摘要 主要通過文字配圖簡述了花粉粒的萌發(fā)和花粉管的伸長過程。敘述了植物基因工程中的花粉管通道法理論的提出、外源DNA導入方法和時機、應用前景、局限性及其優(yōu)化等內容，以期對中學師生學習相關內容有所幫助。

關鍵詞 花粉粒萌發(fā) 花粉管伸長 花粉管通道法 外源DNA導入

中圖分類號 Q-49

文獻標識碼 E

新課標高中生物選修三中講到基因工程操作程序中，將目的基因導入植物細胞時提到了花粉管通道法；在高中生物必修一組成生物體的化學元素中講元素的重要作用時，教師一般會舉例微量元素硼(B)的生理功能是促進花粉粒的萌發(fā)和花粉管的伸長。高中學生對花粉粒和花粉管的知識了解得很少，而對于花粉管通道法的具體內容中學教師也知之甚少。下面將通過文字配圖簡述之，以期對中學師生學習相關內容有所幫助。

1 花粉粒的萌發(fā)和花粉管的伸長

1.1 花粉粒的萌發(fā)

植物授粉是受精的前提。具有生活力的花粉粒落到雌蕊的柱頭上，被柱頭表皮細胞分泌的黏液吸附后，花粉壁中的識別蛋白與柱頭乳突細胞表面的特異蛋白質表膜相互識別。如果二者是親和的，則花粉?？傻玫街^的滋養(yǎng)并從周圍吸收水分，代謝活動加強，體積增大。吸水后的花粉粒呼吸作用迅速增強，細胞中多聚核糖體數(shù)量增多，蛋白質的合成也有顯著的提高，其營養(yǎng)細胞的液泡化增強，細胞內部物質增多，細胞的內壓增大，這就迫使花粉粒的內壁向著一個(或幾個)萌發(fā)孔突出并繼續(xù)伸長，形成花粉管，這一過程稱作花粉粒的萌發(fā)(圖1)。實驗證明此過程中，硼(B)元素起著重要作用，硼元素可以減少花粉的破裂，提高花粉的萌發(fā)率，并促使花粉管生長。

1.2 花粉管的伸長

由于花粉粒的外壁性質堅硬，包圍著內壁的四周，只有在萌發(fā)孔的地方留下伸展余地，所以花粉的原生質體和內壁，在膨脹的情況下，一般向著一個萌發(fā)孔突出，形成一個細長的管子，稱為花粉管。有些植物的花粉具有幾個萌發(fā)孔，可同時長出幾個花粉管，但其中只有一個能繼續(xù)生長下去，其余都停止生長。花粉管必須伸長才能進入胚囊(圖2)。花粉管實際上是一種有多個核的單細胞結構?；ǚ哿Ｃ劝l(fā)后，花粉管進入柱頭，穿過花柱而到達子房。當花粉管生長時，花粉粒中的內容物幾乎全部集中在花粉管的亞頂端。如果是三核期花粉粒，則包括1個營養(yǎng)核和2個精細胞、細胞質和細胞器。如果是二核期花粉粒，生殖細胞在花粉管中再分裂一次，形成2個精細胞?；ǚ酃艿竭_子房后，通常從珠孔進入胚囊，稱為珠孔受精。少數(shù)植物的花粉管從合點部位進入胚囊，稱為合點受精；或從胚珠中部進入胚囊，稱為中部受精。為什么花粉管總能準確地伸向胚珠和胚囊呢?目前有研究認為花柱道、子房內壁、胎座、珠孔道和助細胞等，能分泌某些化學物質(如鈣、硼)，誘導花粉管的定向生長。

2 花粉管通道法及其應用前景

2.1 花粉管通道法轉化理論提出

花粉管通道法是_種較老的植物轉化方法，是我國科學家周光宇在1983年首次在“Methods in En-zymology”報道的研究成果。該技術的原理主要是授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在

圖2雌蕊的結構模式及其花粉的萌發(fā)過程開花、受精過程中形成的花粉管通道，將外源DNA導人受精卵細

胞，并進一步地被整合到受體細胞的基因組中，隨著受精卵的發(fā)育而成為帶轉基因的新個體。該法的最大優(yōu)點是不依賴組織培養(yǎng)人工再生植株，技術簡單，不需要裝備精良的實驗室，常規(guī)育種工作者易于掌握。

2.2 花粉管通道法中外源DNA導入方法和時機

花粉管通道操作方法通常有：微注射法、柱頭滴加和花粉粒攜帶。其中，最初的操作方法是柱頭滴加法。在以后的實踐中，又根據(jù)植物的花器結構特征等，開發(fā)了一些新的花粉管通道導入外源DNA的技術方法，如子房注射法，即對于子房較大的受體，在授粉后使用微量注射器沿子房縱軸插入一定深度注射外源DNA溶液；或采用花粉粒攜帶法，即用待轉基因的溶液處理花粉粒，用這種攜帶有外源基因的花粉粒授粉。

早期的花粉管通道法所用的外源DNA是種間或屬間帶有目的基因的供體總DNA片段，隨著基因工程的發(fā)展，現(xiàn)在導入的一般為重組分子，把有益的基因連在質粒載體上導人受體，去除不必要的基因。花粉管通道法實施的最佳時機集中在植物傳粉受精后的一段時間，這是有其根據(jù)的。一方面，早期胚細胞不具有正常細胞壁，因此易于DNA轉化；另一方面，受精后的細胞DNA復制活躍，易于DNA整合。

2.3 花粉管通道法應用前景

_花粉管通道法與其他轉化方法比較，主要優(yōu)點包括以下幾個方面。

①保留了常規(guī)育種的基本特點，可直接按照育種要求選擇轉化后代。

②直接得到轉化種子，無須進行繁瑣的組織培養(yǎng)，并免除了從離體原生質到再生植株漫長的人工培養(yǎng)過程，比常規(guī)有性雜交有更快的速度。也減少了基因型的影響。

③操作簡便經(jīng)濟，無需昂貴的儀器和化學藥品，育種研究人員可直接在大田操作。

④進入受體基因組的是部分DNA片段或目的基因，因此導入的DNA易于整合，轉移基因所控制的性狀在受體株中易于穩(wěn)定。

⑤具備基因工程的先進性，不僅可以導入供體的總DNA，而且可以導入含有目標基因的質粒，甚至可將化學誘變劑導入胚囊。

⑥可省略抗生素標記基因，因而在轉基因產品中，將不會含有抗生素表達，安全性可能更好。

總之，花粉管通道法現(xiàn)已被譽為流行的轉基因方法的一種，成為國內外農業(yè)生物技術研究中的熱門課題。在其他涉及植株再生的轉基因方法遇到困難時，研究者往往利用花粉管通道法來改變現(xiàn)狀。

2.4 花粉管通道法的局限性及其優(yōu)化

花粉管通道法屬于常規(guī)育種范疇的技術手段之一，也有其局限性，如早期將完整的基因組導人受體基因組，會引起性狀的大量分離，需經(jīng)多代自交純化，才能得到目標性狀純合穩(wěn)定的后代，所以時間相對久一些。同時，花粉管通道法只能用于開花植物，且只有在花期可以進行轉育，導入總DNA片段的轉育株會帶有少量非目的性狀的DNA片段，其效果也受結實率與轉化率的限制，如前人研究中運用花粉管通道法轉化外源DNA轉化成植株率一般僅為1％～10％。另外花粉管通道法的外源基因整合機理還不清楚。因此，花粉管通道法技術還并不十分成熟，在一定程度上限制其廣泛應用。

目前研究花粉管通道法導人時期與方法有不少報道，在多種植物中取得了成功。但實際操作起來還需根據(jù)不同情況進行必要的調整和優(yōu)化，使花粉管通道法技術趨向成熟。例如，對于一些花器小的作物，花粉管通道細，以及閉花授粉等原因，使得花粉管通道技術應用難度較大，人們開始考慮用脅迫法、誘導法、農桿菌法以及通過單基因結合總DNA導入等方法以加快外源DNA移動。