作为完整细胞的植物精细胞

人们对显花植物的雄配子是一个细胞而非裸露的核的认识已有数十年了。超微研究表明，在绝大多数植物中，精细胞含有除质体外的细胞器的所有组分，雄配子细胞质的存在，引出了一些好奇的问题和诱人的前景：

1）父本细胞质的哪部分能转移到卵细胞而后又被子代所遗传（如果有的话）？

2）同一花粉管中的两个精细胞在核和细胞质组分上是否均质的？

3）一对精细胞中是否有一个精细胞事先决定（预先安排）地和特异的雌性靶细胞（卵细胞或中央细胞）融合呢？

4）在培养条件下，精细胞是否具有全能性以致能产生单倍体植物？

细胞质遗传

仅在两种被子植物，红萼月见草和白花丹，中找到雄性胞质转移到卵细胞的超微结构证据。这两种植物的精细胞均含有质体的，大家知道，红萼月见草是双亲质体遗传的。然而，遗传学研究表明，大多数被子植物的母体细胞质遗传是很严格的，这在动物中也是一个普遍现象。在显花植物中，亲本细胞质的不遗传可能由于在生殖细胞或精细胞形成或成熟过程中细胞器的排斥或降解引起的，或者是在配子配合过程中雄性胞质的排斥引起的，再者是合子形成后雄性细胞器的降解、不复制或区域化而引起的。

精子异型性和雄性生殖单位

尽管同一条花粉管中生殖细胞和营养细胞的核之间、两个精细胞之间可能存在差昇，这点已认识好久了，但直至最近才在某些植物中应用许多技术得以证明了精细胞细胞质之间存在二型性。三胞型花粉粒的连续超薄切片结果提供了手工的和计算机辅助的三维重建及其定量学（的研究），表明一对精细胞之间在大小、形状和细胞器方面均存在显著差异。应用扫描电子显微镜对冷冻 - 破碎的花粉粒进行直接观察也能检测到上述的大小差异以及细胞 - 细胞或细胞 - 核之间的关系。进一步的结果大概要从共焦扫描激光显微术中获得，对精细胞中核和细胞质差异的相关性研究也在进行中。除精细胞二型性外，现代研究也已表明，若干植物中两个精细胞之间以及至少一个精细胞和营养核之间存在既密切又持久的联系，由此产生了雄性生殖单位的概念，它表示所有的雄性DNA（核和细胞质）相关联而作为一个功能单位。

倾向受精

一对精细胞之间存在明显的差异，这一发现马上引出了一个问题，即是否会发生倾向的配子融合，以前的概念认为双受精作用是一个随机事件。现已在玉蜀黍和白花丹中找到了很好的倾向受精证据。在玉蜀黍中，一般含B染色体的那个精细胞同卵细胞融合；在白花丹中，超微研究结果表明，含质体的精细胞和卵细胞融合，而含绝大多数线粒体的精细胞和中央细胞融合。应用低浓度的DNA荧光染料探针对精核和细胞器进行活染，也许不仅能用于发育方面研究，而且能用于检测倾向受精和研究细胞质遗传。精细胞预先安排的概念和预测特异雄配子命运的可能性，激发了科学家们的巨大兴趣，并激起了植物精细胞和双受精特有现象研究的新热点。

精细胞分离、鉴定和操作

对植物精细胞研究产生了如此巨大的兴趣，结果自然是，现已在世界上若干家实验室中分离出了精细胞。应用渗透压或机械破裂技术已能成功地分离出大量精细胞，并且正在改进方法以期提高产率和活力。从这个角度看，对精细胞和它的自然环境（即花粉管和退化的助细胞）间关系的研究，是具有很大价值的。通过同低等植物的“自然” 精细胞分离的比较，也有助于我们找到最适条件来分离和培养被子植物的配子，这些分离是激动人心的也是富有前景的，因为它们为精细胞全面的生化和分子生物学研究、雄性单倍体植株、其正的试管受精以及各种实验操作开辟了一条道路。迄今能为研究人员所应用对精细胞进行化学分析的组织化学技术十分有限。若能改进分离技术而获得大量的精细胞，这就能应用定量生物化学和免疫化学方法来鉴定精细胞。尽管从花药和小孢子/花粉培养来获得单倍体植株成为热点已好多年了，但在许多植物上尚试将精细胞当作单倍体植株来源的研究，尚无理想结果。几种植物的雄核发育产生了高比例的叶绿素缺乏植株，表明至少从生殖细胞获得单倍体是可能的，并且，已经对培养的二胞型花粉粒进行了显微研究。因为分离的精细胞典型地缺乏细胞壁，因此，它们也许比含外壁的小孢子或花粉粒更易长成植株，我们正在进行精细胞的培养。为此，若对小孢子或花粉的产雄潜能和受主植物的预处理方面有更多的背景知识，是十分有用的，来自具一致性的核而不同的胞质内含物的姐妹精细胞植物，有助于我们进行细胞质对发育影响的研究。通过花粉管快速生长来检测下一代体细胞的生长活力的筛选，接着的最好是进行精细胞的雄核发育，而非用筛选到的花粉管来和未经筛选过的卵细胞进行体内受精。用秋水仙素来阻止一对精核的形成，并接着进行分离和培养由此产生的双倍体生殖细胞/精细胞，也许能成为获得纯合自交系的快速方法。根据它们天然的融合习性，分离的精细胞也许能理想地适用于和分离的卵细胞和中央细胞进行真正的试管受精，而且还适于和体细胞原生质体融合。通过这样的融合也许能克服某些植物精细胞缺乏质体的情况。另一方面，精细胞中缺乏或只含很少数目的质体或线粒体，有利于淘汰细胞质的遗传特性（例如雄性不育性）和提高再生率。如上所述，卵细胞或中央细胞和单倍性的精细胞受精，将是胚和胚乳发育实验研究的基础，例如，倍性的变化、没有受精的卵细胞或中央细胞和三倍体杂种优势等。

遗传转化方面的研究，涉及到将花粉（未萌发的或正萌发的）浸在含外源核酸的溶液中或将DNA微注射到花粉粒或花粉管中去。在这些试验中，细胞壁是一个大障碍。据此，有几位学者已对应用分离的精子进行DNA吸收和转化的前景进行了探讨。将转化过的精细胞微注射进花粉粒或花粉管中，或直接注进卵细胞或中央细胞可行的。

精细胞研究的另一个重要课题就是如何长期保存精细胞。花粉生活力的测试一般依据营养细胞（通过FCR检测或花粉萌发试验），精细胞或生殖细胞也许能比以前认为的要保持更长的生活力。这样，保存在液氮中的花粉或精细胞也许能作为一个基因库供上述各种试验应用。

[Plant Sperm Cells as Tools for Biotechnology，Pudoc Wageningen，1988，3—5。]