5.1.2. Ультраструктура і цитохімія пилкових трубок. Рух генеративної клітини, сперміїв і вегетативного ядра в пилковій трубці

Ростова зона пилкової трубки складає 3-7 мкм її кінчика, багата везикулами діктіосом і гладкими мембранами ендоплазматичного ретикулуму та іншими органелами пилкового зерна. Ростова зона пилкової трубки, від решти її частин, відокремлюється калозною пробкою. Гістохімічні реакції свідчать про наявність в ній тих самих органічних і неорганічних речовин, що і в пилковому зерні, хоча амінокислот і білків менше. Інтенсивна реакція на ці речовини спостерігається в кінчику пилкової трубки. Ці дані підтверджуються цитохімічно. Найбільша концентрація РНК виявлена в кінчику пилкової трубки.

Біохімічно в пилкових трубках досліджений синтез РНК і білка. Проростання пилкових трубок не залежить від синтезу РНК, але подальший ріст пилкової трубки і поділ генеративної клітини придушується при дії інгібіторів синтезу РНК. У пилкових трубках, що ростуть, синтезується рибосомальна р-РНК трьох видів, з коефіцієнтами седиментації 5 S, 18 S і 28 S. Синтез РНК, необхідної для поділу генеративної клітини, триває протягом двох-трьох годин їх росту, далі припиняється. Цитохімічно доведено, що синтез РНК здійснюється тільки у вегетативному ядрі. Хроматин ядра генеративної клітини сильно конденсований і в синтезі РНК участі не приймає. Дегенерація вегетативного ядра і зникнення його ядерця, що відбувається в пилковій трубці після поділу генеративної клітини, призводить до порушення дії регуляторних механізмів синтезу р-РНК.

Синтезу білка в пилковій трубці передує активація рибосом і утворення полісом. При рості пилкової трубки кількість рибосом, які беруть участь у синтезі білка, збільшується від 12 % - в сухому пилковому зерні, до 46 % - через 10 хвилин після проростання і до 66% - протягом 1-4 годин росту пилкової трубки. Формування полісом починається протягом 10 хвилин і здійснюється тільки у випадку синтезу нової інформаційної РНК.

Білки для ранніх стадій поділу генеративної клітини синтезуються в перші дві години росту пилкової трубки, а білки, необхідні для завершення поділу генеративної клітини, синтезуються в послідуючі дві-три години. Отже, протягом чотирьох-п'яти годин росту пилкових трубок у культурі в них повністю завершується синтез РНК і білків.

Генеративна клітина, під час поділу в пилковій трубці, зупиняється і залишається нерухомою до утворення сперміїв, після чого рух сформованих сперміїв відновлюється. Очевидно, така поведінка генеративної клітини вказує на її активний рух, в основі якого лежить взаємодія АТФ із міозинподібними білками цитоплазми. В пилкових трубках Lilium, Gossypium, Amarillis, в зоні розміщення вегетативного ядра і генеративної клітини, виявлені електроннощільні фібрилярні структури. Було висловлено припущення, що біля генеративної клітини і вегетативного ядра існує локальний скоротливий центр, який сприяє їх руху в пилковій трубці.

5.2. Запліднення

Попанадання сперміїв у зародковий мішок можливе:

1) в одну із синергід;

2) між синергідами;

3) біля яйцеклітини (при відсутності синергід).

Синергіда, в яку проникає пилкова трубка, зазнає значних змін: зникає вакуоля, цитоплазма стає гранулярною. В цій синергіді виявлені дегенероване вегетативне ядро і ядро синергіди. Відомо, що у деяких рослин одна із синергід, в яку в майбутньому входить пилкова трубка, починає змінюватись ще до входження до неї пилкової трубки. Синергіда, в яку пилкова трубка не входить, зберігається протягом деякого часу, а іноді її можна спостерігати ще і при наявності багатоклітинного зародка.

Коли пилкова трубка входить у зародковий мішок між синергідами, вона виливає свій вміст безпосередньо в простір між жіночими клітинами (Triticum, Nicotiana).

Для нормального проходження запліднення достатньо проникнення в зародковий мішок однієї пилкової трубки. В зародковий мішок можуть увійти декілька пилкових трубок. Вони виливають свій вміст у другу синергіду, але можливий і пізніший вхід пилкових трубок в одну й ту ж синергіду. Спермії додаткових трубок, як правило, участі в заплідненні не беруть і дегенерують.

При дослідженні процесу запліднення у Gossypium, Hordeum, Petunia за допомогою електронного мікроскопа, цитоплазма сперміїв в жіночих клітинах не була виявлена. Було зроблено припущення, що цитоплазма сперміїв залишається в дегенеруючій синергіді. Не виключена можливість проникнення сперміїв в жіночі клітини у вигляді цілих клітин. В. Дженсен (Jensen, 1972), досліджуючи процес запліднення під електронним мікроскопом у Gossypium висловив припущення відносно розходження сперміїв у жіночі клітини. Цитоплазма пилкової трубки виливається в синергіду і разом із сперміями виходить через її апікальний кінець. Спермії вступають у контакт з яйцеклітиною і центральною клітиною. Плазмалемна оболонка цих клітин не перешкоджає руху сперміїв і проникненню їх в ці клітини. Виливання вмісту пилкової трубки викликає фізико-хімічну взаємодію між цитоплазмою синергіди і пилкової трубки, наслідком чого і є рух сперміїв до яйцеклітини і центрального ядра. Існують й інші гіпотези, але немає єдиної точки зору про механізм спрямованого переміщення сперміїв у жіночі клітини («мітотична» гіпотеза, «сили тяжіння» спермія і жіночих клітин та інші).