卵器向雌配子体伸进时 , 在幼胚顶端的胚原细胞群中核的孚尔根染色
强度已恢复到正常体细胞的水平 , 与周围雌配子体细胞核的染色深度一致 (图版 I , 1 0 ) 。
同时细胞质也呈现微红色染色反应 , 而周围雌配子体细胞质则呈负反应 。 在电镜下 , 原胚
的胚厦层细胞质中含有许多线粒体 , 其形态特征与合子四周新细胞质中的线粒体相似 , 多
呈椭圆形 , 但均含有电子致密的染色质小体 ,而这种小体在莲座层细胞质内的线粒体上则
刘成运 :云南油杉受精过程中新细胞质及蛋白泡的动态观察
未观察到 ( 图版 1 , 斗一 6 )。 根据上述孚尔根染色及线粒体所含电子致密的染色质小体的
有无 , 证实了原胚及幼胚的细胞质中确实含有来自合子周围的新细胞质成分 。 同时说明了
新细胞质中这些含有染色质小体的线粒体是来自卵质周围的线粒体 , 即是由母方起源 。
(二 ) 卵质及蛋白泡的发育动态
在卵核形成初期 , 卵质内有较多的小液泡 , 蛋白泡较少 , 当卵核与精核迁移至卵细胞
的近中部时 ,精核与卵核靠近并进行受精 , 此时卵质中小液泡已基本上消失 , 而蛋白泡的
数量达到最高峰 。 随着合子的分裂 , 卵质逐渐处于解体状态 , 当游离核向颈卵器基部迁移
时 ,蛋 白泡大量消失 ,至 16 细胞原胚形成时 , 蛋白泡几乎全部消解 (图版 I , 1一 1 0 ; 1 , 9 ) 。
同时卵质 内含物也逐渐向颈卵器基部沿降 , 卵质内的细胞器处于解体状态 (图版 I , 8 ; H ,
3
、
9 )
。 在原胚的上层 ,核的周围一些浓密的粗大细胞质颗粒主要是来自卵质中的质体以
及蛋白泡的解体物质 , 在四周较外围是线粒体 。 图版 H , 3 是上层细胞质及左下部的一部
分莲座层细胞质 ,其间有很薄的初生壁隔开 , 在莲座层细胞质中不含质体 , 但有一些核糖
体和内质网 。蛋 白泡分为大小二种 、 也被称为大小内含物 ,大蛋 白泡在光镜下明显可见。 在
电镜下它是由双层的外膜所包 , 根据已有文献所指出 , 它是由质体发育而来 , 质体扩大体
积 , 并包绕附近细胞质 , 不断地内陷 , 产生许多分隔并形成许多小岛即 。 在油杉的电镜制
片中 ,可观察到它含有一些线粒体 、 小蛋 白泡和一些片层 (图版 H , 5 、 7 ) ,蛋 白泡 由小变大 ,
以致在光镜下也可观察到内部所包含的一些小岛 。 而小蛋白泡是由一层单位膜包绕一部
分细胞质 , 特别是包绕线粒体形成一长椭圆形的小体 。 它们主要分布在新细胞质外围 (图
版 n , 1 、 8 ) ,而大蛋白泡则多分布在卵质靠外围的四周部分 。 原胚形成之后 ,蛋 白泡全部
解体 ,作为营养物质供原胚及初期的幼胚发育使用 。
讨 论
1
. 油杉受精前 ,雌雄配子周围均未观察到浓密的细胞质鞘 , 而受精之后 , 合子核周围
则出现了一圈致密的新细饱质带将合子与原卵细胞质隔开 , 同时合子核的核膜变得模糊 ,
不象受精前界线分明 。 本文图版 H , 1的核膜尚存在 , 可能是受精早期的切片 , 核膜尚未
完全消失 。 当合子核分裂 , 形成 4 个游离核时 , 游离核已位于颈卵器的基部 , 以上变化与
白皮松的观察结果有某些近似 〔习 。
2
. 新细胞质中大量的线粒体 , 从形态上观察 , 与原卵质中靠近外围细胞壁附近的线粒
体形态近似 ,均含有核样或圆球状电子致密小体 , 而颈卵器四周套细胞中线粒体不含这种
小体 , 因此这些新细胞质中的线粒体是来 自卵质 , 即由母方起源 , 一些作者认为松科的新
细胞质主要是由母方起源的线粒体和少量来 自花粉管的 细 胞器 〔日 ,l 。 对于油杉新细胞质
主要是由来自母方的线粒体所组成的结果与在 ( L a ir 二 击 ic 碑au ) 中所观察到 的情况相似 ,
在落叶松 ( L ar ix de ic d“ ) 及黄杉 (份耐 ol * gu 召 。 en 滋se i) 卵质的线粒体中均发现含有大
量的 D N A 纤维阂 , 但不象云南油杉线粒体 中呈核样或球状 。 对于这些电子致密小体的
起源 , 化学性状及其生理功能 , 作者未能进行深人地研究 , 但已有的许多有关的报道 ,在动
物 、 植物 、 真菌和细菌中均有不少研究 。 线粒体和叶缘体不仅有 自己的 D N A 分子 , 而且
这些 D N A 分子还象在前核生物体内一样 , 按一定方式构成为一定的染色质结构 , 称为
染色质小体或线粒体染色体叼” ,l lJ , 其形状 、 数 目、 大小各异 , 可以是球形 、 杆状或纤维状 ,
2 7 卷
它们是 由未跟组蛋 白相结合的粗 2 5入 左右的 D N A 纤维构成 , 孚尔根染色为阳性反应 。
同时这种染色质体与前核生物的染色质体结构一样 , 与膜有着密切的联系 , 以 D N A 纤维
跟晴相联系 , 这种联系与染色质结构的分裂及分离直接相关 [’,l “ ,lJ 。 在油杉新细胞质 中这
些来自卵质的大量线粒体均含有电子致密的圆球状小体 , 同时呈孚尔根阳性反应 , 因此作
者称这些小体为染色质小体 , 即线粒体染色体 ( M iot c h o dn iar l chr ~ so m e)
。 至于为什么在
受精前雌配子核孚尔根染色反应弱 , 原胚形成后有所加强 ,至幼胚形成后才恢复到正常水
平 , 从大量研究报道中知道 , 这是在裸子植物中以及在被子植物中均存在的一个现象 , 其
机制说法不一 。 R ag ha va n 认为卵的成熟与从核内耗尽 D N A 有关 ,但它重新出现在核周围
的线粒体内并且形成一个呈孚尔根正反应的环 , 这些变化可以看作是受精前夕核参与受
精作用的预兆 〔12] 。 这些变化在蔽类以及在被子植物受精过程中也有不少报道 〔,洲 。
3
. 大小蛋白泡的起源 , 通过油杉电镜观察 , 进一步证实了大蛋 白泡是 由质体衍生 , 小
蛋白泡是由类似于液泡的单层膜包绕部分细胞质特别是 线 粒体 而 形 成 , 这与已报道的
( p动us , ig r a ) 、 ( L左 , i x d e ic d o a ) 、 ( p , 。 “ d o , , “ g a m e z i e爪 ) 是相似的冈 。
参 考 文 献
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3期 刘成运 : 云南油杉受精过程中新细胞质及蛋白泡的动态观察 2 37
O B S E R V A T I O N S O N T H E N E O C Y T O P L A S MA N D P R O T E ID
V A C U O L E S D U R I N G T H E F E R T IL I ZA T I O N
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K e y w
o r d s K e t e l e e r艺a e ” e l y 怜落a撇 ; N e o e y t o p l a s m ; P r o t e i d v a e u o l e s
图 版 说 明
n e
. 新细胞质 。 ep . 原胚 。 e . 胚细胞群 。 I.n 线粒体 。 知 , 小 蛋白泡。 p . 质体 。 rP . 大蛋白泡 。
图 版 I
l
、
2
、
3
、
4
、
1 0
. 义 7 5 6。 5 、 6 、 8 、 9 . 丫 3 7 8 。 7 . 又 1 8 5。 1 . 示腹沟细胞 、精核与卵 。 2 . 示二个精核 。 3 . 示卵核 、核
膜清晰 , 核膜周围无细胞质鞘。 4 . 精核在卵核近旁 。 5 . 合子及周围的新细胞 质。 6 . 示合子周围的新细
胞质为孚尔根弱正反应 。 7 .在游离核周围有浓 密的新细胞质 。 8 . 原呸 ,示上层卵质的粗大颗拉及莲座
层 ,胚柄层及胚原层细胞质内少 量的淀粉粒。 9 .孚尔根染色固绿复染 ,示胚 原细胞核与附近套细胞核染
色深度接近 。 10 , 幼胚期 ,示胫细胞核的染色深度已恢复正常 , 细胞质亦被染成淡红色 。
2 3 8 植 物 学 报 2 7 卷
图 版 I I
l 、 z
· 又 , 。 UU, , · X 6斗0 0 , 斗· 又 1 6 U0 0 , , · 火 , 6 u 0 , 6 · 义 8 0 00 , 7 . 丫 9 6 0 0 , 8 . 父 1 6 0 0, 9 . X 6斗0 0。 1 . 示
合子核周围的新细胞质是 由大量线粒体组成 , 线粒体上有明显的核样电子致密小体 , 外围是由单层膜包
围的小蛋白泡 。 2 . 卵细胞壁附近的线粒体 , 有少量核状 电子致密小体 , 而套细饱内线粒体则无 。 3 . 原胚
上层核的周围粗大 的卵质颗粒是一些质体和蛋白泡的残体 , 左下角是莲座层细胞之一部分。 斗. 胚原层
细胞之局部放大 , 示胞质内许多具有核样电子致密小 体的线粒体 。 5 .成熟的大蛋白泡 , 示内含的线粒
体 , 小蛋白泡及小岛。 6 . 莲座层二个细胞 , 示线粒体上没有核样电子致 密小体。 7 .大蛋 白泡形成之早
期 。 8 . 小蛋 白泡 , 示单层外膜 , 左边一个小蛋白泡内含许多线粒体。 9 . 示解体的卵细胞质
E x Pl
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m i t o e h o 刀 d r盛a . lp . Ii t t l e p r o t e id v a e u o l e .
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Ia r g e p r o t e i d v a e u o l
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P l a t e l
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.
1
,
2
,
3
,
4
,
1 0
. 丫 7 56 . f 主9 5 · 多, 6 , 8 , 9 . 义 3 7 8 . F ig . 7 . K 18 , . iF g . 1 . s h o铃 i n g v e n t r a l c a n a i c e l l ,
s p e r m a n d e g g n u c l e u s
。 F i g
.
2
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3
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凡9 . 7 . C o m p a e t n e o e y t o p l a s l n s u r r o u n d i 走飞9 t h e f r e e n u e l e i . F’i g . 8 . s h o w i馆 m a n y l a r g e e y t o -
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丫 9 60 0 , F i g . 8 . 又 16 0 0 . F i g . 9 . 丫 6 4 0 0 .
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刘成运 : 云南油杉受精过程中新细胞质及蛋白泡的动态观察 图版 I
L i u C h e n g 一 y u n : O b s e r v a t io n s o n th e N e o e y t o p la sm
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刘成运 : 云南油杉受精过程中新细胞质及蛋 白泡的动态观察 图版 n
Liu C h e ng 一 yu n: O bv a e r st i n o o snt h eN e oe yt op la sm a nd p r ot ei d Va cu o le sD u ri ng
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