4.1. Ультраструктура і цитохімія вегетативної і генеративної клітини.

Цитоплазма вегетативної клітини містить добре розвинуту ендоплазматичну сітку, як гладку, так і гранулярну.

Ендоплазматична сітка з'єднується з ядерною мембраною і взаємодіє з плазмалемою.

Цитоплазма містить невелику кількість пластид з добре розвиненими ламелами, багато діктіосом, розвинені мітохондрії, лізосоми і ліпідні глобули.

В цитоплазмі генеративної клітини кількість органел значно менша, ніж в цитоплазмі вегетаційної клітини, і вони слабо розвинені. Пластиди відсутні.

Оболонка генеративної клітини – плазмалема, паралельно її поверхні розміщені мікротрубочки.

У сформованих вегетативному та генеративному ядрах кількість ДНК, РНК і білків однакова. В ядрі генеративної клітини відбувається синтез ДНК. ДНК синтезується у два етапи:

Перший етап здійснюється при просуванні генеративної клітини до центру пилкового зерна. Ядро генеративної клітини набуває овальної форми, хроматин компактний, ядерце зменшується в розмірах.

Другий етап синтезу ДНК характеризується зміною форми ядра генеративної клітини, яке стає дуже видовженим, хроматин компактно конденсований, ядерце зникає. Синтез ДНК закінчується, коли ядро набуває веретеновидної форми.

В ядрі вегетативної клітини кількість РНК збільшується. При наявності ядерця інтенсивно синтезується рибосомальна РНК. Збільшується кількість РНК в хроматині. Спостерігається вихід РНК із вегетативного ядра в цитоплазму. В ядерці генеративної клітини, на ранніх етапах розвитку, є велика кількість РНК. Під час розвитку генеративної клітини кількість РНК в ядерці зменшується, а при достиганні синтез РНК припиняється і ядерце зникає.

Одночасно із синтезом РНК в генеративній клітині синтезується білок. У вегетативній клітині синтезуються кислотні білки. Синтезу гістонів не відбувається, кількість їх рівна 1С. В генеративній клітині, паралельно із синтезом ДНК, відбувається синтез гістонів, багатих на аргінін і лізин, які забезпечують більш щільну структуру молекул ДНК і переводять комплекси ДНК-білок у висококомпактну структуру. Утворені дезоксирибонуклеопротеїди не здатні підтримувати синтез РНК, що призводить до інактивації генома.

Таким чином, у стиглому пилковому зерні вегетативна і генеративна клітини і їх ядра морфологічно і цитохімічно розрізняються. В ядрі генеративної клітини хроматин сильно конденсований, подвоюється кількість ДНК і лужних білків. В ядрі вегетативної клітини хроматин розподіляється дифузно, синтезується РНК і кислі білки.

4.2. Функції вегетативної і генеративної клітини. Сперміогенез.

Єдиної думки про диференціювання та функції вегетативної та генеративної клітин немає.

Існує думка, що вегетативне ядро виконує секреторно-трофічну функцію при сперміогенезі, так-як знаходиться біля генеративної клітини. При проростанні пилкових зерен і рості пилкових трубок вегетативне ядро функціонально активне, в ньому відбувається синтез РНК і білків.

Диференціювання вегетативної і генеративної клітин пояснюється закладанням асиметричного веретена, формуванням зігнутого фрагмопласта, а також збільшенням кількості ДНК в генеративному ядрі та кількості і якості цитоплазми, а саме - кількості РНК.

Характер поділу генеративної клітини в пилковій трубці при двоклітинному типі чоловічого гаметофіта залежить від ширини пилкової трубки. Якщо пилкові трубки широкі, то при поділі генеративної клітини утворюється мітотичне веретено і метафазна пластинка. Якщо пилкові трубки вузькі, а хромосоми довгі, тоді мітотичне веретено утворюється, але хромосоми не формують нормальну метафазну пластинку і розміщуються неупорядковано.

Спермії і їх ядра, які щойно утворились, овальної форми, хроматин їх щільно конденсований. В подальшому розвитку ядра видовжуються, хромати починає розпушуватись, формується ядерце. Форма сперміїв змінюється. Виникає тупий кінець і другий, більш загострений. До тупого кінця зміщується ядерце, яке пізніше виходить із ядра в цитоплазму. Хроматин ядер сильно конденсується. ДНК щільно упаковується білками. Є і нуклеопротеїди, зв'язані з РНК. Наявність ядерець свідчить, що спермії, при утворенні, закінчують мітотичний цикл і переходять в стадію інтерфази. Конденсація хромосом, що супроводжується виходом ядерець із сперміїв, свідчить про інтерфазний стан ядер сперміїв, який пов'язаний з їх функцією.

При дослідженні сперміїв під електронним мікроскопом було переконливо показано, що спермії мають власну цитоплазму, яка, за структурою, не відрізняється від цитоплазми генеративної клітини.

Не дивлячись на те, що спермії утворюються шляхом мітотичного поділу, дослідники вважають, що вони різноякісні. С.Г. Навашин вважав, що спермії є дзеркалоподібними (енантіоморфні), а різниця у сперміях виникає при їх утворенні, в момент розходження хромосом в анафазі мітотичного поділу ядра генеративної клітини. Різноякісність сперміїв лягла в основу виникнення концепції про призначення одного із них для запліднення яйцеклітини.